Hoạt Độ Của Nước: Định Nghĩa – Sự Phát Triển Của Vi Khuẩn, Nấm Mem, Mốc – Phương Pháp Kiểm Soát – Máy Đo Hoạt Độ Nước FREUND EZ – 200

Kiểm soát hoạt độ của nước là một chỉ tiêu kiểm soát quan trọng trong nhiều hoạt động của ngành công nghiệp thực phẩm. Trong suốt lịch sử, hoạt động của nước trong thực phẩm đã được kiểm soát bằng cách làm khô, thêm đường hoặc muối và đông lạnh. Những phương pháp này ngăn ngừa hư hỏng và duy trì chất lượng thực phẩm.

Hoạt độ nước của thực phẩm mô tả trạng thái năng lượng của nước trong thực phẩm, và do đó khả năng hoạt động của nó như một dung môi và tham gia vào các phản ứng hóa học/sinh hóa và sự phát triển của vi sinh vật. Đây là một đặc tính quan trọng được sử dụng để dự đoán tính ổn định và an toàn của thực phẩm liên quan đến sự phát triển của vi sinh vật, tỷ lệ phản ứng hư hỏng và các đặc tính hóa học/vật lý.

Bài viết này sẽ giới thiệu về hoạt độ của nước, ảnh hưởng của hoạt độ nước đến sự phát triển của vi khuẩn, nấm mem, mốc, phương pháp kiểm soát hoạt độ nước trong ngành công nghiệp thực phẩm và máy đo hoạt độ nước FREUND EZ – 200.

Định nghĩa

Hoạt độ nước được coi là một trong những thông số quan trọng nhất trong bảo quản thực phẩm đối với các sản phẩm đã khử nước. Hoạt độ nước được định nghĩa là tỷ số giữa áp suất hơi nước trong hệ thống thực phẩm (P_v) (P_a) với áp suất hơi nước bão hòa (P_vs) (P_a) ở nhiệt độ của hệ thực phẩm.

Hoạt độ của nước là một đặc tính nhiệt động lực học, liên quan đến sự chuyển pha, hoặc xu hướng thoát ra ngoài của nước từ thực phẩm. Nếu hơi nước được coi là một pha khí lý tưởng (là một giả định an toàn trong điều kiện sản xuất/công nghiệp thực phẩm), thì tỷ lệ sự chuyển pha của nước trong thực phẩm so với nước ở dạng lỏng tinh khiết (được chọn làm hệ quy chiếu) tương đương với tỷ lệ áp suất hơi của chúng.

Áp suất hơi của nước trong hệ thực phẩm hoặc các thành phần của nó trong hệ thực phẩm đa thành phần tương đương với áp suất hơi của nước trong không khí ở trạng thái cân bằng nhiệt động với thực phẩm trong hệ kín. Hoạt động của nước cũng là thước đo năng lượng tự do nhiệt động lực học hoặc hoá thế của nước, tương đương với một phần năng lượng tự do mol của nước trong hệ thực phẩm. Ở trạng thái cân bằng, hoá thế (μ) của một hệ được đưa ra bởi:

trong đó μ (J/mol) là hoá thế của hệ, hoạt động nhiệt động lực học của nước, μ_o là hoá thế của vật liệu tinh khiết ở nhiệt độ T (K) và R là hằng số khí (8,314 J/mol.K).

Khi thực phẩm và môi trường xung quanh đạt đến trạng thái cân bằng, hoá thế của nước trong thực phẩm và hoá thế của hơi nước trong môi­­­ trường sẽ bằng nhau. Do đó, lượng nước chuyển pha thực giữa thực phẩm và môi trường gần như bằng không. Nhưng những thay đổi linh hoạt của các yếu tố bên ngoài, như nhiệt độ và áp suất, trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm khiến trạng thái cân bằng thực sự khó xảy ra.

Hầu hết các loại thực phẩm tồn tại ở trạng thái siêu bền, là trạng thái cân bằng giả với môi trường của chúng. Hoạt độ nước của các loại thực phẩm được xác định ở trạng thái siêu bền của chúng nằm trong phạm vi không chắc chắn thực nghiệm về trạng thái cân bằng thực. Hoạt độ của nước cũng là ước tính của nước có sẵn về mặt nhiệt động cho các phản ứng hóa lý hoặc sinh học khác nhau.

Ảnh hưởng của nó đối với hoạt tính của chất phản ứng trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm lớn hơn ảnh hưởng của hàm lượng nước. Do đó  a_w trở thành một thông số hữu ích hơn hàm lượng nước để hiểu chất lượng và độ ổn định của sản phẩm.

Ảnh Hưởng Của Hoạt Độ Nước Đến Sự Phát Triển Của Vi Khuẩn, Nấm Mem Và Nấm Mốc

Ảnh Hưởng Đến Vi Khuẩn

Việc giảm hoạt độ của nước có ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của vi khuẩn. Khi a_w giảm từ 1.0, tốc độ tăng trưởng sẽ tăng. Nhiều vi khuẩn có tốc độ tăng trưởng tối đa với a_w trong khoảng từ 0.990 – 0.995. Từ điểm cực đại, tốc độ tăng trưởng giảm dần cho đến khi đạt đến mức tối thiểu a_w cho tốc độ tăng trưởng. Ví dụ, tốc độ tăng trưởng của Staphylococcus aureus ở a_w 0,90 chỉ bằng 10% tốc độ tăng trưởng tối đa của nó.

Tại các giá trị a_w thấp hơn giá trị tối thiểu, các tế bào sẽ không hoạt động hoặc chết. Giá trị a_w tối thiểu để tăng trưởng là một đặc tính cố định của vi khuẩn, nghĩa là chúng không thể tự biến đổi hoặc thích nghi để phát triển ở giá trị a_w thấp hơn khi có mặt một chất tan cụ thể. Một số loại vi khuẩn gây hư hỏng có khả năng phát triển ở giá trị a_w tối thiểu từ 0,84 đến 0,87 trong thực phẩm có độ ẩm trung bình.

Bên cạnh đó, hoạt độ nước a_w còn ảnh hưởng đến sự phát sinh và nảy mầm của bào tử. Nói chung, các giới hạn a_w đối với sự hình thành bào tử có vẻ giống như đối với sự tăng trưởng. Việc giảm a_w chỉ ảnh hưởng đến số lượng bào tử được tạo ra, nó không ảnh hưởng đến các đặc tính của bào tử như khả năng chịu nhiệt. Trái ngược với sự hình thành bào tử, các bào tử thường có thể nảy mầm ở a_w thấp hơn đáng kể so với a_w sẽ cho phép sự phát triển.

Ảnh Hưởng Đến Nấm Men Và Nấm Mốc

Thực phẩm thường bị hư hỏng do nấm hơn so với tác động của vi khuẩn ở mức a_w < 0,85. Điều này là do vi khuẩn có tính cạnh tranh cao ở mức a_w cao hơn, do đó trở thành loại vi sinh vật gây hư hỏng chiếm ưu thế ở a_w 0.85 – 1.00. Nấm là hệ thực vật gây hư hỏng chủ yếu của hạt được bảo quản và thực phẩm có độ ẩm trung bình, và trong thực phẩm có chứa hàm lượng đường cao như mật ong, xi-rô, mứt, bánh kẹo và trái cây có đường.

Giá trị a_w tối thiểu mà tại đó sự phát triển của nấm được quan sát thấy là khoảng 0,61. Một số loài nấm men cũng như nấm mốc sẽ phát triển, mặc dù chậm, ở a_w 0.62 – 0.70.

Ở bất kỳ nhiệt độ nhất định nào, việc giảm a_w sẽ làm giảm tốc độ nảy mầm. Sự hiện diện của các chất dinh dưỡng có xu hướng mở rộng phạm vi a_w và nhiệt độ mà tại đó sự nảy mầm và tăng trưởng sẽ xảy ra. Phạm vi a_w cho phép sự nảy mầm của bào tử là lớn nhất ở nhiệt độ tối ưu. Ví dụ, nhiệt độ tối ưu của Alternaria citri là 30°C, tại đó sự nảy mầm của bào tử xảy ra ở giá trị a_w thấp bằng 0.838. Ở 18 và 37°C, giới hạn dưới cho sự nảy mầm là a_w 0.876, ở 10°C là 0.908 và ở 5°C là 0.942.

Thời gian nảy mầm bị ảnh hưởng bởi loại chất tan (natri clorua, glycerol và hỗn hợp glucose/fructose), nhưng ít bị ảnh hưởng bởi pH (4,0 và 6,5). Sự ức chế sự nảy mầm của các bào tử bào tử của Neurospora crassa ở a_w thấp được cho là do mất một chất cần thiết cho hoạt động trao đổi chất liên quan đến sự phát triển và kéo dài của ống mầm. Tổn thương màng xảy ra trong môi trường ở mức a_w thấp và sự gia tăng tính thấm là nguyên nhân giải phóng các thành phần tế bào.

Bào tử bị hư hại ở mức nhận thức thấp có thể phục hồi khi được chuyển sang dung dịch dinh dưỡng ở mức a_w cao. Aleuriospores của C. fastidium nảy mầm nhưng sự tăng trưởng đó không xảy ra trong môi trường được điều chỉnh bằng natri clorua đến a_w 0.90 – 0.96. Bào tử bào tử của A. flavus nảy mầm nhưng không phát triển và cuối cùng mất khả năng sống ở a_w 0.75, trong khi ở a_w thấp hơn chúng không hoạt động.

Phương Pháp Kiểm Soát Hoạt Độ Của Nước Trong Thực Phẩm

Phơi Khô Tự Nhiên

Phơi khô tự nhiên là một phương pháp chi phí thấp và nước được loại bỏ bởi sức nóng của mặt trời. Nó được sử dụng để làm khô ngũ cốc, trái cây, rau, cá, thịt và sữa, đặc biệt là ở các nước ấm hơn. Quá trình phơi khô chậm và phụ thuộc vào điều kiện không khí.

Sấy Khô

Sấy khô là một quá trình được kiểm soát và đạt được trong vài giây đến vài giờ. Các phương pháp được sử dụng trong sấy là sấy hầm, sấy thùng quay và sấy tầng sôi. Rau, trái cây, nước ép trái cây, sữa, cà phê, trà và thịt được sấy khô bằng hệ thống sấy. Tùy thuộc vào nhiệt độ và thời gian tiếp xúc, một số tế bào vi sinh vật có thể chết hoặc bị thương nhẹ trong quá trình sấy khô; tùy theo điều kiện bảo quản, tế bào vi sinh vật cũng có thể chết nhanh ở giai đoạn đầu và sau đó chết chậm trong quá trình bảo quản.

Các bào tử thường tồn tại và duy trì khả năng tồn tại trong quá trình bảo quản trong thực phẩm khô. Hầu hết các vi sinh vật sống sót trong quá trình sấy khô là vi khuẩn ưa nhiệt, nhưng vi khuẩn gram âm cũng có thể sống sót và có thể gây hư hỏng thực phẩm.

Bảo Quản Đông Khô

Đông khô là một phương pháp bảo quản thực phẩm kết hợp. Quá trình ban đầu bao gồm đông lạnh thực phẩm nhanh chóng ở nhiệt độ thấp và sau đó để thực phẩm đông lạnh vào môi trường chân không tương đối cao. Các phân tử nước được loại bỏ khỏi thực phẩm bằng cách thăng hoa (từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi) mà không ảnh hưởng đến hình dạng hoặc kích thước của nó. Do đó, các chất hòa tan vẫn còn bên trong thực phẩm tại vị trí ban đầu của chúng và thực phẩm vẫn giữ được hình dạng và cấu trúc ban đầu.

Bề mặt của thực phẩm đông khô dễ bị hư hỏng và xảy ra phản ứng hóa học. Để tránh mất nước tự phát, nên bảo quản thực phẩm đông khô trong các gói không thấm hơi. Chúng cũng nên được đóng gói trong môi trường trơ để ức chế quá trình oxy hóa. Phương pháp này có thể được sử dụng để sản xuất rau đông khô, trái cây, trái cây cô đặc, trà, thịt, cà phê và các sản phẩm từ cá.

Sấy đông khô ít ảnh hưởng nhất đến chất lượng chấp nhận của thực phẩm khi so sánh với các phương pháp sấy khô khác. Tuy nhiên, đó là một quá trình tốn kém. Nó có thể được sử dụng cho cả thực phẩm rắn và lỏng. Trước khi cấp đông, một số phương pháp sử dụng phương pháp chần rau và nấu sơ thịt.

Ảnh hưởng của quá trình đông khô đối với các vi sinh vật trong thực phẩm là sự kết hợp giữa đóng băng và giảm a_w. Chúng làm giảm một số khả năng sống sót và gây thương tích. Mức độ tổn thương tế bào trong hai pha này (rắn và khí) phụ thuộc vào các điều kiện sau: nhiệt độ, tốc độ đông lạnh, thăng hoa và thành phần của thực phẩm. Các chất keo (cacbohydrat, protein…) có tác dụng bảo vệ vi sinh vật.

Sấy Màng Bọt

Sản phẩm được bao bọc bằng xốp để tăng bề mặt trước khi xốp khô. Bọt sau đó được làm khô bằng không khí ấm. Các sản phẩm dạng lỏng, chẳng hạn như lòng trắng trứng, trái cây xay nhuyễn và bột cà chua, có thể được làm khô theo cách này. Phương pháp này có rất ít tác dụng gây chết tế bào và bào tử vi sinh vật. Phương pháp cô đặc, điều chỉnh độ pH của sản phẩm, và a_w thấp trước khi tạo bọt có thể gây ra tổn thương chết người và dưới mức chết tế bào vi sinh vật.

Hun Khói

Nhiều sản phẩm thịt và cá (xúc xích bán khô và khô, cá hun khói) được tiếp xúc với khói ở nhiệt độ thấp để nấu, sấy khô và đồng thời lắng đọng khói trên diện tích bề mặt. Nhiệt giết chết nhiều vi sinh vật. Sự phát triển của những người sống sót được kiểm soát bởi a_w thấp và nhiều loại chất kháng khuẩn từ khói.

Khử Nước Thẩm Thấu

Sự khử nước thẩm thấu của thực phẩm có lợi thế trong chế biến rau quả. Phương pháp này tạo ra thực phẩm có độ ẩm thấp và ổn định trên kệ. Khử nước thẩm thấu là quá trình loại bỏ nước bằng cách nhúng các tế bào chứa nước vào dung dịch nước đậm đặc.

Động lực để loại bỏ nước là gradient nồng độ giữa chất rắn và dịch nội bào. Chất tan không thể khuếch tán qua màng vào bên trong tế bào. Luôn luôn có một số chất hòa tan hòa tan trong nước khuếch tán vào môi trường và cũng có thể lọc ra khỏi chất hòa tan của chính thực phẩm và ngược lại. Như vậy, vận chuyển khối lượng trong mất nước thẩm thấu là sự kết hợp đồng thời giữa nước và quá trình vận chuyển chất hòa tan trong nước.

Việc loại bỏ nước trong quá trình khử nước thẩm thấu chủ yếu bằng dòng khuếch tán và mao dẫn, trong khi sự hấp thu hoặc lọc chất tan chỉ bằng khuếch tán hoặc vận chuyển tích cực. Mất nước thẩm thấu từ các tế bào có thể đạt được bằng cách thêm chất hòa tan vào thực phẩm. Các chất hòa tan, chẳng hạn như NaCl, sucrose, glucose và đường nghịch chuyển, được sử dụng để điều chỉnh a_w của thực phẩm. Các chất hòa tan này không tự do xâm nhập vào tế bào vi sinh vật.

Sản phẩm thực phẩm khử nước thẩm thấu có thể được xử lý thêm (thường bằng phương pháp sấy khô bằng không khí, đông lạnh hoặc chân không) để thu được sản phẩm ổn định trên kệ hoặc quy trình khử nước có thể được sử dụng làm tiền xử lý để đóng hộp, đông lạnh và chế biến tối thiểu.

Việc sử dụng quá trình khử nước thẩm thấu trong ngành công nghiệp thực phẩm có một số lợi thế: (i) cải thiện chất lượng về màu sắc, hương vị và kết cấu, (ii) hiệu quả năng lượng, (iii) giảm chi phí đóng gói và phân phối, (iv) loại bỏ nhu cầu xử lý hóa học, và (v) tính ổn định của sản phẩm và giữ lại các chất dinh dưỡng trong quá trình bảo quản.

Máy Đo Hoạt Độ Nước FREUND EZ – 200

Máy đo hoạt độ nước FREUND EZ – 200 dạng để bàn cho phép đo hoạt độ nước a_w, xác định hàm lượng nước tự do ở tỏng điều kiện thực phẩm – dược phẩm hay mỹ phẩm ở trạng thái ổn định, từ đó đo lường khả năng sinh sôi của vi sinh vật trên thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, …

Với các thực phẩm chế biến dạng công thức, sử dụng máy đo hoạt tính nước để ước đoán sự thay đổi của độ ẩm khi di chuyển sản phẩm sẽ ảnh hưởng đến sản phẩm như thế nào, từ đó để lựa chọn phương pháp lưu trữ và đóng gói phù hợp để giảm việc sử dụng chất bảo quản, khử trùng.

Bạn có thể tham khảo thêm thông tin của máy đo hoạt độ nước FREUND EZ – 200 tại đây.

Công ty CP Thiết Bị Khoa học H2TECH – Là đơn vị cung cấp các thiết bị khoa học kỹ thuật hàng đầu tại Việt Nam. H2TECH là đối tác của nhiều trường học các viện nghiên cứu và các trung tâm thí nghiệm. Là một trong những nhà phân phối tại Việt Nam, với nhiều hãng nỗi tiếng khác nhau trên thế giới như FREUND…. Nếu bạn đang có nhu cầu về các loại máy đo quang phổ hoặc thiết bị phòng thí nghiệm khác hãy liên hệ với H2TECH để được hỗ trợ cung cấp các thiết bị với mức giá hợp lý nhất.

CÔNG TY CP THIẾT BỊ KHOA HỌC H2TECH
Chuyên cung cấp các thiết bị phòng thí nghiệm – Thiết kế phòng lab
Chúng tôi hợp tác lâu dài dựa trên uy tín, chất lượng và hỗ trợ cho khách hàng một cách tốt nhất
Hotline: 0934.07.54.59
    028.2228.3019
Email: thietbi@h2tech.com.vn
       salesadmin@h2tech.com.vn
Website: https://h2tech.com.vn
https://thietbihoasinh.vn 
https://thietbikhoahoch2tech.com