Con una valoración de más de 129.000 millones de dólares, la industria del chocolate es una industria dinámica e influyente que ha sido reconocida no solo por su impacto económico, sino también por su relevancia cultural e innovación continua. De los productores de chocolate artesanales a los dulces multinacionalesempresaLa fabricación de chocolate abarca una amplia gama de procesos, materias primas y formas de productos. A medida que aumenta la demanda de los consumidores de alta calidad, fórmulas de etiquetas limpias, bajo contenido de azúcar y vida útil más larga, los fabricantes se enfrentan a una creciente presión para optimizar todos los aspectos de la producción. Entre los muchos factores que afectan la calidad del chocolate, la actividad hídrica juega un papel vital para garantizar la estabilidad, seguridad y atractivo sensorial del producto, especialmente en fórmulas complejas que contienen rellenos, rellenos o estratificaciones.

El Chocolate tiene varios tipos y a menudo se mezcla con otros ingredientes para hacer dulces únicos. El chocolate proviene del líquido de chocolate del cacao y es rico en flavanol con efecto conservante natural.^[1]. el chocolate en sí puede clasificarse en función de la forma y del contenido de cacao en polvo:

• el cacao en polvo está molido a partir de granos de cacao horneados, sin aditivos adicionales, tiene un sabor amargo y una vida útil de hasta tres años.

- líquido de chocolate sólido puro para hornear chocolate, sin azúcar ni leche añadida, con una vida útil de unos dos años.

• chocolate negro con chocolate azucarado, con un contenido de cacao alto y diferente. Cuanto mayor sea el contenido de cacao, más amargo será el sabor y más larga será la vida útil.

• El chocolate con leche contiene aproximadamente un 10% de líquido de chocolate, más leche y azúcar, con una vida útil de aproximadamente un año, dependiendo de la forma del producto.

• El chocolate blanco no contiene sólidos de chocolate y solo está hecho de manteca de cacao mezclada con leche y azúcar, con una vida útil más corta, unos seis meses.

• chocolate con chocolate con licor mezclado con diferentes tipos de licor para dar un sabor único. La vida útil de este tipo de productos suele ser más corta, unos dos meses o menos.

La actividad del agua se define como el estado energético del agua en el sistema, que se asocia con las leyes básicas de la termodinámica a través de la ecuación de energía libre de gibbs. Representa la energía potencial química relativa del agua en una matriz determinada por la interacción superficial, numérica y capilar. Cuando el agua interactúa con otras moléculas a través de diversas interacciones, una parte de la energía contenida en el enlace molecular del agua se transfiere a esta interacción, lo que reduce la energía de la propia molécula de agua. Cuanto más interactúa la composición del producto con el agua, menor es la energía del agua. La reducción de la energía del agua también reduce su capacidad de escape a la fase gaseosa, lo que resulta en una reducción de la presión del vapor. Una actividad hídrica de 0,50 indica que el agua del producto tiene un 50% de energía de agua pura a la misma temperatura. Cuanto menor sea la actividad del agua, menos agua en el sistema se comportará como agua pura. Tenga en cuenta que la definición dada aquí nunca menciona el término "agua libre", ya que este término a menudo se utiliza erróneamente para definir la actividad del agua y no tiene sentido científico.

Para los productos de chocolate, el método de medición de la actividad hídrica es equilibrar el agua líquida en la muestra con el agua gaseosa en el espacio superior de la Cámara cerrada, y luego medir la humedad relativa de equilibrio (erh) en el espacio superior con un sensor. Se pueden utilizar sensores electroliticos resistivos, sensores de espejo frío, láseres de diodos tunables o sensores de polímeros absorbentes de humedad capacitivos para determinar la humedad relativa de equilibrio (actividad hídrica). Los instrumentos de novasina, como labmaster - awneo, utilizan sensores electroliticos de resistencia eléctrica para determinar la humedad relativa de equilibrio. Los cambios en la humedad relativa de equilibrio se rastrean a través de los cambios en la resistencia del sensor electrolitico.

El caramelo de chocolate generalmente no contiene compuestos volátiles a menos que sea una fórmula basada en el vino. Sin embargo, uno de los desafíos clave para medir la actividad hídrica de los productos de chocolate es el alto contenido de grasa del chocolate y el proceso más lento por el que las moléculas de agua entran en la fase gaseosa, por lo que se necesita un tiempo de equilibrio más largo. La lectura antes de alcanzar un verdadero equilibrio puede provocar mediciones inexactas, lo que puede afectar potencialmente la seguridad y la calidad del producto.

Para mostrar las diferencias potenciales derivadas de la configuración de los diferentes modos de equilibrio, los científicos de novasina utilizaron el medidor de actividad hídrica novasina labmaster - awneo para probar la actividad hídrica de una serie de productos, utilizando el modo de equilibrio rápido menos exigente y el modo de equilibrio lento más exigente (véase la tabla 1). El modo rápido está diseñado para obtener resultados más rápidos exigiendo que la diferencia de lectura de la actividad del agua no supere 0001 AW durante 2 minutos consecutivos. Por el contrario, el modo lento requiere alcanzar el mismo nivel de estabilidad en 6 minutos para garantizar un Estado de equilibrio más confiable.

La Tabla 1 muestra los resultados de la prueba de la actividad hídrica media y el tiempo de prueba (minutos) de los productos de confitería de chocolate comunes cuando se prueban con un modo de "equilibrio rápido" menos estricto y un modo de "equilibrio lento" más estricto en el dispositivo labmaster - awneo de novasina.

Aunque el modo rápido puede acortar significativamente el tiempo de prueba, su precisión puede reducirse. Si la diferencia de resultados entre el modo rápido y el modo lento es inferior a 0,01 aw, generalmente se puede aceptar el uso del modo rápido para acelerar la prueba. Sin embargo, para aplicaciones clave que requieren una mayor precisión, el modo lento puede reflejar de manera más confiable el valor real de la actividad hídrica.

Sin evaluar las diferencias potenciales en los resultados, nunca se debe establecer arbitrariamente un punto final de prueba más relajado, lo que solo es factible si el instrumento permite al usuario ajustar los parámetros relevantes. Novasina recomienda: al realizar pruebas de actividad hídrica en nuevos productos, primero se debe ejecutar la prueba en modo rápido y estable. Después de eso, mantenga la muestra en el instrumento (sin abrir la tapa) y Déjela reposar durante una hora. Durante este período, labmaster - awneo actualizará las lecturas de actividad hídrica en tiempo real, al tiempo que mostrará las mediciones en modo rápido. De esta manera, los usuarios pueden juzgar si la diferencia es tan significativa que es necesario cambiar a un modo estable más estricto.

Como se indica en los datos anteriores (tabla 1), la diferencia media de actividad hídrica entre algunos productos de chocolate (como el jarabe de chocolate) en los modos rápido y lento es muy pequeña (menos de 0,01 aw), aunque el modo lento requiere más tiempo de prueba; Por su parte, otros productos, como la mermelada de avellana de chocolate, tienen una gran diferencia, hasta 0,09 AW. estos resultados sugieren que el laboratorio de control de calidad puede juzgar qué productos son adecuados para pruebas rápidas y cuáles requieren un tiempo de equilibrio más largo para garantizar la precisión de la medición.

Actividad hídrica y crecimiento microbiano

La seguridad microbiana es la principal preocupación de todos los alimentos. El procesamiento adecuado es esencial para reducir la cantidad de microorganismos y prevenir la reproducción de microorganismos nocivos. La actividad del agua juega un papel clave en el control del crecimiento microbiano, ya que afecta directamente la capacidad reproductiva del organismo. Cuando la actividad hídrica del microorganismo en su entorno es inferior a su nivel interno, experimenta un estrés osmótico que, a medida que cambia a un Estado de baja energía, pierde agua al medio ambiente.^[2]. esta pérdida de agua reduce la presión expansiva y ralentiza la actividad metabólica.

Para seguir reproduciéndose, los microorganismos deben reducir su actividad hídrica interna a niveles inferiores a los del entorno circundante para que el agua vuelva a entrar en la célula. Intentará lograrlo concentrando solutos dentro de la célula. La efectividad de esta estrategia varía según el organismo, lo que significa que cada organismo tiene un umbral único de actividad hídrica mínima por debajo del cual no puede crecer^[2,3]. La tabla 2 enumera los límites mínimos de actividad hídrica para el crecimiento de microorganismos corruptos comunes.

Tabla 2. tabla de límites de actividad hídrica (aw) para el crecimiento de microorganismos comunes

Problemas microbianos con el jarabe de chocolate

Aunque la actividad hídrica de los dulces de chocolate duro enumerados en la Tabla 1 está por debajo del límite de crecimiento microbiano, la actividad hídrica de los productos de jarabe de chocolate es significativamente mayor. La actividad hídrica de ambos jarabes supera el umbral de crecimiento del moho, que puede generar moho si se expone a esporas en el aire. Cabe señalar que la actividad hídrica del jarabe de azúcar cero es mucho mayor que la del jarabe de azúcar. La actividad hídrica del jarabe azucarado es de 0827 aw, por debajo del límite de crecimiento de todos los patógenos, y se considera estable durante la vida útil. Por el contrario, la actividad hídrica del jarabe de azúcar cero fue de 0937 aw, superando los límites de crecimiento de Staphylococcus aureus y listeria. Según las regulaciones alimentarias de la administración de alimentos y medicamentos de Estados Unidos (fda), los productos cuya actividad hídrica alcanza este nivel solo pueden considerarse estables durante la vida útil si su pH es inferior a 5,6 (véase la figura 1).

El aumento de la actividad hídrica pone de relieve los desafíos que enfrentan los formuladores al desarrollar alternativas más saludables. Aunque reducir el contenido de azúcar es beneficioso para la salud, también puede afectar la seguridad del producto. El azúcar es un hidratante natural que controla la actividad del agua proporcionando múltiples sitios que unen el agua, reduciendo así la energía del agua en el producto. La sustitución de azúcares por azúcares sustitutos con diferentes propiedades químicas reducirá los sitios de Unión al agua. A menos que el contenido total de agua se reduzca al mismo tiempo, pero debido a que productos como el jarabe tienen requisitos de viscosidad, esto suele ser poco práctico, la actividad del agua aumentará. Si este cambio en la actividad hídrica no se registra adecuadamente y no se ajustan para garantizar la seguridad del producto, el producto reformulado puede representar un riesgo para la salud. Por lo tanto, la actividad hídrica siempre debe ser monitoreada durante la formulación, especialmente cuando se eliminan ingredientes polares como azúcar o sal.

Cuadro 3. adaptado del cuadro A de la definición de control de tiempo / temperatura de seguridad alimentaria en el reglamento de alimentos de Estados Unidos FDA 2017

* phf se refiere a "piensos potencialmente peligrosos"

* TCS se refiere al "control de tiempo / temperatura de alimentos seguros"

* pa se refiere a "la necesidad de realizar una evaluación del producto"

Actividad hídrica y sabor a chocolate

El sabor es uno de los atributos de calidad más importantes de los dulces de chocolate. Los consumidores esperan que las características de sabor del producto coincidan con el tipo de producto, y cualquier desviación puede hacer que el producto no sea popular, lo que en realidad significa el final de su vida útil. La baja actividad hídrica natural de la mayoría de los dulces de chocolate ayuda a prolongar su vida útil ralentizando las reacciones químicas que pueden cambiar el sabor. Sin embargo, la oxidación de la grasa sigue siendo un problema clave, ya que puede causar la producción de olores relacionados con el deterioro.

La actividad del agua puede afectar la tasa de oxidación lipídica en los productos de chocolate. A diferencia de la mayoría de las reacciones alimentarias, la oxidación lipídica se intensifica a niveles bajos y altos de actividad hídrica, como se muestra en la figura 1. Esto significa que existe un rango de actividad hídrica, el llamado valor de capa molecular única, en el que la tasa de oxidación es la más baja. Para la mayoría de los productos de chocolate, el valor es de aproximadamente 0,35 aw, lo que coincide con los niveles de actividad hídrica de muchos de los productos enumerados en la tabla 1. Para garantizar la estabilidad del sabor y prolongar la vida útil, los productos de chocolate deben procesarse para alcanzar este rango ideal de actividad hídrica. La inclusión de las pruebas de actividad hídrica en los protocolos de garantía de calidad de los fabricantes de chocolate es fundamental para mantener la integridad del producto y la satisfacción del consumidor.

Figura 1. relación general entre la actividad hídrica y la tasa de oxidación lipídica.

Actividad hídrica y escarcha de chocolate

Además del sabor, la textura y la apariencia también son atributos clave de calidad de los dulces de chocolate. Los consumidores esperan que el chocolate tenga una apariencia atractiva y, lo que es más importante, un sabor específico. El chocolate negro suele tener un sabor crujiente y una textura dura, mientras que el chocolate con leche debe ser sedoso y delicado.

La reacción de degradación más común que afecta la apariencia y textura del chocolate es el glaseado del chocolate, que se puede dividir en glaseado y crema de grasa. La actividad hídrica está más estrechamente relacionada con la formación de escarcha. Cuando el chocolate está expuesto a un ambiente de alta humedad, su actividad hídrica superficial aumenta y luego vuelve a sus niveles originales, se produce un glaseado. Cuando la actividad del agua aumenta, el azúcar se disuelve en una solución, y a medida que la actividad del agua disminuye, el azúcar se recristaliza en la superficie. Esto hace que la superficie del chocolate forme una capa de cristal de azúcar blanco, similar al polvo, lo que hace que el chocolate sea áspero y afecte su atractivo visual. Además, esto también cambiará las características de fusión del chocolate al consumirlo, afectando el sabor sedoso esperado.

Para evitar la formación de escarcha, la actividad hídrica ideal del producto de chocolate debe determinarse mediante una prueba de actividad hídrica y procesarse de acuerdo con este estándar. Además, es fundamental mantener condiciones de almacenamiento estables, lo que puede evitar que las fluctuaciones de la actividad del agua provoquen heladas.

Actividad del agua y migración del agua

Los dulces de chocolate suelen estar hechos de una mezcla de sólidos de chocolate con otros ingredientes como el caramelo de vaca, la mantequilla de maní, las nueces o las frutas. Estas combinaciones aumentan el atractivo para los consumidores al ofrecer una variedad de sabores y sabores, además del chocolate puro. Sin embargo, la estabilidad de los productos multicomponentes depende de evitar la migración de agua entre las capas, ya que la migración de agua puede provocar cambios en el sabor insatisfactorios y, lo que es más grave, puede afectar la seguridad microbiana.

Aunque el recubrimiento de chocolate puede servir como barrera natural del agua debido a su alto contenido de grasas, los cambios en la actividad hídrica del chocolate en sí afectan su rendimiento protector y su calidad general. La estrategia más eficaz para evitar la migración del agua es que todos los componentes terminen teniendo la misma actividad hídrica. El agua se mueve de áreas con mayor actividad hídrica (mayor energía) a áreas con menor actividad hídrica, en lugar de basarse en el contenido de agua. Esta es una diferencia clave: lo que impulsa la migración del agua es la actividad del agua, no la concentración de agua.

Por ejemplo, en la barra de mantequilla de maní de chocolate que se muestra en la tabla 1, la actividad hídrica del chocolate se mide en 0455 AW y la de la mantequilla de maní en 0450 AW. estos valores casi idénticos indican que el producto alcanza un buen equilibrio y es poco probable que se produzca una migración hídrica con el tiempo, lo que contribuye a su estabilidad a largo plazo.

El papel del embalaje

Como se mencionó en secciones anteriores, la prolongación de la vida útil de los productos de chocolate depende de tres pasos clave: producir el producto en el rango ideal de actividad hídrica, verificarlo mediante especificaciones de Liberación de actividad hídrica y pruebas de garantía de calidad, y evitar cambios en la actividad hídrica debido a la migración de la humedad o la exposición a diferentes condiciones de almacenamiento. Aunque la migración del agua se ha discutido anteriormente, el principal medio para prevenir cambios en la actividad del agua debido a la exposición ambiental es el embalaje.

El embalaje actúa como barrera a la humedad y protege a los productos de chocolate de la absorción o pérdida de agua cuando la humedad circundante es diferente de la actividad hídrica del producto. La eficacia del material de embalaje se mide generalmente por su transmisión de vapor de agua (wvtr), cuanto menor sea wvtr, mejor será el efecto de barrera a la humedad. El Alto wvtr significa que el agua es más fácil de pasar por el embalaje, lo que puede cambiar la actividad hídrica del producto y afectar la calidad.

La elección del material de embalaje adecuado requiere un equilibrio entre el rendimiento y el costo. Aunque los materiales con valores wvtr más bajos tienen un mejor efecto protector, a menudo también son más caros. La elección de envases con wvtr por debajo de la demanda real provocará un aumento innecesario de los costos y reducirá la rentabilidad. El objetivo es encontrar un embalaje que sea económico y pueda mantener la estabilidad del producto en las condiciones de almacenamiento esperadas.

Utilizando el conocimiento de la actividad hídrica, las características de absorción de humedad y el modelo matemático del producto, se puede predecir el embalaje ideal adecuado para el producto. Aunque este libro blanco no aborda los pasos detallados de este modelado, Novartis puede proporcionar soporte y orientación a los fabricantes interesados en adoptar este enfoque.

resumen

La clave para prolongar la vida útil de los productos de chocolate es determinar y mantener el rango ideal de actividad hídrica, dentro del cual la textura, el sabor, la apariencia y el sabor del producto pueden alcanzar su Estado. Los investigadores y los formuladores tienen la responsabilidad de determinar este rango ideal a través de experimentos y pruebas de actividad hídrica, especialmente cuando se desarrollan alternativas más saludables que pueden cambiar los ingredientes que controlan la actividad hídrica. Una vez determinada esta actividad hídrica ideal, se convierte en el estándar de especificación para la Liberación del producto, y las pruebas de garantía de calidad convencionales pueden garantizar que cada lote de producto cumpla con los requisitos del objetivo. Por último, es fundamental mantener la actividad hídrica del producto durante el transporte y el almacenamiento. Esto se puede lograr seleccionando materiales de embalaje que puedan bloquear eficazmente la humedad, evitando cambios debido a la humedad ambiental o la migración de la humedad. Al controlar la actividad hídrica durante todo el proceso de formulación, producción y distribución, el fabricante puede garantizar la calidad, seguridad y prolongar la vida útil del producto. Novasina puede proporcionar tanto conocimientos sobre la aplicación de la actividad del agua en los dulces de chocolate como las propiedades instrumentales necesarias para mantener la calidad y la seguridad del producto.

Referencias

1. Geiger, M. 2023. Chocolate: Vida de conservación, almacenamiento y floración. Extensión de la Universidad Estatal de Iowa.

Beuchat, L. 1983. Influencia de la actividad del agua en el crecimiento, las actividades metabólicas y la supervivencia de levaduras y mohos. Journal of Food Protection 46(2): 135-141.

3. Scott, W. 1957. Relaciones hídricas de microorganismos de deterioro alimentario. Avances en la investigación de alimentos 7:83-127.

4. Sutar, A.A., Dashpute, R.S., Shinde, Y.D. et al. Una revisión sistémica sobre la aptitud física y la supervivencia de la salmonella en un entorno dinámico y formas concebibles de su mitigación. Indian J Microbiol 64, 267–286 (2024).