El agua que contienen los alimentos y los productos farmacéuticos influye en cómo se utilizan, cuándo se degradan y mucho más. La humedad no puede ignorarse. A continuación, explicamos como la sorción dinámica de vapor (DVS) puede ser muy útil.

Sorción dinámica de vapor – DVS

El agua es omnipresente. Quienes estudian el mundo físico o fabrican materiales se ven obligados a evaluar el impacto de la humedad en las sustancias con las que trabajan. Más concretamente, el agua (tanto en un material como a su alrededor) es un factor crucial a la hora de determinar cómo y dónde se puede utilizar un producto o material, cuándo se degradará, qué tratamientos o recubrimientos necesita (si es que necesita alguno) o si hay que reformularlo por completo.

Ya que la humedad no puede ignorarse ¿Cómo se puede medir y contabilizar su impacto? Pues mediante el análisis de sorción de vapor.

¿Qué es la sorción dinámica de vapor?

El objetivo de los análisis de sorción de vapor es conocer la cantidad de disolvente (normalmente agua) que absorbe o desorbe un material y la rapidez con que lo hace.
Para averiguarlo, se coloca una muestra del material en un entorno en el que se puede controlar y ajustar la cantidad de vapor de disolvente (humedad). A continuación, se miden los cambios en el peso de la muestra y se utilizan para calcular cuánto vapor adsorbe o desorbe.
La sorción dinámica de vapor (DVS) es una forma popular de analizar la sorción de vapor. Hasta hace unas décadas, el principal método de análisis de la sorción de vapor era un proceso lento y manual en el que se utilizaban desecadores. En 1991, Daryl Williams desarrolló la metodología DVS para reducir la enorme cantidad de tiempo y trabajo que se necesitaban para obtener datos válidos.

Cómo funciona la DVS

Existen varios tipos de dispositivos de DVS, pero la mayoría son similares en su mecanismo de acción.

Un dispositivo típico de sorción dinámica de vapor mantiene una muestra en una cámara a temperatura controlada. A continuación, utiliza aire humidificado o desecado para llevar la cámara a un nivel de humedad relativa establecido. Una vez que la muestra alcanza el equilibrio (se establece mediante el peso) con el nivel de humedad relativa de la cámara, se registra su cambio de masa. A continuación, el dispositivo repite el proceso con niveles de humedad relativa mayores o menores y registra los cambios posteriores. Una vez recogidos los puntos de datos necesarios, algunos dispositivos DVS los utilizan para generar una isoterma.
Una vez preparada y colocada la muestra en la cámara, los dispositivos DVS realizan el análisis de sorción de vapor de forma automática. Antes de esta tecnología DVS, para conseguir los mismos datos se necesitaban varios desecadores, una sala a temperatura estrictamente controlada y varias semanas o meses para hacer rotar las muestras por las distintas cámaras y registrar los resultados.

Cuando y por qué se utiliza la DVS

Los mercados competitivos y las normativas más estrictas han empujado a las empresas, de sectores muy diversos, a investigar cómo responden sus productos a las condiciones ambientales. Esta es probablemente la razón por la que, en los más de 30 años transcurridos desde su invención, la sorción dinámica de vapor se ha extendido y adoptado.
Hoy en día, el análisis de sorción de vapor sigue extendiéndose a nuevas industrias. El análisis de sorción de vapor responde con mayor frecuencia a preguntas similares a éstas:

• ¿Qué condiciones provocarán que un material en polvo, ya sea un producto final o una materia prima, se apelmace o se vuelva inutilizable o poco atractivo?
• ¿En qué medida protegerá un determinado material de envasado a un producto de las condiciones adversas de transporte, climatológicas o de almacenamiento?
• ¿Cuánto tiempo mantendrá su eficacia el ingrediente activo de un producto farmacéutico, nutracéutico o suplemento cuando se expone a fluctuaciones de humedad como las de un botiquín de baño?

Hay otras aplicaciones mucho más específicas que incluyen, por ejemplo: comprobar los efectos de la humedad en materiales empleados en aviación, lentes de contacto y artículos de higiene personal, y muchas, muchas más.

Resultados y análisis de DVS

Parte 1: cinética de sorción de vapor

Los resultados de una prueba dinámica de sorción de vapor suelen visualizarse de dos formas diferentes. La primera, denominada cinética de sorción de vapor, se basa en el tiempo. Representa gráficamente los niveles de humedad relativa en la cámara y los cambios en la masa de la muestra a lo largo del tiempo.Dicho de otro modo, la cinética de sorción muestra la rapidez con la que la muestra absorbe y libera agua del entorno. Esto es útil en los casos en los que el tiempo es un factor crítico, como en los estudios de vida útil acelerada.

Parte 2: isotermas de sorción de vapor

La otra forma de visualizar los datos de sorción de vapor consiste en representar gráficamente los datos de actividad de agua (aw) de la muestra en abscisas y el peso (a veces se utiliza en su lugar el contenido de humedad) en el eje de ordenadas.

Estas isotermas no muestran cómo influye el tiempo en la muestra, pero muestran cómo cambia la masa o el contenido de humedad en relación con la humedad relativa.

Este tipo de isotermas de alta resolución facilitan la identificación exacta de las transiciones no deseadas de textura y calidad. Y acostrumbran a denominarse «límites críticos» y se manifiestan como saltos o caídas repentinas del contenido de humedad o de la masa. Esta información es crucial en muchas situaciones de fabricación de alimentos:

• En productos secos como los polvos, es importante mantenerse por debajo de un límite superior para evitar el apelmazamiento y la formación de grumos. Pero a la vez, lo suficientemente alto como para que un producto sobresecado y con poco peso acabe con los márgenes de beneficio.
• En un aperitivo de carne curada, lo ideal sería que el intervalo de límite crítico fuera lo bastante bajo para evitar microorganismos, pero lo bastante alto para que el aperitivo tenga una textura húmeda y apetecible.
• En productos alimentarios de alta humedad, como las barritas de fruta, se necesitan ciertos niveles de actividad de agua para evitar la sinéresis.

La explicación de los procesos de adsorción, desorción y la histéresis, y también los equipos para DVS los comentaremos en la siguiente entrada del blog.

Podéis leer el artículo original a través de este enlace.