Реферат: Активность воды и стабильность пищевых продуктов

С учетом вышесказанного ясно, что стабильность пищевых продук­тов и активность воды тесно связаны.

На рис. 10.8 показано отношение между aw и скоростью различных реакций, происходящих в пищевых продуктах при температуре 25—45°С. Для сравнения здесь же представлена изотерма сорбции. Нужно помнить, что точная скорость реакции, наклон кривых и т. д. могут несколько из­меняться в зависимости от состава, физического состояния, структуры образца, состава атмосферы (особенно присутствия кислорода), темпе­ратуры, эффекта гистерезиса.

В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жи­ров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганиз­мов здесь подавлена. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль.

Для большинства химических реакций, показанных на рис. 10.8, боль­шая или максимальная скорость имеет место, как правило, в области aw, характерной для продуктов с промежуточной влажностью (0,7—0,9). Ми­нимальная скорость этих реакций на кривой изотермы наблюдается на границе зон I и II (aw= 0,2—0,4), и для всех реакций, кроме окисления липидов, скорость остается минимальной, если aw еще меньше. Влагосо-держание, соответствующее этому состоянию, составляет мономолеку­лярный слой.

Окисление липидов начинается при низкой aw По мере ее увели­чения скорость окисления уменьшается примерно до границы зон I и II на изотерме, а затем снова увеличивается до границы зон II и III. Дальнейшее увеличение aw снова уменьшает скорость окисле­ния (на рис. 10.8 не показано). Эти изменения можно объяснить тем, что при добавлении воды к сухому материалу сначала имеет место столкновение с кислородом. Эта вода (зона I) связывает гидропе-роксиды, сталкивается с их продуктами распада и, таким образом, препятствует окислению. Кроме того, добавленная вода гидратиру-ет ионы металлов, которые катализируют окисление, уменьшая их действенность.

Добавление воды за границей I—II приводит к увеличению скорости окисления. Предполагается, что вода, добавленная в этой области изо­термы, может ускорять окисление путем увеличения растворимости кис­лорода и набухания макромолекул. При еще больших значениях aw (боль-

ше, чем 0,8) имеет место уменьшение скорости окисления, что можно объяснить разбавлением катализаторов, приводящим к уменьшению их действия.

На модельных системах (глюкоза—глицин, глюкоза—лизин) показа­но влияние aw на реакцию неферментативного потемнения. При aw=0,75 и температуре 40°С продолжительность реакции потемнения состав­ляет 40 часов (глюкоза—лизин); при aw= 0,55 и температуре 40°С — 192 часа (глюкоза—глицин). Максимум потемнения наблюдается при aw= 0,6-0,75.

Наблюдаемый максимум потемнения может объясняться наступле­нием равновесия в процессе диффузии, которая регулируется величиной вязкости, степенью растворения и массообменом. При низкой активно­сти воды медленная диффузия реагентов замедляет скорость реакции. По мере увеличения влагосодержания более свободная диффузия ускоряет реакцию до тех пор, пока в верхней точке диапазона влажности раство­рение реагентов снова не замедляет ее. Точно так же более высокая кон­центрация воды замедляет ход реакции на тех обратимых стадиях, на ко­торых образуется вода.

Ферментативные реакции могут протекать при более высоком содер­жании влаги, чем влага монослоя, т.е. тогда, когда есть свободная вода. Она необходима для переноса субстрата. Учитывая это, легко понять, по­чему скорость ферментативных реакций зависит от aw.

При aw, соответствующей влаге монослоя, нет свободной воды для переноса субстрата. Кроме того, в ряде ферментативных реакций вода сама играет роль субстрата. На рис. 10.9 показано влияние aw на фермен­тативные процессы в сублимированной говядине при ее хранении. Рас­пад АТФ и глюкоза-6-фосфата существенно увеличивается при увеличе­нии aw от 0,4 до 0,7. Ферментативные процессы под действием липаз име­ли место даже при aw = 0,1—0,2. Это, по-видимому, связано с тем, что липиды в меньшей степени нуждаются в воде как транспортном сред­стве, ибо подвижность самих липидов достаточна, чтобы образовать фер­мент-субстратный комплекс.

В табл. 10.6 приведены предельные значения aw для роста микроорга­низмов (средние данные по разным источникам). Для большинства бакте­рий предельное значения aw= 0,9, но, например, для St.aureus aw=0,86. Этот штамм продуцирует целый ряд энтеротоксинов типа А, В, С, D, Е. Боль­шинство пищевых отравлений связаны с токсинами А и D. Дрожжи и пле­сени могут расти при более низких значениях активности воды.

При хранении пищевых продуктов активность воды оказывает влия­ние на жизнеспособность микроорганизмов (рис. 10.10). Поэтому актив­ность воды в продукте имеет значение для предотвращения его микро­биологической порчи.

В основном порчу продуктов с промежуточной влажностью вызыва­ют дрожжи и плесени, меньше — бактерии. Дрожжи вызывают порчу си­ропов, кондитерских изделий, джемов, сушеных фруктов; плесени — мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов (табл. 10.7).

Эффективным средством для предупреждения микробиологической порчи и целого ряда химических реакций, снижающих качество пище­вых продуктов при хранении, является снижение активности воды в пи­щевых продуктах (рис. 10.10). Для снижения активности воды использу­ют такие технологические приемы, как сушка, вяление, добавление раз­личных веществ (сахар, соль и др.), замораживание. С целью достиже­ния той или иной активности воды в продукте можно применять такие технологические приемы, как:

—адсорбция — продукт высушивают, а затем увлажняют до определен­-
ного уровня влажности;

—сушка посредством осмоса — пищевые продукты погружают в раство­-
ры, активность воды в которых меньше активности воды пищевых про­-
дуктов (рис. 10.11).

Часто для этого используют растворы Сахаров или соли. В этом случае имеет место два противотока: из раствора в продукт диффундирует раство-

ренное вещество, а из продукта в раствор — вода. К сожалению, природа этих про­цессов сложна, и в литературе нет доста­точных данных по этому вопросу.

Для достижения требуемой активно­сти воды добавляют различные ингреди­енты в продукт, обработанный одним из указанных выше способов, и дают ему возможность прийти в равновесное со­стояние, т.к. один лишь процесс сушки часто не позволяет получить нужную кон­систенцию. Применяя увлажнители, можно увеличить влажность продукта, но снизить aw. Потенциальными увлажните­лями для пищевых продуктов являются крахмал, молочная кислота, сахара, гли­церин и др.

В табл. 10.8 приведены данные о со­держании влаги в некоторых потенциаль­ных увлажнителях пищевых продуктов при трех уровнях активности воды.

На рис. 10.12 показано влияние наличия увлажнителей, снижающих активность воды, на реакцию неферментативного потемнения.

Помимо влияния на химические реакции и рост микроорганизмов, активность воды имеет значение и для текстуры продуктов. Например, максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах без поте­ри желаемых свойств, может изменяться в пределах 0,35—0,5 в зависимо­сти от вида продукта (сухое молоко, крекеры, инстант-продукты и т.п.).

Большая aw необходима для продуктов мягкой текстуры, которые не дол­жны обладать хрупкими свойствами.