sexta-feira, 18 de dezembro de 2015

Migração da água a busca do equilíbrio


Drágeas, bolos confeitados, cápsulas, biscoitos recheados, etc. são produtos com multicomponentes e precisam ter as atividades de água de cada camada em equilíibrio para não haver migração da água entre os componentes.
O ideal seria manter as várias camadas com a mesma atividade de água, assegurando dessa forma que a água não migrará de uma camada para a outra.

Entretanto em alguns produtos não se deseja que equilibre a atividade de água de seus multicomponentes, por uma questão organoléptica, sensorial ou mesmo de composição.
Por exemplo um biscoito com aw = 0,30 com cobertura de doce de leite cuja aw = 0,86. A sensação crocante do biscoito com a maciez do doce de leite é muito boa. Por isso é importante que a aw do biscoito seja baixa para manter a sua crocância e por outro lado, não é possivel alcançar tão baixa aw para o doce de leite. 
A solução neste caso é colocar uma barreira entre as camadas que diminua a velocidade de migração da água como o chocolate ou outros filmes comestíveis.

Essa atenção com a atividade de água de produtos com multicamadas também é importante na indústria farmacêutica e cosmética.


sexta-feira, 16 de outubro de 2015

Controle de Pontos Críticos através da Isoterma

Definindo o Ponto Crítico com Isotermas

Quando o leite é pulverizado pelo spray-dried atravessa o ponto de transição vítrea e rapidamente se aglomera em uma massa sólida.  Suas propriedades físico-químicas são permanentemente modificadas – não há caminho de volta. Pode ser frustante se você tentar mover esse leite através de funis ou tubos para adicionar em sua receita.
Nós sabemos que isso foi frustante para uma conhecida nossa, gerente da fábrica de leite em pó que apesar do duplo ensacamento do leite e orientações estritas para temperatura de estocagem, ela continuou tendo problemas com clientes que rejeitaram seus carregamentos mesmo após a inspeção das matérias-primas pela Garantia da Qualidade.
Transição Vítrea do Leite em Pó
Quando o leite é pulverizado a evaporação rápida deixa os açúcares em estado vítreo. Lactose vítrea tem propriedades completamente diferentes da lactose cristalina.
No estado vítreo a água é aprisionada de forma diferente e por isso as partículas não empedram ou aglomeram.

A estrutura cristalina é o estado de menor energia, então sempre haverá algumas moléculas em transição do vítreo para o cristalino. O que a gerente da fábrica realmente precisa saber é a taxa da transição e essa taxa é muito próxima a atividade de água.

Processo Gradual
Em 0,30 aw, levará muitos anos para toda a lactose se tornar cristalina. Em 0,40 aw, poderá levar um mês. Aumentando a atividade de água para acima de 0,43, a transição ocorrerá em poucas horas.
Uma vez que a lactose cristaliza, o leite em pó não é mais o mesmo produto. Ela aprisiona uma quantidade de água dramaticamente diferente, não se dissolve e altera o sabor.
Na essência, o leite está arruinado – e naturalmente rejeitado pelos inspetores da GA.
Onde está a Transição Vítrea?
Nossa gerente deseja um método mais confiável para determinar o ponto da transição vítrea e medir o quão perto o seu produto acabado estaria desse ponto. Os inspetores da Garantia da Qualidade focaram no teste de umidade. Mas quando ela viu um artigo sobre atividade de água e a propriedade de fluxo, ela começou a se perguntar se não estaria medindo a coisa errada.
 Ela nos chamou pedindo mais informações sobre atividade de água. Nós lhe dissemos que a leitura de umidade sozinha não é boa medida para a taxa de conversão do estado vítreo para o cristalino. Para isso você precisava medir atividade de água.
Identificação com Atividade de Água
Ela ficou surpresa ao saber que o ponto de transição vítrea do leite em pó era definível, e o valor da atividade de água específica poderia ser determinada através de uma isoterma.  Ela já tinha visto uma isoterma de leite em pó que não tinha lhe mostrado nada.
Melhor Resolução Encontra o Ponto
Ela estava correta – isotermas tradicionais para leite em pó por spray-dried não são úteis para ela, nem para outras pessoas que tentam definir a transição vítrea. Eles não apontam a mudança de fase. Nós corremos uma isoterma com o produto dela usando o AquaSorp IG e descobrimos algo interessante. A sua isoterma antiga teve as medidas entre os pontos ajustados com modelos que os tornaram “cegos” nas seções críticas do gráfico – a seção em que ocorre a transição vítrea. A nova isoterma com alta resolução mostrou claramente os pontos de transição.



Para transformar esse ponto em um número específico de atividade de água crítica, nós traçamos a segunda derivada da isoterma. O valor do pico no gráfico da segunda derivada é o valor crítico da mudança de fase. O número mágico: 0,43 aw.
Controle de Qualidade em Tempo Real
A gerente da fábrica começou a medir atividade de água na linha de produção. Rotina, testes precisos na linha com melhores valores de controle, melhoraram sua aceitação. Ela está pronta para correr os testes em seu material de embalagem. Para ela, a  isoterma tornou-se uma luz brilhante na qualidade da imagem até então frustante e imprevisível.

quinta-feira, 1 de outubro de 2015

Importância da isoterma de sorção para a indústria farmacêutica

Os pesquisadores e formuladores desenvolvem o produto e determinam quais as condições ideais, inclusive de aw.
A produção fabrica de acordo com as recomendações do P&D e o controle de qualidade assegura que esteja dentro do proposto.

Não adianta querer corrigir algum valor no controle de qualidade, os parâmetros devem ser determinados já no desenvolvimento do produto.

Importância de se traçar a curva de isoterma de sorção na indústria farmacêutica





Um medicamento foi desenvolvido para ter 15% de umidade e 0,70 de aw. Um determinado lote sofreu super desidratação e ficou com o valor de 10% de umidade e 0,45 de aw. O formulador fez os cálculos para atingir 15% de umidade e a aw subiu para 0,92.
Isoterma de sorção = umidade é igual entretanto a aw é diferente para a adsorção e dessorção.

Produto
aw
U %
Padrão
0,70
15
Super desidratado
0,45
10
Reidratado
0,92
15

O que deve ser feito para corrigir o valor de umidade?
1) Use um determinador de atividade de água
2) Não desidratar novamente
3) Reformular adicionando um umectante que faça cair de 0,92 para 0,90
4) Adicionar sorbado de potássio 0,05% (metade do utilizado normalmente = 0,1%)
5) Alternativa - sorbado de grapefruit – sorbato de origem natural







terça-feira, 8 de setembro de 2015

Papel da atividade de água na qualidade do café

A indústria de café movimenta mais de US$ 60 bilhões por ano e é negociado na forma de
especialidade ou commodities.

A vida de prateleira de café verde e torrado é diferente e a atividade de água dessas formas foi estudada pela Decagon juntamente com a Café Imports.

A umidade é conhecida na indústria de café, e a atividade de água vem sendo introduzida como parâmetro de controle de qualidade e durante o processamento.

Para o grão torrado o controle do tempo e da temperatura são requisitos primordiais para o perfil da torra.

Segundo Labuza & Cardelli (2001) o aumento de 0,1 na atividade de água resulta na redução de 60% na vida de prateleira do café, principalmente pelas reações de escurecimento não enzimático.

Estudos feitos por Nicoli et al (2006) o aumento da atividade de água na presença de O2  e temperatura, acelera a oxidação e liberação de voláteis durante a estocagem do café sendo que aw < 0,25 é ótima para retenção do flavor.

A associação entre a atividade de água e a textura ideal para a moagem foi estudada por Sacchetti et al (2007).

No café verde o conhecimento da atividade de água permite determinar as condições de tempo e temperatura para a torrefação e também a liberação da cafeína no processo de descafeinação.

Mantendo o café verde entre a atividade de água 0,538 e 0,760 mantém-se a estabilidade física, evitam-se a transição de fase de amorfo para vítrea e abaixo de 0,61 a proliferação microbiana.




Seminário original na língua inglesa foi ministrado pela engenheira de aplicação da Decagon,  Wendy Ortman juntamente com o especialista da Café Imports,  Ian Fretheim
Para assistir ao seminário clique aqui

quarta-feira, 2 de setembro de 2015

Estensão da vida de prateleira = $$$

Geralmente as pimentas vermelhas são secas ao sol e/ou por ar quente e podem ser armazenadas por vários meses. A sua qualidade está diretamente associada a cor intensa e odor característico de pimenta.
Entretanto a cor das pimentas vermelhas pode decompor durante o processamento e a estocagem resultando no decréscimo do valor de mercado. 
A perda da cor da pimenta durante a secagem é devido a destruição de carotenoides pela temperatura e luz (sol). Uma vez que as pimentas estão desidratadas e moídas a estabilidade dos carotenoides diminui, lembrando que as partículas têm maior área e portanto são mais suscetíveis a ação da luz, temperatura, oxigênio e umidade ambiente.
A estabilidade do pigmento dependerá da cultivar da pimenta, atividade de água, nível de carotenoides antioxidantes endógenos e atividade enzimática.



Cor = Escura 1    10 Vermelha
Odor = Pimenta 1    10 Ranço


Um fabricante de pimentas percebeu que alguns lotes seus mantinham a coloração e odor por 6 meses, enquanto outros lotes deterioravam em poucos dias.
Procurados por esse fabricante a Decagon realizou o seguinte experimento: Colocou as pimentas desidratadas em dessecadores com diferentes umidades relativas durante 5 semanas.
Decorrido o tempo as pimentas foram submetidas a análise sensorial de cor e odor.
Na tabela acima podemos observar que atividades de água muito baixa ou muito altas obtiveram notas de desaprovação, enquanto os valores de atividade de água entre 0,30 e 0,68 foram melhor pontuadas.

Essa faixa de atividade de água que melhor preservou o produto pode ser explicada pela curva de oxidação lipídica e reação de escurecimento não enzimátivo - Reação de Maillard.

Reação de Maillard é esperada em pimentas secas devido a quantidade considerável de açúcares redutores e aminoácidos.

Lee et al. Relatou que a reação de escurecimento não enzimática de pimentas secas são de ordem zero e a velocidade da reação é fortemente afetada pela atividade de água e temperatura.


Literatura recomendada:  Jong-Whan Rhim and Seok-In Hong “Effect of water activity and temperature on the color change of red pepper (Capsicum annuun L.) Powder. Food Sci. Biotechnol. 20(1): 215-222 (2011)

sexta-feira, 10 de julho de 2015

Substituindo Karl Fisher por Atividade de Água

A análise de Karl Fisher produz resultados confiáveis quando realizadas em condições muito bem controladas, e é uma técnica sujeita a muitas fontes de variação que envolve o uso de substância químicas e requer treinamento para operar adequadamente.

Consequentemente há muitas razões para encontrar uma alternativa viável.

A medida da atividade de água pode substituir a análise de Karl Fisher, não por fornecer as mesmas informações, mas porque provê informações mais úteis.

Os resultados da atividade de água não são comparáveis a umidade do Karl Fisher, mas fornece melhores correlações a segurança microbiológica, estabilidade química e propriedades físicas. 

Isso é especialmente verdade para produtos que apresentam larga mudança na estabilidade quando somente numa pequena e difícil de medir alteração na umidade ocorre.


A relação entre a umidade medida pelo Karl Fisher e a atividade de água, é complexa e única para cada produto.

Um aumento na atividade de água é geralmente acompanhado pelo aumento na umidade, e na grande maioria dos produtos não é linear.
Esta relação entre a umidade e a atividade de água em uma dada temperatura é chamada de isoterma de sorção.

terça-feira, 7 de julho de 2015

Atividade de água como alternativa ao teste de Karl Fisher - Nem toda água é igual

A água em um sistema pode estar presente em 3 formas: "bulk" ou água de preenchimento (livre), absorvida e mono camada (ligada).
Algumas literaturas citam como região de condensação capilar (bulk), região de multicamada (absorvida)e região de monocamada (ligada).

A água "bulk" ou livre tem a mesma energia e propriedades da água pura. 

A água absorvida está aprisionada, pode estar ligada menos fortemente, e tem energia reduzida e diferentes propriedades da água pura.

Água de monocamada tem a energia reduzida como resultado da ligação física direta da água com a matriz por ponte de hidrogênio ou ligação iônica.

Na realidade as moléculas de água se movem prontamente entre cada região e é impossível quantificar precisamente a água em cada uma das formas. 


Resultado de imagem para water activity

Análise de umidade fornece a quantidade total de água, mas não diferencia os tipos de água.

Titulação por Karl Fisher é um método eficiente para quantificar mesmo a água fortemente ligada, e são frequentemente considerados o melhor método para determinação de umidade do que por perda de peso. 
De fato, essa água extra medida usando Karl Fisher é frequentemente referida como "água ligada". E embora a análise por Karl Fisher possa fornecer a mais completa determinação do total de umidade, continua fornecendo somente a quantidade de água e não do estado da energia da água.

O estado geral da energia da água é determinado pelas contribuições relativas de cada uma dessas camadas de água, por exemplo baixa atividade de água resulta de menos água disponível para influenciar reações químicas e biológicas. 

A atividade de água mede a energia ou a disponibilidade da água e não depende da quantidade de água, mas das contribuições relativas de cada tipo de água.

Consequentemente, a atividade de água fornece melhores relações com as velocidades de reações biológicas e químicas do que análise por Karl Fisher.

segunda-feira, 26 de janeiro de 2015

Medida de atividade de água como alternativa ao teste de Karl Fischer

A água é reconhecida como ingrediente importante na segurança e estabilidade de um produto e a titulação por Karl Fisher é o método analítico mais largamente utilizado para quantificar a umidade de uma grande variedade de formas farmacêuticas.  O simples conhecimento da quantidade total de água pode não ser o método mais eficiente para entender os efeitos da água na segurança e estabilidade.

A atividade de água é uma alternativa para a medida de água que fornece informações essenciais sobre a energia ou disponibilidade da água em um produto.

Numerosas pesquisas científicas demonstram que a atividade de água é melhor indicador da segurança e estabilidade do que a umidade.

A atividade de água é utilizada pela indústria farmacêutica como uma ferramenta eficaz e com a publicação na farmacopéia americana (USP Method ,<1112>), agora é considerada uma opção viável na indústria farmacêutica.

A maioria das monografias que tem procedimentos para a medida de água é baseada na medida total de água ou por titulação Karl Fishcer ou secagem por perda de peso. A técnica de Karl Fisher é a mais comumente utilizada na indústria farmacêutica e embora seja uma técnica de muita confiança, desde que as condições sejam cuidadosamente controladas, ela está sujeita a uma variedades de problemas como manuseio da amostra e reações colaterais que causam erros nos resultados. Os resultados variam com mudanças na umidade relativa ambiente e em geral os modelos que descrevem o efeito da água nas características físicas, químicas e microbiológicas, reconhecem que diferentes tipos de água podem estar presentes e que a medida total de água pode não ser o melhor acompanhamento para entender os efeitos da água.