Ενεργότητα νερού (aw): Η κρίσιμη αλλά παραμελημένη από την ΕΕ παράμετρος ασφάλειας τροφίμων.

Μαζί με τη θερμοκρασία ενός προϊόντος, η ενεργότητα νερού ενός τροφίμου (ενεργότητα ύδατος ή νερού, water activity, activite de l’ eau, a_w) είναι το πιο χρήσιμο μέγεθος που σχετίζεται με τη σταθερότητα του. H ιδιότητα αυτή εκφράζει την υδατική κατάσταση ενός τροφίμου, αποτελεί μέτρο της διαθεσιμότητας του νερού μέσα σε αυτό και είναι αδιάστατο μέγεθος. Λόγω της σπουδαιότητας της πληροφορίας για την ενεργότητα νερού η τεχνολογία έχει εξελιχθεί τόσο πολύ που πλέον υπάρχουν στην αγορά αξιόπιστα όργανα μέτρησης που δίνουν τιμές a_w μέσα σε μόλις 5 λεπτά.

Η σημασία της ανάλυσης ενεργότητας νερού

Η ενεργότητα υγρασίας είναι ο λόγος της τάσεως των ατμών του διαλύματος προς την τάση των ατμών του καθαρού νερού (ορισμός Scott, 1957).

a_w= P/P_o

Για την κατανόηση της παραπάνω σχέσης, που αποτελεί την απλούστερη μέθοδο υπολογισμού της ενεργότητας υγρασίας, μπορούμε να φανταστούμε ότι δύο ίδια, ερμητικά κλειστά δοχεία περιέχουν το μεν ένα το τρόφιμο το δε δεύτερο καθαρό, απιονισμένο νερό στην ίδια θερμοκρασία. Όπως είναι φυσικό ένα μέρος της υγρασίας του τροφίμου του ενός δοχείου και, αντίστοιχα ένα μέρος του νερού του άλλου δοχείου, εξατμίζονται και μεταβαίνουν στην υπερκείμενη αέρια φάση, που βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία με το στερεό τρόφιμο ή το νερό, αντιστοίχως. Αν με έναν ανιχνευτή, μετρήσουμε τις μερικές πιέσεις του νερού σε καθένα από τα δύο δοχεία, τότε ο λόγος τους μας δίνει την a_w του νερού που περιέχεται στο τρόφιμο. Η θεωρητική αυτή μεθοδολογία μέτρησης της a_w είναι στην πραγματικότητα πολύ κοντά στην πραγματική μεθοδολογία μέτρησης της ενεργότητας υγρασίας, χρησιμοποιώντας κατάλληλα όργανα, τα όργανα μέτρησης της a_w ( a_w -meters).

Στον τομέα της επιστήμης των τροφίμων, η τυπική κατάσταση a_w ορίζεται συχνότερα ως η μερική τάση ατμών του καθαρού νερού στην ίδια θερμοκρασία. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον συγκεκριμένο ορισμό, το καθαρό απεσταγμένο νερό έχει ενεργότητα νερού ακριβώς ένα (a_w=1). Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το a_w συνήθως αυξάνεται, εκτός από ορισμένα προϊόντα με αλάτι ή ζάχαρη.

Τρόφιμα με υψηλό a_w τείνουν να υποστηρίζουν περισσότερους μικροοργανισμούς. Έτσι εξηγείται γιατί η ξήρανση, το χαμήλωμα της ενεργότητας νερού δηλαδή, αποτελεί παραδοσιακά μέθοδο διατήρησης τροφίμων. Πέρα από την ξήρανση, την ενεργότητα νερού ενός τροφίμου μειώνουν η προσθήκη αλατιού και ζάχαρης σε ικανές ποσότητες (πχ. πάστωμα, γλυκά του κουταλιού, κλπ)

Όμως η ενεργότητα νερού σε ένα μη συσκευασμένο τρόφιμο δεν είναι σταθερό μέγεθος. Το νερό μεταναστεύει από περιοχές με υψηλή υγρασία σε τρόφιμα με χαμηλό a_w. Για παράδειγμα, εάν το μέλι (a_w ≈ 0,6) εκτεθεί σε υγρό αέρα (σχετική υγρασία > 70%), απορροφά νερό από τον αέρα και έτσι θα μπορούσε να μειωθεί η ασφάλειά του. Ενώ εάν το σαλάμι (a_w ≈ 0,87) εκτεθεί σε ξηρό αέρα (σχετική υγρασία < 50%), στεγνώνει, κάτι που θα μπορούσε να το διατηρήσει ακόμη καλύτερα.

Σχεδιασμός προϊόντων διατροφής και a_w

Οι επιχειρήσεις τροφίμων χρησιμοποιούν την ενεργότητα νερού για να διαμορφώσουν τροφές σταθερές στο ράφι. Εάν ένα προϊόν διατηρείται κάτω από μια συγκεκριμένη τιμή aw, τότε για παράδειγμα η ανάπτυξη μούχλας αναστέλλεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

H γνώση των τιμών a_w επιμέρους συστατικών μπορεί να συμβάλει στον περιορισμό της μετανάστευσης υγρασίας μέσα σε ένα σύνθετο τρόφιμο, που παρασκευάζεται με διαφορετικά συστατικά. Εάν για παράδειγμα σταφίδες με υψηλότερη a_w συσκευάζονται μαζί με νιφάδες καλαμποκιού που έχουν χαμηλότερη a_w, το νερό από τις σταφίδες μεταναστεύει στις νιφάδες με την πάροδο του χρόνου, καθιστώντας τις σταφίδες πιο σκληρές και τις νιφάδες λιγότερο τραγανές.

Ασφάλεια τροφίμων και a_w

Η ενεργότητα του νερού χρησιμοποιείται σε πολλές περιπτώσεις ως κρίσιμο σημείο ελέγχου στα συστήματα αυτοελέγχου ασφάλειας τροφίμων HACCP. Δείγματα λαμβάνονται περιοδικά, είτε μέσα από την παραγωγή είτε από τα τελικά προϊόντα και ελέγχονται ως προς την a_w για να διασφαλιστεί ότι οι τιμές της βρίσκονται εντός ενός καθορισμένου εύρους για την ποιότητα και την ασφάλεια των τροφίμων. Οι μετρήσεις πλέον μπορούν να γίνονται εντός της παραγωγής, με φορητό εξοπλισμό και τα αποτελέσματα βγαίνουν σε μόλις πέντε λεπτά, εξοικονομώντας εκτός από χρήμα και πολύτιμο χρόνο.

Για χρόνια, οι ερευνητές προσπάθησαν να συσχετίσουν μαθηματικά, το δυναμικό ανάπτυξης βακτηρίων σε ένα τρόφιμο με την υγρασία και την a_w του. Οι διαπιστώσεις οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η σχέση αυτή δεν ακολουθεί καθολικούς κανόνες, αλλά διαφέρει για κάθε τρόφιμο. Ο W. J. Scott το 1953 διαπίστωσε για πρώτη φορά ότι η βακτηριακή ανάπτυξη συσχετίζεται με τη ενεργότητα νερού και όχι με την περιεκτικότητα σε νερό. Είναι πλέον αποδεδειγμένο ότι η ανάπτυξη βακτηρίων αναστέλλεται σε χαμηλές τιμές ενεργότητας νερού. Το FDA, σε αντίθεση με την νομοθεσία της ΕΕ,(που δεν αναφέρει πουθενά την σημασία της ενεργότητας νερού) στηρίζει πολλά στον καθορισμό και παρακολούθηση την ενεργότητας νερού για τα τρόφιμα μέσης υγρασίας, ενώ και οι προδιαγραφές ασφάλειας αυτών των τροφίμων, βασίζονται κατά πολύ σε αυτές τις τιμές.

Αξίζει να σημειωθεί όμως πως η μείωση της ενεργότητας νερού ενός τροφίμου δεν πρέπει να θεωρείται ως ένα βήμα καταστροφής του μικροβιακού φορτίου, όπως η παστερίωση ή η αποστείρωση. Μελέτες σε γάλα σε σκόνη δείχνουν ότι τα κύτταρα ακόμα και παθογόνων βακτηρίων όπως Salmonella μπορεί να υπάρχουν σε πολύ χαμηλές τιμές a_w, αλλά και πως  δεν αναπτύσσονται ποτέ σε αυτές τις συνθήκες. Υπάρχουν έρευνες που υποδεικνύουν πως τα επίπεδα των μικροοργανισμών, που παραμένουν σε ένα τρόφιμο χαμηλής a_w, μειώνονται με την πάροδο του χρόνου.

Πίνακας ενδεικτικών τιμών a_w σε διαφορετικά υποστρώματα

Πίνακας ενδεικτικών ελάχιστων τιμών aw για την ανάπτυξη μικροοργανισμών

Όργανα μέτρησης a_w

Διακεκριμένη στην κατασκευή συσκευές μέτρησης ενεργότητας νερού είναι ο ελβετικός οίκος Rotronic. Ιδρύθηκε το 1965 και διοικείται από την οικογένεια Schroff.

Στην γκάμα της Rotronic διατίθεται μια σειρά συσκευών μέτρησης ενεργότητας νερού με εύρος εφαρμογής 0,005 έως 1,000 a_w. Μπορεί η επιχείρηση να επιλέξει ανάμεσα στο φορητό σετ, τη συσκευή μέτρησης μεγάλης ακρίβειας σε συνθήκες σταθεροποιημένης θερμοκρασίας, το εργαστηριακό σετ για ταυτόχρονη μέτρηση με έως και τέσσερις αισθητήρες / σταθμούς βάσης, ή τον αισθητήρα / σταθμό βάσης για απευθείας σύνδεση με υπολογιστή.

Τις συσκευές Rotronic αντιπροσωπεύουν στην Ελλάδα και την Κύπρο, οι Επιστημονικές Επιχειρήσεις ΕΠΕ Scientific Enterprises ltd που θα σας βοηθήσουν να βρείτε μια αξιόπιστη λύση που ταιριάζει στις ανάγκες σας.