Atividade de água na Indústria de Ração: Umidade, Micro-organismos e Qualidade dos Produtos

Umidade

Tradicionalmente a discussão do controle de água em rações está focada na umidade ou total de água em um sistema. A umidade fornece informações valiosas sobre a qualidade do produto, mas isso é somente uma parte da análise completa da água.

Atividade de água é outra medida importante dentro da água total que define a energia ou disponibilidade de água de um produto.

Ambas as medidas umidade e atividade de água são importantes, entretanto a atividade de água provê informações valiosas sobre a segurança e qualidade do produto.

Atividade de água representa o estado de energia da água em um produto. Ela é baseada na termodinâmica e está definida como pressão de vapor da água (p) sobre a amostra, dividida pelo pressão de vapor da água pura (p_o) a uma dada temperatura. Isso não é determinado por quanta água está presente, mas é uma comparação de quanta água da ração se assemelha e comporta como água pura.

Desenvolvimento microbiano
O conceito da atividade de água tem ajudado os microbiologistas e técnicos em alimentos por décadas e é o critério mais comumente utilizado para determinar a qualidade e segurança do alimento.
Micro-organismos têm um limite de atividade de água abaixo do qual não podem se desenvolver (Beuchat, 1983;Scott, 1957). A atividade de água e não a umidade determina o limite mínimo de água "disponível" para o crescimento microbiano. A tabela 1 mostra o limite de crescimento dos organismos deterioradores mais comuns. Esses valores foram estabelecidos sob condições ideais para o desenvolvimento microbiano como pH e temperatura. Em outras palavras, representam o verdadeiro limite inferior de atividade de água para crescimento sob um cenário adverso. O limite de atividade de água para desenvolvimento da maioria das bactérias patogênicas é 0,90, a atividade de água de 0,70 é limitante para os fungos deterioradores e o limite para todos os micro-organismos é 0,60.

Tabela 1. Atividade de água limite para os micro-organismos deterioradores mais comuns.

Micro-organismo	aw mínima		Micro-organismo	aw mínima
Clostridium botulinum E	0,97		Penicillum expansum	0,83
Pseudomonas fluorescens	0,97		Penicillum islandicum	0,83
Escherichia coli	0,95		Debarymoces hansenii	0,83
Clostridium perfringens	0,95		Aspergillus fumigatus	0,82
Salmonella spp.	0,95		Penicillum cyclopium	0,81
Clostridium botulinum A, B	0,94		Saccharomyces bailii	0,80
Vibrio parahaemoliticus	0,94		Penicillum martensii Penicillum chrysogenum	0,79
Bacillus cereus	0,93		Aspergillus niger	0,77
Rhizopus nigricans	0,93		Aspergillus ochraceous	0,77
Listeria monocytogenes	0,92		Aspergillus restrictus	0,75
Bacillus subtilis	0,91		Aspergillus candidus	0,75
Staphylococcus aureus (anaerobic)	0,90		Eurotium chevalieri	0,71
Saccharomyces cerevisiae	0,90		Eurotium amstelodami	0,70
Candida	0,88		Zygosaccharomyces rouxii	0,62
Staphylococcus aureus (aerobic)	0,86		Monascus bisporus	0,61

            (adaptado de Beuchat 1983)

Sabendo-se que as bactérias, leveduras e fungos requerem uma certa "disponibilidade" de água para se desenvolverem, a secagem da ração abaixo dessa a_w crítica provê um controle significativo e efetivo no crescimento microbiano. A água pode estar presente, mesmo em nível mais alto do que normalmente aceito nas rações, desde que a a_w seja suficientemente baixa e o micro-organismo não possa utilizar a água para seu desenvolvimento. Essa condição parecida com um "deserto" cria um desbalanço osmótico entre o micro-organismo e o meio ambiente e consequentemente, o micro-organismo fica em latência ou mesmo pode morrer.

A Tabela 2 mostra experimentos de atividade de água e umidade de diversas amostras de diferentes rações comerciais. As a_w foram medidas usando o AquaLab por ponto de orvalho

(Decagon Devices, Inc). Todas as amostras foram fatiadas em tamanho suficiente para caberem na cápsula de amostra do AquaLab e os testes foram corridos em duplicata.
Esses resultados indicam que a combinação da faixa de atividade de água / umidade depende da formulação da ração. Uma comparação de valores da tabela 2 com a tabela 1 indica a sucetibilidade desses produtos a deterioração baseada na atividade de água.  Comparando as 2 tabelas também verifica-se porque a umidade não é um bom indicador a  suscetibilidade microbiana. 
Por exemplo, ração com umidade intermediária 1 permite o desenvolvimento de fungos enquanto a ração com umidade intermediária 4 não permite, mesmo o valor de umidade sendo essencialmente iguais. Ração intermediária 4 pode ter sido beneficiada por não requerer adição de preservantes para prevenir a deterioriação fúngica

Enquanto as rações com umidade intermediárias 1 e 2 permitem o desenvolvimento fúngico, nehum desses dois irá propiciar o crescimento de bactérias patogênicas. Consequentemente nenhum desses produtos será considerado potencialmente perigodos pela regulamentação de 2005 do Food Code. No entanto a ração com umidade intermediária 2 tem a umidade mais elevada embora a atividade de água seja baixa. Isso é conseguido através da manipulação da formulação utilizando ingredientes chamados umectantes para reduzir a atividade de água. Os umectantes mais comuns são sal, açúcar, propileno glicol, glicerol, etc. Uma alta umidade pode ser vantajoso para ambos, produção e qualidade na textura.

Tabela 2. Atividade de água de rações comerciais medidas com AquaLab ponto de orvalho.

Produto	Atividade de água	Umidade (% b.s.)
Ração úmida enlatada 1	0,994	79,6
Ração úmida enlatada 2	0,830	24,0
Ração c/ umidade intermediária 1	0,823	13,70
Ração c/ umidade intermediária 2	0,791	14,40
Ração c/ umidade intermediária 3	0,679	8,43
Ração c/ umidade intermediária 4	0,669	13,0
Ração c/ umidade intermediária 5	0,525	9,21
Ração Seca 1	0,493	8,59
Ração Seca 2	0,459	7,79
Ração Seca 3	0,236	4,40

Qualidade do Produto

Atividade de água também é um indicador de propriedades físicas e estabilidade de rações. 
Controlando a atividade de água pode-se manter as propriedades estruturais, textura, estabilidade e densidade do produto  (Katz and Labuza, 1981).  Pode-se identificar a atividade de água crítica na qual abaixo dela a ração se manterá crocante e acima dessa atividade de água as partículas das rações ficam plastificadas e macias.
Reciprocamente, ração com umidade intermediária que tem a textura macia podem ter a atividade de água alta o suficiente para manterem a textura macia, mas baixa o suficiente para prevenir a deterioração. Consequentemente, o conhecimento da atividade de água da ração como função da umidade e temperatura é essencial durante o processamento, manipulação, embalagem e armazenamento para manter a qualidade da propriedade da textura.