Aktywność wody dla bezpieczeństwa i jakości żywności

Połącz krakersy o zawartości wody 20% z nadzieniem serowym o zawartości 30%. Przepis na rozmoczone krakersy? Nie, jeśli oba składniki mają tę samą aktywność wody.

Musisz uniknąć zlepiania i zbrylania w partii przypraw? Dopasuj aktywności wody poszczególnych składników, a problem zostanie rozwiązany.

Degradacja witamin jest funkcją aktywności wody. Podobnie jest z utlenianiem lipidów, chrupkością, żuwalnością, miękkością i wieloma innymi czynnikami jakościowymi. Zawartość wilgoci poinformuje Cię jedynie o tym, ile wody znajduje się w produkcie, ale to wszystko. Nie pozwala ona przewidzieć żadnego z pozostałych problemów związanych z jakością i bezpieczeństwem.

Dlaczego aktywność wody?

Aktywność wody zyskała na znaczeniu jako miara jakości i bezpieczeństwa, gdy stało się oczywiste, że zawartość wilgoci nie odzwierciedla w pełni wahań w rozwoju mikroorganizmów. Aktywność wody jest miarą stanu energetycznego wody w układzie.

Pojęcie aktywności wody (aw) służy mikrobiologom i technologom żywności od dziesięcioleci. Jest to najczęściej stosowane kryterium bezpieczeństwa i jakości.

Przewidywanie bezpieczeństwa i stabilności

Aktywność wody pozwala przewidzieć bezpieczeństwo i stabilność w odniesieniu do wzrostu mikroorganizmów, szybkości reakcji chemicznych i biochemicznych oraz właściwości fizycznych. Rycina 1 przedstawia stabilność w zakresie limitów wzrostu mikroorganizmów i szybkości reakcji degradacji w funkcji aktywności wody.

Poprzez pomiar i kontrolę aktywności wody możliwe jest:

• Przewidzenie, które mikroorganizmy będą potencjalnym źródłem psucia się żywności i zakażeń
• Utrzymanie stabilności chemicznej produktów
• Zminimalizowanie nieenzymatycznych reakcji brązowienia oraz spontanicznych, autokatalitycznych reakcji utleniania lipidów
• Przedłużenie aktywności enzymów i witamin
• Optymalizacja właściwości fizycznych produktów pod kątem migracji wilgoci, tekstury i okresu trwałości

Ograniczanie rozwoju mikroorganizmów

Drobnoustroje charakteryzują się granicznym poziomem aktywności wody, poniżej którego nie rosną. To aktywność wody, a nie zawartość wilgoci, określa dolną granicę wody "dostępnej" dla rozwoju mikroorganizmów. Ponieważ bakterie, drożdże i pleśnie potrzebują określonej ilości "dostępnej" wody do wzrostu, zaprojektowanie produktu o wartości poniżej krytycznego poziomu aktywności wody stanowi skuteczny sposób kontroli tego wzrostu.

Woda może być obecna w produkcie nawet w dużych ilościach, ale jeśli jej poziom energetyczny jest odpowiednio niski, drobnoustroje nie są w stanie jej pobrać, aby podtrzymać swój wzrost. Te warunki przypominające pustynię wywołują zaburzenie równowagi osmotycznej między drobnoustrojami a ich otoczeniem. W rezultacie mikroorganizmy nie mogą rosnąć.

Technologia płotkowa

Podczas gdy temperatura, pH i kilka innych czynników mogą wpływać na to, czy mikroorganizmy będą rosnąć i jak szybko, aktywność wody jest często najważniejszym czynnikiem. Aktywność wody można łączyć z innymi czynnikami konserwującymi (płotkami), takimi jak temperatura, pH, potencjał redoks itp., aby stworzyć warunki hamujące rozwój mikroorganizmów. Poziom aktywności wody, który ogranicza wzrost zdecydowanej większości bakterii patogennych, wynosi 0,90a_w (0,70a_w dla pleśni powodujących psucie żywności). Dolna granica dla wszystkich mikroorganizmów wynosi 0,60a_w.

Czy produkt o aktywności wody powyżej 0,85 może nadal zachować trwałość, jeśli zostaną zastosowane inne czynniki konserwujące?

Tak, gdy połączone czynniki konserwujące, takie jak zakwaszenie (pH poniżej 4,6), obróbka cieplna lub dodatek substancji przeciwdrobnoustrojowych, wspólnie zapobiegają rozwojowi patogenów, produkty o aw powyżej 0,85 mogą być trwałe bez konieczności chłodzenia. Wymaga to jednak zweryfikowanych danych dotyczących receptury oraz dokumentacji zgodnie z kontrolami zapobiegawczymi FSMA, ponieważ sama aktywność wody nie stanowi już jedynego zabezpieczenia.

Który miernik aktywności wody jest odpowiedni dla Ciebie?

Reaktywność chemiczna i biochemiczna

Aktywność wody wpływa nie tylko na psucie mikrobiologiczne, ale także na reaktywność chemiczną i enzymatyczną. Woda może wpływać na reaktywność chemiczną na różne sposoby. Może działać jako rozpuszczalnik, reagent lub zmieniać mobilność reagentów poprzez wpływ na lepkość układu. Aktywność wody wpływa na brunatnienie nieenzymatyczne, utlenianie lipidów, degradację witamin i innych składników odżywczych, reakcje enzymatyczne, denaturację białek, żelowanie skrobi oraz retrogradację skrobi. Zazwyczaj wraz ze spadkiem poziomu aktywności wody maleje szybkość chemicznych reakcji degradacji.

Właściwości fizyczne

Oprócz przewidywania szybkości różnych reakcji chemicznych i enzymatycznych, aktywność wody wpływa na właściwości teksturalne żywności. Żywność o wysokiej aktywności wody ma teksturę określaną jako wilgotna, soczysta, miękka i ciągnąca się. Gdy aktywność wody w tych produktach spada, pojawiają się niepożądane cechy teksturalne, takie jak twardość, suchość, czerstwość i żylastość. Produkty o niskiej aktywności wody zazwyczaj charakteryzują się teksturą opisywaną jako krucha i chrupka, podczas gdy przy wyższych poziomach aktywności wody ich tekstura staje się rozmoczona. Krytyczne wartości aktywności wody decydują o tym, kiedy produkty stają się nieakceptowalne pod względem sensorycznym.

Przy jakiej aktywności wody chrupiące produkty zaczynają czerstwieć lub stają się rozmoczone?

Większość chrupkich przekąsek zachowuje akceptowalną chrupkość poniżej aw 0,40 do 0,45 i zaczyna wyraźnie mięknąć powyżej aw 0,60 do 0,65 w wyniku pochłaniania wilgoci z otoczenia. Dokładny punkt przejścia zależy od receptury i opakowania, dlatego producenci opracowują izotermy sorpcji podczas tworzenia produktu, aby ustalić zweryfikowane specyfikacje dotyczące okresu przydatności do spożycia i opakowania.

Zbrylanie, zlepianie, zapadanie się i lepkość

Aktywność wody jest istotnym czynnikiem wpływającym na stabilność proszków i produktów odwodnionych podczas przechowywania. Kontrola aktywności wody w produkcie w proszku pozwala zachować jego właściwą strukturę, teksturę, stabilność, gęstość i właściwości rehydratacyjne. Znajomość aktywności wody w proszkach w funkcji zawartości wilgoci i temperatury jest niezbędna podczas przetwarzania, obsługi, pakowania i przechowywania, aby zapobiec niekorzystnym zjawiskom zbrylania, zlepiania, zapadania się i lepkości. Zbrylanie jest zależne od aktywności wody, czasu i temperatury oraz wiąże się ze zjawiskiem zapadania się proszku pod wpływem siły grawitacji.

Migracja wilgoci

Ponieważ aktywność wody jest miarą stanu energetycznego wody, różnice w aktywności wody między składnikami stanowią siłę napędową migracji wilgoci w dążeniu układu do stanu równowagi. W związku z tym aktywność wody jest ważnym parametrem w kontrolowaniu migracji wody w produktach wieloskładnikowych. Niektóre produkty spożywcze zawierają składniki o różnych poziomach aktywności wody, takie jak nadziewane przekąski czy płatki śniadaniowe z suszonymi owocami. Z definicji aktywność wody dyktuje, że wilgoć będzie migrować z obszaru o wysokiej aktywności wody do obszaru o niższej aktywności wody, jednak szybkość migracji zależy od wielu czynników. W wyniku migracji wilgoci w żywności wieloskładnikowej może dojść do niepożądanych zmian teksturalnych. Na przykład wilgoć migrująca z suszonych owoców o wyższej aktywności wody do płatków o niższej aktywności wody sprawia, że owoce stają się twarde i suche, podczas gdy płatki stają się rozmoczone.

Różnice w aktywności wody pomiędzy składnikami lub pomiędzy składnikiem a wilgotnością otoczenia stanowią siłę napędową migracji wilgoci. Znajomość tego, czy woda będzie pochłaniana, czy uwalniana przez konkretny składnik, ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania degradacji, zwłaszcza jeśli substancja jest wrażliwa na wilgoć. Na przykład, jeśli należy połączyć równe ilości składnika 1 o zawartości wilgoci 2% i składnika 2 o zawartości wilgoci 10%, czy dojdzie do wymiany wilgoci między tymi składnikami? Końcowa zawartość wilgoci w zmieszanym materiale wyniosłaby 6%, ale czy doszło do jakiejkolwiek wymiany wilgoci między składnikiem 1 i 2? Odpowiedź zależy od aktywności wody obu składników. Jeśli aktywności wody obu składników są takie same, wilgoć nie będzie wymieniana między nimi. Ponadto dwa składniki o tej samej zawartości wilgoci mogą nie być ze sobą kompatybilne po zmieszaniu. Jeśli zostaną zmieszane dwa materiały o różnej aktywności wody, ale tej samej zawartości wilgoci, woda będzie przemieszczać się między materiałami do momentu uzyskania równowagowej aktywności wody.

Okres przydatności do spożycia / pakowanie

Aktywność wody jest kluczowym czynnikiem określającym okres trwałości produktów. Dla produktów spożywczych można ustalić krytyczne górne i dolne poziomy aktywności wody pod kątem cech mikrobiologicznych, tekstury, smaku, wyglądu, aromatu, wartości odżywczych oraz właściwości kulinarnych. Tempo wymiany wilgoci przez opakowanie oraz prędkość zmian aktywności wody w żywności zmierzającej do wartości granicznej decydują o okresie trwałości produktu. Znajomość temperatury, wilgotności względnej otoczenia oraz krytycznych wartości aktywności wody ułatwia dobór opakowania o odpowiednich właściwościach barierowych, co pozwala zoptymalizować jakość i okres trwałości.

Opanuj podstawy

Najważniejsze informacje o aktywności wody w pigułce przedstawiono w tym 20-minutowym webinarium. Dowiesz się z niego:

• Czym jest aktywność wody
• Czym różni się od zawartości wilgoci
• Dlaczego kontroluje rozwój drobnoustrojów
• Jak zrozumienie aktywności wody może pomóc w kontrolowaniu wilgotności produktu.

Często zadawane pytania

Dlaczego aktywność wody jest ważna dla bezpieczeństwa żywności?

Aktywność wody jest najbardziej niezawodnym wskaźnikiem pozwalającym przewidzieć, czy dany produkt spożywczy może sprzyjać rozwojowi patogenów. Z tego powodu amerykańskie urzędy FDA i USDA stosują ją jako regulacyjny parametr kontrolny zamiast całkowitej zawartości wilgoci. Produkty o wartości aw 0.85 lub niższej nie są klasyfikowane jako żywność TCS i zazwyczaj zachowują trwałość na półce sklepowej bez konieczności chłodzenia.

Jaki poziom aktywności wody jest bezpieczny dla żywności?

Wartość poniżej aw 0.85 to próg wyznaczony przez FDA dla żywności niewymagającej chłodzenia, poniżej aw 0.70 większość pleśni nie jest w stanie się rozwijać, natomiast poniżej aw 0.60 nie dochodzi do żadnego wzrostu mikroorganizmów. Właściwa wartość docelowa zależy od konkretnego produktu oraz mikroorganizmów stanowiących zagrożenie, dlatego większość producentów ustala zweryfikowaną specyfikację aw zamiast polegać wyłącznie na minimum regulacyjnym.

Jak często producenci powinni badać aktywność wody w procesie produkcyjnym?

Produkty znajdujące się w pobliżu krytycznego progu aw, na przykład w zakresie od aw 0.83 do 0.87, wymagają badań w procesie dla każdej partii lub zmiany produkcyjnej, podczas gdy produkty o wartościach znacznie poniżej progu bezpieczeństwa mogą być weryfikowane rzadziej, w ramach okresowych badań gotowego wyrobu. Model AQUALAB 4TE podaje wyniki w około pięć minut, a laboratoria AQUALAB mogą pomóc w zaprojektowaniu programu badań dostosowanego do konkretnego profilu ryzyka.