Hoạt độ nước là gì?
- Hoạt độ nước (aw) hay độ ẩm tương đối cân bằng (ERH) là thông số đặc trưng cho lượng nước tự do tồn tại trong sản phẩm, được xác định bằng tỷ lệ áp suất hơi bay hơi của nước trong sản phẩm với áp suất bay hơi của nước tinh khiết ở cùng điều kiện nhiệt độ.
- Và được tính toán theo công thức: aw = p / ps, với p là áp suất hơi nước trên bề mặt vật thể, Ps là áp suất hơi nước tinh khiết ở cùng nhiệt độ.
- Giá trị hoạt độ nước nằm trong khoảng từ 0 ~ 1.
- Độ ẩm tương đối cân bằng ERH = 100 x aw
- Hoạt độ nước là chỉ tiêu đánh giá độ tiếp nhận nước của sản phẩm với môi trường xung quanh.
- Aw luôn có xu hướng đạt trạng thái căn bằng với môi trường khí xung quanh. Nước sẽ chuyển dịch từ nơi có aw cao đến nơi có aw thấp, và chuyển dịch cho đến khi đạt được trạng thái căn bằng. Hiện tượng này gọi là chuyển vị nước. Ví dụ mật ong có aw là 0,6, không khí có aw là 0,7, do vậy nếu cho mật ong tiếp xúc với không khí thì mật ong sẽ hút nước từ không khí.
-
Những chất có aw cao có xu hướng sinh ra nhiều vi sinh vật. Các vi khuẩn thì yêu cầu aw ít nhất là 0,91 để phát triển, trong khi đó nấm thì cần 0,7.
Tên thực phẩm aw Nước cất 1 [1] Nước máy 0,99 Thịt chưa chế biến 0,99[1] Sữa 0,97 Nước quả 0,97 Salami 0,87[1] Thịt đã nấu chín < 0,85 Dung dịch NaCl bão hòa 0,75 Không khí trong phòng (điển hình) 0,5 – 0,7 Mật ong 0,5 – 0,7 Quả khô 0,5 – 0,6 Bánh chưng 0,95[2]
Tầm quan trọng của hoạt độ nước trong công nghiệp thực phẩm:
- Trong ngành thực phẩm, nước được xem là rất quan trọng đối với việc ổn định chất lượng sản phẩm. Trong đó hoạt độ nước là yếu tố quyết định hơn các yếu tố khác như nhiệt độ, pH… Là yếu tố quyết định đến thay đổi hương vị, màu sắc, hương thơm, khả năng bị ngộ độc thực phẩm và hư hỏng (thời hạn sử dụng), mất vitamin…
- Hoạt độ nước kiểm soát quá trình phân hủy thực phẩm, kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc. Hầu hết các vi khuẩn không phát triển với aw < 0.91 và các nấm mốc ngừng hoạt động khi aw < 0.8. Đồng thời hoạt độ nước đóng vai trò quyết định độ hoạt động của enzyme và Vitamin của thực phẩm, tác động đến hiệu nghiệm của dược phẩm.
Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến các quá trình thực phẩm
- Ảnh hưởng đến phản ứng oxy hóa chất béo: cụ thể khi 0.3 < aw< 0.5 : phản ứng oxy hóa chất béo giảm
- Ảnh hưởng đến phản ứng sẫm màu phi enzyme: chất lượng của sản phẩm không bao hàm giá trị dinh dưỡng mà còn bao hàm cả giá trị cảm quan đó là màu sắc của sản phẩm. Màu sắc thực phẩm thích hợp sẽ giúp cơ thể đồng hóa thực phẩm dễ dàng hơn. Chính vì thế mà trong kỹ thuật sản xuất thực phẩm người ta không chỉ bảo vệ màu sắc tự nhiện mà có thêm các màu sắc mới tạo ra nhằm thích hợp với tính chất và trạng thái của thực phẩm. Phản ứng sẫm màu xảy ra đối với các sản phẩm có hàm lượng ẩm trung bình và thấp, aw > 0.5.
- Ảnh hưởng đến phản ứng enzym: hoạt động của phẩn ứng enzyme thường bắt đầu khi aw > 0.45. Trong đa số các trường hợp khi aw ≤ 0.3 thì ngăn chặn được quá trình biến tính enzyme.
- Ảnh hưởng đến sự phát triển vi sinh vật: vi sinh vật có vai trò rất to lớn trong ngành công nghệ thực phẩm. Nhờ có vi sinh vật mà người ta có thể sản xuất có thức phẩm lên men như sữa chua, rượu, bia và các thực phẩm lên men có giá trị dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, trong quá trình chế biến bảo quản thực phẩm người ta luôn cố gắng hạn chế sự phát triển của chúng. Bởi vì, vi sinh vật là nhân tố chính gây ra ngộ độc thực phẩm, làm giảm ngoại quan và chất lượng của sản phẩm. Hoạt độ nước đóng vai trò hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.
- Ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của thực phẩm
- Ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng
Giá trị aw ức chế vi sinh vật
| Vi sinh vật | aw |
|---|---|
| Clostridium botulinum A, B | 0,97 |
| Clostridium botulinum E | 0,97 |
| Pseudomonas fluorescens | 0,97 |
| Clostridium perfringens | 0,95 |
| Escherichia coli | 0,95 |
| Salmonella | 0,95 |
| Vibrio cholerae | 0,95 |
| Bacillus cereus | 0,93 |
| Listeria monocytogenes | 0,92 |
| Bacillus subtilis | 0,91 |
| Staphylococcus aureus | 0,86[3] |
| Hầu hết nấm mốc | 0,80[3] |
Kiểm soát hoạt độ nước trong sản phẩm
- Aw có thể kiểm soát bằng cách sử dụng các chất phụ gia (chất giữ ẩm), bằng cách chọn vật liệu đóng gói thích hợp, bằng cách duy trì điều kiện ủ và bảo quản thích hợp…đối với hoạt động nước và vi sinh vật.
- Hoạt độ nước cũng cho thấy lượng nước có thể cho các vi sinh vật. Mỗi một loài vi sinh vật (vi khuẩn, nấm móc, nấm men) có một giá trị hoạt độ nước tối thiểu mà dưới giá trị này các vi sinh vật này không tăng trưởng hay không tồn tại…
Tại sao phải đo lường hoạt độ nước?
- Xác định sự chuyển dịch nước
Lấy một ví dụ, vào một buổi sáng vì sợ trễ giờ làm bạn quên đóng nắp hộp ngũ cốc. Và khi bạn trở về nhà chiều hôm đó bạn nhận ra rằng các hạt ngũ cốc đã mềm nhũn và không còn giòn nữa. Hầu hết các ngũ cốc đã mất đi độ giòn khi aw > 0.4. Trong trường hợp này, độ ẩm tương đối của môi trường nơi bạn để hộp ngũ cốc trên 40 %rh. Nước dịch chuyển từ không khí (nơi có độ ẩm cao) vào ngũ cốc (nơi có aw thấp).
- Trong công nghiệp thực phẩm có hai trường hợp chính mà chuyển dịch nước là nguyên nhân tạo ra:
Trường hợp thứ nhất là khi các sản phẩm hoàn chỉnh chứa các thành phần khác nhau, mỗi thành phần có mức aw khác nhau.
Nếu chúng ta lấy ví dụ về chiết bánh pho mát, pho mát có aw = 0.95, trong khi đó bánh qui có aw = 0.3. Nước sẽ dịch chuyển từ pho mát vào bánh qui tạo thành vùng nhão cho bánh quy và pho mát bị khô đi.
Một giải pháp cho vấn đề này là cho thêm vào chất giữ ẩm (đường, muối…), chất giữ ẩm làm giảm aw nhưng không giảm hàm lượng ẩm. Tùy vào sản phẩm mà có thể giảm aw bằng phương pháp khử nước hay làm lạnh (đóng băng).
Trường hợp thứ hai là lưu trữ sản phẩm hoàn chỉnh với môi trường không khí. Tùy thuộc vào aw của sản phẩm và độ ẩm tương đối của không khí mà quá trình chuyển dịch nước được diễn ra.
Giải pháp chính để tránh quá trình chuyển dịch nước trong trường hợp này là sử dụng bao bì không thấm và bảo quản ở điều kiện thích hợp.
Xác định hoạt độ nước để kiểm soát vi sinh vật:
- Hoạt độ nước Aw chỉ thị lượng nước trong tổng lượng nước chứa trong sản phẩm có thể dành cho vi sinh vật. Mỗi một vi sinh vật có một giá trị aw tối thiểu mà thấp hơn giá trị này thì quá trình phát triển của nó không xảy ra (quá trình phát triển không xảy ra không có nghĩa là không tồn tại vi sinh vật).
- Bằng cách đo lường aw trong thực phẩm có thể xác định được vi sinh vật nào sẽ phát triển. Cục quản lý dược và thực phẩm Mỹ FDA đã thông qua các khái niệm của aw để thiết lập các giới hạn độ ẩm cho một loại thực phẩm được xem dễ nhiễm vi khuẩn và nấm mốc.