Jak aktywność wody kontroluje rozwój drobnoustrojów

W 1953 roku William James Scott wykazał, że wzrost drobnoustrojów w żywności nie zależy od zawartości wody, jak powszechnie sądzono, lecz od aktywności wodnej. Cztery lata później ustalił pojęcie minimalnej aktywności wodnej niezbędnej do wzrostu drobnoustrojów. Obecnie aktywność wodna jest powszechnie stosowana przez producentów żywności do określania, czy dany produkt jest podatny na rozwój mikroorganizmów.

Kontroluj aktywność wodną, zapobiegaj wzrostowi drobnoustrojów

Podobnie jak wszystkie organizmy, drobnoustroje potrzebują do wzrostu dostępnej wody w żywności. Pobierają ją, transportując ją przez błonę komórkową. Ten mechanizm ruchu wody zależy od gradientu aktywności wodnej – czyli przepływu wody z środowiska o jej wysokiej aktywności na zewnątrz komórki do środowiska o niższej aktywności wewnątrz komórki. Gdy aktywność wodna na zewnątrz komórki spadnie odpowiednio nisko, dochodzi do stresu osmotycznego: komórka nie może pobierać wody i przechodzi w stan uśpienia. Drobnoustroje nie ulegają zniszczeniu, lecz tracą zdolność do wzrostu w stopniu wywołującym zakażenie. Różne organizmy radzą sobie ze stresem osmotycznym w odmienny sposób. Z tego powodu dla każdego z nich obowiązują inne granice wzrostu. Niektóre rodzaje pleśni i drożdży przystosowały się do przetrwania w warunkach bardzo niskiej aktywności wodnej. Tabela 1 przedstawia granice wzrostu aktywności wodnej dla wielu powszechnych drobnoustrojów.

Często zadawane pytania

Jaki jest próg aktywności wodnej wyznaczony przez FDA dla żywności o przedłużonej trwałości?

FDA klasyfikuje żywność o wartości aw na poziomie 0,85 lub niższym jako ogólnie niewymagającą chłodzenia ze względów bezpieczeństwa zgodnie z przepisami 21 CFR oraz FSMA Preventive Controls – próg ten opiera się na minimalnych wymaganiach wzrostowych większości patogenów bakteryjnych. Produkty o wartości aw w zakresie od 0,85 do 0,91 wymagają dokładnej oceny, ponieważ Staphylococcus aureus może nadal rozwijać się w tym zakresie, nawet gdy inne patogenne mikroorganizmy nie mają takiej możliwości.

W jaki sposób aktywność wodna jest wykorzystywana jako krytyczny punkt kontrolny w planach HACCP?

Aktywność wodna jest wykorzystywana jako krytyczny punkt kontrolny (CCP) w planach HACCP poprzez ustanowienie konkretnego limitu aw – zazwyczaj na poziomie 0,85 lub niższym – jako mierzalnej i weryfikowalnej kontroli zapobiegawczej przeciwko rozwojowi patogenów. Ponieważ aktywność wodna jest bezpośrednio powiązana z określonymi granicami wzrostu drobnoustrojów i można ją zweryfikować w punkcie produkcji, stanowi jeden z najbardziej niezawodnych parametrów dokumentowania bezpieczeństwa żywności bez konieczności przeprowadzania bezpośrednich badań w kierunku patogenów dla każdej partii.

Czy obniżenie aktywności wodnej zabija bakterie i pleśń już obecne w żywności?

Nie, zmniejszenie aktywności wodnej poniżej minimum wzrostowego zmusza drobnoustroje do przejścia w stan uśpienia, ale ich nie zabija, a przetrwalniki mogą zachować żywotność przy bardzo niskiej aktywności wodnej przez lata, zanim wznowią wzrost w sprzyjających warunkach. Z tego powodu technologia płotkowa łączy aktywność wodną z innymi metodami kontroli, takimi jak pH czy temperatura, zamiast polegać wyłącznie na samej aktywności wodnej.

Jaka jest minimalna wartość aw dla Staphylococcus aureus i dlaczego ma to znaczenie?

Staphylococcus aureus charakteryzuje się jednym z najniższych progów minimalnej aktywności wodnej spośród wszystkich patogenów bakteryjnych (aw 0,86), dlatego produkty o wartości aw między 0,86 a 0,91 mogą wiązać się z ryzykiem obecności gronkowca, mimo że większość innych patogenów nie jest w stanie rozwijać się w tym zakresie. Czyni to próg 0,85 określony przez FDA konserwatywnym, ale zarazem krytycznym punktem kontrolnym dla żywności o średniej wilgotności.

Czy wysoka zawartość soli lub cukru może wystarczająco obniżyć aktywność wodną, aby zapobiec wzrostowi drobnoustrojów?

Tak, rozpuszczone substancje, takie jak sól i cukier, wiążą cząsteczki wody i obniżają ich stan energetyczny, co stanowi podstawę naukową tradycyjnych metod utrwalania, takich jak solenie, peklowanie i produkcja dżemów. Odpowiednio stężona solanka lub produkt o wysokiej zawartości cukru mogą osiągnąć poziom aktywności wodnej wystarczająco niski, aby zahamować psucie, choć konieczny jest bezpośredni pomiar, ponieważ złożone matryce żywnościowe nie podlegają prostym wzorom.

Aktywność wodna a FDA, FSIS, FSMA

Mierząc aktywność wodną dowolnego materiału, dowiesz się, jakie bakterie, pleśnie lub grzyby mogą na nim i w nim rosnąć. Poprzez obniżenie aktywności wodnej można wykluczyć rozwój określonych klas drobnoustrojów. Przy niskich wartościach aktywności wodnej można całkowicie uniemożliwić wzrost jakichkolwiek organizmów. Aktywność wodna nie jest metodą eliminacji (kill step). Stanowi etap kontroli oraz integralną część wielu planów HACCP. Te ugruntowane granice wzrostu drobnoustrojów zostały włączone do przepisów FDA, FSIS oraz innych regulacji. Aktywność wodna jest częścią definicji żywności potencjalnie niebezpiecznej zawartej w Kodeksie Żywnościowym z 2013 roku, na który powołuje się ustawa Food Safety Modernization Act (FSMA).

Podczas gdy temperatura, pH i kilka innych czynników mogą wpływać na to, czy organizm będzie rósł w produkcie spożywczym oraz na tempo jego wzrostu, aktywność wodna jest prawdopodobnie najważniejszym czynnikiem. Na przykład większość bakterii nie rośnie przy aktywności wodnej poniżej 0,91, a większość pleśni przestaje się rozwijać przy aktywności wodnej poniżej 0,70. Aktywność wodna w połączeniu z innymi barierami, takimi jak pH, temperatura czy pakowanie w atmosferze modyfikowanej, ograniczy wzrost drobnoustrojów nawet przy aktywności wodnej wyższej niż 0,91.

Dowiedz się więcej – obejrzyj webinar Water Activity 102

Każdy wie, że aktywność wodna ma związek z rozwojem drobnoustrojów. Ale jak przekuć tę wiedzę na własną korzyść w procesie formulacji, specyfikacji, produkcji i pakowania? Podczas tego 30-minutowego webinaru dowiesz się:

• co musisz wiedzieć o tym, jak aktywność wodna pozwala przewidzieć rozwój drobnoustrojów
• jak wykorzystać specyficzne dla danego organizmu limity aw istotne dla Twojej branży przy ustalaniu specyfikacji
• jak wykorzystać różne techniki formulacji (w tym humektanty, powłoki, warstwy ochronne) do uzyskania wymaganej aktywności wody
• dlaczego warto rozważyć technologię „hurdle” (technologię barier) w celu rozwiązania określonych problemów