Aktywność wodna w monitorowaniu jakości suszonych wytłoków gorzelnianych

Suszone wywary gorzelniane z dodatkiem wywaru zagęszczonego (DDGS) są co-produktem w procesie produkcji bioetanolu z ziarna. Powstają w wyniku wieloetapowego procesu. Najpierw materiał niefermentacyjny pozostały po produkcji etanolu jest usuwany jako wywar gorzelniany. Nadmiar wody jest usuwany z wywaru w procesie wirowania, a mokre ziarna są łączone ze skondensowanymi wywarami gorzelnianymi i suszone, co pozwala uzyskać DDGS. Produkt ten jest sprzedawany głównie jako wysokiej jakości dodatek paszowy, ale potencjalnie może mieć wiele zastosowań, w tym jako suplement diety dla ludzi. Sprzedaż DDGS w istotny sposób przyczynia się do opłacalności ekonomicznej zakładu produkującego etanol. W związku z tym optymalizacja jakości i trwałości DDGS ma najwyższe znaczenie.

Rekomendowane metody analityczne dla DDGS

1 lutego 2007 r. Amerykańskie Stowarzyszenie Przemysłu Paszowego (American Feed Industry Association) opublikowało badanie zatytułowane „Ocena metod analitycznych do analizy suszonych wywarów gorzelnianych z dodatkiem wywaru zagęszczonego”. W badaniu tym przeanalizowano skuteczność metod analitycznych służących do oceny DDGS. Celem badania było wybranie zestawu testów, które najlepiej scharakteryzowałyby właściwości fizyczne i chemiczne DDGS oraz zapewniły jego bezpieczeństwo i jakość. Głównymi obawami dotyczącymi okresu trwałości DDGS są podatność na degradację mikrobiologiczną, zachowanie właściwości przepływowych oraz migracja wilgoci.

Woda wpływa na wszystkie te kwestie

W tym badaniu jedyną wymienioną metodą analizy wilgoci była zawartość wilgoci. Niestety, zawartość wilgoci nie jest najskuteczniejszą metodą analizy wilgoci w odniesieniu do wyżej wymienionych problemów. Aktywność wody jest lepszym wskaźnikiem bezpieczeństwa mikrobiologicznego, właściwości przepływowych oraz migracji wilgoci. Producenci etanolu odniosą większy sukces w zapewnianiu jakości swoich produktów DDGS, jednocześnie oszczędzając czas i pieniądze, jeśli zastosują pomiar aktywności wody jako jeden ze swoich testów zapewnienia jakości.

Czym jest aktywność wody?

Aktywność wody odzwierciedla stan energetyczny wody w układzie i jest równa względnej wilgotności powietrza w równowadze z próbką w zamkniętej komorze. Opiera się ona na termodynamice i jest definiowana jako prężność (ciśnienie) pary wodnej nad próbką podzielona przez prężność pary czystej wody w danej temperaturze. Chociaż nie jest to do końca poprawne naukowo, pomocne może być wyobrażenie sobie aktywności wody jako ilości „dostępnej” wody w DDGS. Nie jest ona determinowana przez to, ile wody znajduje się w DDGS, lecz stanowi porównanie tego, w jakim stopniu woda w DDGS przypomina czystą wodę i zachowuje się jak ona.

Wartości aktywności wody tworzą skalę od 0 (stan całkowitego suszu) do 1,0 (czysta woda)

W miarę spadku aktywności wody, woda w DDGS traci energię, jest mniej dostępna i w coraz mniejszym stopniu zachowuje się jak czysta woda. Przykładowo, aktywność wody na poziomie 0,80 wskazuje, że woda w układzie posiada wystarczająco dużo energii, aby wspierać rozwój pleśni, podczas gdy aktywność wody poniżej 0,60 oznacza, że woda w układzie nie jest w stanie podtrzymać wzrostu żadnych mikroorganizmów. Wraz ze wzrostem aktywności wody woda staje się również bardziej mobilna, co wpływa na ruchliwość cząsteczek i przyspiesza tempo reakcji chemicznych oraz enzymatycznych. Przykładowo, tempo reakcji brunatnienia będzie minimalne przy aktywności wody wynoszącej 0,25, będzie stale rosnąć wraz ze wzrostem aktywności wody i osiągnie maksimum przy około 0,80 aw.

Aktywność wody kontroluje rozwój drobnoustrojów

Koncepcja aktywności wody służy mikrobiologom i technologom żywności od dziesięcioleci i jest najczęściej stosowanym kryterium bezpieczeństwa oraz jakości żywności. Drobnoustroje posiadają graniczną wartość aktywności wody, poniżej której nie mogą rosnąć. To aktywność wody, a nie zawartość wilgoci, określa dolną granicę „dostępnej” wody niezbędnej do wzrostu drobnoustrojów. Ponieważ bakterie, drożdže i pleśnie wymagają określonej dostępności wody, aby móc się rozwijać, suszenie DDGS poniżej krytycznego poziomu aktywności wody stanowi skuteczny sposób kontrolowania rozwoju drobnoustrojów. Woda może być obecna nawet w wyższych ilościach niż normalnie akceptowane w DDGS, ale jeśli jej poziom energetyczny jest odpowiednio niski, mikroorganizmy nie mogą jej wykorzystać do podtrzymania swojego wzrostu. Ten stan „pustynny” tworzy nierównowagę osmotyczną między drobnoustrojami a otoczeniem. W rezultacie mikroby przechodzą w stan uśpienia lub giną. Poziom aktywności wody, który ogranicza wzrost zdecydowanej większości bakterii patogennych, wynosi 0,90, aktywność wody na poziomie 0,70 jest granicą dla pleśni psujących żywność, a dolna granica dla wszystkich mikroorganizmów to 0,60.

Aktywność wody pomaga zapobiegać zbrylaniu, aglomeracji, zapadaniu się struktury i lepkości

Aktywność wody może być również wskaźnikiem stabilności fizycznej DDGS podczas przechowywania. Ze względu na wpływ na łatwość obsługi, sypkość jest głównym problemem związanym ze stabilnością fizyczną DDGS. Kontrola aktywności wody w DDGS pozwala zachować odpowiednią strukturę, teksturę, stabilność oraz gęstość. Można wyznaczyć krytyczną wartość aktywności wody, poniżej której DDGS zachowuje swoje właściwości przepływowe. Powyżej tej krytycznej wartości cząstki DDGS ulegają zwilżeniu i zaczynają się sklejać. W konsekwencji znajomość aktywności wody w DDGS jako funkcji zawartości wilgoci i temperatury jest niezbędna podczas przetwarzania, obsługi, pakowania i przechowywania, aby zapobiec niekorzystnym zjawiskom zbrylania, aglomeracji, zapadania się struktury i lepkości. Aktywność wody jest najskuteczniejszym dostępnym narzędziem zapewnienia jakości służącym do oceny podatności DDGS na pogorszenie właściwości przepływowych.

Aktywność wody kontroluje migrację wilgoci

Ponieważ aktywność wody jest miarą stanu energetycznego wody, różnice w aktywności wody stanowią siłę napędową migracji wilgoci. Znajomość tego, czy woda będzie absorbowana, czy desorbowana z wnętrza partii DDGS, jest niezbędna do zapobiegania degradacji. Z tego powodu aktywność wody jest ważnym parametrem, ponieważ pozwala kontrolować migrację wody w zmieszanych partiach DDGS. Różne partie DDGS mogą wykazywać różne wartości aktywności wody ze względu na odchylenia w warunkach suszenia i ilości dodanych wywarów zagęszczonych. Z definicji aktywność wody dyktuje, że wilgoć będzie migrować z obszaru o wysokiej aktywności wody do obszaru o niższej aktywności wody, jednak tempo tej migracji zależy od wielu czynników.

Odpowiedź zależy od wartości aktywności wody obu partii. Jeśli wartości aktywności wody obu partii są różne, wówczas dojdzie do wymiany wilgoci, nawet jeśli zawartość wilgoci w nich jest taka sama. Ta migracja wilgoci może prowadzić do problemów z przepływem lub rozwojem drobnoustrojów.

Aktywność wody to skutecznego narzędzie zapewnienia jakości

Aktywność wody jest skutecznym narzędziem kontroli procesu i zapewnienia jakości w utrzymaniu stabilności oraz bezpieczeństwa DDGS i powinna być uwzględniona jako rekomendowana metoda analityczna dla DDGS. Oprócz wyżej wymienionych powodów, pomiar aktywności wody jest skuteczniejszą metodą analizy wilgoci niż oznaczanie jej zawartości, ponieważ jest bardziej czuły i dokładny. W średnim zakresie wilgotności, który obejmuje DDGS, zmiany zawartości wilgoci – niewykrywalne ze względu na ograniczoną dokładność tradycyjnych analiz wilgoci – mogą skutkować dużymi zmianami aktywności wody, a co za tym idzie, zmianami stabilności. Może to być niepokojące, gdy DDGS jest suszony do określonej specyfikacji zawartości wilgoci, a nagle dochodzi do zmian stabilności, mimo że zmiana zawartości wilgoci nie została wykryta. Zmiany te można przewidzieć, jeśli zastosuje się specyfikację opartą na aktywności wody. Aktywność wody to szybki, niedrogi i dokładny sposób na zagwarantowanie jakości oraz bezpieczeństwa DDGS. Może zostać z łatwością wdrożona w każdym zakładzie produkującym etanol. Dowiedz się więcej o badaniu aktywności wody i DDGS, kontaktując się z działem wsparcia Aqualab.

‍