3.2. Влияние активности воды на микроорганизмы
Для каждого вида микроорганизмов существует максимальное, минимальное и оптимальное значения активности воды. Отклонение aw от оптимума приводит к уменьшению активности жизненных процессов присутствующих в пищевой системе микроорганизмов. При достижении определённой максимальной или минимальной величины активности воды снижается активность и даже прекращается жизнедеятельность микроорганизмов. Но это не означает разрушение микробных клеток. Путём определения максимальной, минимальной и оптимальной величин активности воды, характерных для гигиены и технологии продуктов питания с определёнными микроорганизмами, можно регулировать величину aw и таким образом влиять на присутствующую микрофлору, подавляя или целенаправленно используя активность микроорганизмов.
Минимальные значения активности воды определяются обычно при оптимальном состоянии всех прочих факторов роста микроорганизмов. Обобщённые литературные данные, характеризующие минимальные значения активности воды для различных видов микроорганизмов, представлены
в табл. 1.
Для обеспечения способности к хранению пищевых продуктов определённую роль играют не только максимальное и минимальное значения активности воды, но и оптимальное значение активности воды для роста микроорганизмов. На рис. 3 приведены примеры значений aw, оптимальных для роста некоторых видов микроорганизмов.
Таблица 1
Вид микроорганизмов |
Значение aw |
Грамнегативные палочки Большинство кокков и лактобацилл Большинство дрожжей Большинство плесеней Большинство галофильных бактерий Ксерофильные плесени Осмофильные дрожжи |
1,00 – 0,95 0,95 – 0,91 0,91 – 0,88 0,88 – 0,80 0,80 – 0,75 0,75 – 0,65 0,65 – 0,60 |
В то же время следует отметить, что на практике редко встречается рост микроорганизмов при указанных значениях активности воды, потому что в большинстве случаев не все остальные параметры роста находятся в оптимальном состоянии. На рис. 4,а показано влияние температуры на минимальную активность воды для Aspergillus flavus и продуцирования афлатоксина. По мере отклонения температуры от оптимального значения (31 °C), рост начинается при более высоком значении активности воды. При 14 и 40 °C рост и образование токсинов имеют место только при активности воды
aw = 0,99.
Аналогичным образом действуют в сочетании с активностью воды прочие факторы роста микроорганизмов, например pH и состав питательной среды. На рис. 4,б показано влияние pH среды на минимальную активность воды.
Активность воды является не только фактором роста микроорганизмов, но и играет значительную роль для их выживаемости в условиях, когда рост невозможен. Как при низкой, так и при высокой температуре бактериальные споры в среде с более высокой активностью воды имеют меньшую выживаемость. Чтобы инактивировать 90 % спор Bacillus stearothermophilus в среде с активностью воды равной 0,99, следует нагревать культуру в течение 25 минут при 110 °C. Если же споры находятся в среде с aw=0,80, то чтобы получить идентичный результат, время нагрева следует увеличить в 3 раза. В средах, которые имеют одинаковую активность воды, но различаются составом, споры микроорганизмов могут проявлять существенные различия в теплостойкости. Уничтожение микроорганизмов в процессе термического воздействия замедляется при снижении активности воды. Многие микроорганизмы обладают наибольшей устойчивостью к термическому воздействию при активности воды от 0,2 до 0,3. Защитное действие жиров по отношению к тепловой инактивации бактерий и их спор известно давно. Оно основывается на понижении активности воды за счёт повышения растворимости жира в воде, содержащегося в пищевом продукте, при повышении температуры. При этом активность воды понижается до 0,2 – 0,4, т.е. таких значений активности воды, при которых споры обладают наибольшей устойчивостью к термическому воздействию.