3.4. Значение температуры при определении активности воды
При определении активности воды в пищевых продуктах решающее значение имеет контроль температуры. Известно, что активность воды, как чистых растворов, так и пищевых систем, является функцией температуры. В литературе приводится ряд формул для расчёта активности воды при разных температурах. Так, Van den Berg предлагает следующую зависимость:
(25)
где ΔhE – парциальная молярная теплота смешивания.
При комнатной температуре aw в растворе сахара возрастает приблизительно на 10−4 ед. aw при повышении температуры на 1 °C, а активность воды различных видов мясопродуктов повышается максимум на 6×10−3 ед. aw при повышении температуры от 5 до 25 °C. Таким образом, в диапазоне комнатных температур изменение активности воды растворов и пищевых систем незначительно зависит от температуры и должно учитываться только при аналитических исследованиях с обязательным указанием температуры измерения.
3.5. Роль показателя «активность воды» пищевых продуктов в системе процессов технологического цикла
Авторами настоящего учебно-методического пособия предложена блок-схема, которая даёт представление о значении показателя «активность воды» в области технологических процессов при проектировании и производстве пищевых продуктов, о взаимном влиянии различных специализированных технологических процессов приготовления продуктов и показателя «активность воды» (рис. 7). На блок-схеме структурные элементы, представляющие собой области специализированных процессов технологического цикла, соединены связями 2-х видов: прямые (явные) и косвенные (неявные). Косвенная связь отражает взаимодействие двух структурных элементов схемы посредством других элементов (областей специализированных процессов), при этом прямая зависимость отсутствует, другими словами – она мнимая.
Разработанная блок-схема взаимосвязи областей специализированных процессов технологического цикла и показателя «активность воды» пищевых продуктов позволит находить наиболее эффективные методы воздействия на технологические стадии производства посредством контроля и управления показателем «активность воды», а также будет способствовать получению пищевых продуктов с высокими стандартными качественными характеристиками.
3.6. Значение активности воды при производстве и хранении мясных продуктов
По мнению специалистов, при разработке оптимальных условий хранения пищевых продуктов их абсолютная влажность не является решающим фактором. Такие продукты, как сахар-песок (массовая доля влаги W=0,12 %), чай (W=8 %), сыр (W=40 %), можно хранить при одинаковой относительной влажности воздуха φ = 70 %. Более важным показателем, обеспечивающим устойчивость пищевых продуктов при хранении, является активность воды, характеризующая состояние влаги в продукте. В странах ЕЭС показатель активности воды с 1976 года введён как обязательный параметр оценки качества мясопродуктов, находящихся в обороте между этими странами. Все виды мясопродуктов делятся при этом на три группы по срокам хранения в зависимости от значений активности воды и pH этих продуктов. Эта классификация мясопродуктов по срокам хранения поясняется на рис. 8.
Характер воздействия воды на процессы, протекающие в пищевых продуктах при хранении, определяется как общим количеством содержащейся в них влаги, так и её состоянием. По количеству влаги пищевые продукты целесообразно разделить на три основные группы: продукты с высоким содержанием влаги (более 40 %), со средней или промежуточной влажностью (от 10 до 40 %), а также продукты и ингредиенты с низкой влажностью (менее 10 %).
В продуктах с высокой влажностью значительная часть воды не связана с компонентами продукта, поэтому при значительных изменениях влажности активность воды продуктов изменяется незначительно (от 0,9 до 1,0). В продуктах со средней или промежуточной влажностью значительная часть воды связана с компонентами сухого вещества. В таких продуктах при изменении содержания воды наблюдаются более значительные изменения активности воды продукта (от 0,6 до 0,9). Наиболее существенные изменения активности воды (от 0 до 0,6) происходят в продуктах с низкой влажностью, у которых почти вся вода находится в связанном состоянии.
Авторами работы [9] предложена гипотетическая кривая, характеризующая зависимость между содержанием воды в продукте и активностью воды, которая показана на рис. 9. Обращают на себя внимание два значения aw – 0,6 и 0,9, которым соответствуют следующие значения массовой доли влаги пищевых продуктов – 10 и 40 %. Интервал между этими уровнями активности воды играет важную биологическую роль в жизнедеятельности микроорганизмов. При aw<0,6 в пищевых продуктах микроорганизмы не развиваются.
Таким образом, можно предложить усреднённую классификацию пищевых продуктов по состоянию влаги (СВ), представленную в табл. 2 [9, 19, 22]. Так же авторами настоящего пособия предлагается упрощённый способ оценки состояния влаги в пищевых продуктах по наличию или отсутствию слабосвязанной влаги и консистенции (табл. 3). Слабосвязанная влага удаляется из продукта механическими методами – прессованием или центрифугированием [2, 21].
Величина активности воды как термодинамическая (в том числе гигрометрическая) характеристика может быть использована при определении естественных потерь при хранении, а также для определения биохимической и микробиологической стабильности высушенных продуктов. Очевидно, если высушенные пищевые продукты хранятся в контакте с влажным воздухом, то конечное влагосодержание таких продуктов не должно быть меньше равновесного для условий хранения. Иначе при хранении продукт будет поглощать влагу вплоть до равновесного состояния. При этом следует отметить, что конечное влагосодержание высушенных продуктов определяется по изотермам сорбции, которые представляют собой зависимость активности воды от влажности пищевого продукта при определённой температуре. На основе анализа изотерм сорбции получают данные по связи влаги с материалом. По изотермам сорбции исходных компонентов можно рассчитать конечное значение активности воды комбинированных пищевых продуктов [22].
При производстве сырокопчёных колбас контроль и регулирование показателей активности воды и pH позволяет оптимизировать процесс производства и устранить возможность выпуска дефектной продукции. Точно так же, как добавлением определённого количества сахара можно регулировать величину pH, активность воды можно изменять подбором сырья и рецептуры с учётом используемого количества поваренной соли и жира.
Создание оптимальных условий обезвоживания колбас в процессе созревания является ещё одной возможностью регулирования величины активности воды. В созревших колбасах рост нежелательных микроорганизмов сдерживается сочетанием низкой активности воды, анаэробной среды, хлорида и нитрита натрия, низкого значения pH и молочнокислой микрофлоры [22].
С помощью показателя активности воды можно определять характер автолитических процессов мясного сырья (DFD, NOR, PSE) не дожидаясь завершения процессов созревания, в отличие от pH-метрии при сортировке мяса в колбасном производстве.
Таблица 2