Понятия активности воды и срока хранения продукта

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Изменение влагосодержания пищевых продуктов негативно влияет на их качество и сроки хранения. При этом продукты теряют требуемые текстурные характеристики — например, сахарный песок становится твердым и комковатым, а изюм — жестким, готовые сухие зерновые завтраки теряют рассыпчатую текстуру, а вяленое мясо становится жестким и сухим.

Изменения в содержании влаги обусловливают и многие другие изменения. Некоторые сухие продукты, производимые из зерновых культур, в условиях низкой важности прогоркают значительно быстрее и становятся неприемлемыми для потребителя. Лабильные пищевые вещества, такие как витамины и натуральные пигменты (например, хлорофилл) быстрее окисляются при хранении в условиях пониженной влажности. С другой стороны, при чрезмерном повышении содержания влаги значительно возрастает скорость ферментативного гидролиза и усиливается неферментативное потемнение по типу реакции Майяра.

Даже незначительные колебания температуры при хранении пищевых продуктов с умеренным содержанием влаги создают условия для локального повышения в них влагосодержания. Области повышенной влажности могут стать участками развития микробиологической порчи (например, участком повышенной обсемененности бактериями, инфицирующими пищевой продукт или вырабатывающими различного вида токсины). Активные системы регулирования содержания влаги должны включать в себя регулирование влажности и температуры внешней среды.

Для регулирования влажностного режима используются различные упаковочные материалы. Даже если упаковочная пленка обладает отличными гидроизолирующими свойствами, она не может полностью обеспечить оптимальные условия хранения продукта. Содержание влаги в готовом продукте может незначительно отличаться от оптимального уровня, обеспечивающего максимальный срок хранения. Упаковочный материал имеет мельчайшие трещины на сгибах или не всегда герметичен в местах термосварки. Материал упаковки характеризуется также частичной проницаемостью для водяного пара. Все эти факторы влияют на изменение содержания влаги в продукте, в значительной степени определяя продолжительность срока его хранения и конечное качество.

Оптимальный подход заключается в использовании активной системы регулирования содержания влаги, способной реагировать и управлять изменяющимися условиями на протяжении «жизни» пищевого продукта. В настоящей главе мы попытаемся помочь читателю освоить основные понятия — «активность воды», «изотерма сорбции влаги» и «системы регулирования содержания влаги». Понимание этих базовых понятий необходимо для разработки и организации сбыта продуктов, сроки хранения которых должны составлять более 6 мес. Они могут быть полезны также при производстве «свежих» продуктов, которые реализуются и потребляются в течение 1-2 недель.

Регулирование влагосодержания и активности воды пищевых продуктов

Для понимания и применения системы управления содержанием влаги мы должны сначала получить базовое представление о показателе активности воды. Активность воды, обозначаемая а_w, может быть измерена для любого пищевого продукта. Она представляет собой отношение и выражается десятичной дробью с двумя или тремя значащими цифрами после запятой. a_w определяется следующим образом:

где P_s — парциальное давление паров данного продукта или раствора;

P_w— парциальное давление паров чистой воды*.

Значения а_w находятся в диапазоне от 0, 00 (абсолютная сухость) до 1, 00 (чистая вода). Таким образом, можно измерить значения активности воды для конкретных видов продуктов, например, 0, 33 или 0, 62 для готовых сухих завтраков или сухофруктов соответственно. Этот показатель хорошо используется практиками, изучающими пищевые продукты. Приборы для непосредственного измерения a_w легко доступны. Из наиболее надежных и недорогих следует назвать приборы, измеряющие точку росы, которые в течение нескольких минут позволяют получить значения a_w для исследуемого образца в числовом формате. Аккуратный экспериментатор может достичь воспроизводимости результатов с точностью до 0, 002.

Для практических целей, возможно, предпочтительнее преобразовывать значение в относительную влажность. Мы знакомы с термином «относительная влажность» из сообщений прогноза погоды или для описания условий, которые могут ощущаться как комфортные или дискомфортные. По определению относительная влажность (RH, ОВ) равна a_wx 100.

Для наших целей степень точности измеренных экспериментально значений a_w является достаточно адекватной и строгой для того, чтобы читатель мог понять и определить конкретные условия, которые могут потребоваться для регулирования влагосодержания продукта. В приведенном выше примере пищевые продукты имеют относительную влажность в свободном пространстве закрытых контейнеров 33 и 62% соответственно.

Если давление водяного пара в продукте и окружающем воздухе одинаково, то ови находятся в равновесии, но эта система не статическая, а динамическая, в которой потеря воды продуктом компенсируется равным ее количеством, поступающим вз окружающей среды. Когда пищевой продукт оказывается в условиях, близких к равновесному состоянию, степень воздействия на продукт будет определять защитная упаковка и ее барьерные свойства. Вторым фактором является внешняя среда, в которой находится упаковка и содержащийся в ней продукт. В условиях пониженной влажности продукт может терять влагу, а при повышенной влажности он будет ее аккумулировать. Если влажность продукта и окружающей среды одинакова, никаких изменений во влагосодержании происходить не будет в виду равновесия влажности внутри упаковки и окружающей воздушной среды.

Любой созданный по рецептуре или натуральный пищевой продукт характеризуется некоторым уникальным значением a_w, при котором его текстура будет оптимальной. Изменения в рецептуре могут влиять на a_w, особенно если эти изменения касаются жидких продуктов. Например, добавление в качестве подсластителя сахарозы снижает а_w продукта. При внесении моносахаридов (например, глюкозы или фруктозы) a_w снижается почти в два раза, поскольку в единице массы глюкозы содержится в 1, 9 раза больше молекул по сравнению с единицей массы сахарозы (см. вримечание в начале этого раздела).

Если упаковать продукты с различными значениями а_w, то последняя примет векоторое промежуточное значение. При этом содержание влаги ни в одном из продуктов не будет находиться на оптимальном уровне. Если все же необходимо упаковать продукты, компоненты которых отличаются значениями a_w, например, печенье с фруктовой начинкой, то рецептуру каждого из компонентов необходимо изменить для получения одинакового значения a_w, иначе собственно печенье размягчится и «кажется недостаточно хрустящим, а начинка — твердой и вязкой.

Получить влажную фруктовую начинку и хрустящее печенье с одинаковым значением a_w довольно трудно, однако подобрав состав смеси сахара, муки, жиров, эмульгаторов и т. д., можно создать продукт достаточно приемлемого качества с длительным сроком хранения (6-12 мес.), но с относительно узким допустимым диапазоном изменения в содержании влаги или а_w.

Значения a_w натуральных продуктов (например, фруктов, овощей и зерен злаковых культур) по мере их роста и созревания меняются в определенном интервале. Как правило, одной из стадий созревания является преобразование биополимеров (например, крахмала в глюкозу или фруктозу). По мере созревания яблок при постоянном общем содержании влаги снижается а_w. В ходе хранения яблоки потребляют часть глюкозы для получения энергии, необходимой для поддержания жизни плода. Со временем плоды теряют упругость, поскольку содержание влаги в них уменьшается. Салат и другие листовые овощи вянут, теряя набухаемость, и перестают быть хрустящими. В этих случаях потерю влаги можно значительно снизить, помещая подобные пищевые продукты в среду повышенной влажности, которая обеспечивает им максимальный срок хранения, в течение которого они будут сохранять приемлемый вкус и другие органолептические свойства в течение продолжительного периода времени. Для некоторых продуктов это будут сутки, а для других — месяцы.

Хранение свежих продуктов в условиях повышенной влажности имеет и свои недостатки. Относительно небольшие колебания температуры могут вызывать конденсацию влаги на поверхности упаковки или продукта. Эта локализованная влага (локальные значения а_w = 1, 0) будет способствовать росту всех видов микроорганизмов. Циклические изменения температур создают тенденцию к миграции влаги из продукта. Скорость потери влаги обычно бывает выше, чем ее поступление, поэтому продукт под воздействием повторных температурных циклов подвергается необратимой потере влаги.

Следует отметить, что вопреки ощущениям охлажденная воздушная среда имеет сравнительно низкую относительную влажность, находящуюся обычно в интервале 30-40%. Точка росы воздуха в холодильной камере зависит от температуры охлаждающих элементов камеры.

Для каждого пищевого продукта существует собственное оптимальное значение a_w. В некоторых случаях даже незначительные изменения общего влагосодержания приводят к неприемлемости продукта для потребителя. В качестве примеров можно привести грибы сублимационной сушки или сухой томатный порошок, которые становятся некондиционными уже при незначительном увеличении влажности. Вяленая говядина в узком интервале a_w (0, 74-0, 76) может значительно отличаться по текстуре (в этом случае допустимое отклонение а_w меньше 0, 01). Такой узкий интервал допустимых значений a_w означает, что продукт должен быть защищен от контакта с внешней средой посредством упаковки с низкой влагопроницаемостью.

Некоторые продукты обладают высокой устойчивостью к изменению содержания влаги и a_w. Для фруктовых и ягодных пресервов колебания a_w в пределах ±0, 1 едва ли будут заметны. Для макаронных изделий допустимым являются значительные колебания по содержанию влаги без заметных последствий для качества — различные виды макаронных изделий продаются в бумажных пакетах без защитной пленки и даже в простой картонной упаковке.

Изотерма сорбции влаги

Изотерма сорбции влаги — это график зависимости а_w от влагосодержания продукта, построенный для широкого диапазона значений a_w. Обычно для построения графика используется от семи до девяти точек в диапазоне а_т от 0, 05 до 0, 95. На практике продукт, который подвергается воздействию влажности в таком широком интервале, исследуется на предмет возможных изменений, вызванных увеличением или уменьшением начального уровня содержания влаги. Это дает возможность оценить, какое количество влаги может получить или потерять продукт без риска потери качества. Примеры типичных изотерм сорбции влаги для готовых к употреблению сухих пшеничных завтраков и бумажной упаковки приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 Изотермы сорбции влаги для готовых к употреблению пшеничных завтраков и их бумажной упаковки

Интерпретация кривой изотермы сорбции влаги — основной источник информации при разработке продукта и его упаковки. Последняя позволяет определить, какими барьерными свойствами должна обладать упаковка для каждого конкретного продукта. Сравнительный анализ изотерм для бумажной упаковки и готовых к употреблению пшеничных завтраков свидетельствует об их существенном различии. Содержание влаги в целлюлозе слабо меняется при значениях a_w в интервале от 0, 2 до 0, 6. Разница в свойствах целлюлозы, вероятно, будет незначительной для любых значений а_w в этом интервале. При a_w выше 0, 7 незначительным изменениям a_w соответствуют значительные изменения в содержании влаги, что ведет к постепенному снижению прочности бумаги. Это значит, что бумага теряет прочность, если a_w выше 0, 7. Таким образом, для поставки изделий в тропические страны с влажным климатом упаковочный материал должен обладать хорошими гидроизолирующими свойствами.

Готовые завтраки характеризуются минимальными изменениями а_ю вплоть до увеличения содержания влаги до 7%. Если влажность больше 10%, то даже при незначительном повышении ее уровня а_w довольно быстро изменяется. Это свидетельствует о том, что структура этого продукта подвергается значительным изменениям, если а_w достигает значений около 0, 3. Экспериментально установлено, что для значений а_w выше 0, 5 готовые пшеничные завтраки становятся значительно менее хрустящими, довольно плотными и вязкими. Поскольку такие продукты характеризуются слабой устойчивостью к потере и поступлению влаги, для упаковки следует использовать материал с повышенными гидроизолирующими свойствами.

Выбор рецептуры или вида упаковки является не простой задачей. Изменения, происходящие в продукте во время хранения (например, кристаллизация сахара), сопровождаются высвобождением воды, что вызывает увеличение а_w продукта, хотя общее содержание влаги остается по существу постоянным. Например, свежее шоколадное печенье, приготовленное с сахарозой, может иметь значение a_w 0, 65, но после нескольких месяцев хранения в пакете с высокими гидроизолирующими свойствами a_w повышается до 0, 80, продукт плесневеет и становится очень рыхлым. Значительная часть сахарозы кристаллизуется, поэтому при составлении рецептуры необходимо вводить дополнительные ингредиенты, подавляющие кристаллизацию. Эту роль успешно выполняют моносахариды — например, глюкоза или кукурузный сироп.

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒