Для понимания и применения системы управления содержанием влаги мы должны сначала получить базовое представление о показателе активности воды. Активность воды, обозначаемая αωможет быть измерена для любого пищевого продукта. Она представляет собой отношение и выражается десятичной дробью с двумя или тремя значащими цифрами после запятой, αω определяется следующим образом:

αω = PS  /Pω

где PS парциальное давление паров данного продукта или раствора; Pω, парциальное давление паров чистой воды. Хотя значение αω не совсем точно подчиняется второму закону Рауля, оно является аде­кватным для большей части пищевых систем. Более того, поскольку значение αωизмеряется эмпирически, оно довольно надежно для оценки пищевых продуктов. – Примеч. авт.

Значения αω, находятся в диапазоне от 0,00 (абсолютная сухость) до 1,00 (чистая вода). Таким образом, можно измерить значения активности воды для конкретных видов продуктов, например, 0,33 или 0,62 для готовых сухих завтраков или сухофруктов соответственно. Этот показатель хорошо используется практиками, изучающими пищевые продукты. Приборы для непосредственного измерения αω легко доступны. Из наиболее надежных и недорогих следует назвать приборы, измеряющие точку ро­сы, которые и течение нескольких минут позволяют получить значения αω для исследуемого образца в числовом формате. Аккуратный экспериментатор может достичь воспроизводимости результатов с точностью до 0,002.

Для практических целей, возможно, предпочтительнее преобразовывать значе­ние αωв относительную влажность. Мы знакомы с термином «относительная влаж­ность» из сообщений прогноза погоды или для описания условий, которые могут ощущаться как комфортные или дискомфортные. По определению относительная влажность (RН, ОВ) равна αω х100.

Для наших целей степень точности измеренных экспериментально значений αω является достаточно адекватной и строгой для того, чтобы читатель мог понять и оп­ределить конкретные условия, которые могут потребоваться для регулирования влагосодержания продукта. В приведенном выше примере пищевые продукты име­ют относительную влажность в свободном пространстве закрытых контейнеров 33 и 62% соответственно.

Если давление водяного пара в продукте и окружающем воздухе одинаково, то они находятся в равновесии, но эта система не статическая, а динамическая, в кото­рой потеря воды продуктом компенсируется равным ее количеством, поступающим ИЗ окружающей среды. Когда пищевой продукт оказывается в условиях, близких к равновесному состоянию, степень воздействия на продукт будет определять защит­ная упаковка пес барьерные свойства. Вторым фактором является внешняя среда, в которой находится упаковка и содержащийся в ней продукт. В условиях понижен­ной влажности продукт может терять влагу, а при повышенной влажности он будет ее аккумулировать. Если влажность продукта и окружающей среды одинакова, ни­каких изменении во влагосодержании происходить не будет в виду равновесия влажности внутри упаковки и окружающей воздушной среды.

Любой созданный по рецептуре или натуральный пищевой продукт характери­зуется некоторым уникальным значением αω, при котором его текстура будет опти­мальной. Изменения в рецептуре могут влиять на αωособенно если эти изменения касаются жидких продуктов. Например, добавление в качестве подсластителя саха­розы снижает αωпродукта. При внесении моносахаридов (например, глюкозы или фруктозы) αωснижается почти в два раза, поскольку в единице массы глюкозы со­держится в 1,9 раза больше молекул по сравнению с единицей массы сахарозы (см. примечание в начале этого раздела).

Если упаковать продукты с различными значениями αωто последняя примет некоторое промежуточное значение. При этом содержание влаги ни водном из про­дуктов не будет находиться на оптимальном уровне. Если все же необходимо упако­вать продукты, компоненты которых отличаются значениями αωнапример, печенье с фруктовой начинкой, то рецептуру каждого из компонентов необходимо изменить для получения одинакового значения αω, иначе собственно печенье размягчится и окажется недостаточно хрустящим, а начинка – твердой и вязкой.

Получить влажную (фруктовую начинку и хрустящее печенье с одинаковым зна­чением αω, довольно трудно, однако подобрав состав смеси сахара, муки, жиров, эмульгаторов и т. д., можно создать продукт достаточно приемлемого качества с дли­тельным сроком хранения (6-12 мес.), но с относительно узким допустимым диапа­зоном изменения в содержании влаги или αω.

Значения αω, натуральных продуктов (например, фруктов, овощей и зерен злако­вых культур) по мере их роста и созревания меняются в определенном интервале. Как правило, одной из стадий созревания является преобразование биополимеров (например, крахмала в глюкозу или фруктозу). По мере созревания яблок при посто­янном общем содержании влаги снижается αω. В ходе хранения яблоки потребляют часть глюкозы для получения энергии, необходимой для поддержания жизни плода. Со временем плоды теряют упругость, поскольку содержание влаги в них уменьша­ется. Салат и другие листовые овощи вянут, теряя набухаемость, и перестают быть хрустящими. В этих случаях потерю влаги можно значительно снизить, помещая по­добные пищевые продукты в среду повышенной влажности, которая обеспечивает им максимальный срок хранения, в течение которого они будут сохранять приемле­мый вкус и другие органолептические свойства в течение продолжительного перио­да времени. Для некоторых продуктов это будут сутки, а для других – месяцы.

Хранение свежих продуктов в условиях повышенной влажности имеет и своп недостатки. Относительно небольшие колебания температуры могут вызывать кон­денсацию влаги на поверхности упаковки или продукта. Эта локализованная влага (локальные значения αω= 1,0) будет способствовать росту всех видов микроорга­низмов. Циклические изменения температур создают тенденцию к миграции влаги из продукта. Скорость потери влаги обычно бывает выше, чем ее поступление, по­этому продукт под воздействием повторных температурных циклов подвергается необратимой потере влаги.

Следует отметить, что вопреки ощущениям охлажденная воздушная среда имеет сравнительно низкую относительную влажность, находящуюся обычно в интервале 30-40%. Точка росы воздуха в холодильной камере зависит от температуры охлаж­дающих элементов камеры.

Для каждого пищевого продукта существует собственное оптимальное значение αω. В некоторых случаях даже незначительные изменения общего влагосодержания приводят к неприемлемости продукта для потребителя. В качестве примеров можно привести грибы сублимационной сушки или сухой томатный порошок, которые ста­новятся некондиционными уже при незначительном увеличении влажности. Вяле­ная говядина в узком интервале αω(0,74-0,76) может значительно отличаться по текстуре (в этом случае допустимое отклонение αωменьше 0,01). Такой узкий интер­вал допустимых значений αωозначает, что продукт должен быть защищен от контак­та с внешней средой посредством упаковки с низкой влагопроницаемостью.

Некоторые продукты обладают высокой устойчивостью к изменению содержа­ния влаги и αω. Для фруктовых и ягодных пресервов колебания αωв пределах ±0,1 едва ли будут заметны. Для макаронных изделий допустимым являются Значитель­ные колебания по содержанию влаги без заметных последствий для качества - раз­личные виды макаронных изделий продаются в бумажных пакетах без защитной пленки и даже в простой картонной упаковке.

2.2.1 Изотерма сорбции влаги

Изотерма сорбции влаги – это график зависимости αω, от влагосодержания продук­та, построенный для широкого диапазона значений αω. Обычно для построения гра­фика используется от семи до девяти точек в диапазоне αω от 0,05 до 0,95. На практи­ке продукт, который подвергается воздействию влажности в таком широком интер­вале, исследуется на предмет возможных изменений, вызванных увеличением или уменьшением начального уровня содержания влаги. Это дает возможность оценить, какое количество влаги может получить или потерять продукт без риска потери ка­чества..

Интерпретация кривой изотермы сорбции влаги – основной источник инфор­мации при разработке продукта и его упаковки. Последняя позволяет определить, какими барьерными свойствами должна обладать упаковка для каждого конкрет­ного продукта. Сравнительный анализ изотерм для бумажной упаковки и готовых к употреблению пшеничных завтраков свидетельствует об их существенном разли­чии. Содержание влаги в целлюлозе слабо меняется при значениях αωв интервале от 0,2 до 0,6. Разница в свойствах целлюлозы, вероятно, будет незначительной для любых значении αωв этом интервале. При αωвыше 0,7 незначительным изменени­ям αωсоответствуют значительные изменения в содержании влаги, что ведет к по­степенному снижению прочности бумаги. Это значит, что бумага теряет прочность, если αωвыше 0,7. Таким образом, для поставки изделий в тропические страны с влажным климатом упаковочный материал должен обладать хорошими гидроизолирующими свойствами.

Готовые завтраки характеризуются минимальными изменениями αωвплоть до увеличения содержания влаги до 7%. Если влажность больше 10%, то даже при не­значительном повышении ее уровня αωдовольно быстро изменяется. Это свидетель­ствует о том, что структура этого продукта подвергается значительным изменениям, если αωдостигает значений около 0,3. Экспериментально установлено, что для зна­чений αω выше 0,5 готовые пшеничные завтраки становятся значительно менее хру­стящими, довольно плотными и вязкими. Поскольку такие продукты характеризу­ются слабой устойчивостью к потере и поступлению влаги, для упаковки следует ис­пользовать материал с повышенными гидроизолирующими свойствами.

Выбор рецептуры или вида упаковки является не простои задачей. Изменения, происходящие в продукте во время хранения (например, кристаллизация сахара), сопровождаются высвобождением воды, что вызывает увеличение αωпродукта, хо­тя общее содержание влаги остается по существу постоянным. Например, свежее шоколадное печенье, приготовленное с сахарозой, может иметь значение αω0,65, но после нескольких месяцев хранения в пакете с высокими гидроизолирующими свойствами αω повышается до 0,80, продукт плесневеет и становится очень рыхлым. Значительная часть сахарозы кристаллизуется, поэтому при составлении рецепту­ры необходимо вводить дополнительные ингредиенты, подавляющие кристаллиза­цию. Эту роль успешно выполняют моносахариды – например, глюкоза или куку­рузный сироп.