đo hoạt độ nước là gì?
Hoạt độ nước là gì & ứng dụng trong sản xuất & đời sống?
Nước, yếu tố thiết yếu cho mọi dạng sống, được tìm thấy với hàm lượng khác nhau trong các loại thực phẩm chúng ta tiêu thụ; và mặc dù nó không cung cấp giá trị năng lượng, nó ảnh hưởng đến đặc tính của thực phẩm, đặc biệt là tính chất của chúng đối với sự suy giảm giá trị. Nước cũng có tác động đến ngoại quan, kết cấu và hương vị của thức ăn.
Hoạt độ nước là một trong những thông số chính liên quan đến hạn sử dụng của sản phẩm, có thể là thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm hoặc hạt giống nông nghiệp. Đo hoạt độ này giúp kiểm soát và tối ưu hóa quy trình sản xuất và bảo quản nhằm đảm bảo tính ổn định về cơ học, vật lý, hóa học và vi sinh. Việc đo lường hoạt độ nước là quyết định đối với chất lượng và tính an toàn sức khỏe của sản phẩm, đặc biệt nếu nó không được khử trùng hoặc bảo quản trong môi trường không vô trùng. Các phương pháp xác định Aw là một phần của việc tính toán CSD và MDD của nhiều sản phẩm.
Mặc dù khái niệm về hoạt độ nước được chú ý và bắt đầu phát triển vào những năm 70 và 80, các phương thức chính để điều chỉnh hoạt độ nước đã được biết đến từ thời cổ đại, và có thể trước đó: ví dụ sấy khô hoặc thêm chất khử Aw như natri clorua (muối) cho xúc xích, hoặc sucrose (đường hoặc mật ong trước đây) cho mứt.
Hàm lượng nước và hoạt độ nước (aw)
Hoạt độ nước hay Aw đại diện cho nước «tự do» có trong một sản phẩm; nó không phải là thước đo hàm lượng nước, còn được gọi là hàm lượng hơi nước, nhưng là phép xác định sự có mặt của nước này. Nước này, không tác động mạnh tới sản phẩm về mặt hóa lý, mà ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển và sinh độc tố của vi sinh vật như vi khuẩn, nấm men và nấm mốc… cũng như sự phát triển của phản ứng enzym và quá trình oxy hóa…
Mặc dù hoạt độ nước tương quan với hàm lượng nước của một sản phẩm, mối quan hệ giữa hai đại lượng này không phải là tuyến tính, và nó phụ thuộc chặt chẽ vào bản chất của sản phẩm đang được xem xét. Mối quan hệ giữa hàm lượng nước và hoạt độ nước của sản phẩm ở nhiệt độ không đổi được gọi là hấp phụ đẳng nhiệt. Đường đẳng nhiệt được tạo thành từ hai đường riêng biệt (một hiện tượng gọi là độ trễ). Một dòng giải hấp nếu bắt đầu từ một sản phẩm bão hòa nước với một quá trình sấy khô. Đường hấp thụ nếu bắt đầu từ một sản phẩm khô có bổ sung nước. Nước hiện diện trong sản phẩm do đó liên kết chặt chẽ hơn với ma trận thực phẩm trong quá trình sấy khô hơn trong quá trình bù nước. Điều này có nghĩa là hàm lượng nước không đủ để xác định khả năng bảo quản của sản phẩm. Nói cách khác, đo lường hoạt độ nước chính xác hơn nhiều so với đo lường hàm lượng nước theo như kiểm soát an toàn thực phẩm và chất lượng.
Về mặt lý thuyết, hoạt độ của nước có thể được định nghĩa là tỷ số giữa các áp suất hơi. Hoạt độ nước bằng áp suất hơi nước một phần của một sản phẩm ướt chia cho áp suất hơi bão hòa của nước tinh khiết ở cùng một nhiệt độ:
Aw = p(T) / p0(T)
Do đó, Aw có giá trị trong khoảng từ 0 đến 1. Nước tinh khiết có hoạt độ nước là 1. Tuy nhiên, Aw hiếm khi được tính toán từ phép đo áp suất đo, có một số phương pháp và công nghệ để xác định giá trị của nó.
Hoạt động nước đôi khi được biểu thị bằng phần trăm và sau đó được gọi là Độ ẩm tương đối cân bằng (ERH):
HRE(%) = 100 x Aw
Điều này cho phép so sánh trực tiếp với độ ẩm tương đối (RH) môi trường xung quanh thường xuyên / thường xuyên đo và kiểm soát trong quá trình sấy hoặc các hoạt động lưu trữ.
Vi sinh
Sự phát triển của vi sinh vật có liên quan chặt chẽ đến hoạt độ nước do ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu gây ra bởi môi trường trên các trao đổi màng trong các tế bào..
Hầu hết các vi khuẩn gây bệnh phát triển ở các giá trị Aw trên 0,91. Đây là giá trị được thiết lập bởi các hướng dẫn châu Âu như giới hạn trên cho phép bảo quản thực phẩm ở nhiệt độ môi trường xung quanh. Độ pH cũng đóng một vai trò quan trọng và giới hạn này được đẩy lùi về 0,95 khi pH thấp hơn 5.2. Hầu hết các nấm mốc bắt đầu tăng trưởng từ giá trị 0,80. Việc đo hoạt độ nước có thể dự đoán vi sinh vật nào là nguồn ô nhiễm tiềm ẩn. Một sản phẩm có thể được coi là ổn định về mặt vi sinh nếu Aw của nó dưới 0,6. Đây là giới hạn được theo đuổi cho các sản phẩm để có thể được lưu trữ ở nhiệt độ phòng trong một thời gian dài.
Thực phẩm tổng hợp sự chuyển dịch nước
Nước di chuyển giữa môi trường không đồng nhất do các áp suất riêng biệt khác nhau của hơi nước có thể có. Những áp lực từng phần khác nhau này có xu hướng cân bằng nhanh hơn hoặc ít hơn tùy thuộc vào bản chất của các thành phần. Vì hoạt độ nước đại diện cho áp suất cục bộ của hơi nước, do đó nó có thể được sử dụng để dự đoán chuyển động của nước bên trong thực phẩm, bao gồm một vài lớp cấu trúc khác nhau, chẳng hạn như bánh quy và chất làm đầy. Nước sẽ di chuyển từ nơi có hoạt độ cao hơn đến nơi hoạt độ thấp hơn cho đến khi cân bằng được thiết lập. Do đó, việc này giúp (tái) xây dựng một sản phẩm để nó không bị hỏng do sự di chuyển của nước chứa trong đó.
Ứng dụng khác
Có thể sử dụng phép đo hoạt độ nước để điều chỉnh các cài đặt cho quá trình nấu hoặc cải thiện khả năng tái tạo của chúng. Phản ứng màu nâu, còn được gọi là phản ứng Maillard, liên quan đến các loại thực phẩm có chứa axit amin và đường. Những phản ứng phi enzyme này đạt mức tối đa khi hoạt động của nước nằm trong khoảng từ 0,50 đến 0,70.
Kiểm soát hoạt độ của nước cũng là một cách để ngăn chặn hiện tượng phân cụm hoặc vón cục hoặc hạt ướt, chẳng hạn như gia vị, bột, mỹ phẩm hoặc dược phẩm … Có thể hữu ích để kiểm soát Aw của nguyên liệu để tránh tắc nghẽn nguồn cung cấp hệ thống có thể chặn một dây chuyền sản xuất.
Kết luận
Việc đo lường hoạt độ nước là rất quan trọng đối với an toàn sức khỏe của các sản phẩm được lưu trữ trong một môi trường không vô trùng. Nó có thể thay thế hoặc bổ sung một cách hữu ích cho việc đo lường hàm lượng nước của một sản phẩm và nó cho phép tối ưu hóa quy trình sản xuất. Ảnh hưởng của hoạt động nước lên kết cấu, hương vị, vi sinh vật, sự dịch chuyển của nước, phản ứng enzym, phản ứng oxy hóa và phản ứng oxy hóa cũng như trên việc vón cục chứng minh rằng sự kiểm soát của nó có giá trị cao trong rất nhiều trường hợp.