W procesie produkcji leków, pasz i żywności bardzo ważną rolę odgrywa analiza aktywności wodnej półproduktów. Parametr ten można obliczyć na podstawie wzorów lub zbadać za pomocą specjalnej aparatury. Uzyskany wynik pozwala ocenić trwałość surowców. Co dokładnie oznacza aktywność wody i jak ją mierzyć? Sprawdźmy.
Aktywność wody: definicja
Jak rozumieć pojęcie aktywność wodna (Water Activity, Aw)? Na początku zaznaczmy, że nie jest ono tożsame z wilgotnością produktów. Jest to bowiem stosunek prężności pary wodnej w danym produkcie do prężności pary wody czystej w takiej samej temperaturze i ciśnieniu całkowitym.
Przyjmuje się, że dla wody czystej wskaźnik Aw powinien wynosić 1 – wartość ta maleje proporcjonalnie wraz do zawartości substancji rozpuszczalnych, obecnych w wodzie. W środowiskach bezwodnych wartość Aw wynosi 0.
Aktywność wody – wzór i norma
Jak obliczyć aktywność wody? Norma PN-ISO 21807:2005 wskazuje jedną z metod określania zawartości wody w paszach i żywności, obejmuje również wytyczne w zakresie doboru sprzętu do analiz i technologii otrzymywania próbek reprezentacyjnych. Wzór aktywności wody dla żywności wygląda następująco:
Aw=p/po
W przedstawionym wzorze p oznacza stosunek ciśnienia pary wodnej nad powierzchnią produktu, a po wartość ciśnienia pary wodnej nad powierzchnią wody czystej, mającej temperaturę produktu. Gdy warunki są stabilne, a próbka niewielka, wartość Aw można określić, dzieląc parametr φ (jest to procentowa wilgotność względna atmosfery w otoczeniu analizowanego materiału) przez liczbę 100. (Aktywność wody wyraża jednostka Aw).
Na czym polega pomiar aktywności wody?
Jak ustalić aktywność wody? Badanie można przeprowadzić, stosując aparaturę pomiarową w postaci mierników elektronicznych. W celu zapewniania prawidłowości pomiaru należy zachować optymalne warunki, czyli stałą temperaturę i wilgotność. Warto też pamiętać o tym, że przemysłowe aparaty do pomiaru aktywności wody pracują wydajnie jedynie w warunkach stabilnych.
Samo badanie aktywności wody trwa zwykle kilka minut. Próbki analizują sensory, a wyniki i dane pomiarowe widać w formie liczb, prezentowanych na wyświetlaczu urządzenia. A jak interpretować dane, dotyczące aktywności wody? Wykresy i tabele dopuszczalnych wartości dla wybranych produktów dostępne są w instrukcjach producentów urządzeń i w aktualnych normach.
Aktywność wody – metody oznaczania
Każdy produkt spożywczy, wyrób farmaceutyczny lub pasza mają odmienne właściwości, skład i strukturę, inaczej zachowują się też w określonych temperaturach czy wilgotności. Nie istnieje więc jedna, uniwersalna metoda oznaczania aktywności wody. Do najczęściej wykorzystywanych metod oceny próbek należą m.in.:
- metoda statyczno-eksykatorowa (z wykorzystaniem kwasu siarkowego i roztworów soli),
- różnicowa analiza termiczna,
- analiza termograwimetryczna,
- dynamiczno-mechaniczna analiza termiczna,
- jądrowy rezonans magnetyczny.
Rodzaje mierników aktywności wody
Wraz z rozwojem nowoczesnych technologii pomiarowych na rynku pojawiły się różne modele urządzeń do pomiaru aktywności wody. Są one przystosowane do pracy w warunkach laboratoryjnych, terenowych bądź bezpośrednio na liniach produkcyjnych. Główny podział aparatury obejmuje mierniki stacjonarne i mobilne (ręczne). Istnieją też mierniki, wyposażone w sondy zewnętrzne (na przykład bagnetowe) lub wewnętrzne, z czujnikiem punktu rosy lub wilgotnościomierzem czy eksykatorami.
Czynniki wpływające na aktywność wody
Różne czynniki wpływają na aktywność biologiczną i aktywność chemiczną wody w produktach spożywczych, paszach i farmaceutykach. Na wartość Aw wpływają m.in.:
- pH i skład produktu (zawartość dodatków mineralnych, substancji wiążących itd.),
- temperatura otoczenia,
- temperatura produktu,
- wilgotność otoczenia.
Aktywność wody a temperatura
Co warto wiedzieć na temat wpływu temperatury na aktywność wody? Zależność jest prosta – gdy temperatura spada poniżej punktu zamarzania, aktywność wodna przestaje mieć związek ze składem produktu i zależy wyłącznie od temperatury. W różnych substancjach można zauważyć, że im wyższa temperatura, tym łatwiej zbadać aktywność wody i trwałość surowców.
Aktywność wody a wilgotność
Wilgotność jest kolejnym, istotnym czynnikiem, mającym związek z trwałością produktów spożywczych, pasz i leków. Im więcej wody zawiera w sobie wyrób (warzywo, owoc itd.), tym szybciej ulega naturalnemu rozkładowi. Podkreślmy różnicę pomiędzy parametrami, takimi jak: zawartość wody a aktywność wody. Każdy produkt ma w składzie określoną (i zmienną) ilość cząstek wody, którą można zbadać za pomocą wilgotnościomierza, wskazującego wartości procentowe. Aktywność wodna dotyczy zaś wszystkich cząsteczek luźnych, mających ścisły związek ze składem produktu.
Czym jest aktywność biologiczna wody? Aktywność wody a wzrost drobnoustrojów
Pomiary poziomu aktywności wodnej pozwalają ustalić trwałość produktu i jego podatność na niszczące działanie mikroorganizmów. Im niższy jest wskaźnik Aw, tym niższe jest również prawdopodobieństwo namnażania się bakterii oraz grzybów. Wysoka aktywność wody dla drobnoustrojów oznacza idealne warunki rozwoju. Gdy Aw przekracza wartość 0.80, oznacza to idealne warunki rozwoju drożdży, Aw powyżej 0.9 sprzyja zaś rozwojowi różnych szczepów bakterii.
Źródła:
- Pałacha Zbigniew, Aktywność wody ważny parametr trwałości żywności, Przemysł Spożywczy 4/2008.
- Pałacha Zbigniew, Metody pomiaru stanu wody w żywności, Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 2/2008.
- Aktywność wody, hasło w: Słownik bezpieczeństwa zdrowotnego, dostępny: https://cbr.gov.pl/slownik_bezp_zywn/index.php/Aktywno%C5%9B%C4%87_wody.
- Aktywność wody, hasło w: Encyklopedia PWN, dostępny: https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/aktywnosc-wody;3867109.html.