3.3. Влияние активности воды на физико-химические показатели

Нежелательные изменения физико-химических показателей пищевых продуктов (порча) могут происходить в результате спонтанного автокаталитического расщепления жиров, реакции меланоидинообразования, изменения витаминов и белков, а также ферментативных реакций. Темп порчи пищевых продуктов, согласно T.P. Labuza, может быть представлен уравнением:

(24)

где A – количественное выражение фактора качества;

– скорость уменьшения фактора качества или получения нежелательного

эффекта;

k₀ – доэкспональный фактор;

E_A – энергия активации;

T – температура, K;

[A] – молярная концентрация растворимых сухих веществ, моль/ г

пищевого продукта;

n – порядок реакции (1 для первого порядка, 0 для нулевого порядка).

Содержание влаги посредством показателя активности воды может влиять на k₀, E_A, A и n. Это обусловлено тем, что вода при значениях активности воды, ниже слоя мономолекулярной адсорбции, прочно связана и не выступает как мобильная фаза, однако при низких значениях возрастает энергия активации, так как металлы-катализаторы при высоких значениях активности воды окружены гидратной оболочкой и утрачивают своё каталитическое действие. При a_w немного выше слоя мономолекулярной адсорбции растворимые вещества становятся в большей степени подвижными, но скорость их движения невелика. С возрастанием влагосодержания фазовая вязкость понижается, и момент мобилизации становится ясно различимым. Эти факторы влияют на k₀ и E_A, понижая или повышая их. Изменение влагосодержания также может вызвать концентрирование или разбавление [A], вследствие чего меняется и порядок реакции n.

Таким образом, все вышеперечисленные факторы влияют на скорость реакций, обуславливающих порчу продукта. На рис. 5 показано влияние совокупности этих факторов на скорость химических реакций в жидкой фазе пищевого продукта. Как видно из рисунка, химические реакции бывают 3-х типов. Реакции меланоидинообразования идут по 1-му типу. Автокаталитическое окисление жиров протекает по 1-му типу, за исключением того, что при значениях активности воды ниже слоя мономолекулярной адсорбции (a_w<0,2) скорость реакции возрастает. Это можно объяснить тем, что тяжёлые металлы-катализаторы при понижении влагосодержания или активности воды теряют гидратную оболочку и диффундируют в масляную фазу. По 2-му типу протекают ферментативные реакции, реакции разрушения витаминов соответствуют 3-му типу [22].

На рис. 6 показана тенденция изменений средней скорости порчи пищевых продуктов от активности воды. Этот график, впервые представленный T.P. Labuza (1970 г), был назван «Карта стабильности пищевых продуктов в зависимости от активности воды» [22]. Так как все пищевые продукты обладают специфическими чертами, как с химической, так и с физической точки зрения, с учётом реакций порчи, то эта диаграмма может дать лишь относительную информацию. Тем не менее, она позволяет заглянуть внутрь различных явлений порчи, зависящих от активности воды. Так, начиная от a_w=1, уменьшение активности воды замедляет все типы химических реакций порчи и рост микроорганизмов до тех пор, пока на определённом уровне все реакции практически не останавливаются, кроме химического окисления липидов, для которого благоприятно и дальнейшее уменьшение активности воды.