3. Активность воды в пищевых продуктах

3.1. Сущность показателя «активность воды»

Взаимодействие между компонентами пищевых продуктов и водой может носить различный характер: одни обладают настоящей растворимостью, вторые находятся в воде в коллоидном состоянии, третьи почти полностью нерастворимы. К первой группе пищевых ингредиентов относятся соли, сахара, кислоты, ко второй – протеины, к третьей – жиры и масла. Многие пищевые продукты различным образом адсорбируют влагу и при этом набухают. Уже издавна известно, что вода решающим образом влияет на структуру пищевых продуктов, и что продукты с пониженным содержанием влаги легче противостоят микробной порче, а также биохимическим и физико-химическим процессам разложения. В то же время было замечено, что из общего количества воды, содержащейся в пищевом продукте, бактерии, плесени и дрожжи могут использовать для своей жизнедеятельности лишь определённую, «активную» часть.

Однако только термин «активность воды», который ввёл W.J. Scott в 1957 году в отношении пищевых продуктов, позволил установить взаимосвязь между состоянием слабо связанной влаги в продукте и вероятностью развития в нём микроорганизмов.

Льюис и Рэндолл дали следующее определение термодинамической активности: «Активность есть отношение при данной температуре фугитивности f вещества в некотором состоянии к его фугитивности f₀ в каком-либо состоянии, которое для удобства принято за стандартное». Фугитивность можно рассматривать как показатель способности вещества к улетучиванию. Фугитивность присуща материалам, давление паров которых в той или иной степени отклоняется от идеального. Следовательно, при условии, что это отклонение от идеального состояния не слишком велико, фугитивность f можно заменить измеренной величиной давления пара. В отношении водной среды дело обстоит именно так, поскольку при обычных температурах водяной пар приближается к идеальному газу. Для жидких сред за стандартное состояние принимается чистый растворитель. Тогда для воды показатель активность воды равен:

(21)

где P – парциальное давление пара воды над поверхностью пищевого

продукта;

P₀ – давление пара чистого растворителя (химически чистой воды) при

той же температуре.

Общепринятым является, что химически чистая вода имеет a_w = 1, а совершенно обезвоженное вещество – a_w = 0. Активная вода представляет собой ту часть общего количества содержащейся в продукте воды, которая в наименьшей степени связана растворёнными в ней (или адсорбирующими её) веществами. Другими словами, в упрощённом представлении, активность воды является относительной величиной, характеризующей прочность связи наиболее подвижного слоя воды с сухим веществом продукта. Эта часть влаги, которую можно также упрощённо обозначить как химически несвязанную влагу пищевого продукта, оказывает прямое воздействие на способность микроорганизмов к размножению, на их обмен веществ, а также на сопротивляемость их, например, по отношению к тепловому воздействию или облучению.

Сущность понятия «активность воды» наглядно демонстрируется с помощью манометрического метода измерения этого показателя (Vapor Pressure Method – VPM). Метод основан на прямом измерении (непосредственное измерение) парциального давления водяных паров над поверхностью продукта с помощью манометра. Наибольшее распространение получили установки, оснащённые жидкостными дифференциальными манометрами. В качестве рабочей жидкости применяются некоторые марки вакуумных масел, имеющих наименьшее давление собственных паров и не окисляющихся при длительном контакте с водяными парами.

На рис. 2 показана схема действующего макета вакуумной установки манометрического типа. Для отсчёта показаний жидкостного манометра применяется линейка или катетометр (линейный микроскоп).

Согласно показаниям манометрической установки и формуле (21) активность воды исследуемого продукта равна:

(22)

где P(t_п) – табличное значение давления насыщенного водяного пара при

значении температуры t_п, мм водного столба (мм водн. ст.).

Методом математических преобразований, исходя из условий (рис. 2)

∑ P(т. H₀)= P_п+H_п=P_в+H_в, P_в=P(t_в), P_п≤P(t_п),

получена формула для определения активности воды манометрическим способом:

t_п и t_в – температура пищевого продукта и дистиллированной воды, °С;

P_п и P_в – давление водяного пара над поверхностью пищевого продукта и дистиллированной воды, мм водн. ст.;

H_п и H_в – уровень жидкости в манометре под давлением водяного пара над поверхностью пищевого продукта и дистиллированной воды, мм водн. ст.

(23)

где P(t_в) – табличное значение давления насыщенного водяного пара при

значении температуры t_в, мм водн. ст. (1 мм водн. ст.=13,58 мм рт. ст.).

ВНИМАНИЕ! К эксплуатации вакуумных манометрических установок (действующих макетов), выполненных из стекла и работающих под давлением P_рабоч  минус 1 атм., допускается только специально подготовленный персонал, прошедший инструктаж по ПРАВИЛАМ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ.