Термин "активность воды" англ. "water activity" - Aw) впервые был введен Скоттом в 1952 г., который доказал, что существует зависимость между состоянием воды в продукте и ростом микроорганизмов в нем.
С этого времени Aw стала важнейшим параметром в пищевой промышленности.
Само определение активности рассматривается как отношение фугитивности f летучести) вещества в некотором состоянии к его фугитивности fs в каком-либо состоянии принятом за стандартное.
Так как мы рассматриваем водные пищевые среды, то под фугитивностью вещества понимается некоторая величина парциального давления пара над продуктом.
Если за стандартное состояние принять давления пара над чистым растворителем дистиллированная вода) отношение для Aw примет вид:
Аw = f / fs = p / ps, (1)
где: p - парциальное давление водяного пара над поверхностью продукта;
рs - давление насыщенного пара над чистой водой при температуре продукта.
Так как величина Аw носит термодинамический характер, т. е. характеризует равновесное давление паров воды при определенной температуре, она может быть определена как равновесная относительная влажность деленная на 100.
Аw = Rh / 100, (2)
где: Rh - равновесная относительная влажность, %
Отношение парциальных давлений паров над продуктом и чистым растворителем входит в основную термодинамическую формулу количественного определения энергии связи влаги с материалом по П.А. Ребиндеру).
-*F = L = RT ln p / ps = RT ln Aw Дж / моль), (3)
где:
*F - уменьшение свободной энергии системы;
L - работа отрыва 1 моля воды от материала без изменения состава);
R- газовая постоянная;
Т- абсолютная температура.
На основании литературных данных в таблице 1 представлены величины Aw некоторых продуктов.
Таблица 1
Продукты Aw Продукты Aw
Молоко цельное 0.990 -
0.995 Сгущенное стерилизованное молоко 0.960 –
0.970
Сливки 40 %- ной жирности 0.980 –
0.990 Сгущенное молоко с сахаром 0.820 –
0.850
Сыр 40 %- ной влажности 0.950 –
0.970 Сухое молоко 0.220 –
0.280
Известно, что между водой, химическими соединениями и биологической структурой пищевых продуктов происходят взаимодействия различного характера. А именно - вода является дисперсной средой для целого ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в продуктах питания. Величина Aw хорошо коррелирует со многими из них. Так понижение Aw от 1 до 0.2 приводит к значительному замедлению химических и ферментативных реакций, кроме процесса окисления липидов и реакции Майяра.
В настоящие время изучены и определены пороговые значения Aw для большинства микроорганизмов, за пределами которых, замедляются или прекращаются процессы их роста. Так для большинства бактерий предельное значение Aw, обеспечивающие их нормальное развитие должно быть не ниже 0.90 - 0.99.
Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже в пределах Aw = 0.85 - 0.65. В частности, в молочноконсервном производстве наиболее опасны осмофильные дрожжи, которые могут развиваться при Aw близкой к 0.70 и являться причиной брака сгущенных молочных консервов с сахаром.
По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов:
продукты с высокой влажностью Аw = 1.0 - 0.9);
продукты с промежуточной влажностью Aw = 0.9- 0.6);
продукты с низкой влажностьюAw = 0.6 - 0.0).
О важности данного показателя говорит и то, что Американский Институт Технологов-Пищевиков на своем 50-летнем юбилее, отметил одним из десяти наиболее значимых нововведений в пищевой промышленности последнего полувека - концепцию активности воды, которая позволяет оценить степень подверженности сушеных продуктов и продуктов с промежуточной влажностью микробиологической и другой порче.
Таким образом, контролируя функционально-технологические показатели в продукте и, в частности, показатель Aw, можно прогнозировать его способность к хранению, что позволит создать "карты стабильности" продуктов, и определить оптимальные условия их хранения.
Термин "
активность воды" англ. "water activity" - Aw) впервые был введен Скоттом в 1952 г., который доказал, что существует зависимость между состоянием воды в продукте и ростом микроорганизмов в нем.
Известно, что между водой, химическими соединениями и биологической структурой пищевых продуктов происходят взаимодействия различного характера. А именно - вода является дисперсной средой для целого ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в продуктах питания. Величина Aw хорошо коррелирует со многими из них. Так понижение Aw от 1 до 0.2 приводит к значительному замедлению химических и ферментативных реакций, кроме процесса окисления липидов и реакции Майяра.
В настоящие время изучены и определены пороговые значения Aw для большинства микроорганизмов, за пределами которых, замедляются или прекращаются процессы их роста. Так для большинства бактерий предельное значение Aw, обеспечивающие их нормальное развитие должно быть не ниже 0.90 - 0.99. Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже в пределах Aw = 0.85 - 0.65. В частности, в молочноконсервном производстве наиболее опасны осмофильные дрожжи, которые могут развиваться при Aw близкой к 0.70 и являться причиной брака сгущенных молочных консервов с сахаром.
По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов:
- продукты с высокой влажностью Аw = 1.0 - 0.9);
- продукты с промежуточной влажностью Aw = 0.9- 0.6);
- продукты с низкой влажностьюAw = 0.6 - 0.0).
О важности данного показателя говорит и то, что Американский Институт Технологов-Пищевиков на своем 50-летнем юбилее, отметил одним из десяти наиболее значимых нововведений в пищевой промышленности последнего полувека - концепцию активности воды, которая позволяет оценить степень подверженности сушеных продуктов и продуктов с промежуточной влажностью микробиологической и другой порче.
Таким образом, контролируя функционально-технологические показатели в продукте и, в частности, показатель Aw, можно прогнозировать его способность к хранению, что позволит создать "карты стабильности" молочных продуктов, и определить оптимальные условия их хранения.
Активность воды - один из самых критических параметров в определении качества и безопасности товаров, которые потребляются каждый день. Водная активность затрагивает срок годности, безопасность, структуру и запах пищевых продуктов. Это также жизненно важно для стабильности фармацевтических препаратов и косметики. Поскольку активность воды столь важна, необходимо измерить ее точно и быстро. Для этого и применяются приборы фирмы Decagon.
Области применения
Пищевая промышленность
Фармацевтическая промышленность
Химическая промышленность
Уменьшение процента содержания воды обезвоживание)
Сушка – это старый и испытанный метод сохранения продуктов питания. Сушка – это уменьшение процента содержания воды до значения, которое ниже значения, необходимого для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Другим преимуществом является уменьшение объема и ослабление химической активности. Имеющаяся влажность может быть уменьшена путем простой горячей сушки или, что менеё эффективно, путем добавления соли или сахара. Концентрированные растворы соли и сахара связывают воду и делают её недоступной для микроорганизмов. По этой причине джемы и мармелады, имеющие высокое содержание сахара не нуждаются в замораживании.
Многие продукты питания являются гигроскопичными и находятся в состоянии равновесия с относительной влажностью в окружающей атмосфере. С повышением относительной влажности повышается содержание влаги в пищевом продукте, а с понижением относительной влажности уменьшается и количество влаги. Можно вычертить изотермы сорбции, чтобы показать содержание влаги в продукте питания для каждого значения относительной влажности.
Если продукт питания находится в герметически закрытом контейнере, то он будет либо получать влагу, либо терять её до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие с воздушным пространством. Равновесная относительная влажность – это атмосферная влажность, при которой влажность продукта сохраняется неизменной. Это значение часто выражается символом Aw водная активность). Пищевой продукт с Aw = 0,5 имеет равновесную относительную влажность, равную 50%. В таблице 2 приведены проценты содержания влаги и значения равновесной относительной влажности для ряда пищевых продуктов.
Таблица 2. Типичные диапазоны содержания влаги и равновесной относительной влажности.
Продукт Типичный процент содержания влаги Равновесная отн. влажность
Хрустящий картофель, растворимый кофе 3% или менее 10-20%
Сухие каши 3-7% 20-30%
Крупа, орехи, сушеный фрукт 7-20% 30-60%
Соль 75%
Сахар 85%
Aw для сахара составляет 0,85 и поэтому мы редко сталкиваемся с проблемой слеживания сахара. Значение Aw для соли – несколько ниже и составляет 0,75, и поэтому в особенно влажные дни соль несколько увлажняется. Для обоих продуктов проблемы возникают при влажности порядка 90%. При выборе упаковки следует знать значения Aw и равновесной относительной влажности продукта. Продукты питания с низкими значениями равновесной относительной влажности являются гигроскопичными и будут поглощать влагу из воздуха. Такие продукты следует затаривать в барьерную упаковку, которая не допустит попадания влаги из атмосферы.
Сухие продукты, такие как хрустящий картофель и растворимый кофе, имеют низкое содержание влаги – 3% или менее и равновесную относительную влажность от 10 до 20 %. Поскольку относительная влажность окружающей среды редко бывает низкой, эти продукты имеют тенденцию впитывать в себя воду. Их необходимо упаковывать в материалы, имеющие высокие барьерные свойства. Хрустящий картофель к тому же богат жирами, так что он требует наличия высокого кислородного барьера. Иногда используются осушители и кислородные рафинирующие добавки.
Сухие продукты питания с равновесной относительной влажностью от 20 до 30 % предъявляют менее строгие требования к барьеру влажности, и их легче упаковать. В зависимости от вида продукта питания, может потребоваться кислород или другие барьеры. Многие виды печенья и сухие каши относятся к этой категории продуктов.
Продукты питания с равновесной относительной влажностью от 30 до 60 % могут часто храниться в течение длительного периода времени в упаковке, не имеющей барьерных свойств или имеющей низкие барьерные свойства, поскольку их равновесная относительная влажность соответствует типичным атмосферным условиям. Крупы, орехи и сушеные фрукты относятся к этой группе. Но, если пищевой продукт питания имеет высокое содержание растительного масла, то может потребоваться кислородный барьер. Бактериологическая активность редко создает проблемы для пищевых продуктов с низким или пониженным содержанием влаги, поскольку устранен один из главных факторов роста бактерий.
Продукты с высокой равновесной относительной влажностью теряют влагу в обычных атмосферных условиях. На первый взгляд может показаться, что эффективная упаковка может прекратить потерю влаги; однако кекс с равновесной относительной влажностью порядка 90% создаст вскоре относительную влажность порядка 90% внутри герметично закрытой упаковки, создавая идеальные условия для роста плесени грибков) Задача упаковки состоит в том, чтобы контролировать потерю, максимально замедлять эту потерю, но не до такой степени, чтобы внутри упаковки устанавливалась высокая влажность.
В настоящее время при оценке качества и сроков годности изделий одним из определяющих физико-химических показателей является их влажность. Хорошо известно, что влажность среды сильно влияет на развитие микроорганизмов. В последних содержится до 75-80% воды, и все питательные вещества для их жизнедеятельности поступают в клетку именно за счет воды. Микроорганизмы могут развиваться в средах, в которых содержание воды не опускается ниже определенного уровня. С понижением влажности интенсивность размножения микроорганизмов уменьшается и при достижении определенного содержания влаги прекращается совсем. Итак, влажность пищевого продукта - существенный фактор, определяющий развитие микрофлоры. Однако, для развития микроорганизмов имеет значение не абсолютная величина влажности, а доступность содержащейся в субстрате воды для развития жизнедеятельности микроорганизмов, которую в настоящее время называют водная активность или 'активность воды', 'Активность воды' доступность всех молекул воды) - отношение давления водяных паров над продуктом к давлению паров р над чистой водой р0: аw = р/р0. 'Активность воды' может изменяться от 0 до 1. Пороговые значения активности воды для различных микроорганизмов довольно сильно отличаются. Большинство бактерий нуждаются в высокой активности воды: БГКП клебсиелла, эшерихии, энтеробактерии), сальмонеллы развиваются при значениях 0,94; в то время как многие плесневые грибы и дрожжи хорошо развиваются при активности воды ниже 0,85. Известны некоторые виды плесневых грибов и осмофильных дрожжей, способных развиваться даже при значениях а w = 0,62.
По значению активности воды все кондитерские изделия разделяются на три группы:
• изделия с низкой влажностью аw не более 0,6). К ним относятся галеты, крекер, затяжное печенье, вафли, вафельные торты, конфеты с пралиновыми корпусами, шоколад
• изделия с промежуточной влажностью аw от 0,6 до 0,9). К ним относятся пряники, кексы, коврижки, торты и пирожные, конфеты со сбивными, желейными, желейно-фруктовыми корпусами
• изделия с высокой влажностью аw более 0,9). К ним относятся отдельные группы бисквитов и бисквитных тортов
Замедлить черствение мучных кондитерских изделий можно с помощью добавки в тесто влагоудерживающих агентов. Благодаря своей гигроскопичности влагоудерживающий агент связывает имеющуюся в свежеприготовленном продукте воду и тем самым предотвращает или существенно замедляет её испарение в атмосферу и снижает активность воды. Замедлению черствения способствуют также эмульгаторы и фосфаты. Лецитины и фосфатидные концентраты, моно- и диглицериды жирных кислот, другие сложные эфиры, фосфаты, создавая и стабилизируя эмульсию, тоже связывают воду, не давая ей испаряться в атмосферу. Вследствие этого сохраняется консистенция исходного продукта например, пряников, бисквитов) и продлевается его свежесть. Важнейшими влагоудерживающими агентами являются глицерин, сорбит, гидроколлоиды, например: агар, альгинаты, пектины, особенно низкометоксилированные, различные марки карбоксиметилцеллюлозы.
