Milena Machaj, Monika Modzelewska-Kapituła, Weronika Zduńczyk
Katedra Technologii i Chemii Mięsa
Wydział Nauki o Żywności, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Woda jest głównym składnikiem zarówno organizmów żywych, jak i produktów spożywczych. Jest ona środowiskiem, w którym zachodzi szereg przemian biochemicznych, fizycznych i chemicznych. Wpływa zarówno na rozwój drobnoustrojów w żywności podczas jej przechowywania, jak również na jej cechy fizykochemiczne.

W mięsie surowym zawartość wody jest odwrotnie skorelowana z zawartością tłuszczu – im w danym elemencie więcej tłuszczu, tym mniej wody. Zawartość wody w mięsie chudym wieprzowym np. schabie to ok. 73%, łopatka zawiera ok. 71%, a boczek ok. 55% wody [1]. Obróbka cieplna mięsa i produktów mięsnym powoduje obniżenie zawartości wody, co jest spowodowane ubytkami podczas ogrzewania surowców mięsnych (parowanie, wycieki). Produkty mięsne o wysokiej zawartości wody (np. wędliny parzone) cechuje niższa trwałość w porównaniu z produktami, które zostały poddane dehydratacji przez np. podsuszanie. Dowiedziono jednak, że produkty o zbliżonej zawartości wody mogą się różnić pod względem trwałości [2]. Jest to spowodowane faktem, że nie tylko ogólna zawartość wody, ale także aktywność wody (aw) warunkuje trwałość produktów spożywczych. Według definicji aktywność wody jest to stosunek ciśnienia pary wodnej w roztworze do ciśnienia czystej wody w tej samej temperaturze. Aktywność wody kształtuje się w zakresie od 1, dla czystej wody, do 0, dla takich układów, które nie posiadają wody lub zawierają jej znikome ilości [3].
Ze względu na wysoką zawartość wody w mięsie oraz produktach mięsnych, aktywność wody znajduje się na wysokim poziomie skali aw [4]. Aktywność wody oraz zawartość wody w wybranych produktach mięsnych przedstawiono w Tabeli 1. Usunięcie wody, dodatek soli lub tłuszczu mają największy wpływ na obniżenie poziomu aktywności wody produktów mięsnych [4], stąd obserwowane niskie wartoścci aktywności wody w suszonej wołowinie, kabanosach i salami w porównaniu z wędlinami nie poddanymi suszeniu tj. kiełbasa zwyczajna i polędwica sopocka. Stosując suszenie i solenie, zwiększa się stężenie substancji rozpuszczonych oraz zmniejsza się ryzyko związane z psuciem się żywności [5].


Badania prowadzone w Katedrze Technologii i Chemii Mięsa Wydziału Nauki o Żywności UWM w Olsztynie wykazały, że aktywność wody przetworów mięsnych takich jak kiełbasy homogenizowane, boczek i szynka, kształtowała się w zakresie od 0,960 do 0,970 i nie zmieniała się w czasie przechowywania wyrobów w warunkach chłodniczych. Na aw produktów nie wpływała także metoda ich przechowywania – w otwartym opakowaniu bądź szczelnie zamkniętym pudełku.
Aktywność wody ma istotny wpływ na wzrost i rozwój drobnoustrojów, które mogą rozwijać się przy określonych wartościach aktywności wody środowiska. Wzrost drobnoustrojów w żywności następuje w środowisku, którego aw mieści się w zakresie 1,0-0,6. Przybliżone minimalne wartości aktywności wody umożliwiające wzrost poszczególnych grup drobnoustrojów wynoszą: dla drożdży osmofilnych 0,6, dla pleśni 0,7 dla bakterii halofilnych 0,75, dla drożdży 0,8 oraz dla bakterii 0,9 [9].
Niektóre mikroorganizmy wytwarzają różnego rodzaju metabolity wtórne, z których najważniejszymi z punktu widzenia bezpieczeństwa żywności, są toksyny. Najbardziej niebezpieczne są te wytwarzane przez grzyby z rodzaju Fusarium, Penicilium i Aspergillus. Stwierdzono, że wzrost Aspergillus ochraceus jest możliwy przy aw 0,77, natomiast pleśń ta wytwarza mikotosyny przy następujących wartościach aw: ochratoksynę przy aw 0,85, a kwas penicylinowy przy aw 0,81 [10]. Należy jednak pamiętać, że wytwarzanie toksyn przez grzyby jest uwarunkowane nie tylko aktywnością wody, ale również temperaturą otoczenia. Przykładem mogą być Aspergillus flavus i Aspergillus parasiticus, gatunki wytwarzające aflatoksyny, które mogą kolonizować szynki surowo dojrzewające podczas procesu dojrzewania. Nie odnotowano wzrostu tych pleśni w temperaturze 10°C i aw od 0,85-0,95, natomiast warunkami optymalnymi dla wzrostu tych gatunków była temperatura 25°C i aw 0,95. Oba gatunki wytwarzały aflatoksyny w temperaturze 15°C i wyższej, przy aw ≥ 0,90 [11].
Aktywnośc wody pozwala na wnioskowanie o trwałości produktów. Produkty żywnościowe o niskiej zawartości wody, czyli w przedziale od 0,00-0,55, charakteryzują się długim okresem przechowywania (ponad 6 miesięcy). Produkty o średniej aktywności wody, w przedziale 0,55-0,90, można przechowywać przez ok. 2 miesiące. W takich produktach ograniczony jest rozwój bakterii patogennych, lecz możliwy jest wzrost grzybów. Natomiast żywność wilgotna charakteryzująca się wysoką aktywnością wody, w przedziale od 0,90-1,00, powinna być przechowywana w warunkach chłodniczych, jej trwałość jest dość niska i wynosi od ok. 2 dni do kilku tygodni [12].
Na jakość oraz trwałość żywności w dużym stopniu wpływają reakcje chemiczne zarówno te proste, jak i złożone. Należą do nich m.in. reakcje nieenzymatycznego brunatnienia, utlenianie tłuszczów, rozpad witamin czy barwników. Szybkość reakcji zachodzi w różnym stopniu i zależy od aktywności wody. Wraz ze wzrostem aktywności wody proces utleniania barwników hemowych oraz witaminy C zachodzi szybciej [10]. Autooksydacja tłuszczów zachodzi już przy aktywności wody mniejszej niż wartość 0,2 oraz w warunkach suchego środowiska. Początkowe podwyższenie aw powoduje chwilowe zwolnienie reakcji utleniania, natomiast dalszy wzrost aw powyżej 0,6 skutkuje wzrostem szybkości procesu utleniania. Reakcje Maillarda (nieenzymatycznego brunatnienia) mogą zachodzić już przy niskich aw, jednak tempo przebiegu reakcji jest bardzo niskie. Wzrasta ono wraz ze wzrostem aw, od ok. 0,3 do 0,7. Powyżej aw 0,7 zmniejszenie się szybkości tej reakcji jest efektem rozcieńczenia lub hamowania szybkości przemian przez wodę, która jest produktem tej reakcji. Na skutek reakcji Maillarda jakość produktów ulega zmianie i dotyczy to ich cech organoleptycznych, tekstury (wzrost twardości) oraz obejmuje także obniżenie wartości biologicznej białka [10].
Wiele laboratoriów jest obecnie wyposażonych w sprzęt do określania aktywności wody w produktach żywnościowych. Aktywność wody wyznacza się, stosując metody instrumentalne, oparte najczęściej na pomiarze temperatury punktu rosy oraz pomiarze przewodności elektrycznej określonego czujnika. Urządzenia te cechują się dużą dokładnością i powtarzalnością wyników, krótkim czasem potrzebnym do wykonania pomiaru, łatwością użycia oraz długim okresem użytkowania [10]. Są to urządzenia niezbędne zarówno w praktyce laboratoryjnej, jak i badaniach naukowych. Mimo wymienionych zalet tych urządzeń pomiarowych wciąż pracuje się nad udoskonalaniem metod określania aktywności wody w produktach mięsnych. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie pomiaru właściwości dielektrycznych do określania aktywności wody podczas suszenia produktów (in-line) [13]. Inną możliwością jest zastosowanie do określania aktywności wody obrazowania hyperspektralnego [14].

Literatura

[1] Blicharski T. (Ed.). 2015. Aktualna wartość dietetyczna wieprzowiny, jej znaczenie w diecie i wpływ na zdrowie konsumentów. Warszawa.
[2] Robert L., Bradley R. 2010. Moisture and Total Solids Analysis (w): Water Activity. University of Wisconsin Madison, 101.
[3] Pałacha Z., Makarewicz M. 2011. Aktywność wody wybranych grup produktów spożywczych. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 2, 24-29.
[4] Rödel W., Kress-Rogers E., Hugi A., Voirol E. 2001. Water activity and its measurement in food. Instrumentation and sensors for the food industry, 453-464. Water activity and its measurement in food.
[5] Dekker M. 1996. Food Chemistry Third Edition. Water and Ice. University of Wisconsin Madison.
[6] Leistner L, Rödel W. 1974. The Significance of water activity for micro-organisms in meats. Water Relations of Foods: Proceedings of an International Symposium held in Glasgow.
[7] Konieczny P., Kowalski R., Pyrcz J. 2004. Wybrane wyróżniki jakościowe suszonych produktów przekąskowych z mięsa wołowego. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 3 (40), 32 – 39.
[8] Cegiełka A., Nadrowska I. 2013. Wpływ dodatku inuliny na jakość technologiczną i sensoryczną burgerów z mięsa indyczego oddzielonego mechanicznie. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 573, 75–83
[9] Ćwiertniewski K., Polak E., Egierski K. 2005. Aktywność wody parametr trwałości produktów spożywczych. Przemysł Spożywczy, 11,16-17.
[10] Pałacha Z. 2008. Aktywność wody ważny parametr trwałości żywności. Przemysł Spożywczy, 4, 22-26.
[11] Peromingo B., Rodríguez A., Bernáldez V., Delgado J., Rodríguez M. 2016. Effect of temperature and water activity on growth and aflatoxin production by Aspergillus flavus and Aspergillus parasiticus on cured meat model systems. Meat Science, 122, 76-83, https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2016.07.024.
[12] Kowal K. 2012. Wpływ aktywności wody na wzrost drobnoustrojów. Przemysł Spożywczy, 8-9, 50-52.
[13] Traffano-Schiffo M.V., Castro-Giraldez M., Colom R.J., Fito P.J. 2015. Study of the application of dielectric spectroscopy to predict the water activity of meat during drying process, Journal of Food Engineering, 166, 285-290, https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.06.030.
[14] Liu D., Qu J., Sun D.-W., Pu H., Zeng X.-A. 2013. Non-destructive prediction of salt contents and water activity of porcine meat slices by hyperspectral imaging in a salting process, Innovative Food Science & Emerging Technologies, 20, 316-323, https://doi.org/10.1016/j.ifset.2013.09.002.