Hoạt độ nước (Aw) trong thực phẩm

Định nghĩa về hoạt độ nước

• Hoạt độ nước (a w) của thực phẩm là tỷ lệ giữa áp suất hơi của chính thực phẩm đó, khi ở trạng thái cân bằng hoàn toàn không bị xáo trộn với môi trường không khí xung quanh và áp suất hơi của nước cất trong các điều kiện giống hệt nhau.
• Hoạt độ nước là 0,80 có nghĩa là áp suất hơi bằng 80 phần trăm so với nước tinh khiết.
• Hoạt độ nước tăng theo nhiệt độ.
• Tình trạng độ ẩm của sản phẩm có thể được đo bằng độ ẩm tương đối cân bằng (ERH) được biểu thị bằng phần trăm hoặc hoạt độ nước được biểu thị bằng số thập phân.
• Hầu hết các loại thực phẩm có hoạt độ nước trên 0,95 và sẽ cung cấp đủ độ ẩm để hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn, nấm men và nấm mốc.
• Lượng độ ẩm có sẵn có thể được giảm đến mức sẽ ức chế sự phát triển của các sinh vật.
• Nếu hoạt độ nước của thực phẩm được kiểm soát ở mức 0,85 hoặc thấp hơn trong thành phẩm, thì thực phẩm đó không phải tuân theo các quy định của 21 CFR Phần 108, 113 và 114.

Hành vi hấp phụ

• Tế bào vi khuẩn chỉ có thể chuyển chất dinh dưỡng vào và chất thải ra ngoài qua thành tế bào.
• Do đó, các vật liệu phải ở dạng hòa tan để thấm vào thành tế bào.
• Một phần của tổng hàm lượng nước có trong thực phẩm được liên kết chặt chẽ với các vị trí cụ thể và không hoạt động như một dung môi
• Các vị trí này bao gồm các nhóm hydroxyl của polysaccharid, các nhóm carbonyl và amino của protein, và các vị trí khác trên đó nước có thể được giữ bằng liên kết hydro, bằng liên kết ion-lưỡng cực hoặc bằng các tương tác mạnh khác.
• Hành động liên kết được gọi là hành vi hấp thụ của thực phẩm.
• Phương pháp thành công nhất để nghiên cứu các đặc tính hấp thụ của nước trong các sản phẩm thực phẩm là chuẩn bị “Đường đẳng nhiệt hấp thụ” hoặc các đường cong liên quan đến áp suất riêng phần của nước trong thực phẩm với hàm lượng nước của nó ở nhiệt độ không đổi.
• Thực hành tương tự cũng được áp dụng để nghiên cứu các đường cong liên hệ giữa hoạt độ nước dưới các điều kiện cân bằng với hàm lượng nước.
• Hai phương pháp cơ bản có thể được sử dụng để thu được các đường cong hấp thụ ở nhiệt độ không đổi.
• Trong phương pháp đầu tiên, thực phẩm có độ ẩm đã biết được phép đạt đến trạng thái cân bằng với một khoảng trống nhỏ trong hộp kín và áp suất riêng phần của hoạt độ nước được đo bằng phương pháp đo áp suất hoặc độ ẩm tương đối được đo bằng tỷ trọng kế.
• Hoạt độ nước bằng độ ẩm tương đối cân bằng chia cho 100: (a w = ERH/100) trong đó ERH là độ ẩm tương đối cân bằng (%).
• Cảm biến độ ẩm tương đối rất đa dạng có sẵn cho mục đích này, bao gồm máy đo độ ẩm điện, tế bào điểm sương, máy đo tâm lý và các loại khác.
• Phương pháp cơ bản thứ hai để chuẩn bị đường đẳng nhiệt là cho một mẫu thực phẩm nhỏ tiếp xúc với các môi trường có độ ẩm không đổi khác nhau.
• Sau khi đạt được trạng thái cân bằng, độ ẩm được xác định bằng trọng lượng hoặc bằng các phương pháp khác.
• Một số dung dịch muối bão hòa có sẵn cho mục đích này.
• Dung dịch muối bão hòa có ưu điểm là duy trì độ ẩm không đổi miễn là lượng muối hiện diện trên mức bão hòa.
• Dung dịch muối và dung dịch glycerol hoặc axit sunfuric nằm trong số những chất thường được sử dụng.

Kiến thức về hành vi hấp thụ của thực phẩm rất hữu ích trong quá trình cô đặc và khử nước vì hai lý do:

• Nó có tầm quan trọng trong việc thiết kế các quy trình; bởi vì nó có tác động quan trọng đến việc loại bỏ nước dễ dàng hay khó khăn, điều này phụ thuộc vào áp suất riêng phần của nước lên thực phẩm và năng lượng liên kết của nước trong thực phẩm.
• Hoạt tính nước ảnh hưởng đến sự ổn định của thực phẩm và do đó nó phải được đưa đến mức phù hợp khi kết thúc quá trình sấy khô và duy trì trong phạm vi giá trị hoạt độ có thể chấp nhận được trong quá trình bảo quản.
• Các sản phẩm có chứa nước tự do giải phóng độ ẩm ở dạng hơi vào không khí trong môi trường, chỉ khi áp suất hơi trong không khí thấp hơn áp suất hơi của sản phẩm.
• Áp suất hơi của dung dịch muối hoặc đường giảm so với nước tinh khiết. Lượng hơi trong không khí xung quanh thường được đo bằng độ ẩm tương đối.
• Tại điểm cân bằng, nước không thoát ra cũng không bị hấp thụ.
• Áp suất hơi của sản phẩm thực phẩm sau đó trở nên giống với áp suất của không khí xung quanh.

Các thiết bị đo lường hoạt độ nước

• Thiết bị phù hợp để đo hoạt độ nước có thể giống như thiết bị được sử dụng để đo độ ẩm tương đối với điều kiện là phần tử cảm biến được sử dụng có thể được cố định hoặc cách ly với mẫu của sản phẩm cần đo.
• Kỹ thuật đo cơ bản sử dụng đĩa hoặc vật chứa kín có gắn cảm biến phía trên mẫu thử.
• Các thiết bị này được sử dụng để thiết lập biểu đồ tham chiếu với dữ liệu thu được từ việc kiểm tra các máy tạo độ ẩm đáng tin cậy.
• Có thể sử dụng hỗn hợp muối có giá trị hoạt độ nước Aw đã biết như natri clorua, kali nitrat và kali sulfat.
• Các muối này sẽ cho phạm vi hoạt động của nước (ở 25 C) từ 0,758 đến 0,969.
• Kết quả của thử nghiệm này là giá trị gần đúng, sau đó sẽ được xác nhận bằng phép đo, sử dụng các kỹ thuật cân bằng áp suất trong đó mẫu được phép đạt đến trạng thái cân bằng với một tiêu chuẩn tham chiếu, chẳng hạn như cellulose vi tinh thể (MC).

Thiết bị điện tử thích hợp cho phép thử xác nhận là:

1. 1. 1. Máy đo độ ẩm Beckman Hygroline;
      2. Máy đo hoạt độ nước Nova Sina/Rotronic
      3. Máy đo độ ẩm khí động học
      4. Hệ thống đo độ ẩm tương đối WeatherMeasure

• Các yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát hoạt độ nước như một chất bổ trợ trong bảo quản là các thành phần trong sản phẩm cuối cùng và ảnh hưởng của chúng đối với khả năng liên kết với nước được đo bằng ERH (hoạt tính của nước, a w).
• Khi xác định ERH (Aw) cần vài giờ để hơi nước (độ ẩm tương đối) đạt trạng thái cân bằng trong khoảng không phía trên thực phẩm trong hộp kín.
• Do đó, công thức của sản phẩm để tạo ra Aw cần thiết phải được xác định trước và được pha trộn rất chính xác tại thời điểm đóng gói.
• Người phân tích cần đảm bảo rằng nhiệt độ của không khí nổi phía trên mẫu được kiểm soát chặt chẽ, vì ngay cả một sự khác biệt nhỏ về nhiệt độ trong khu vực này cũng có thể dẫn đến thay đổi đáng kể về chỉ số hoạt độ nước.
• Stoloff (1978) tuyên bố rằng ở 25 C, chênh lệch 0,1 C giữa mẫu rắn hoặc lỏng và không khí nổi trên bề mặt sẽ dẫn đến chênh lệch xấp xỉ 0,005 trong phép đo hoạt độ nước.
• Cho phép nhiệt độ giữa giao diện không khí mẫu và không khí nổi phía trên thay đổi, ví dụ, 1 C (xấp xỉ 1,8 F) có thể dẫn đến sự khác biệt về chỉ số w là 0,05.
• Xem xét rằng Aw tối thiểu cho sự phát triển của C. botulinum là khoảng 0,93, sự chênh lệch nhiệt độ như vậy có thể dẫn đến kết quả đọc sai đối với mẫu nhỏ hơn 0,93.
• Do đó, sự cần thiết phải đảm bảo cơ chế kiểm soát nhiệt độ phù hợp cho bình chứa (tủ khí hoặc bể nước) trong đó các buồng thử nghiệm (ví dụ: lọ thủy tinh) chứa mẫu.

Quy định

• Hoạt độ nước là 0,85 được sử dụng như một điểm định nghĩa để xác định liệu thực phẩm đóng hộp có hàm lượng axit thấp hoặc thực phẩm được axit hóa có thuộc phạm vi điều chỉnh của quy định hay không.
• Thực phẩm đóng hộp có hàm lượng axit thấp có thể được bảo quản bằng cách kiểm soát hoạt độ nước ở mức trên 0,85.
• Mức w tối thiểu cho sự phát triển của C. botulinum là khoảng 0,93.
• Tùy thuộc vào các đặc tính sản phẩm khác nhau, mức tối thiểu này có thể cao tới 0,96.
• Các quy định (21 CFR 113.3(e) (1) (ii)) quy định rằng có thể đạt được tính vô trùng thương mại bằng cách kiểm soát hoạt độ nước và sử dụng nhiệt.
• Nhiệt thường cần thiết ở mức w trên 0,85 để tiêu diệt các tế bào sinh dưỡng của các vi sinh vật có ý nghĩa đối với sức khỏe cộng đồng (ví dụ: tụ cầu khuẩn) và các vi sinh vật gây hư hỏng có thể phát triển trong môi trường w giảm.

(Cũng xem các phần khác sau đây của các quy định liên quan đến các sản phẩm được kiểm soát Aw:

• • 21 CFR 113.10 – Tham dự một trường học đã được phê duyệt để được hướng dẫn phù hợp với công nghệ bảo quản liên quan.
  • 21 CFR 113.40(i) – Thiết bị và quy trình xử lý nhiệt thực phẩm có sử dụng các yếu tố quan trọng như hoạt độ nước.
  • 21 CFR 113.81(f) – Các yếu tố bổ sung cần được kiểm soát để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật không bị phá hủy bởi quá trình nhiệt.
  • 21 CFR 113.100(a) (6) – Yêu cầu lưu giữ hồ sơ đối với các phép xác định w.

• Một số ví dụ về thực phẩm đóng hộp có hàm lượng axit thấp được kiểm soát hoạt độ nước, có thể có Aw lớn hơn 0,85, là: bánh đóng hộp, bánh mì, bột đậu, một ít tương ớt, rau muối, cá muối, bột ổi, đậu lupini, xi-rô, lớp trên bề mặt , bánh pudding và một số nước sốt đặc sản phương Đông.
• Hoạt độ nước Aw thường được kiểm soát bằng cách sử dụng muối hoặc đường.
• Có những trường hợp không cần thực hiện các phép xác định thông thường trong quá trình sản xuất.
• Ví dụ, nếu muối là chất bảo quản, chỉ riêng việc xác định phần trăm muối có thể đủ để lập tài liệu kiểm soát hoạt tính của nước và tính vô trùng thương mại.
• Tuy nhiên, nhà chế biến hoặc cơ quan chế biến sẽ cần phải có dữ liệu liên quan nhất quán đến mức độ muối trong sản phẩm cụ thể với mức Aw.
• Hoạt độ của nước cũng có thể được kiểm soát bằng công thức miễn là công thức đó có liên quan đến một mức Aw nhất định bằng đủ dữ liệu.
• Vì những thay đổi về nhà cung cấp nguyên liệu có thể thay đổi Aw của thành phẩm, nên việc xác định Aw

Xem thêm các loại máy đo hoạt độ nước Novasina tại đây:

máy đo hoạt độ nước cầm tay Labswift-aw

LabMaster-aw Neo | Máy đo hoạt tính nước tuân thủ CFR21

Máy đo hoạt tính nước Labtouch-aw