Przewodnik krok po kroku dla producenta żywności dotyczący obniżania aktywności wody za pomocą substancji utrzymujących wilgoć

W jaki sposób producenci zapewniają bezpieczeństwo mikrobiologiczne żywności o pośredniej zawartości wilgoci podczas długiego okresu przydatności do spożycia?

Odpowiedź często kryje się w zastosowaniu substancji utrzymujących wilgoć (humektantów). Czym jest humektant? Do powszechnych przykładów należą składniki takie jak gliceryna, cukier oraz różne rodzaje soli. Humektanty obniżają aktywność wody (aw) produktu, ponieważ cząsteczki wody wiążą się z nimi w sposób preferencyjny. Każdy humektant wykazuje unikalną zdolność obniżania aktywności wody, zależną od swojej budowy chemicznej.

Ilość lub stężenie dodanych humektantów decyduje o skali spadku wartości aw.

Który humektant wybrać?

Z zasady im niższa masa cząsteczkowa humektantu, tym większa jego zdolność wiązania wody. Na przykład prosty cukier, taki jak sacharoza, jest skuteczniejszy niż skrobia, której zablokowane cząsteczki glukozy ograniczają dostępne miejsca wiązania wody. Z tego powodu błonnik, gumy i woski nie są skutecznymi humektantami.

Wybierając humektant, należy wziąć pod uwagę niezamierzone efekty. Na przykład, jeśli w cieście na ciasteczka znajduje się białko, a aktywność wody zostanie obniżona do 0,7 za pomocą cukru redukującego, wchodzi się w idealny zakres dla reakcji brązowienia Maillarda. Obniżona aktywność wody zapewnia bezpieczeństwo mikrobiologiczne ciasta, jednak produkt brązowieje już po kilku godzinach.

Humektanty mogą również wprowadzać do produktu niepożądane nuty smakowe. Gliceryna jest korzystnym humektantem, ponieważ jest bezsmakowa (z wyjątkiem wysokich stężeń). Ponadto jest całkowicie mieszalna z wodą i nie wytrąca się w postaci stałej w przypadku zmiany aktywności wody w produkcie. Sól lub cukier mogą być problematyczne, ponieważ oprócz wpływania na smak tworzą ciała stałe, jeśli ich stężenie w produkcie osiągnie punkt nasycenia. Aby sprostać tym różnym wyzwaniom, wielu producentów stosuje kombinację humektantów.

Wybierając humektant, należy wziąć pod uwagę niezamierzone skutki.

Podstawowe kroki prowadzące do obniżenia aktywności wody.

Twórcy produktów mogą wykonać poniższe kroki, aby ustalić, jakiej ilości i jakiego rodzaju humektantu lub kombinacji humektantów potrzebują, aby osiągnąć pożądaną wartość aw.

• Określenie bieżącej aktywności wody produktu
• Określenie docelowej wartości aktywności wody, jaką chcesz osiągnąć
• Wybór potencjalnych humektantów
• Określenie współczynników reaktywności każdego humektantu
• Przewidywanie zmiany aktywności wody za pomocą obliczeń (opisano poniżej)
• Wykorzystanie izoterm sorpcji wilgoci w celu zwiększenia precyzji określania optymalnej kombinacji poprzez modelowanie

Jak prognozować zmianę aktywności wody

Stopień, w jakim humektant zmienia aktywność wody produktu, można przewidzieć za pomocą równania Norrisha lub równania Grovera. Równania te opierają się na ustalonych naukowo stałych i współczynnikach, które można wykorzystać w prognozach. (Więcej szczegółów na temat aspektów naukowych znajduje się na liście odpowiednich publikacji).

Moisture Analysis Toolkit to oprogramowanie, które ma wbudowane te równania. Narzędzie prognozujące wykorzystuje dane specyficzne dla danego produktu, aby oszacować ilość humektantu lub kombinacji humektantów niezbędną do uzyskania pożądanej aktywności wody. Tabela 1 ilustruje skuteczność działania narzędzia prognozującego po dodaniu gliceryny do syropu.

Równania przewidujące aktywność wodną mogą być bardzo potężnym narzędziem w opracowywaniu składu produktów. Aby uzyskać więcej informacji na temat tych równań, skontaktuj się z działem wsparcia AQUALAB.

Dowiedz się więcej o trwałości produktu

W tym 30-minutowym webinarium naukowcy zajmujący się żywnością, Mary Galloway i Zachary Cartwright, opowiadają o tym, jak uzyskać odpowiedzi na pytania dotyczące trwałości produktów. Dowiedz się, jak:

• Rozwiązywanie problemów i reklamacji w celu ustalenia, dlaczego trwałość produktu kończy się szybciej niż oczekiwano
• Prognozowanie wpływu zmian w recepturze na trwałość produktu
• Porównanie wpływu różnych opcji składników
• Ocena, czy określona opcja opakowania pomoże osiągnąć lub wydłużyć trwałość produktu

Powiązane publikacje

Brimelow, C. J. B. „A pragmatic approach to the development of new intermediate moisture foods.” W Properties of water in foods, s. 405-419. Springer Netherlands, 1985. Link do artykułu.

Kapsalis, J. G., D. H. Ball, D. M. Alabran i A. V. Cardello. „Polyglycerols and polyglycerol esters as potential water activity reducing agents. Chemistry and sensory analysis.” Properties of Water in Foods (1985): 481-496. Link do artykułu.

Labuza, T. P. „Water binding of humectants.” W Properties of water in foods, s. 421-445. Springer Netherlands, 1985. Link do artykułu.

Ledward, D. A. „Novel Intermediate Moisture Meat Products.” W Properties of Water in Foods, pod red. D. Simatos i J. L. Multon, 447-463. Dordrecht: Springer Netherlands, 1985. Link do artykułu.

Linko, P., R. Kervinen, R. Karppinen, E-K. Rautalinna i J. Vainionpää. „Extrusion cooking for cereal-based intermediate-moisture products.” W Properties of water in foods, s. 465-479. Springer Netherlands, 1985. Link do artykułu.

Pomeranz, Yeshajahu. Functional properties of food components. Academic Press, 2012. Link do artykułu.

Sloan, A. Elizabeth, Dennis Schlueter i Theodore P. Labuza. „Wpływ kolejności i sposobu dodawania substancji nawilżających oraz wody na zdolność obniżania wartości Aw w układzie IMF”. *Journal of Food Science* 42, nr 1 (1977): 94–96. Link do artykułu.

Sloan, A. Elizabeth i Theodore P. Labuza. „Prognozowanie zdolności substancji nawilżających stosowanych w żywności do obniżania aktywności wody przy wysokich wartościach aw”. Journal of Food Science 41, nr 3. 1976: 532–535. Link do artykułu.

Troller, John A. i J. H. B. Christian. Aktywność wody a żywność. Nowy Jork: Academic Press, 1978.

Norrish, R. S. „Równanie opisujące współczynniki aktywności i równowagowe wilgotności względne wody w syropach cukierniczych”. International Journal of Food Science & Technology 1, nr 1. 1966: 25–39. Link do artykułu.

‍