Vytisknout celou knihuVytisknout celou knihu

Aktivita vody

Stránky: Moodle Veterinární univerzita Brno
Kurz: Mikrobiologie potravin a mikrobiologické laboratorní metody 1
Kniha: Aktivita vody
Vytiskl(a): Nepřihlášený host
Datum: pátek, 10. května 2024, 03.13

Popis

Kapitola popisuje vliv aktivity vody na přežívání mikroorganism v potravinách.

Obsah

Aktivita vody

Veškeré chemické reakce v živé buňce probíhají pouze ve vodném prostředí, proto musí být voda v buňce přítomna v dostatečném množství v kapalném stavu. Protože nedisociované molekuly vody mohou volně difundovat cytoplazmatickou membránou mikroorganismů, musí být dostatečné množství vody obsaženo také ve vnějším prostředí (tj. v potravině), aby buňka neztratila vnitrobuněčnou vodu a možnost metabolismu. Nedostatečné množství vody vede k zastavení metabolismu, citlivé mikroorganismy mohou za těchto podmínek odumírat. Potřeba vody je u mikroorganismů kvantitativně vyjádřena rozmezím vodních aktivit prostředí.

Aktivita vody je definována jako poměr parciálního tlaku vodní páry nad potravinou (p) k parciálnímu tlaku vodní páry nad čistou vodou (p0) při dané teplotě; čistá voda má aw = 1,0, se stoupající koncentrací rozpuštěných látek aktivita vody klesá.

Vztah aktivity vody a relativní vlhkosti: RV = 100 · aw

aw-metry

Přístroje pro stanovení hodnot aktivity vody se nazývají aw-metry. Existuje mnoho typů aw-metrů pracujících na různých principech. Výsledky měření bývají k dispozici za několik minut až hodin podle typu přístroje. Jeden z nejčastěji používaných aw-metrů stanovuje hodnotu aw na základě rozdílu parciálního tlaku vodní páry mezi vzorkem a vzduchem, k čemuž dochází v uzavřené komůrce aw-metru zvlhčováním popř. vysušováním vzorku potraviny malým objemem vzduchu, dokud není dosaženo rovnovážné vlhkosti.

Mechanismus účinku na mikroorganismy

Některé složky potravin – sůl, cukr, bílkoviny mohou vázat vodu natolik, že ji mikroorganismy nemohou využít pro svůj metabolismus. Současně zvýšení rozpuštěných látek v roztoku vede ke zvýšení jeho osmotického tlaku.

Také v mikrobiální buňce je osmotický tlak, neboť v buněčné šťávě je rozpuštěna řada solí a meziproduktů metabolismu. Vnitrobuněčný osmotický tlak (napětí = turgor) mikroorganismů je podstatně vyšší než osmotický tlak běžných živných prostředí. Vyrovnání rozdílu osmotického tlaku mezi buňkou a prostředím a difúzi vody z prostředí do buňky a bobtnání buňky brání silná a pevná buněčná stěna.

Pokud jsou mikrobiální buňky v hypertonickém prostředí, vyrovnává se rozdíl mezi osmotickým tlakem uvnitř buněk a v prostředí tím, že molekuly vody difundují cytoplazmatickou membránou a buněčnou stěnou z buňky do prostředí. Dosáhne-li vnitrobuněčná vodní aktivita hodnoty nižší, než je minimální hodnota pro metabolismus buňky, životní projevy buňky se zastaví. Při dalším uvolňování vody z buňky dochází k plazmolýze a zániku buňky.

Růst mikroorganismů

Mikroorganismy ke svému životu potřebují určité minimální množství volné vody v potravinách, tj. aw. Při nižších hodnotách nerostou, nemohou se pomnožovat a působit kažení potraviny, příp. tvořit toxiny.

Optimální hodnota aktivity vody pro většinu mikroorganismů aw>0,98.

Odolnost k nízké hodnotě aw je největší u plísní, menší u kvasinek, ještě menší u grampozitivních bakterií a nejmenší u bakterií gramnegativních.

(zdroj: Görner, F. a Valík, Ľ. Aplikovaná mikrobiológia požívatín, 2004)

Růst bakterií, kvasinek a plísní

Většina bakterií je schopna se rozmnožovat v živných prostředích o aw v rozmezí 0,99 – 0,93. Výjimku tvoří některé halotolerantní koky (např. rody Micrococcus, Staphylococcus), které jsou schopny se rozmnožovat i při 10% koncentraci NaCl. Dále existují některé bakterie, které se rozmnožují pouze za nízkých aktivitách vody, které panují např. při vysokých koncentracích NaCl (15 % a více) – halofilní bakterie. Jejich rozmnožování se naopak zastavuje při nižších koncentracích NaCl (6 – 10 %).

Minimální hodnota aw kvasinek (0,94 – 0,88) je nižší než u většiny bakterií. Osmotolerantní kvasinky jsou schopny rozmnožování při vodní aktivitě 0,73, která panuje např. v medu nebo 60% roztoku sacharózy. Tyto kvasinky mohou způsobovat nežádoucí kvašení medu. Osmofilní druhy kvasinek rostou při hodnotách aw 0,65 – 0,61.

Plísně se většinou rozmnožují za nižší vodní aktivity než většina bakterií a kvasinek, výjimkou jsou tzv. vodní plísně. Na druhé straně jsou známé také xerofilní plísně s dolní hranicí aw 0,60.

Obecně lze říci, že růst většiny patogenů a bakterií působcích kažení potravin je inhibován při aw nižší než 0,90, růst kvasinek při hodnotě 0,88 a toxinogenních plísní při hodnotě 0,78. Převážná část mikroorganismů není schopna růstu při aw pod 0,60. Nezapomínat na to, že minimální hodnota aw růstu není totožná s minimální hodnotou pro tvorbu toxinů.

Minimální hodnoty aw

Tabulka: Minimální hodnoty aw pro růst vybraných mikroorganismů. (Görner a Valík, 2004 – upraveno)

tab2

Co aktivita vody ovlivňuje?

Aktivita vody má vliv na:

  • neenzymatické hnědnutí potravin
  • oxidaci lipidů
  • degradaci ve vodě rozpustných vitamínů
  • enzymatické reakce v potravině
  • denaturaci proteinů

Aktivita vody ovlivňuje také texturní vlastnosti potraviny.

Potraviny s vysokou aw jsou vlhké, šťavnaté, křehké a dobře žvýkatelné. Jestliže u těchto potravin dojde ke snížení aw, vznikají nežádoucí texturní odchylky – potravina je suchá, tvrdá a špatně žvýkatelná.

Potraviny s nízkou aw mají za normálních okolností texturu křupavou, při zvýšení aw je textura zvlhlá. Aktivita vody ovlivňuje také sypkost, spékavost a hrudkovatění práškových a granulovaných potravin.

Jak snižovat aktivitu vody?

Snižování aktivity vody pod optimální hodnotu vede k prodlužování lag fáze růstu a snížení rychlosti růstu a množství mikroorganismů v konečné populaci.

Odstranění využitelné vody sušením (ovoce, zelenina, jedlé huby, maso, mléko, ovocné šťávy) a  odpařováním (povidla). Sušením se sice některé mikroorganismy usmrtí, jiné (endospory bakterií, některé grampozitivní koky a spory plísní) v sušeném stavu přežívají po dlouhou dobu, takže sušenou potravinu nemůžeme považovat za sterilní. Je-li potravina uložena ve vlhkém prostředí zvlhne a začne se kazit. Na kažení se nejprve podílejí plísně, ty se rozmnožují stoupne-li obsah vody v sušené potravině na 15 %, bakterie vyžadují alespoň 30 %. Plísně se rozmnožují i v prostředí s relativní vlhkostí alespoň 70 – 75 %

Z chemikálií se pro snížení aw v potravinách nejčastěji používá sacharóza o konečné koncentraci 50 – 70 % (kandované ovoce, sirupy) nebo chlorid sodný o konečné koncentraci 10 – 15 % (solené maso, ryby, zelenina, houby, atd.). U marmelád a džemů se kombinuje odpaření části vody s přídavkem cukru.

Aktivitu vody reguluje i obsah tuku, např. 30 % tuku sníží aw stejně jako 3 % NaCl. Výrobky s vysokým obsahem tuku – majonézy, tukové krémy.

Vliv na snížení aktivity vody má také uzení či mražení potravin.

Dělení potravin

Hlavní význam aw je, že určuje, zda v dané potravině může nebo nemůže dojít k pomnožování mikroorganismů – je tak určujícím faktorem trvanlivosti potravin.

Dělení potravin dle aw:

  • potraviny velmi vlhké (1,00 – 0,90)
  • potraviny středně vlhké (0,90-0,60)
  • potraviny suché (pod 0,60)

 Dělení potravin dle kazitelnosti:

  • lehce kazitelné (více než 0,95)
  • středně kazitelné (0,95-0,92)
  • málo kazitelné (pod 0,91)
Potraviny málo kazitelné nevyžadují chlazení, potraviny středně kazitelné skladujeme při teplotách max. 10 °C, lehce kazitelné potraviny při teplotách maximálně 5 °C.

Potraviny s aw vyšší než 0,95 jsou trvanlivé několik dní, s hodnotou aw 0,85 a nižší maximálně dva týdny, s hodnotou aw 0,75 a nižší maximálně 2 měsíce, s aw 0,65 a nižší maximálně 2 roky a s aw 0,60 a nižší neomezeně.

Důležitá je kombinace aw s ostatními faktory ovlivňujícími přežívání MO v potravinách.