رابطه بین فعالیت آبی یا واتر اکتیویته، و زمان ماندگاری محصول

آیا با رابطه بین فعالیت آبی و ماندگاری محصول آشنایی دارید؟ مدت زمان ماندگاری یک محصول به عنوان زمان عملی که محصول برای مصرف کنندگان مطلوب باقی می ماند تعریف می شود. شعاع توزیع محصول، نحوه نگهداری آن را بر اساس تاریخ مصرف تعیین می کند. عدم تطابق با ماندگاری مورد انتظار می تواند منجر به شکایت مشتری، فراخوان محصول و تخریب برند تولید کننده شود.

در نتیجه، تعیین صحیح فرآیند تولید و مدیریت که عمر مفید را به حداکثر می‌رساند و سپس نظارت برای اطمینان از برآورده شدن آن شرایط، تفاوت بین سودآوری و درآمد از دست رفته است. با این حال، تعیین درست مدت زمان ماندگاری یک محصول می تواند یک تلاش چالش برانگیز باشد، اغلب به دلیل کمبود منابع و دستورالعمل های روشن برای انجام آزمایش ماندگاری.

دیاگرام ساده شده ماندگاری با استفاده از رابطه بین واتر اکتیویته یا فعالیت آبی  و ماندگاری برای هدایت فرآیند، رویکردی عمل‌گرایانه برای تعیین عمر مفید محصول دارد دارد.

فعالیت آبی چیست؟

فعالیت آبی به عنوان وضعیت انرژی آب در یک سیستم تعریف می شود و ریشه در قوانین اساسی ترمودینامیک از طریق معادله انرژی آزاد گیب دارد. این انرژی پتانسیل شیمیایی نسبی آب را که توسط برهمکنش های سطحی، جمعی و مویرگی در یک ماتریس را نشان می دهد. عملاً به عنوان فشار بخار جزئی آب در فضایی که با نمونه در تعادل است، تقسیم بر فشار بخار اشباع آب در همان دما اندازه گیری می شود.

فعالیت آبی یا واتر اکتیویته اغلب به عنوان “آب آزاد” نامیده می شود، اما از آنجایی که “آزاد” از نظر علمی تعریف نشده است و متفاوت تفسیر می شود، این تعریف نادرست است. آب آزاد معنای یک اندازه گیری کمی را می دهد، در حالی که فعالیت آبی یک اندازه گیری کیفی انرژی پتانسیل شیمیایی نسبی است. به جای فعالیت آبی 0.50 که 50 درصد آب آزاد را نشان می دهد، به درستی نشان می دهد که آب موجود در محصول 50 درصد انرژی را دارد که آب خالص در شرایط مشابه دارد.

هرچه واتر اکتیویته کمتر باشد، رفتار آب در سیستم مانند آب خالص کمتر است. محتوای رطوبت، ویژگی گسترده ای که میزان رطوبت یک محصول را تعیین می کند، اغلب به اشتباه یک نقطه کنترل مهم برای ماندگاری در نظر گرفته می شود.

با این حال، محتوای رطوبت تنها استانداردی از هویت را ارائه می دهد و پایان عمر مفید را تعیین نمی کند. برعکس، فعالیت آبی ارتباط نزدیکی با تمام حالت‌های خرابی محصول دارد که می‌تواند منجر به پایان ماندگاری شود، از جمله فساد میکروبی، تغییر بافت، بیات شدن، ترشی و تغییر رنگ.

واتر اکتیویته

به این ترتیب، می توان محتمل ترین حالت خرابی یک محصول را بر اساس واتر اکتیویته مورد انتظار آن تعیین کرد و از پیگیری حالت های خرابی که قابل اجرا نیستند اجتناب کرد. این باعث صرفه جویی در زمان و منابع می شود و در عین حال ایجاد مشخصات فعالیت آبی ایده آل برای محصول را تسهیل می کند.

مرحله اول تعیین واتر اکتیویته مورد انتظار محصول است. مرحله دوم این است که در آن فعالیت آبی، محتمل ترین حالت شکست را تعیین کنید. محدوده واتر اکتیویته محصول مشخص می کند که کدام حالت خرابی بیشتر برای محصول رخ می دهد.

در فعالیت های آبی بیش از 0.85، فساد میکروبی بزرگترین نگرانی است. در فعالیت های آبی بین 0.70 و 0.85، محتمل ترین حالت های شکست یا فساد میکروبی یا ناپایداری شیمیایی خواهد بود. بین فعالیت های آبی 0.40 تا 0.70، محتمل ترین حالت های شکست ناپایداری شیمیایی، تغییرات بافت و مهاجرت رطوبت خواهد بود.

در فعالیت‌های آبی بین 0.20 در 0.40، محتمل‌ترین حالت‌های شکست، تغییر بافت یا کیک و کلوخه شدن خواهد بود. در نهایت، در فعالیت های آبی کمتر از 0.2، حالت اصلی شکست، ناپایداری شیمیایی به دلیل افزایش نرخ ترشیدگی خواهد بود.

هنگامی که حالت های اولیه شکست شناسایی شد، می توان تحقیقاتی را برای تعیین میزان خطر و مدت زمانی که طول می کشد تا این حالت های شکست به اندازه کافی برای پایان ماندگاری پیشرفت کنند، انجام داد. فقط خطراتی که در محدوده فعالیت آبی محصول نشان داده شده اند باید بررسی شوند.

فعالیت آبی چگونه عمل می‌کند؟

هر میکروارگانیسم دارای یک فعالیت آبی یا واتر اکتیویته داخلی ایده آل است و توانایی آنها برای تولید مثل و رشد به حفظ آن فعالیت آبی بستگی دارد. هنگامی که یک میکروارگانیسم با محیطی مواجه می شود که فعالیت آبی کمتر از فعالیت آبی درونی آنها است، تنش اسمزی را تجربه می کند و شروع به از دست دادن آب به محیط می کند، زیرا آب از فعالیت آبی زیاد (انرژی) به فعالیت آبی کم می رسد.

این از دست دادن آب فشار تورگ را کاهش می دهد و فعالیت متابولیک طبیعی را به تاخیر می اندازد. برای ادامه تولیدمثل، ارگانیسم باید فعالیت آبی داخلی خود را کمتر از محیط زیست کاهش دهد. سعی می کند با متمرکز کردن املاح در داخل به این امر دست یابد.

توانایی کاهش فعالیت آبی درونی آن با استفاده از این استراتژی ها برای هر موجودی منحصر به فرد است. در نتیجه، هر میکروارگانیسم دارای یک فعالیت آبی محدود کننده منحصر به فرد است که در زیر آن نمی توانند رشد کنند.

توجه داشته باشید که توانایی یک موجود زنده برای تولید مثل و رشد بستگی به مقدار آب موجود در محیط آن (محتوای رطوبت یا آب آزاد) ندارد، بلکه فقط به انرژی آب (فعالیت آبی) و اینکه آیا می‌تواند به آن آب برای رشد دسترسی داشته باشد، بستگی ندارد.

واتر اکتیویته

همه باکتری‌های بیماری‌زا در فعالیت‌های آبی کمتر از 0.87 رشد می‌کنند در حالی که رشد مخمرها و کپک‌های معمولی در 0.70 aw متوقف می‌شود. که به حد عملی معروف است. فقط موجودات خشک دوست و اسموفیل می توانند زیر 0.70 aw رشد کنند و تمام رشد میکروبی در فعالیت های آبی کمتر از 0.60 متوقف می شود.

سایر عوامل ذاتی مانند pH بر رشد میکروبی نیز تأثیر می گذارد. برای اینکه یک محصول به طور بالقوه خطرناک در نظر گرفته شود، فعالیت آبی آن باید کمتر از 0.86 aw یا PH آن کمتر از 4.2 باشد تا اطمینان حاصل شود که هیچ باکتری بیماری زا روی محصول در قفسه رشد نخواهد کرد. فعالیت آبی و pH نیز به طور هم افزایی برای ایجاد حفاظت میکروبی در مقادیر بالاتر از مقادیر مورد نیاز هنگامی که تنها یک عامل کنترل در نظر گرفته می شود، کار می کنند.

محصولاتی با فعالیت آبی بالاتر از 0.70 aw اما کمتر از 0.86 aw در انبار پایدار در نظر گرفته می شوند اما همچنان از رشد کپک و مخمر پشتیبانی می کنند. محصولات این محدوده ناامن در نظر گرفته نمی شوند زیرا رشد کپک ها و مخمرها باعث بیماری های ناشی از غذا نمی شود.

با این حال، رشد ارگانیسم های غیر بیماری زا معمولاً محصول را برای مصرف کننده نامطلوب می کند و در نظر گرفته می شود که عمر مفید محصول به پایان رسیده است. پس از آن زمان ماندگاری با زمان مورد نیاز برای پیشرفت رشد میکروبی به سطحی که غیرقابل قبول تلقی می شود تعیین می شود.

سینتیک این رشد با اثر متقابل چندین فاکتور رشد از جمله فعالیت آبی و همچنین دما، pH، در دسترس بودن اکسیژن، در دسترس بودن مواد مغذی و غلظت نگهدارنده تعیین می شود. سرعت رشد میکروبی را می‌توان از طریق مدل‌های تجربی پیش‌بینی کرد که تأثیر هر یک از این عوامل را محاسبه می‌کنند و برای پیش‌بینی ماندگاری در مجموعه‌ای از شرایط استفاده می‌شوند.

شناسایی فعالیت آبی یا واتر اکتیویته

هنگامی که فعالیت آبی یا واتر اکتیویته  ایده آل شناسایی شد که ماندگاری را به حداکثر می رساند، بسیار مهم است که محصول در طول حمل و نقل و ذخیره سازی در آن فعالیت آبی باقی بماند. تغییرات فعالیت آبی می تواند به دلیل قرار گرفتن در معرض رطوبت اتاق رخ دهد.

همانطور که در بخش تئوری قبلا توضیح داده شد، فعالیت آب نیز رطوبت نسبی تعادلی است و به رطوبت ذخیره‌سازی مربوط می‌شود. اگر محصولی با فعالیت آبی 0.40 aw در معرض رطوبت نسبی ذخیره سازی 60 درصد قرار گیرد، محصول تا زمانی که فعالیت آبی آن 0.60 aw متعادل شود، آب را از محیط جذب می کند.

این فرآیند البته زمان می برد، اما اگر محافظت نشود، فعالیت آبی محصول خارج از محدوده ایده آل افزایش یافته و نرم می شود. قرار دادن محصول در بسته بندی مانع رطوبت، تغییر در فعالیت آبی را کاهش می دهد.

ویژگی های ضد رطوبت بسته بندی اغلب به عنوان نرخ انتقال بخار آب (WVTR) گزارش می شود و باید برای هر ماده بسته بندی از سازنده در دسترس باشد. در حالی که مطمئناً استفاده از بسته‌بندی‌هایی که ارزش WVTR آن‌ها به اندازه کافی پایین است برای جلوگیری از تغییر فعالیت آبی مهم است، بسته‌بندی بیش از حد ممکن است که منجر به هزینه‌های غیر ضروری شود.

برای آشنایی بیشتر با فعالیت آبی، صفحه دستگاه واتر اکتیویته را مطالعه کنید.