Su aktivitesi

Gıda güvenliği

Terimler
Gıda kaynaklı hastalıklar
HACCP
HARPC
Kritik kontrol noktası
Kritik faktörler
FAT TOM
pH
Su aktivitesi (aw)
Önlemler
El yıkama
Pastörizasyon
Pişirme/Kaynatma
Bakteriyel etkenler
Clostridium botulinum
Escherichia coli
Salmonella
Listeria
Vibrio cholerae
Viral etkenler
Enterovirus
Hepatit A
Rotavirus
Norovirus
Parazitik etkenler
Entamoeba histolytica
Cryptosporidiosis
Giardia
Trişinoz
Toksoplazma gondii
Ekinokokkoz

Su aktivitesi ya da a_w substrattaki kısmi buhar basıncının standart durumdaki suyun kısmi basıncına oranıdır. Gıda bilimi alanında, standart durum çoğunlukla aynı sıcaklıktaki suyun kısmi basınçcı olarak tanımlanır. Bu özel tanımı kullanarak, saf distile su tam olarak bir su aktivitesine sahiptir.Sıcaklık arttıkça, a_w  (kristalli tuzlu ya da şekerli bazı ürünler hariç) tipik olarak artar.

Yüksek a_w substratlar mikroorganizmalara daha fazla destek eğilimindedirler. Genellikle  bakteriler en az 0.91, ve mantarlar en az 0.7 su aktivitesine gereksinim duyarlar.^[1] ayrıca fermantasyon agöz atabilirsiniz.

Su yüksek a_w değeri olan yerden düşük a_w değeri olan yere doğru göç eder. Örneğin, eğer bal (a_w ≈ 0.6) nemli havaya maruz kalırsa (a_w ≈ 0.7) havadan su çeker. Salam (a_w ≈ 0.87) kuru havaya maruz kalırsa (a_w ≈ 0.5) kurur.

Formül

• a_w tanımı:

${\displaystyle a_{w}\equiv p/p_{0}}$

Burada p substrattaki su buharı basıncıdır ve p₀ aynı sıcaklıkta saf suyun buhar basıncıdır.

• Alternatif tanım:

${\displaystyle a_{w}\equiv l_{w}x_{w}}$

l_w su aktivitesi katsayısı ve x_w sulu fraksiyondaki suyun mol fraksiyonu.

• Bağıl nem ile ilişki: dengedeki havanın bağıl nemi Bağıl Nem Dengesi olarakta anılır (ERH).^[2]

${\displaystyle \mathrm {ERH} =a_{w}\times 100\%}$

• Tahmini küf-21 °C'de gün içinde serbest raf ömrü

${\displaystyle \mathrm {MFSL} =10^{7.91-8.1a_{w}}}$^[3]

Su aktivitesi için kullanır

Su aktivitesi gıda ürünleri tasarımı ve gıda güvenliği için önemli bir husustur ..

Gıda ürünleri tasarımı

Gıda üreticileri gıdaların raf ömrünü hesaplayabilmek için su aktivitesini kullanırlar. Bir ürün belirli bir su aktivitesi altında tutulduğu takdirde, küf üremesi baskılanır ve bu raf ömrünü uzatır.

Su aktivitesi değeri farklı ürünlerden yapılan bir gıda ürününde nem göçünü sınırlandırmada yardımcı olabilir. Daha yüksek su aktivitesine sahip üzüm ve daha düşük su aktivitesine sahip kepek ekmeği bi rarada paketlenirse üzumdeki nemin bir kısmı kepek ekmeğine göç eder ve üzüm kururken kepek ekmeği de nemli bir hal alır. Gıda tasarımcıları, ne kadar nem göçününün ürünlerini etkileyeceğini tahmin edebilmek için su aktivitesini kullanırlar.

Gıda güvenliği

Su aktivitesi HACCP programlarında kritik kontrol noktaları gibi birçok durumda kullanılır. Gıda ürünleri örnekleri aralıklı olarak gıda üretim yerlerinden alınır ve su aktivite değerleri ölçülür, gıda güvenliği ve gıda kalitesi açısından bu değerler belirlenen aralıkta olmalılardır. ölçümler asgari dakika içinde yapılır ve önemli gıda üretim tesislerinde düzenli olarak yapılmalıdır.

Araştırmacıla yıllarca bakteri çoğalması ile su etkinliğini kıyasladılar ve bu değerlerin evrensel olmadığını keşfettiler, bu değerler her bir gıda ürünü için farklıdır. W. J. Scott bakteri çoğalmasının su içerği ile değil su aktivitesi ile ilişkili olduğunu ilk olarak 1953 yılında ortaya koydu. Bakteri çoğalmasının belirli su aktivite değerlerinde kısıtlandığı hakkında sağlam deliller ortaya koydu. FDA'nın orta nemli gıdalar için düzenlemeleri bu değerlere dayanır.

Bir gıda ürünündeki düşük su aktivitesi öldürücü bir önlem gibi görülmemelidir. Süt tozu çalışmalarında çok düşük su aktivitesi değerlerinde hayatta kalabilen hücrelerin olduğunu ancak çoğalamadıklarını gösterdi. Düşük değerlerde zamanla bakteri düzeyleri düşer

Su aktivitesi ölçümü

Su aktivitesi değeri dirençli elektrolitik,  kapasitans ya da a çiy noktası higrometre ile elde edilir.

Rezistif elektrolitik higrometreler

Rezistif elektrolitik higrometreler, kılcal güç ile iki küçük cam çubuk arasında sıvı elektrolit şeklinde algılama elemanı kullanırlar. Su buharı kazancında veya kaybında elektrolitller değişikliğe uğrarlar. Direnç bağıl nem ile ve numunenin su aktivitesi ile doğru orantılıdır (buhar-sıvı dengesi sağlandıktan sonra). Bu ilişki ölçüm odasındaki iyi tanımlanmış ve yeniden üretilebilir hava tuz-su karışımları kullanılarak doğrulama veya kalibrasyon ile kontrol edilebilir.

Kapasitans higrometreler ve sensörler gibi bir gecikme yaşanmaz ve yüzey etkin bir algılama mekanizması olmadığından temizleme işlemi gerektirmez. Uçucular prensip olarak, ölçüm performansı etkilerler—özellikle eletrolitler içinde ayrışırlar ve böylece elektrolit direncini değiştiriler. Bu tarz etkiler kimyasal koruma filtreleri ile uçucu bileşiklerin sensöre gelmeden önce absorbe edilmesini sağlayarak kolayca engellenebilir.

Kapasitans higrometreler

Kapasitans higrometre bir yapay membran yalıtkanla ayrılan iki yüklü plakalardan oluşur. Zar suyu emer, yük tutma kabiliyetindeki artış ve kapasitans (direnç) ölçülür. Bu değer kabaca, sensör-özel kalibrasyon ile tanımlanan su aktivitesiyle orantılıdır.

Kapasitans higrometreler uçucu kimyasallardan etkilenmezler ve diğer alternatif sensörlerden çok daha küçük olabilirler. Temizlenmeleri gerekmez, ancak doğrulukları çiy noktası higrometrelerinden daha azdır (+/- 0.015 a_w). Düzenli kalibrasyon kontrolleri yapılmalıdır ve yapay membranda kalan sudab etkilenebilirler.

Hygrometre çiy noktası

Kırmızı çizgi doygunluğu gösterir

Temiz yüzeylerdeki çiy tanelerindeki sıcaklık buhar basıncı ile doğrudan ilişkilidir. Çiy noktası higrometresi kapalı numune odasının üzerine bir yansıtıcı koyarak çalışır. Yansıtıcı çiy noktası sıcaklığına kadar optik sensör ile ilçülerek soğutulur. Bu sıcaklık daha sonra psikometrik grafikler vasıtası ile odanın bağıl nemini bulmak için kullanılır.

Bu yöntem teorik olarak en doğru yöntemdir ( +/- 0.003 aw ) ve genellikle hızlıdır.  Yansıtıcıda kalıntı birikmesi durumunda sensörü temizlemek gerekir.

Dengeleme

Her iki yöntemde de örnek odasında buhar-sıvı dengesi gerçekleşmelidir Bu zamanla gerçekleşir ve oda içinde bir fan ilavesiyle desteklenebilir.

Nem içeriği

Su aktivitesi, nem emme izoterm eğrisi olarak bilinen doğrusal olmayan bir ilişkideki su içeriği ile ilgilidir. Bu izotermler substrat ve sıcaklığa özgüdür. izotermler, farklı depolama şartlarında zaman içinde ürün stabilitesini öngörmekte yardımcı olabilirler.

Nem kontrolünde kullanımı

Kendi su aktivitesi, çevresindeki bağıl nemden daha fazla olan bir çözeltide net evopotasyon meydana gelir. Su aktivitesi,çevresindeki bağıl nemden daha az olan bir çözelti net olarak kendine su çeker. Bu nedenle, kapalı bir ortamdaki nemi dengelemek için farklı çözleltiler kullanılabilirler.^[4]

Bazı maddelerin a_w değerleri

Gıdalar

Substrat	aw	Kaynak
Distile su	1.00	[5]
Musluk suyu	0.99
Ham etler	0.99	[5]
Süt	0.97
Meyve suyu	0.97
Salam	0.87	[5]
Pismiş domuz pastırması	< 0.85
Doymuş NaCl çözeltisi	0.75
Öğütülmüş tahıl	0.65
Kurutulmuş meyve	0.60	[5]
Tipik oda havası	0.5 - 0.7
Bal	0.5 - 0.7

Mikroorganizmalar

Mikroorganizmalar	aw	Kaynak
Clostridium botulinum A, B	0.97
Clostridium botulinum E	0.97
Pseudomonas fluorescens	0.97
Clostridium perfringens	0.95
Escherichia coli	0.95
Salmonella	0.93	[6]
Vibrio cholerae	0.95
Bacillus cereus	0.93
Listeria monocytogenes	0.92, (0.90 in 30% glycerol)	[7]
Bacillus subtilis	0.91
Staphylococcus aureus	0.86	[8]
Birçok küf mantarında	0.80	[8]
Mikrobiyal çoğalma olmadan	0.50

Kaynakça

1. Rockland, L.B.; Beuchat, L.R. (1987).
2. Young, Linda; Cauvain, Stanley P. (2000).
3. Man, C.M.D.; Jones, Adrian A. (2000).
4. Demchick PH (1984).
5. Marianski, 5
6. Shaw, 1
7. Ryser, Elliot T.; Elmer, Marth H. (2007).
8. Marianski, 7

• Rockland, L.B.; Beuchat, L.R. (1987). Water Activity:Theory and Applications to Food (2nd ed.). New York: Marcell Dekker.
• Marianski, Stanley; Marianski, adam (2008). The Art of Making Fermented Sausages. Denver, Colorado: Outskirts Press. ISBN 978-1-4327-3257-8.
• Shaw, Angela (2013). Salmonella: Create the most undesirable environment. Ames, IA: Iowa State University.
• Reineccius, Gary (1998). Sourcebook of Flavors. Berlin: Springer. ISBN 0-8342-1307-9.
• Fennema, O.R., ed. (1985). Food Chemistry (2nd ed.). New York: Marcell Dekker, Inc. pp. 46–50.
• Bell, L.N.; Labuza, T.P. (2000). Practical Aspects of Moisture Sorption Isotherm Measurement and Use (2nd ed.). Egan, MN: AACC Egan Press.
• Ryser, Elliot T.; Elmer, Marth H. (2007). Listeria, Listeriosis and Food Safety (3rd ed.). CRC Press. pp. 173–174.
• Water Activity in Foods: Fundamentals and Applications. G. Barbosa-Canovas,A. Fontana, S. Schmidt, and T.P. Labuza (eds.). IFT Blackwell Press. Ames, IA.