Активность воды и стабильность пищевых продуктов. Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью или порчей

Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью или порчей. Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

Однако различные пищевые продукты с одинаковым содержанием влаги портятся по-разному и было установлено, что имеет большое значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами. Так, вода сильнее связана с неводными компонентами способна сильнее поддержать процессы, разрушающие пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

Чтобы учесть данные факторы, введен термин «активность воды», характеризующий влияние влаги на порчу продукта. Активность воды (а_w) – это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при этой же температуре. Это отношение входит в основную термодинамическую формулу определения энергии связи влаги с материалом (уравнение Ребиндера).

где ∆F – уменьшение свободной энергии (при постоянной температуре);

L – работа отрыва 1 моля воды от сухого скелета материала (без изменения состава);

R – универсальная газовая постоянная.

где Р_w – давление водяного пара в системе пищевого продукта;

Р₀ – давление чистой воды;

РОВ – относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %.

По величине активности воды продукты классифицируют:

– продукты с высокой влажностью (а_w=1,0-1,9): фрукты (0,97), яйца (0,97), мясо (0,97), сыр (0,96), хлеб (0,95);

– продукты с промежуточной влажностью (а_w=0,9 -0,6): мука (0,8), мед (0,75), печенье (0,6);

– продукты с низкой влажностью (а_w=0,6-0,0): шоколад (0,40), сахар (0-0,15).

Кривые, показывающие связь между содержанием влаги (масса воды, г Н₂0/г СВ) в пищевом продукте с активностью воды в нем при постоянной температуре, называются изотермами сорбции. Они несут информацию для характеристики процессов концентрирования и дегидратации (так как простота и трудность удаления воды из продукта связана с ее активностью), а также позволяют оценивать стабильность пищевых продуктов.

Изотерма сорбции имеет зоны I-III. Вода, присутствующая в зоне I (сухая зона), наиболее сильно абсорбирована за счет полярных взаимодействий и наиболее неподвижна в пищевых продуктах. Эта вода не способна быть растворителем, и не присутствует в значительных количествах, чтобы влиять на пластичные свойства твердого вещества, она просто является его частью. Граница зон I и II соответствует монослою влаги, это чрезвычайно малая часть всей влаги в высоковлажном пищевом продукте.

Вода в зоне II образует мультислой и взаимодействует с другими молекулами за счет водородных связей. Эта вода участвует в процессе растворения, действует как пластифицирующий агент. Вода в I и II зонах составляет менее 5% от общей влаги в высоковлажных пищевых продуктах.

Вода, находящаяся в зоне III менее связана и наиболее мобильна, является растворителем, что важно для протекания химических реакций и роста микроорганизмов. Она составляет 95% от всей влаги в высоковлажных материалах.

Активность воды и стабильность пищевых продуктов имеют тесную взаимосвязь. Так, в продуктах с низкой влажностью могут протекать процессы окисления жиров, неферментативное потемнение, потеря витаминов, пора, вызванная ферментами, при этом активность микроорганизмов здесь подавлена. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов, а в продуктах с высокой влажностью им принадлежит решающая роль.

Эффективным средством для предупреждения микробиологической порчи и целого ряда химических реакций, снижающих качество пищевых продуктов при хранении, является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для этого используют такие технологические приемы как сушка, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль), замораживание. С целью достижения в продукте той или иной активности воды применяют такие технологические приемы, как:

– адсорбция – продукт высушивают, а затем увлажняют до определенного уровня влажности;

– сушка посредством осмоса – пищевые продукты погружают в растворы, активность воды в которых ниже активности воды в пищевых продуктах (растворы сахара и соли). В этом случае имеет место два противотока: из раствора в продукт диффундирует растворенное вещество, а из продукта в раствор – вода.

Помимо влияния на химические реакции и рост микроорганизмов активность воды имеет значение и для текстуры продукта. Например, максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах, без потери желаемых свойств, может изменяться в пределах 0,335-0,5 в зависимости от вида продукта (сухое молоко, крекеры и т.п.). Большая активность воды необходима для продуктов мягкой текстуры, которые не должны обладать хрупкими свойствами.