Таблица 10.1
|
Пищевой продукт |
Содержание воды, % |
Активность воды аw |
|
Инжир Яйца Хлеб Сухофрукты Джем Мед Блюда из макарон Сухие крекеры Яичный порошок Сахар |
79–80 70–80 40 18–20 30–35 15–17 12–14 3–5 5 0,10–0,15 |
0,97 0,96–0,97 0,95–0,98 0,75–0,80 – 0,60–0,75 0,50 0,1–0,3 0,4 0,1 |
Активность воды изменяется от нуля (абсолютно сухое обезвоженное вещество) до единицы (дистиллированная вода).
В настоящее время изучены и определены пороговые значения аw для большинства микроорганизмов, за пределами которых замедляются или прекращаются процессы их роста. Рост микроорганизмов наблюдается при значениях аw от близких к 1,0 до 0,65. Микроорганизмы неодинаково чувствительны к снижению аw. Потребность в минимальном количестве свободной воды различна у разных видов микроорганизмов. Так, для большинства бактерий предельное значение аw, обеспечивающее их нормальное развитие, должно быть не ниже 0,90–0,99. Для дрожжей предельная величина аw около 0,80–0,85, а для плесеней – 0,75. Однако некоторые осмофильные дрожжи и мицелиальные грибы, преимущественно рода Aspergillus, растут, хотя и медленно, при аw 0,70–0,65.
Наиболее чувствительны к наличию свободной воды грамотрицательные бактерии. Более устойчивы к низкой влажности продукта кокковые формы бактерий, дрожжи и мицелиальные грибы.
Снизить аw продукта можно частичным удалением из него воды или добавлением растворимых веществ (сахаров, хлорида натрия). Обезвоживание продуктов высушиванием, а также введение в них сахара или хлорида натрия в целях повышения их стойкости при хранении широко используются в пищевой промышленности и домашнем хозяйстве.
По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов:
– продукты с высокой влажностью (аw = 1,00,9);
– продукты с промежуточной влажностью (аw = 0,90,6);
– продукты с низкой влажностью (аw = 0,60,2).
В табл. 10.2 приведены данные о возможности развития микроорганизмов в продуктах с различной активностью воды. Из приведенных данных следует, что рост большинства бактерий прекращается при аw менее 0,90, а при аw от 0,80 до 0,60 потенциальную опасность представляют галофильные бактерии, осмофильные дрожжи и ксерофильные плесени. В связи с тем, что трудно осуществить понижение активности воды до уровня 0,80 без отрицательного воздействия на органолептические свойства продукта, в продукты с промежуточной влажностью добавляют антимикробные пищевые добавки или консерванты, подавляющие жизнедеятельность микробов в диапазоне аw = 0,900,80.
Таблица 10.2
|
Область аw |
Микроорганизмы, которые ингибируются при более низком значении аw, чем эта область |
Пищевые продукты, характерные для этой области аw |
|
1,00–0,95 |
Pseudomonas, Escherichia, Рroteus, Shigella, Klebsiella, Clostridium perfringens; некоторые дрожжи |
Фрукты, овощи, мясо, рыба, молоко, домашняя колбаса и хлеб, продукты с содержанием сахара (~40 %) или хлорида натрия (~7 %) |
|
0,95–0,91 |
Salmonella, Serratia, Laсtobacillus, С.botulinum, Vibrio parahaemo-liticus, Pediococcus; некоторые грибы, дрожжи (Rhodotorula, Pichia) |
Некоторые сыры, консервирован-ная ветчина, фруктовые концентраты соков, продукты с содержанием сахара ( ~55 %), хлорида натрия ( ~12 %) |
|
0,91–0,87 |
Многие дрожжи (Сandida, Torulopsis, Hansenula); бактерии рода Micrococcus |
Ферментированная колбаса типа салями, сухие сыры, маргарин, рыхлые бисквиты, продукты с содержанием сахара (~65%), хлорида натрия (~15 %) |
|
0,87–0,80 |
Staphilococcus aureus, дрожжи родов Saccaromyces, Debaro-myces; многие грибы (микоток-сигенные пенициллы) |
Большинство концентратов фруктовых соков, сладкое сгущенное молоко, шоколадный сироп, мука, рис, взбитые изделия с содержанием влаги 15–17 % |
|
0,80–0,75 |
Большинство галофильных бактерий, микотоксигенные аспергиллы, осмофильные дрожжи (Torulopsis colliculosa) |
Джем, мармелад, марципан, замороженные фрукты |
|
0,75–0,65 |
Ксерофильные виды микро-мицетов (Asp.chevalieri, Asp.candidus, Wallemia sebi); дрожжи вида Saccharomyces bisporus |
Патока, сухие фрукты, орехи |
Окончание табл. 10.2
|
Область аw |
Микроорганизмы, которые ингибируются при более низком значении аw, чем эта область |
Пищевые продукты, характерные для этой области аw |
|
0,65–0,60 |
Осмофильные дрожжи (Saccharomyces rouxii), некото-рые плесени (Monascus bispo-rus, Aspergillus echinulatus) |
Сухофрукты, содержащие 15–20 % влаги; мед, карамель |
|
0,5 |
Нет микроорганизмов |
Тесто с влажностью 12 %, специи с влажностью 10 % |
|
0,4 |
Нет микроорганизмов |
Яичный порошок с влажностью 5 % |
|
0,3 |
Нет микроорганизмов |
Печенье, крекеры, сухари с влажностью 3–5 % |
|
0,2 |
Нет микроорганизмов |
Сухое молоко с влажностью 2–3 %, сухие овощи с влажностью 5 % |
Для сохранения сухих продуктов без микробиологической порчи большое значение имеют относительная влажность и температура воздуха. В принципе пищевой продукт стремится к равновесию с относительной влажностью среды (равновесность по относительной влажности подчиняется закону Рауля). Этим можно объяснить тот факт, что ломтик хлеба (аw около 0,96), оставленный в помещении с относительной влажностью 50 %, будет терять влагу, а крекер (аw около 0,3) будет поглощать влагу, в результате чего качество того и другого продукта будет утрачено.
Целый ряд факторов влияет на величину активности воды, при которой жизнедеятельность микроорганизмов существенно подавляется. К ним относятся тип растворенных соединений, величина рН, наличие химических ингибиторов, природа микрофлоры.
Активность воды – один из самых критических параметров в определении качества и микробиологической безопасности пищевых продуктов. Она затрагивает срок годности, безопасность, структуру и запах продуктов. Следовательно, контролируя функционально-технологические показатели в продукте, в частности показатель аw, можно прогнозировать его способность к хранению, что позволит определить оптимальные условия хранения.
Для быстрого и точного определения активности воды применяют приборы фирмы «Decagon».
Вещества, обладающие консервирующим действием, такие, как хлорид натрия, сахар, уксус, этанол, известны давно. Обычно их количество составляет от нескольких процентов до десятков процентов. При этом добавление указанных веществ приводит к изменению вкуса продукта. Другие вещества, обладающие антимикробным эффектом (диоксид серы, сорбиновая кислота и ее соли, нитраты, низин и др.), используются в значительно меньших количествах (менее 0,5 %).
При использовании консервантов следует учитывать:
– рН продукта: чем ниже значение рН, тем меньшее количество консерванта следует вносить в продукт;
– калорийность продукта: в продукты пониженной калорийности рекомендуется вносить на 30–40 % консерванта больше, чем для обычных продуктов;
– воздействие температуры: консерванты на основе сорбиновой и бензойной кислот не подвержены воздействию высоких температур;
– совместное действие консервирующих веществ: при добавлении в продукт сахара, спирта или другого вещества снижается требуемое количество другого консерванта.
Диоксид серы (SO2) используется как консервант для целого ряда продуктов из фруктов. Сернистую кислоту – раствор диоксида серы в воде – добавляют в качестве промежуточного консерванта к сырью или полуфабрикатам, а затем удаляют в процессе переработки путем нагревания или вакуумирования. В качестве антимикробного агента сернистую кислоту используют для сохранения сухофруктов, концентратов фруктовых соков, фруктовых пюре. Наряду с антимикробным действием, сернистая кислота предохраняет фруктовые продукты от окислительных реакций побурения, разрушения витаминов, других реакций окрашивания. Концентрация добавляемой сернистой кислоты обычно составляет 0,01–0,2 %. Остаточное ее количество в готовом продукте не превышает 0,01 %, а чаще оно значительно ниже. Механизм действия сернистой кислоты на микроорганизмы основан главным образом на ингибировании ферментативных реакций. Высокая восприимчивость ферментов, содержащих сульфгидрильные группы, объясняется замедлением реакций, зависимых от НАД. Кроме того, диоксид серы взаимодействует с конечными или промежуточными продуктами метаболических реакций, ингибируя таким образом цепочки ферментативных реакций. Некоторые компоненты пищевых продуктов могут образовывать с сернистой кислотой аддукты (продукты химических реакций, в результате которых малая химическая группа соединяется с относительно большой молекулой). В частности, карбонильные соединения (альдегиды, кетоны, сахара) образуют с ней сульфонаты. Их образование максимально при значениях рН 3–5.
Сернистая кислота действует в основном на бактерии. Особенно эффективно подавляет рост бактерий рода Lactobacillus соединение сернистой кислоты с ацетальдегидом. На дрожжи и мицелиальные грибы сернистая кислота действует значительно слабее. Для расширения спектра действия консервирующей системы наряду с сернистой кислотой вводят сорбиновую и бензойную кислоты, которые обладают фунгистатическим действем.
Диацетат натрия – белый кристаллический порошок, растворимый в воде и пахнущий уксусной кислотой; используют в основном в хлебопечении для предупреждения развития «картофельной» болезни, вызываемой спорообразующими бактериями вида Bacillus Sultilis SSP mesentericus. Доза вносимого диацетата натрия составляет 0,2–0,4 % от массы муки.
Пропионовая кислота и пропионаты. На крупных предприятиях хлебопекарной промышленности пропионаты используют как консерванты хлебобулочных изделий. Из-за низкой константы диссоциации пропионовой кислоты они эффективны в области высоких значений рН, характерных для изделий из пшеничной муки.
Механизм действия пропионовой кислоты и ее солей на микроорганизмы основан на снижении рН межклеточной среды, а при их высоких концентрациях – на подавлении активности ферментов и блокировании обмена веществ. Пропионаты подавляют развитие Bacillus mesentericus и плесневых грибов, вызывающих микробиологическую порчу хлеба. В том случае, когда хлебобулочные изделия необходимо хранить длительное время без плесневения, пропионаты следует вносить в довольно высоких концентрациях, поскольку они обладают невысокой антимикробной активностью. Однако это приводит к замедлению брожения теста и появлению нежелательного запаха.