Naturalne składniki w pigułce: Wilgotność w suszonych owocach i orzechach

Pomiary i kontrola wilgotności w naturalnych składnikach to jeden z najbardziej niezawodnych i opłacalnych sposobów na uniknięcie problemów technologicznych, opóźnień produkcyjnych oraz kwestii związanych z jakością, które często z tego powodu występują.

Laboratorium Badawczo-Rozwojowe METER pomogło niektórym z największych światowych firm spożywczych zrozumieć i wyeliminować brak powtarzalności w naturalnych składnikach. W tej audycji Mary Galloway (kierownik laboratorium B+R) oraz Zachary Cartwright (główny technolog żywności) opowiedzą, jak pomogli i czego nauczyli się w tym procesie.

Transkrypcja zredagowana pod kątem przejrzystości

Dr Zachary Cartwright: Witajcie w cyklu Podstawy składników naturalnych, w którym będziemy rozmawiać o suszonych owocach i orzechach. Niezależnie od tego, czy używasz ich jako produktów finalnych, czy jako składników, skupimy się na tym, jak kontrolować i monitorować wodę w tego typu produktach.

Najpierw omówimy zmienność występującą w suszonych owocach i orzechach. Wyświetlimy tutaj wykres, zaczynając od owoców. Wygląda on jak wykres rozrzutu przedstawiający zależność między aktywnością wody na osi X a zawartością wilgoci na osi Y. Są to dane zebrane przez Mary – oddaję Ci głos, Mary. Być może opowiesz o tym, co tu widzimy.

Mary Galloway: Jasne. Występuje duża zmienność pomiędzy różnymi rodzajami owoców, ale również sporo różnic w obrębie jednego ich rodzaju. Przyjrzyjmy się danym dla jagód.

W tym webinarze jako przykłady posłużą nam jagody i migdały, jednak zasady te odświeżają się również do innych owoców i orzechów.

Część zmienności obserwowanej w owocach wiąże się z zawartością cukru i błonnika. Jak wspomniałam, czynniki te mogą się różnić w zależności od gatunku owocu. Na przykład mango to owoc o dużej zawartości błonnika, w którego przypadku relacja ta wygląda zupełnie inaczej. Obserwujemy tam dużą zmienność w zakresie aktywności wody i zawartości wilgoci. W przypadku jagód zależność między aktywnością wody a zawartością wilgoci jest bardziej przewidywalna.

Ale nawet wtedy występują różnice w zawartości cukru i błonnika – dotyczy to także jagód. Znaczenie mają różnice odmianowe, metoda suszenia oraz sposób przetwarzania. Czy produkt przetworzono jako naturalną, niesłodzoną jagodę, czy też dodano do niego cukier bądź inne substancje? Ogromny wpływ ma nawet sezon wegetacyjny. Nawet jeśli współpracujesz z dokładnie tym samym dostawcą i uprawiasz tę samą odmianę rok po roku, właściwości owoców mogą się różnić ze względu na odmienność warunków w danym sezonie wegetacyjnym.

Kolejnym czynnikiem, w przypadku którego obserwujemy wahania, jest pH. Wartość ta wpływa na owoce w szczególności, silniej niż na inne składniki. Owoce mają tendencję do bycia kwaśnymi, co oznacza niskie pH. Gdy produkt odznacza się wyższą kwasowością, można pozwolić sobie na nieco wyższą aktywność wody, ponieważ problemy z przekroczeniem limitów rozwoju pleśni będą mniej dotkliwe.

Załóżmy, że produkujesz batonik lub przekąskę, a dostarczony owoc ma określoną wartość pH. Ustalsz graniczną aktywność wody gwarantującą bezpieczeństwo i przechodzisz do kolejnych etapów. Jednak w kolejnym roku owoce mogą zostać dostarczone przy niższym pH – i w tym momencie tracisz ten bufor bezpieczeństwa.

ZC: Cieszę się, że poruszyłaś kwestia sezonu wegetacyjnego. Współpracowałem z wieloma firmami i mimo że produkują suszone wiśnie lub inny wyrób rok po rok po rok, parametry te nadal różnią się w zależności od sezonu. Sprawia to, że pomiar wilgoci stanowi wyzwanie nawet w ujęciu rocznym.

A co z orzechami? Z jaką zmiennością mamy do czynienia w ich przypadku? Czy wahań jest więcej, czy mniej? Czy czeka nas analiza podobnego wykresu rozrzutu?

MG: Nadal jest to wykres rozrzutu, ale zmienność jest mniejsza. Przygotowaliśmy grafikę prezentującą różne orzechy na podstawie podobnego badania, które przeprowadziliśmy. Mamy tu wiele różnych rodzajów orzechów: migdały, orzeszki ziemne, nerkowce – i jak widać, sytuacja wygląda dość ciekawie.

Gdy wyodrębnimy same migdały, zauważymy wyraźny trend, który jednak różni się od tego dla jagód. Poruszamy się w znacznie niższym zakresie aktywności wody. Nie widać tu aż takiej zmienności, choć ona nadal występuje i wynika z podobnych powodów.

Jednak w tym przypadku, oprócz sezonu wegetacyjnego i wcześniej omówionych kwestii, istotnym czynnikiem może być proces technologiczny. Czy orzechy są surowe? Suszone? Solone? Czy zawierają dodatki smakowe? Wszystko to wpływa na aktywność wody oraz zawartość wilgoci w orzechach.

Należy również wziąć pod uwagę, że orzechy charakteryzują się niższym zakresem aktywności wody. W takich warunkach stają się podatne na jełczenie. Wspominaliśmy o tym w innych webinariach.

Zasadniczo, przy niskiej aktywności wody, lipidy są bardziej odsłonięte na działanie otoczenia i ulegają silniejszemu utlenianiu. Jest to czynnik, który muszą brać pod uwagę zarówno producenci, jak i importeri orzechów.

Do wizualizacji tego zjawiska możemy wykorzystać izotermy sorpcji. Widoczna jest wyraźna zależność pomiędzy aktywnością wody a zawartością wilgoci.

Podobnie jak w przypadku owoców, należy uwzględnić przeznaczenie orzechów oraz formę, w jakiej będą wykorzystane. Charakteryzują się one mniejszą zmiennością, co jest zaletą, ale musimy sobie odpowiedzieć na pytanie: czy będą spożywane jako przekąska, czy posłużą jako składnik? Czy są w całości, solone, w formie pasty, czy może jako kawałki? Wszystko to wpływa na łatwość modyfikacji aktywności wody i zawartości wilgoci w orzechach.

ZC: Doskonale. Podsumowując tę pierwszą część: chcemy pokazać, że niezależnie od tego, czy mówimy o owocach, czy o orzechach, występuje duża zmienność, co zilustrowaliśmy za pomocą tych dwóch wykresów rozrzutu. W kolejnej części skupimy się na konsekwencjach tej zmienności oraz sposobach jej ograniczenia, a następnie przejdziemy do izoterm i zakończymy omówieniem skutków mieszania tych składników.

Konsekwencje zmienności

ZC: Omówmy teraz niektóre skutki zmienności. Zacznijmy od kwestii najbardziej oczywistych: tekstury i smaku. Mary przygotowała dla nas mały eksperyment. Poproszę ją o opisanie tego, co widzimy przed sobą.

MG: Tak. Przygotowaliśmy dwa różne warianty, aby zilustrować różnice pomiędzy owocem lub orzechem o nadmiernej wilgotności a produktem przesuszonym. Te jagody oraz migdały zostały doprowadzone do stanu równowagi przy wyższej aktywności wody. Wynosi ona około 0,7.

Wiem, że na nagraniu może to być słabo widoczne, ale te jagody są miękkie. Ich tekstura jest naprawdę delikatna. Nie jest to jeszcze tragiczne w przypadku jagód, choć należy zachować ostrożność ze względu na limit rozwoju pleśni wynoszący 0,7. Nawet biorąc pod uwagę wspomniane przeze mnie pH, nie zalecam zbytniego zbliżania się do tej strefy. Taka miękkość jest idealna, o ile spożywasz te owoce samodzielnie – pod warunkiem, że nie pojawiła się na nich pleśń.

Ale dla migdałów ten poziom aktywności wody jest inny. Jest zbyt wilgotny, aktywność wody jest zbyt wysoka jak na migdał i stanie się on miękki. Wyobraź sobie, jak to jest ugryźć miękki orzech. Kiedy na niego naciskam, czuję, że trochę się poddaje. Każdy wie, jak to wygląda – to nic dobrego.

W porównaniu do bardziej wilgotnych próbek, tutaj mamy suszone migdały i jagody. Dla migdała naturalnym stanem jest niższa aktywność wody. Kiedy go gryziesz, słyszysz przyjemne chrupnięcie. Ale dla jagód jest to stanowczo za twarde. To nie jest odpowiednie środowisko dla jagód.

Tak jak miękki orzech jest nieprzyjemny, tak twardy jak skała owoc nie zachęca do jedzenia. Posłuchaj – mogę nimi grzechotać w słoiku. To hałaśliwe.

ZC: Taaak. Słychać tę różnicę. Zdecydowanie.

MG: Słyszysz, że są wysuszone, prawda? Kiedy staramy się znaleźć równowagę między aktywnością wody a zawartością wilgoci, musisz wziąć pod uwagę, jak wpłynie to na Twoje składniki. Czy schodzisz zbyt nisko i uzyskujesz twardą teksturę, czy może zwiększasz aktywność wody i otrzymujesz miękką strukturę? Musimy znaleźć równowagę pomiędzy nimi.

ZC: Chciałbym Cię zapytać o to, jak przygotowałaś ten eksperyment. Jak określiłaś, do jakich wartości aktywności wody dążyć w stanie równowagi i skąd się biorą te liczby?

MG: Głównie przyglądamy się naturalnej aktywności wody w naszych składnikach. Mamy kilka przykładów, w których użyliśmy ich w stanie naturalnym i zmieszaliśmy. Można zobaczyć, dokąd zmierzają, jeśli nic z nimi nie zrobimy, jeśli po prostu weźmiemy je bezpośrednio od dostawcy i zmieszamy – jaki będzie ich ostateczny stan?

Zaczynamy od ich naturalnego punktu wyjścia i idziemy dalej. Istnieją konkretne powody i pewne wyzwania, gdy mamy niską aktywność wody – jak w przypadku orzechów i jełczenia, którego chcemy uniknąć. Ale w zasadzie pozostaliśmy przy ich naturalnych obszarach, a potem je zamieniliśmy – niską aktywność wody dla migdałów przypisaliśmy jagodom i odwrotnie w górnym zakresie, aby uzyskać bardziej wilgotną jagodę i sprawdzić, jak to wpłynie na migdały.

ZC:  To nawiązuje również do naszej pierwszej sekcji, w której mówiliśmy o rozważeniu, czy użyjesz tego jako składnika, czy jako produktu finalnego. Ponieważ w płatkach śniadaniowych lub czymś podobnym możesz chcieć mieć suszoną jagodę. Ale jeśli podjadasz jagody jako przekąskę, z pewnością zechcesz czegoś bardziej miękkiego. Samo przemyślenie sposobu ich wykorzystania pomoże Ci ustalić cel.

Pomiar i uwzględnianie zmienności wilgotności w owocach i orzechach

ZC: W następnej kolejności omówimy pomiar i uwzględnianie zmienności w owocach i orzechach. Mary, chciałbym Cię zapytać, jak się to robi obecnie? Jak ludzie mierzą wilgotność w owocach i orzechach?

MG: Tak, głównie opierają się po prostu na zawartości wilgoci. Obie te branże istnieją na rynku od dawna, więc stosują pewne przestarzałe metody określania zawartości wilgoci.

Często metodą pomiaru jest strata masy podczas suszenia, czasami waga suszarnicza, co oznacza szybszy pomiar zawartości wilgoci, ale wykorzystuje ona bardzo gorącą lampę, która ma odparować wilgoć. Problem polega na tym, że zarówno owoce, jak i orzechy źle znoszą wysokie temperatury. Owoce mają wysoką zawartość cukru, co może powodować brązowienie i pewną konwersję węglowodorów. Z kolei orzechy mogą się przypiec, co zaburza wynik zawartości wilgoci.

Przemysł owocowy stosuje również inne, starsze metody polegające na pomiarze zmiany przewodnictwa elektrycznego pasty owocowej. Nie jest to najdokładniejsza metoda, ale jest tradycyjna.

Kiedy dysponujesz tradycyjnymi danymi, trudno jest zrezygnować z tego pomiaru, zwłaszcza jeśli to na nich opierają się wszystkie Twoje dotychczasowe dane historyczne. To jednak świetny moment, aby przejść do omówienia związku między zawartością wilgoci a aktywnością wody oraz wyjaśnić, dlaczego to jest ważne.

ZC: Tak. W poprzednich częściach wielokrotnie wspominaliśmy o aktywności wody. Powodem tego jest fakt, że aktywność wody to znacznie prostszy i bardziej precyzyjny sposób myślenia o wodzie w produkcie oraz o tym, jak bezpośrednio wpływa ona na jakość, a nawet bezpieczeństwo. Pokażemy tu grafikę przedstawiającą zależność między aktywnością wody na osi X a zawartością wilgoci na osi Y. Pokazywaliśmy to wcześniej na wykresach rozrzutu. Przyjrzenie się temu bliżej pomoże zrozumieć, jak można wykorzystać tę zależność, zwłaszcza w kontekście mieszania, o którym opowiemy w jednej z kolejnych sekcji.

Jeśli odwzorujemy całą zależność między aktywnością wody a zawartością wilgoci w określonej temperaturze, uzyskamy pełną mapę wilgotności, którą nazywamy izotermą sorpcji wilgoci. W METER Group mamy na to bardzo unikalny sposób.

Dysponujemy metodą zwaną izotermą dynamicznego punktu rosy. Pozwala nam ona stworzyć izotermę o bardzo wysokiej rozdzielczości, dzięki czemu widzimy tę całą zależność. Jest to niezwykle przydatne, ponieważ poruszając się w górę i w dół tej krzywej, możemy zrozumieć m.in. szybkość reakcji. Wspomniałaś o tym wcześniej – procesy takie jak utlenianie lipidów zachodzą przy określonych wartościach aktywności wody. Jeśli skorzystamy z tej mapy wilgotności, możemy ustalić odpowiedni cel dla naszych migdałów na poziomie około 0,3 aktywności wody. Wzdłuż tej krzywej mogą zachodzić również reakcje brązowienia, aktywność enzymów czy inne zjawiska. Izotermę możemy również wykorzystać do przewidywania zagrożeń mikrobiologicznych. Niezależnie od tego, czy chodzi o pleśń, bakterie czy drożdże, problemy te zaczną się pojawiać wraz ze wzrostem aktywności wody. Warto o tym pamiętać, patrząc na tę krzywą izotermy.

Ostatnią rzeczą, o której należy pamiętać, są zmiany tekstury. W przypadku proszku może to być punkt zbrylania i tworzenia grudek. Nawet tutaj, gdy mówimy o konsystencji, te zmiany tekstury mogą pojawić się na naszej krzywej izotermy i pozwolić nam zidentyfikować tzw. krytyczną aktywność wody. Znamy zakres aktywności wody, w którego granicach musimy pozostać, zanim pojawią się zauważalne zmiany. Wspominam o tej krzywej, ponieważ jest to świetny sposób na uwzględnienie wszystkich tych czynników wpływających na bezpieczeństwo i jakość badanego produktu. Ta izotermowa będzie specyficzna dla każdego produktu lub każdego składnika, który analizujemy. Czy o czymś zapomniałem? Czy chciałbyś coś dodać na temat stosowania izoterm?

MG: Nie, poradziłeś sobie świetnie. Mam nadzieję, że – słuchając tego, co Zach mówił o różnym wpływie aktywności wody na produkt – potraficie to sobie wyobrazić, ponieważ wraz ze wzrostem aktywności wody mogą zachodzić różne zmiany. Działają tu różne mechanizmy. Niektóre z nich mogą wydawać się całkowicie logiczne, jak np. reakcja brązowienia, która wiąże się z wodą obecną w otoczeniu danej substancji. To tak, jakbyśmy przełączali różne tryby w miarę wzrostu aktywności wody, ale wszystko to ma wpływ na produkt, co wynika z praw fizyki, i musisz być tego świadomy.

ZC: Załóżmy, że mamy już izotermę – w jaki sposób można ją wykorzystać do zwiększenia precyzji, szczególnie jeśli – o ile się nie mylę – mamy przykład z pekanami?

Możesz może omówić ten przykład i opowiedzieć, jak zmienność w pomiarze zawartości wilgoci odzwierciedli się na krzywej izotermy.

MG: W tym przypadku precyzja pomiaru ma naprawdę duże znaczenie. Ponieważ jeśli używamy starszej, tradycyjnej metody – a był to przykład z życia wzięty dotyczący producenta orzechów pekan, gdzie ich metoda pomiaru zawartości wilgoci miała dokładność zaledwie do 0,5... tylko pół procenta więcej zawartości wilgoci, co wydaje się całkiem w porządku, prawda?

ZC: Tak, naprawdę dobrze, w porównaniu do tego, co zazwyczaj widzę.

MG: Tak. Myślisz sobie: „O tak, pół procenta, byłbym z tego zadowolony”. Ale kiedy przyjrzeliśmy się tej relacji z wilgocią w pekanach, zobaczyliśmy... a mamy dodatkową grafikę pokazującą odchyłkę plus minus 0,25, czyli połowę z tego... jeśli powiemy 0,5, może to nieznacznie podnieść lub obniżyć wynik. Co to oznacza w kontekście bezpieczeństwa i rozwoju pleśni?

Gdy spojrzymy na izotermę, zauważymy, że nawet niewielkie jej przesunięcie – wzrost zawartości wilgoci o ćwierć procenta – przenosi nas w obszar aktywności wody rzędu 0,7, czyli tam, gdzie może zacząć rozwijać się pleśń. To ma ogromne znaczenie. Jeśli o tym nie wiesz, ta zmienność w ramach jednego pomiaru, którego używasz, w rzeczywistości nie przekazuje Ci wszystkich niezbędnych informacji.

Jednak w przypadku aktywności wody stopień szczegółowości pomiaru ma kolosalne znaczenie. Jak widać na drugiej grafice, dysponujemy zakresem 0,01 aktywności wody i możemy zmierzyć każdą jej najmniejszą część. Bardzo łatwo zatem ustalić, jak dokładnie będziemy plasować się pod względem zawartości wilgoci – choć ostatecznie i tak kluczowa jest aktywność wody, a nie sama zawartość wilgoci – oraz gdzie pojawi się granica rozwoju pleśni lub inne związane z tym problemy.

ZC: Chciałbym po raz kolejny podkreślić, że wartość 0,5% może być wręcz nierealistyczna – najczęściej spotykam się z wahaniami rzędu plus minus jeden, a nawet 2% – ale ta grafika doskonale pokazuje, że jeśli znajdujesz się blisko granicy mikrobiologicznej i mierzysz wyłącznie zawartość wilgoci, istnieje bardzo wysokie prawdopodobieństwo, że część Twojego produktu będzie miała problemy z pleśnią.

Widzę, że niektóre firmy próbują sobie z tym radzić, stosując wszędzie nadmierne suszenie, co jednak wiąże się z ryzykiem pogorszenia wydajności i spadku przychodów, a w skrajnych przypadkach może prowadzić do utleniania lipidów.

Staramy się pokazać, że właściwym pomiarem jest kontrola aktywności wody. Nie należy ograniczać się jedynie do badania produktu końcowego – trzeba sprawdzać dostarczane składniki na każdym etapie produkcji, a także sam produkt finalny. Istnieje cała mnóstwo miejsc, w których należy monitorować zmiany poziomu wody w czasie.

MG: Zgadza się. To bardzo trafna uwaga, ponieważ – o czym już wspominaliśmy – jeśli współpracujesz z tym samym dostawcą rok po roku, pewna zmienność i tak będzie występować, jest to po prostu nieuniknione. Musisz być tego świadomy, aby móc wprowadzać odpowiednie korekty we własnym procesie. Jak już wspomniałam, nawet przy tym samym dostawcy zawsze pojawią się wahania, ale jeśli mierzysz parametry w momencie dostawy, wiesz dokładnie, co otrzymujesz.

Aktywność wody jest po prostu lepszym wskaźnikiem z tego względu, że to ona napędza wszelki rozwój mikrobiologiczny, a nie zawartość wilgoci czy inne czynniki, takie jak migracja wilgoci, o której powiemy w przyszłości. Jest to jednocześnie pomiar łatwy i szybszy niż wiele metod oznaczania zawartości wilgoci.

ZC: Zgadza się. To idealne przejście do kolejnego tematu, ponieważ w następnej sekcji omówimy łączenie tych substancji, przewidywanie migracji wilgoci oraz to, jak można to zrobić za pomocą izotermy.

Problemy z wilgocią podczas pracy z owocami i orzechami

ZC: W dalszej kolejności omówimy jedno z największych wyzwań związanych z owocami i orzechami. Mowa o sytuacji, w której zaczynamy je ze sobą łączyć, oraz o konieczności zrozumienia, w jakim kierunku przemieści się wilgoć i jakie będą implikacje stworzenia takiej mieszanki.

Mary, przekazuję Ci głos, ponieważ rozmawialiśmy już o izotermach. W jaki sposób możemy wykorzystać te izotermy do przewidzenia, co stanie się po połączeniu jagód i migdałów?

MG: Błędnym przekonaniem jest myślenie, że wilgoć przemieszcza się pod wpływem ilości. Kiedy o tym mówimy, mamy na myśli zawartość wilgoci. Jeśli coś ma wyższą zawartość wilgoci, mogłoby się wydawać, że to stamtąd wilgoć będzie uciekać w stronę innych obiektów. W rzeczywistości jednak decyduje o tym nie ilość, lecz poziom energii. Kiedy energia jest wyższa, dochodzi do ruchu. To czysta fizyka.

Spójrzmy na nasze jagody i migdały. Przyjmę tutaj przykład, w którym jagody mają aktywność wody na poziomie 0,48, co jest całkiem rozsądną wartością dla jagód. Z kolei nasze migdały charakteryzują się wynikiem 0,30, co również stanowi bardzo dobry poziom – pozwala uniknąć jełczenia, a zarazem zachować pożądaną teksturę, o której mówiliśmy. Ponieważ jagody wykazują wyższą aktywność wody, wilgoć zacznie przemieszczać się do wnętrza lub w stronę samych migdałów bądź jakiegokolwiek innego składnika.

To właśnie będzie decydującym czynnikiem. Możemy obniżyć aktywność wody w jagodach, dodając substancję zwaną humektantem, taką jak cukier czy sól. Istnieją również inne dodatki i substancje słodzące, które pozwalają obniżyć aktywność wody. Wspominam o tym dlatego, że jeśli wartości te będą zbliżone do siebie, do migracji wilgoci nie dojdzie. Nawet jeśli dany produkt charakteryzuje się dużą ilością wilgoci i jej wyższą zawartością, to jeśli uda nam się obniżyć aktywność wody do zbliżonego poziomu, wilgoć w ogóle nie będzie się przemieszczać. Dobrym przykładem jest wspomniana wcześniej sytuacja owoców w płatkach śniadaniowych: mamy chrupiące płatki o niskiej aktywności wody i niskiej wilgotności oraz owoc, na przykład rodzynki, który oczywiście zawiera dużo wilgoci i może charakteryzować się wyższą aktywnością wody.

Jak to działa? Jak mogą one współistnieć w tej samej przestrzeni? Dzieje się tak zazwyczaj za sprawą dodanego cukru, zwłaszcza na powierzchni rodzynek, co obniża aktywność wody, zbliżając oba produkty do siebie. To dobry punkt wyjścia do zrozumienia tego, o czym mówimy w kontekście tego, że kluczowa jest różnica w aktywności wody, a nie w zawartości wilgoci. Mamy przygotowany przykład, który ilustruje, jak wygląda predykcyjne modelowanie podczas mieszania takich składników, ponieważ jest to niezwykle istotna kwestia. Osobno radzą sobie dobrze, ale co otrzymamy, gdy je połączymy?

W naszym przykładzie dysponujemy dwiemi izotermami. Jagody reprezentowane są przez niebieski wykres, natomiast migdały przez pomarańczowy.

Łączymy te produkty: jagody o aktywności wody na poziomie około 0,48 oraz ich izotermę – która, jak zauważysz, ma inny kształt – z migdałami, których aktywność wody wynosiła w przybliżeniu 0,3. Omówmy najpierw migdały. Zauważysz, że ich wykres, czyli izoterma, jest dość płaski, co oznacza dużą różnicę w aktywności wody przy niewielkiej różnicy w zawartości wilgoci. Wracając do przykładu pekanów: jeśli jesteśmy w stanie mierzyć wyłącznie zawartość wilgoci i to w szerokim zakresie, uzyskamy ogromne zmiany w aktywności wody. Tego właśnie chcemy uniknąć. Chcemy dokładnie wiedzieć, jaki produkt otrzymujemy.

W przypadku jagód dla tego samego zakresu aktywności wody zaobserwujemy większą zmianę zawartości wilgoci. Możemy powiązać te zależności i połączyć je ze sobą. W tym konkretnym przykładzie dobrałem proporcje masowe tak, aby jagód było dwa razy więcej niż migdałów, i zmieszałem je. Zauważysz na tym wykresie dwie rzeczy, których jeszcze nie omówiłem. Pierwszą jest zielony wykres przedstawiający połączoną izotermę. Odzwierciedla on wspólną zależność obu tych składników po zmieszaniu, którą potrafimy przewidzieć. Drugą jest niebieska linia przerywana przebiegająca pionowo w okolicach 0,45 aktywności wody. Wskazuje ona wartość aktywności wody, jaką uzyskamy po połączeniu tych produktów.

Dysponując izotermami i wiedząc, jakie są wartości wyjściowe, jesteśmy w stanie przewidzieć stan końcowy. Nie musimy przeprowadzać fizycznych prób w ciemno, dopóki nie upewnimy się, że mieścimy się w odpowiednim zakresie. Ostateczna aktywność wody wynosi 0,45, podczas gdy jagody startowały z poziomu 0,48. Z całą pewnością widać tutaj, że to jagody w głównej mierze decydują o ostatecznym poziomie aktywności wody. Kolejnym krokiem jest refleksja: czy jest to odpowiednie miejsce dla jagód? Prawdopodobnie tak, wartość jest już bardzo bliska wyjściowej. A czy jest to dobry poziom dla migdałów? To już ważne pytanie. Czy uzyskamy miękkie migdały przy zachowaniu takich proporcji, czy też wartość 0,45 okaże się dla nich zbyt wysoka i uczyni je zbyt miękkimi? Do tego właśnie służy specjalne narzędzie, którym dysponujemy.

ZC: Zgadza się. Omawiana przez nas grafika pochodzi z zestawu narzędzi do analizy wilgoci (moisture analysis toolkit). Jest to oprogramowanie, nad którego aktualizacją i maksymalnym uproszczeniem interfejsu intensywnie pracowaliśmy w ubiegłym roku. W programie tym znajduje się narzędzie do mieszania składników, które pozwala wykonać dokładnie to, co właśnie analizujemy. Bierzesz izotermę każdego ze składników, które zamierzasz dodać, i zastanawiasz się, w którą stronę przemieści się wilgoć. Dla migdałów możesz chcieć wykorzystać krzywą absorpcji, a dla jagód – desorpcji. Korzystając z tego narzędzia, otrzymasz przewidywaną ostateczną izotermę zaznaczoną wcześniej na zielono. Można ją wykorzystać do prognozowania trwałości produktu, a nawet podejmowania decyzji dotyczących opakowania jeszcze przed faktycznym wytworzeniem produktu lub mieszanki.

Wspomniałeś już o tym nieco wcześniej, ale chcę wyraźnie podkreślić: posiadając te izotermy, możesz usiąść przy biurku i przeanalizować różne warianty mieszanek, przemyśleć odmienne proporcje lub przewidzieć skutki zmiany aktywności wody w migdałach jeszcze zanim przystąpisz do produkcji. Współpracuję z wieloma zespołami, które korzystają z tego narzędzia. Ogólna opinia, jaką słyszę, jest taka, że mogą wprowadzić produkt na rynek cztery do pięciu razy szybciej, ponieważ nie muszą przeprowadzać wszystkich prób fizycznych ani czekać na zmiany tekstury. Mogą badać te mieszanki bezpośrednio na komputerze. Tworzą wewnętrzną biblioteki izoterm dla wszystkich używanych składników, co pozwala im znacznie przyspieszyć procesy badawczo-rozwojowe (R&D).

W opisywanym zestawie narzędzi zobaczysz ostateczną aktywność wody, wykres izotermy oraz współczynniki dla tej krzywej, które umożliwiają analizę parametrów takich jak trwałość produktu (shelf life). O tych kwestiach wspominaliśmy już wcześniej. Przygotowaliśmy webinar poświęcony wyłącznie trwałości produktów oraz kolejny, który skupia się na izotermach – jestem pewny, że linki do nich znajdziesz poniżej. Jeśli te informacje wydają Ci się przydatne, koniecznie do nich zajrzyj. Z przyjemnością zaprezentujemy również działanie oprogramowania i przeanalizujemy je wspólnie z Twoim zespołem, aby pokazać, jak może to wyglądać w praktyce.

Uzasadnienie biznesowe

MG: To odpowiedni moment, aby porozmawiać o tym, co może wpłynąć na rentowność, oraz przytoczyć konkretne przypadki biznesowe i sytuacje, z którymi zetknęliśmy się podczas współpracy z klientami pracującymi z naturalnymi składnikami.

Na początek chciałam omówić jeden z istotnych problemów, który ma duży wpływ na działalność i musi zostać uwzględniony. Mówiliśmy już o samych produktach i konieczności upewnienia się, co dokładnie trafia w nasze ręce. Co jednak dzieje się później? Istnieją jeszcze inne aspekty, których do tej pory nie poruszyliśmy, a mianowicie warunki przechowywania oraz temperatura. Poruszam ten temat, ponieważ podniesienie temperatury w niemal każdym składniku prowadzi do wzrostu aktywności wody.

Załóżmy, że wyprodukowałeś batonik lub mieszankę przekąskową i w Twoim zakładzie wszystko jest w porządku. Następnie produkt ten jest transportowany po całym świecie w ciężarówce, powiedzmy w upale, lub w kontenerze wysyłkowym – wilgotność i temperatura mogą naprawdę wpłynąć na ten produkt. W szczególności temperatura może podnieść aktywność wody powyżej poziomu bezpieczeństwa, co może prowadzić do rozwoju pleśni, mimo że w zakładzie produkt był w porządku. Zależność między temperaturą a jej wpływem na produkt zależy również od samego produktu. Jest to coś, co można zbadać. Możesz faktycznie określić relację tego, jak temperatura wpływa na Twój produkt. Ogólnie rzecz biorąc, wiem jednak, że wzrost temperatury zwiększa aktywność wody i należy to uwzględnić.

ZC: Z własnego doświadczenia wiem, że podczas konsultacji z innymi technologami żywności jedną z głównych obaw jest uniknięcie wycofania produktu z rynku. Zauważyłem, że wiele takich sytuacji zdarza się dlatego, że temperatura magazynowania lub transportu staje się zbyt wysoka. Wtedy aktywność wody osiąga wartość progową, o której wspominaliśmy wcześniej w innych sekcjach. Jednak ta aktywność wody rośnie na tyle, że mikroorganizmy mogą zacząć się rozwijać. To doskonale pokazuje siłę posiadania izotermy i zrozumienia aktywności wody. Ponieważ jeśli dysponujesz tymi danymi i masz wszystko pod kontrolą, nie ma powody, dla którego miałbyś kiedykolwiek doświadczyć wycofania produktu z rynku, a takie zdarzenia mogą kosztować miliony dolarów i nadszarpnąć reputację. Posiadanie odpowiednich danych i wiedza, jak ich używać, mogą pomóc uniknąć wycofania jakiegokolwiek produktu.

Ostatnią rzeczą, na której chcę się skupić, jest studium przypadku biznesowego. Dotyczy ono klienta, z którym współpracuje METER Group. W przeszłości pokazywałem bardzo podobny przykład dla karm dla zwierząt domowych, ale dziś użyję tego samego formatu, aby przyjrzeć się producentowi suszonych śliwek.

Współpracujemy z producentem śliwek, który ma bardzo dużą roczną produkcję wynoszącą około 30 000 ton, a ich docelowa zawartość wilgoci w śliwkach wynosiła 30%. Mimo że mówimy o zawartości wilgoci, przechodzimy następnie do aktywności wody i tworzymy krzywą izotermy, aby zrozumieć, o ile możemy zwiększyć zawartość wilgoci, zachowując jednocześnie pożądaną jakość i bezpieczeństwo. Korzystając z izotermy, zauważyliśmy, że moglibyśmy zwiększyć zawartość wilgoci o 0,5%, a także zmniejszyć jej zmienność i zapobiec przekraczaniu przez którykolwiek produkt wartości 0,7 aktywności wody.

Ich nowy cel wynosił teraz 30,5%. Pozwoliło im to zwiększyć produkcję, dzięki czemu uzyskali wyższą wydajność. Ponieważ sprzedają ten produkt w cenie 3250 USD za tonę, oznacza to, że w ciągu jednego roku ta niewielka zmiana zawartości wilgoci przyniosła wzrost rocznych przychodów o prawie pół miliona dolarów. I to dotyczy tylko jednego produktu. Jeszcze raz: wystarczyła niewielka zmiana zawartości wilgoci, ale poprzez zmianę lub analizę aktywności wody, zrozumienie izotermy, a następnie wdrożenie lub wprowadzenie pewnej kontroli, kontroli środowiskowych oraz przyjrzenie się opakowaniu, bardzo łatwo jest dokonać tej korekty i spać spokojnie, wiedząc, że produkt będzie bezpieczny i nie trzeba martwić się wycofaniem z rynku.

To świetnie ilustruje biznesowe uzasadnienie. Jeśli pracujesz z konkretnym produktem lub masz coś, dla czego chciałbyś, abyśmy przygotowali studium przypadku, możemy to zrobić bardzo łatwo. Współpracujemy z różnymi rodzajami produktów. Dziś skupialiśmy się głównie na borówkach i migdałach, ponieważ takie mieliśmy pod ręką. Bardzo łatwo jest zademonstrować izotermy, migrację wilgoci i te różne kwestie, których dotknęliśmy. Ale powtarzam – jeśli pracujesz z konkretnym suszonym owocem, gotowym produktem z orzechów lub składnikiem, jestem pewien, że pracowaliśmy z nim już w przeszłości.

MG: Chciałem tylko zauważyć, że tym razem skupiliśmy się na borówkach i migdałach wyłącznie po to, aby zachować prostotę, ale omawiane teorie odnoszą się do wszystkiego, do każdego produktu spożywczego. Jeśli więc pracujesz z masłem orzechowym, poruszone kwestie będą podobne i będą wyglądać tak samo. Jeśli używasz pasty owocowej, takiej jak pasta daktylowa jako bazy do swojego batona, sytuacja wygląda identycznie. Chciałem tylko zaznaczyć, że kiedy mówimy o tych rzeczach ogólnie, mają one zastosowanie do bardzo wielu różnych produktów.

Inna sprawa – skupialiśmy się głównie na rozwoju drobnoustrojów, wydajności i tym podobnych kwestiach, ale mogą pojawić się również inne aspekty. Na początku przyglądaliśmy się izotermom pod kątem tego, jak aktywność wody wpływa na różne szybkości reakcji. Załóżmy, że masz batonik lub produkt zawierający określony dodatek odżywczy, nutraceutyk lub żywność funkcjonalną – zasady te będą miały zastosowanie również do nich. Wszystkie te serie zjawisk odniosą się także do tego przypadku. Musisz upewnić się, że jeśli składasz taką deklarację dotyczącą produktu, będziesz w stanie jej dotrzymać.

ZC: Przejdźmy teraz do sesji pytań i odpowiedzi. Odpowiemy na kilka pytań, a jeśli pojawią się dodatkowe, możecie skontaktować się z nami bezpośrednio. Na końcu umieścimy również dane kontaktowe, abyśmy mogli upewnić się, że odpowiemy na wszystkie Wasze pytania.

Sesja pytań i odpowiedzi

Jak szybko wilgoć wyrównuje się między składnikami i czy istnieją sposoby, aby na to wpłynąć?

MG: Wezmę to pytanie na siebie. To może zająć trochę czasu. Zależy to od szybkości, z jaką dany produkt przyjmuje wilgoć. Kiedy robiliśmy nasze przykłady z borówkami i migdałami, umieszczenie ich w środowisku o innej aktywności wody i pozostawienie do wyrównania zajęło około tygodnia. Jeśli jednak spojrzysz na większość produktów, po zapakowaniu nie oczekuje się, że zostaną spożyte w ciągu tygodnia. Należy pamiętać, że proces ten ostatecznie i tak nastąpi. W zależności od produktu może przebiegać szybciej lub wolniej, ale wilgoć wewnątrz opakowania ulegnie pełnej ekwilibracji. Możesz być tego pewien.

Większa różnica w aktywności wody stanowi główną siłę napędową tego procesu. Jeśli uda Ci się zbliżyć wartości aktywności wody do siebie, to po pierwsze: nie dochodzi do tak dużej migracji wilgoci, a po drugie: szybciej następuje dobra ekwilibracja. Zawsze warto starać się minimalizować tę różnicę. Zdecydowanie zalecam dążenie do zbliżonych wartości aktywności, dzięki czemu unikniesz poważnych problemów z migracją wilgoci w produkcie.

Jak mogę wykorzystać pomiary zawartości wilgoci do przewidywania migracji wilgoci?

ZC: Mogę odpowiedzieć na to pytanie. Nawiązuje ono do jednej z naszych wcześniejszych sekcji, w której wspominaliśmy, że wiele osób uważa, iż powinny stosować pomiar zawartości wilgoci ze względu na jej ilość. Być może wydaje im się to bardziej intuicyjne, ale mam nadzieję, że podczas tego webinaru udało nam się pokazać, że tym, o czym naprawdę należy pamiętać, jest aktywność wody.

Aktywność wody jest miarą energii tej wody i dyktuje kierunek, w którym woda chce się przemieścić. Woda zawsze dąży do przejścia ze stanu o wysokiej energii do stanu o niskiej energii. W omawianym przez nas przykładzie, wiedząc, że aktywność wody jest wyższa w borówkach, woda ta chce przemieścić się z borówki w stronę migdała, aby osiągnąć równowagę. Nie przejmuj się zawartością wilgoci – jeśli myślisz o migracji wilgoci, skup się na aktywności wody.

Jeśli mój produkt jest pakowany przy poziomie aktywności wody bardzo bliskim limitom mikrobiologicznym, jak duże wahania temperatury po zapakowaniu mogłyby doprowadzić do jego spleśnienia?

MG: Zdecydowanie warto trzymać się z dala od tego limitu mikrobiologicznego. Lepiej nie podchodzić do niego zbyt blisko. Mam na myśli to, że gdybym musiał podać konkretną wartość – a bardzo niechętnie mówię, jak blisko można się zbliżyć – zależy to w rzeczywistości od samego produktu. Jaka jest jego relacja z temperaturą? To znaczy, czy produkt silnie reaguje na temperaturę? Jak już wspomniałem, można to ustalić i jest to wartość różna dla różnych produktów. Gdybym jednak miał zachować pewną ostrożność, powiedziałbym, że wartość 0,1 utrzymuje nas w bezpiecznej strefie. Mamy limit mikrobiologiczny wynoszący 0,7 aktywności wody. Jeśli znajdujesz się w okolicach 0,6, to jest to prawdopodobnie najbliżej, jak chciałbym podejść.

Pamiętaj, że w tym zakresie aktywności wody zachodzą również zmiany teksturalne. Jest wiele czynników do rozważenia, ale jeśli skupiasz się na limitach mikrobiologicznych, polecam właśnie takie podejście.

ZC: Zauważam to samo w wielu branżach – w przypadku owoców, orzechów i innych produktów ustalenie aktywności wody na poziomie o 0,1 poniżej limitu mikrobiologicznego jest dość bezpiecznym rozwiązaniem. Dodam jednak do tego pytania: jeśli znajdziesz się dokładnie na poziomie 0,7, powiedzmy na progu mikrobiologicznym w temperaturze pokojowej, to w momencie, gdy produkt opuści Twój zakład i doświadcza jakiejkolwiek temperatury wyższej niż ta, w której był testowany, wraz ze wzrostem temperatury pojawia się ryzyko zwiększenia aktywności wody. Gdy to nastąpi, mikroorganizmy mogą zacząć się rozwijać. Istnieje tu równowaga między zrozumieniem temperatur, na jakie może być narażony produkt, a ustawieniem aktywności wody na tyle nisko, aby zachować bezpieczeństwo. Jeśli temperatura wzrośnie, wartość ta nadal będzie poniżej 0,7 lub nawet 0,65.

MG: Chciałbym jeszcze szybko wspomnieć o dwóch innych kwestiach, jeśli mogę. Są to produkty naturalne. Przez większość czasu nie przechodzą one procesu eliminacji drobnoustrojów. Oczywiście, jeśli prażysz orzechy, to – zakładając, że robisz to właściwie – powinno to zniszczyć wszelkie mikroby. Jednak w przypadku wielu produktów na powierzchni naturalnej żywności nadal mogą znajdować się różne substancje i nie będą się one rozwijać, jeśli utrzymasz niską aktywność wody. Jeśli jednak wartość ta wzrośnie, mówimy tu o pleśniach, które rozwijają się przy dość niskiej aktywności (0,7). W przypadku dalszego wzrostu, w innym środowisku lub przy niewystarczająco dobrym opakowaniu powodującym wzrost wilgotności, pojawia się ryzyko rozwoju m.in. E. coli czy salmonelli. Mają one znacznie wyższą wymaganą aktywność wody, ale pamiętaj, że te organizmy mogą przetrwać w naturalnej żywności – po prostu nie mogą się rozwijać ani rosnąć, jeśli aktywność wody jest niska.

Drugą rzeczą, o której chciałem wspomnieć, jest wpływ opakowania, w którym – jak wiem – masz duże doświadczenie. Jeśli chcesz omówić coś dotyczącego opakowań w odniesieniu do temperatury i podobnych czynników.

ZC: Tak, oczywiście. Krótko mówiąc: jeśli produkujesz wyrób zbliżony do limitu mikrobiologicznego, jednym ze sposobów na utrzymanie produktu w pożądanym zakresie aktywności wody jest uwzględnienie rodzaju opakowania. Im niższy współczynnik przepuszczalności pary wodnej tego opakowania, tym lepiej będziesz w stanie utrzymać produkt w wymaganym zakresie, nawet przy innej wilgotności lub odmiennych temperaturach. Przypominam, że mamy inny webinar, który omawia ten temat znacznie szczegółowiej, i chętnie omówimy z Państwem kwestie opakowań.

Czy konieczne jest sprawdzenie zawartości wilgoci lub aktywności wody na jakimkolwiek etapie po początkowym mieszaniu składników?

MG: Tak.

ZC: Tak, zdecydowanie.

MG: Tak. Oczywiście polecam aktywność wodną, tak jak omawialiśmy, ponieważ zawartość wilgoci nie daje pełnego obrazu sytuacji, który pozwala uniknąć niektórych omówionych przez nas problemów. Następnie kontrola procesu. Można ją znacznie lepiej osiągnąć za pomocą aktywności wodnej i dobrze jest testować przychodzące składniki, ale pomiar końcowy jest również bardzo wartościowy, ponieważ wtedy wiesz, co zostało wyprodukowane. Czy jest to na oczekiwanym poziomie? Czy masz jeszcze jakieś uwagi?

ZC: Tak. Dodam tylko, że sukces firm, które obserwuję i które naprawdę mają pod kontrolą wodę w swojej żywności lub składnikach, polega na tym, że mierzą ją na początku – akceptują składniki tylko wtedy, gdy mieszczą się one w 10-procentowym zakresie lub określonym przedziale, ponieważ ta zmienność zostanie przeniesiona do produktu końcowego. Zalecam pomiar składników na początku oraz w trakcie produkcji. Mamy nawet teraz rozwiązanie inline, dzięki któremu zawsze możesz osiągnąć docelową aktywność wodną, ale na samym końcu, zaraz przed zapakowaniem, nadal powinieneś mierzyć swój produkt końcowy. Widzimy również firmy, które przeprowadzają badania trwałości i mierzą aktywność wodną w czasie. Zdecydowanie jest to coś, co warto monitorować w całym procesie. Dzięki temu można uniknąć wycofań produktów z rynku lub innych problemów, o których dzisiaj rozmawialiśmy.

‍