Aktivita vody - Water activity

Aktivita vody (A_w) je částečný tlak páry vody v roztoku děleno dílčím standardním stavem tlak par vody. V oblasti věda o jídle, standardní stav je nejčastěji definován jako parciální tlak par čisté vody současně teplota. Pomocí této konkrétní definice, čistě destilovaná voda má aktivitu vody přesně jednu. Jak teplota stoupá, a_w obvykle se zvyšuje, s výjimkou některých produktů s krystalickým sůl nebo cukr.

Vyšší a_w látky mají tendenci více podporovat mikroorganismy.

Voda migruje z oblastí vysokého a_w do oblastí s nízkou a_w. Například pokud Miláček (A_w ≈ 0,6) je vystaven vlhkosti vzduch (A_w ≈ 0,7), med absorbuje vodu ze vzduchu. Li salám (A_w ≈ 0,87) je vystaven suchému vzduchu (a_w ≈ 0,5), salám vysychá, což by mohlo zachovat to nebo zkazit to.

Vzorec

Definice a_w:

{ displaystyle a_ {w} equiv p / p *}

kde str je parciální tlak par vody v roztoku a p * je parciální tlak par čisté vody při stejné teplotě.

Alternativní definice:

{ displaystyle a_ {w} equiv l_ {w} x_ {w}}

kde l_w je koeficient aktivity vody a X_w je molární podíl vody ve vodné frakci.

Vztah k relativní vlhkost: Relativní vlhkost vzduchu v rovnováze se vzorkem se nazývá rovnovážná relativní vlhkost (ERH).^[1]

{ displaystyle mathrm {ERH} = a_ {w} krát 100 \%}

Odhadovaná trvanlivost bez plísní ve dnech při 21 ° C:

{ displaystyle mathrm {MFSL} = 10 ^ {7,91-8,1a_ {w}}}

^[2]

Použití

Aktivita vody je důležitým hlediskem pro design potravinářských výrobků a bezpečnost potravin.

Návrh potravinářského produktu

Potravinářští návrháři používají k formulování aktivity vody stabilní potraviny. Pokud je produkt udržován pod určitou aktivitou vody, pak je růst plísní potlačen. Výsledkem je delší doba skladovatelnost.

Hodnoty vodní aktivity mohou také pomoci omezit migrace vlhkosti v potravinářském výrobku vyrobeném z různých přísady. Pokud jsou rozinky s vyšší aktivitou vody baleny s otrubovými vločkami s nižší aktivitou vody, voda z rozinek migruje v průběhu času k otrubovým vločkám, čímž jsou rozinky tvrdé a otěrné vločky mokré. Formátoři potravin pomocí aktivity vody předpovídají, kolik migrace vlhkosti ovlivňuje jejich produkt.

Bezpečnost potravin

Aktivita vody se v mnoha případech používá jako a kritický kontrolní bod pro Analýza rizik a kritické kontrolní body (HACCP). Vzorky potravinářského produktu jsou pravidelně odebírány z oblasti výroby a testovány, aby se zajistilo, že hodnoty aktivity vody jsou ve specifikovaném rozsahu pro kvalitu a bezpečnost potravin. Měření lze provádět za pouhých pět minut a provádějí se pravidelně ve většině hlavních zařízení na výrobu potravin.

Po mnoho let se vědci snažili srovnávat růstový potenciál bakterií s obsah vody. Zjistili, že hodnoty nebyly univerzální, ale specifické pro každý potravinářský výrobek. W. J. Scott to poprvé prokázal bakteriální růst korelováno s aktivitou vody, nikoli s obsahem vody, v roce 1953. Je pevně stanoveno, že růst bakterií je inhibován při specifických hodnotách aktivity vody. NÁS. Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) předpisy pro potraviny se střední vlhkostí jsou založeny na těchto hodnotách.

Snížení vodní aktivity potravinářského výrobku by nemělo být považováno za a zabít krok. Studie v sušené mléko ukazují, že životaschopné buňky mohou existovat při mnohem nižších hodnotách aktivity vody, ale že nikdy nerostou.^{[Citace je zapotřebí ]} Postupem času hladiny bakterií klesají.

Měření

Hodnoty aktivity vody se získávají buď odporovým elektrolytem, a kapacita nebo a rosný bod vlhkoměr.

Odporové elektrolytické vlhkoměry

Rezistivní elektrolytické vlhkoměry používají snímací prvek ve formě kapalného elektrolytu drženého mezi dvěma malými skleněnými tyčinkami kapilární silou. Elektrolyt mění odpor, pokud absorbuje nebo ztrácí vodní páru. Odpor je přímo úměrný relativní vlhkosti vzduchu a také vodní aktivitě vzorku (jednou rovnováha pára-kapalina Je založena). Tento vztah lze zkontrolovat buď a ověření nebo kalibrace pomocí směsí slané vody, které poskytují přesně definovanou a reprodukovatelnou vlhkost vzduchu v měřicí komoře.

Senzor nemá žádnou fyzicky danou hysterezi, jak je známo z kapacitních vlhkoměrů a senzorů, a nevyžaduje pravidelné čištění, protože jeho povrch není účinně snímajícím prvkem. Těkavé látky v zásadě ovlivňují výkon měření - zejména ty, které distancovat v elektrolytu a tím měnit jeho odpor. Těmto vlivům lze snadno zabránit použitím chemických ochranných filtrů, které absorbují těkavé sloučeniny před příchodem k senzoru.

Kapacitní vlhkoměry

Kapacitní vlhkoměry se skládají ze dvou nabitých desek oddělených a polymerní membrána dielektrikum. Jelikož membrána adsorbuje vodu, její schopnost zadržovat a nabít zvyšuje a měří se kapacita. Tato hodnota je zhruba úměrná vodní aktivitě, jak je určeno specifickým senzorem kalibrace.

Kapacitní vlhkoměry nejsou většinou ovlivněny nestálý chemikálie a mohou být mnohem menší než jiné alternativní senzory. Nevyžadují čištění, ale jsou méně přesné než vlhkoměry rosného bodu (+/- 0,015 a_w). Měli by pravidelně kontrolovat kalibraci a mohou být ovlivněni zbytkovou vodou v polymerní membráně (hystereze).

Vlhkoměry rosného bodu

Červená čára ukazuje sytost

Teplota, při které rosa formy na čistém povrchu přímo souvisí s tlak páry vzduchu. Vlhkoměry rosného bodu fungují umístěním zrcadla nad uzavřenou komoru pro vzorky. Zrcadlo je ochlazováno, dokud není měřena teplota rosného bodu pomocí optický senzor. Tato teplota se poté použije k nalezení relativní vlhkost komory pomocí psychrometrics grafy.

Tato metoda je teoreticky nejpřesnější (+/- 0,003 a_w) a často nejrychlejší. Senzor vyžaduje čištění, pokud se na zrcátku nahromadí nečistoty.

Rovnováha

S oběma metodami, rovnováha pára-kapalina musí dojít ve vzorkovací komoře. K tomu dochází v průběhu času nebo tomu lze pomoci přidáním ventilátoru do komory. Tepelná rovnováha musí také proběhnout, pokud není měřena teplota vzorku.

Obsah vlhkosti

Aktivita vody souvisí s obsah vody v nelineární vztah známý jako izoterma sorpce vlhkosti křivka. Tyto izotermy jsou specifické pro danou látku a teplotu. Izotermy lze použít k předpovědi stability produktu v čase v různých podmínkách skladování.

Použití při regulaci vlhkosti

Z roztoku s vodní aktivitou vyšší než je relativní vlhkost okolí dochází k čistému odpařování. Existuje čistá absorpce vody roztokem s vodní aktivitou menší než je relativní vlhkost jeho okolí. Proto lze v uzavřeném prostoru použít řešení k regulaci vlhkosti.^[3]

Vybrané a_w hodnoty

Jídlo
Látka	A_w	Zdroj
Destilovaná voda	1.00	^[4]
Voda z vodovodu	0.99	^{[Citace je zapotřebí ]}
Syrové maso	0.99	^[4]
Mléko	0.97	^{[Citace je zapotřebí ]}
Džus	0.97	^{[Citace je zapotřebí ]}
Salám	0.87	^[4]
Stabilní v policích vařené slanina	< 0.85	^[5]
Nasycený NaCl řešení	0.75	^{[Citace je zapotřebí ]}
Bod, ve kterém cereálie ztrácejí křupavost	0.65	^{[Citace je zapotřebí ]}
Sušené ovoce	0.60	^[4]
Typický vnitřní vzduch	0.5 - 0.7	^{[Citace je zapotřebí ]}
Miláček	0.5 - 0.7	^{[Citace je zapotřebí ]}
Burákové máslo	≤ 0.35	^[6]

Mikroorganismy
Mikroorganismus inhibován	A_w	Zdroj
Clostridium botulinum E	0.97	^[7]
Pseudomonas fluorescens	0.97	^[7]
Clostridium perfringens	0.95	^[7]
Escherichia coli	0.95	^[7]
Clostridium botulinum A, B	0.94	^[7]
Salmonella	0.93	^[8]
Vibrio cholerae	0.95	^[7]
Bacillus cereus	0.93	^[7]
Listeria monocytogenes	0,92 (0,90 ve 30% glycerolu)	^[9]
Bacillus subtilis	0.91	^[7]
Zlatý stafylokok	0.86	^[10]
Většina formy	0.80	^[10]
Žádná mikrobiální proliferace	<0.60	^[7]

Reference

^ Young, Linda; Cauvain, Stanley P. (2000). Výroba a kvalita pekárenských potravin: kontrola a účinky vody. Oxford: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-05327-8.
^ Man, C.M.D .; Jones, Adrian A. (2000). Hodnocení trvanlivosti potravin. Springer. ISBN 978-0-834-21782-9.
^ Demchick, P. H. (1984). "Převzetí kontroly vlhkosti komory". Učitel vědy. 51 (7): 29‑31.
^ ^A ^b ^C ^d Marianski, Stanley; Marianski, Adam (2008). The Art of Making of Fermented Klobásy. Denver, Colorado: Outskirts Press. ISBN 978-1-4327-3257-8.
^ „Slanina a bezpečnost potravin“. Ministerstvo zemědělství USA pro bezpečnost a inspekci potravin. 2013-10-29. Citováno 2017-06-18.
^ Ahoj.; Li, Y .; Salazar, J. K .; Yang, J .; Tortorello, M. L .; Zhang, W. (2013). "Zvýšená aktivita vody snižuje tepelný odpor Salmonella enterica v arašídovém másle ". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 79 (15): 4763–4767. doi:10.1128 / AEM.01028-13. PMC 3719514. PMID 23728806.
^ ^A ^b ^C ^d ^E ^F ^G ^h ⁱ Barbosa-Canovas, G .; Fontana, A .; Schmidt, S .; Labuza, T.P. (2007). „Příloha D: Minimální limity aktivity vody pro růst mikroorganismů“. Aktivita vody v potravinách: základy a aplikace. FT Blackwell Press. str. Příloha D. doi:10.1002 / 9780470376454.app4. ISBN 9780470376454.
^ Shaw, Angela (2013). Salmonella: Vytvořte nejvíce nežádoucí prostředí. Ames, IA: Iowská státní univerzita.
^ Ryser, Elliot T .; Elmer, Marth H. (2007). Listeria, listerióza a bezpečnost potravin (3. vyd.). CRC Press. 173–174.
^ ^A ^b Marianski, 7

Reineccius, Gary (1998). Pramen chutí. Berlín: Springer. ISBN 978-0-8342-1307-4.
Fennema, OR, ed. (1985). Chemie potravin (2. vyd.). New York: Marcell Dekker, Inc., s. 46–50.
Bell, L.N .; Labuza, T.P. (2000). Praktické aspekty měření a používání izotermy sorpce vlhkosti (2. vyd.). Egan, MN: AACC Egan Press.

externí odkazy

[isbn0-632-05327-5-1] Young, Linda; Cauvain, Stanley P. (2000). Výroba a kvalita pekárenských potravin: kontrola a účinky vody. Oxford: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-05327-8.

[isbn0-834-21782-1-2] Man, C.M.D .; Jones, Adrian A. (2000). Hodnocení trvanlivosti potravin. Springer. ISBN 978-0-834-21782-9.

[3] Demchick, P. H. (1984). "Převzetí kontroly vlhkosti komory". Učitel vědy. 51 (7): 29‑31.

[Marianski5-4] A ^b ^C ^d Marianski, Stanley; Marianski, Adam (2008). The Art of Making of Fermented Klobásy. Denver, Colorado: Outskirts Press. ISBN 978-1-4327-3257-8.

[5] „Slanina a bezpečnost potravin“. Ministerstvo zemědělství USA pro bezpečnost a inspekci potravin. 2013-10-29. Citováno 2017-06-18.

[6] Ahoj.; Li, Y .; Salazar, J. K .; Yang, J .; Tortorello, M. L .; Zhang, W. (2013). "Zvýšená aktivita vody snižuje tepelný odpor Salmonella enterica v arašídovém másle ". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 79 (15): 4763–4767. doi:10.1128 / AEM.01028-13. PMC 3719514. PMID 23728806.

[Barbosa-Canovas-7] A ^b ^C ^d ^E ^F ^G ^h ⁱ Barbosa-Canovas, G .; Fontana, A .; Schmidt, S .; Labuza, T.P. (2007). „Příloha D: Minimální limity aktivity vody pro růst mikroorganismů“. Aktivita vody v potravinách: základy a aplikace. FT Blackwell Press. str. Příloha D. doi:10.1002 / 9780470376454.app4. ISBN 9780470376454.

[Shaw-8] Shaw, Angela (2013). Salmonella: Vytvořte nejvíce nežádoucí prostředí. Ames, IA: Iowská státní univerzita.

[9] Ryser, Elliot T .; Elmer, Marth H. (2007). Listeria, listerióza a bezpečnost potravin (3. vyd.). CRC Press. 173–174.

[Marianski7-10] A ^b Marianski, 7

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]