=
(1)
Ze wzoru (1) wynika również, że aktywność wody jest wskaźnikiem wilgotności względnej atmosfery najbliższego otoczenia badanej próbki. Gdy przestrzeń wokół próbki jest
Dr hab. inż. Zbigniew PAŁACHA, prof. SGGW Inż. Katarzyna JAKUBICZ
Katedra Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji Wydział Nauk o Żywności, SGGW w Warszawie
ANALIZA AKTYWNOŚCI WODY
W WYBRANYCh ŚWIEŻYCh WARZYWACh
®Analysis of water activity in selected fresh vegetables
®Słowa kluczowe: świeże warzywa, aktywność wody, zawar-tość wody.
W artykule zamieszczono wyznaczone wartości aktywności wody i zawartości wody wybranych świeżych warzyw, a także dokonano analizy tych wartości. Stwierdzono, iż aktywność wody badanych warzyw charakteryzowała się wysoką war-tością, przekraczającą poziom 0,96. Najwyższą aktywność wody posiadała kapusta głowiasta czerwona 0,981 ±0,001 (W = 90,11%), a najniższą aktywność wody stwierdzono w pietruszce 0,963 ±0,002 (W = 77,86%). Ogólnie, nie stwier-dzono silnej zależności między zawartością wody, a jej aktyw-nością w badanych świeżych warzywach.
Key words: fresh vegetables, water activity, water content.
The article presents the determined values of water activity and water content of selected fresh vegetables, as well as an analysis of these values. It was found that the water activi-ty of the tested vegetables was characterized by a high va-lue, exceeding the level of 0,96. The highest water activity was found in red cabbage 0,981 ±0,001 (W = 90,11%), and the lowest water activity was found in parsley 0,963 ±0,002 (W = 77,86%). In general, there was no strong relationship between the water content and its activity in the fresh vege-tables tested.
Adres do korespondencji – Corresponding author: Zbigniew Pałacha, SGGW w Warszawie, Wydział Nauk o Żywności, Katedra Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji, ul. Nowoursynowska 159 C, 02-776 Warszawa, e-mail: zbigniew_pala-cha@sggw.pl
ograniczona do niewielkich rozmiarów i ustalą się warunki równowagi wilgotnościowej, można napisać równanie:
100
= ϕ
=
o
w
p
a p
(2) gdzie: φ – wilgotność względna atmosfery w otoczeniu
badanego materiału, wyrażona w procentach.
Aktywność wody przyjmuje wartości od 1 – dla czystej wody, do 0 – dla środowiska w którym nie ma wody lub cząsteczki wody nie mają zdolności do wykonywania pracy (np. woda strukturalna). Ogólnie aktywność wody żywności wilgotnej jest na poziomie 1,00 – 0,90, żywności o średniej zawartości wody od 0,90 do 0,55, a żywności o niskiej zawar-tości wody w przedziale 0,55 – 0,00 [4, 6].
Wprowadzenie pojęcia aktywności umożliwiło powiązanie stanu termodynamicznego wody w żywności z jej właściwoś-ciami, jakością i trwałością. Znajomość tych powiązań stała się podstawą przewidywania przebiegu wielu procesów o charak-terze fizycznym, chemicznym i biologicznym, a także projekto-wania właściwości gotowego produktu [2, 3, 8, 9]. Największą stabilność produkty spożywcze osiągają przy aktywności wody na poziomie zawartości wody w monowarstwie (aw = 0,07 – 0,35 przy zawartości wody od 2 do 15%) [9].
W literaturze cytowane są wartości aktywności wody sze-rokiej grupy surowców i produktów spożywczych pochodze-nia roślinnego i zwierzęcego [6, 7]. Przy czym nie zawsze jest
podawana zawartość wody w tych materiałach, jak również często jest brak informacji o wartości temperatury, w której wykonano pomiar aw. Z kolei pełne dane o aktywności i zawar-tości wody w świeżych warzywach są bardzo skąpe, zarówno w literaturze polskiej jak i obcojęzycznej. Dlatego poniższy materiał będzie stanowił uzupełnienie wiedzy na ten temat.
Celem artykułu jest prezentacja i analiza wyznaczonej aktywności i zawartości wody dla wybranych świeżych warzyw dostępnych na polskim rynku.
METODYKA BADAŃ
1. Materiał badawczy
Materiał badawczy stanowiły świeże warzywa dostępne na rynku. Pochodziły one z jednego sklepu sieci Biedronka na terenie Warszawy. Warzywami, które zostały poddane ba-daniom były: brokuły, brukselka, buraki ćwikłowe, cebula, dynia, kalafiory, kapusta głowiasta biała, kapusta głowiasta czerwona, marchew, ogórki szklarniowe długie, papryka czer-wona, pory, pietruszka korzeń, pomidory koktajlowe, rzod-kiewki, selery i ziemniaki.
2. Metody analityczne
2.1. Oznaczenie zawartości wody
Zawartość wody w badanych warzywach oznaczano me-todą suszenia pod obniżonym ciśnieniem w suszarce próż-niowej Memmert VO500. Próbki rozdrobnionego materiału suszono w temperaturze 65 ±1oC, pod ciśnieniem 1 kPa, przez 24 godziny [1]. Oznaczenie zawartości wody w warzywach wykonano w trzech powtórzeniach.
2.2. Oznaczenie aktywności wody
Aktywność wody badanych warzyw zmierzono za pomo-cą miernika aktywności wody AquaLab w temperaturze 22
±0,5oC. Pomiar przeprowadzono w 3 równoległych powtórze-niach.
Korzystając z programów komputerowych Excel 2010 (Microsoft) i Table Curve 2D v.3 (Jandel Scientific) obliczono odchylenie standardowe dla wartości aktywności wody i za-wartości wody badanych warzyw oraz podjęto próbę opisania zależności aktywności wody od zawartości wody równania-mi matematycznyrównania-mi. Obliczony współczynnik deterrównania-minacji R2 pozwolił określić dokładność dopasowania wybranych równań do danych doświadczalnych.
OMóWIENIE I DYSKUSJA WYNIKóW
W tabeli 1 zestawiono wyniki pomiarów aktywności wody i zawartości wody w badanych świeżych warzywach. Średnia aktywność wody świeżych warzyw kształtowała się w prze-dziale od 0,963 do 0,981. Najniższą wartość aktywności wody posiadała pietruszka (korzeń) 0,963 ±0,002, a najwyższą war-tość kapusta głowiasta czerwona 0,981 ±0,001. Określony poziom aktywności wody w badanych świeżych warzywach klasyfikował je w grupie żywności wilgotnej (przedział ak-tywności wody 1,00 – 0,90) [4].
Tabela 1. Aktywność wody i zawartość wody świeżych wa-rzyw
Table 1. Water activity and water content of fresh vege-tables
Lp. Rodzaj warzywa Aktywność wody
[ - ]
Zawartość wody
[%]
1. Brokuły 0,974 ±0,005 92,09 ±0,01
2. Brukselka 0,974 ±0,002 85,70 ±0,20
3. Burak ćwikłowy 0,968 ±0,001 81,95 ±0,13
4. Cebula 0,978 ±0,002 89,13 ±0,02
5. Dynia 0,973 ±0,001 89,01 ±0,42
6. Kalafiory 0,974 ±0,001 91,17 ±0,12
7. Kapusta głowiasta biała 0,977 ±0,001 90,66 ±0,16 8. Kapusta głowiasta czerwona 0,981 ±0,001 90,11 ±0,01
9. Marchew 0,980 ±0,004 87,36 ±0,08
10. Ogórek długi szklarniowy 0,979 ±0,001 94,81 ±0,47 11. Papryka czerwona 0,972 ±0,004 90,23 ±0,38 12. Pietruszka korzeń 0,963 ±0,002 77,86 ±0,45 13. Pomidor koktajlowy 0,978 ±0,001 90,74 ±0,31
14. Pory 0,973 ±0,002 92,02 ±0,17
15. Rzodkiewki 0,979 ±0,001 94,84 ±0,37
16. Selery 0,978 ±0,001 92,09 ±0,07
17. Ziemniaki 0,980 ±0,001 81,53 ±0,24 Źródło: Badania własne
Source: The own study
Klasyfikując warzywa pod względem ich trwałości można zauważyć pewne zależności. W warzywach nietrwałych, dla których okres trwałości wynosi od kilku do kilkunastu dni i do których należą: ogórek długi szklarniowy, pomidor koktajlo-wy i rzodkiewka, wartość aktywności wody była niemal iden-tyczna. Wyniosła on odpowiednio dla ogórka 0,979 ±0,001, dla pomidora 0,978 ±0,001 oraz dla rzodkiewki 0,979 ±0,001.
Ponadto średnia zawartość wody w tych warzywach była na zbliżonym poziomie, wynosząc odpowiednio 94,81; 90,74 i 94,84 %. Warzywa o średniej trwałości, do których można zaliczyć: brokuły, brukselkę, dynię i kalafiory, również cha-rakteryzowały się zbliżonymi wartościami aktywności wody, nieznacznie mniejszymi od warzyw nietrwałych. Wyniosły one odpowiednio dla brokułów 0,974 ±0,005, dla brukselki
0,974 ±0,002, dla kalafiorów 0,974 ±0,001 i dla dyni 0,973
±0,001. Natomiast średnia zawartość wody w tych warzywach była nieco bardziej zróżnicowana i wyniosła odpowiednio:
92,09; 85,70; 91,17 i 89,01 %. Z kolei warzywa zaliczane do trwałych, czyli: buraki ćwikłowe, cebula, kapusta głowiasta biała, kapusta głowiasta czerwona, marchew, papryka czerwo-na, pietruszka (korzeń), pory, selery i ziemniaki nie wykazały ścisłych zależności między aktywnością wody i zawartością wody. Średnia aktywność wody kształtowała się na poziomie od 0,963 (korzeń pietruszki) do 0,981 (kapusta głowiasta czer-wona), a średnia zawartości wody od 77,86 % (korzeń pie-truszki) do 92,09 % (selery).
Wśród warzyw okopowych (buraki ćwikłowe, marchew, pietruszka, rzodkiewki, selery, ziemniaki) najwyższą wartość aktywności wody stwierdzono dla marchwi (0,980 ±0,004) i dla ziemniaków (0,980 ±0,001), a najmniejszą dla pietrusz-ki (0,963 ±0,002). Natomiast najwyższą średnią zawartością wody charakteryzowały się rzodkiewki (94,84 %), a najniższą pietruszka (77,86 %).
Zmierzone wartości aktywności wody dla marchwi, ogór-ków, pomidorów i ziemniaków porównano z wartościami ak-tywności wody podanymi w literaturze [6]. Okazało się, że wartości zmierzonej aktywności wody dla w/w warzyw były nieznacznie mniejsze od 0,003 do 0,013 jednostki aktywności wody.
Ogólnie, nie stwierdzono silnej zależności między zawar-tością wody, a jej aktywnością dla badanych świeżych wa-rzyw. Wydaje się, że decydujący wpływ na wartość aktywno-ści wody warzyw miał stan wody w tych materiałach. O stanie wody w materiale decyduje głównie jego skład chemiczny oraz struktura wewnętrzna. Obecność, głównie składników hydrofilowych zdolnych do wiązania cząsteczek wody w spo-sób jonowy i za pomocą wiązań wodorowych oraz ich stan termodynamiczny decydowały o poziomie aktywności wody świeżych warzyw.
Wartości aktywności wody wszystkich badanych warzyw były powyżej 0,96, tym samym możliwy był praktycznie roz-wój wszystkich grup drobnoustrojów, a aktywność wody na tym poziomie nie gwarantowała stabilności mikrobiologicz-nej warzyw [5].
Podjęto próbę opisania zależności aktywności wody od zawartości wody dwoma prostymi dwuparametrowymi rów-naniami matematycznymi. Na rysunkach 1 i 2 pokazano za-leżności aktywności wody (aw) od zawartości wody (W) dla wszystkich warzyw i dla warzyw okopowych (braki ćwikło-we, marchew, pietruszka, rzodkiewki, selery i ziemniaki). Na-tomiast w tabeli 2 zestawiono równania matematyczne wyko-rzystane do opisu zależności aktywności wody od zawartości wody.
We wszystkich badanych przypadkach zauważono ten-dencję wzrostu aktywności wody świeżych warzyw wraz ze wzrostem zawartości wody. Opis zależności aw od W rów-naniem linii prostej (równanie 1) był bardziej oczywisty dla warzyw okopowych. Świadczy o tym większa wartość współ-czynnika kierunkowego prostej (0,00075) oraz o ponad 54 % większa wartość współczynnika determinacji (R2).
Równanie 2 postaci aw = -a/W + b nieznacznie poprawniej opisywało zależność aktywności wody od zawartości wody wszystkich warzyw i warzyw okopowych. Świadczą o tym wyższe wartości współczynnika determinacji (tab. 2), tym
Rys. 1. Zależność aktywności wody od zawartości wody dla wszystkich warzyw (opisana równaniami 1 i 2).
Fig. 1. The dependence of water activity on water content for all vegetables (described in equation 1 and 2).
Źródło: Badania własne Source: The own study
Rys. 2. Zależność aktywności wody od zawartości wody dla warzyw okopowych (opisana równaniami 1 i 2).
Fig. 2. Dependence of water activity on the water content for root vegetables (described in equation 1 and 2).
Źródło: Badania własne Source: The own study
Tabela 2. Równania wykorzystane do opisu zależności ak-tywności wody od zawartości wody
Table 2. Equation used to describe the relationship be-tween water activity and water content
Równa-nie Wszystkie warzywa Warzywa okopowe 1 aw =0,00058⋅W +0,9236
R2 = 0,2758
9096 , 0 00075 ,
0 ⋅ +
= W
aw
R2 = 0,4242 2 =−4,4388+1,0253
aw W
R2 = 0,2903
0423 , 7961 1 ,
5 +
−
= W
aw
R2 = 0,4541 Źródło: Badania własne
Source: The own study
niemniej, wartości współczynnika determinacji na poziomie poniżej 0,5 mogą świadczyć o słabej zależności między ak-tywnością i zawartością wody dla badanych warzyw.
WNIOSKI
1. Wszystkie badane warzywa charakteryzowały się wysoką wartością aktywności wody, przekraczającą poziom 0,96.
2. Średnia aktywność wody wszystkich badanych świeżych warzyw mieściła się w zakresie od 0,981 do 0,963, a śred-nia zawartość wody wyniosła od 94,84 % do 77,86 %.
3. Najwyższą aktywność wody posiadała kapusta głowia-sta czerwona 0,981 ±0,001 (W = 90,11 %), a najniższą aktywność wody stwierdzono w pietruszce 0,963 ±0,002 (W = 77,86 %).
4. Nie stwierdzono silnej zależności między zawartością wody, a jej aktywnością dla badanych warzyw. Zapropo-nowane proste równania matematyczne do opisu zależno-ści aktywnozależno-ści wody od zawartozależno-ści wody dla wszystkich warzyw i warzyw okopowych oraz obliczone wartości współczynników determinacji świadczyły o słabej zależ-ności aw od W.
LITERATURA
[1] AOAC 1996. „Official methods of analysis”. Associa-tion of Official Analitycal Chemists. Arlington, VA.
[2] LABUZA T.P. 1975. „Sorption phenomena in foods.
Theoretical and practical aspects”. In: Theory, Deter-mination and Control of Physical Properties of Food Materials (ed. C-K. Rha), D. Reidel Pub. Co., Boston:
197-2019.
[3] LEWICKI P.P. 2004. „Water as the determinant of food engineering properties. A review”. Journal of Food En-gineering 61(4): 483-495.
[4] PAŁACHA Z. 2010. „Właściwości sorpcyjne”. W:
Właściwości fizyczne żywności (red. Z. Pałacha, I. Sit-kiewicz). Warszawa: WNT: 143-169.
[5] PAŁACHA Z. 2008. „Aktywność wody ważny para-metr trwałości żywności”. Przemysł Spożywczy 62(4):
22-26.
[6] PAŁACHA Z., A. LENART 2018. „Rola wody w ności”. W: Chemia żywności. Główne składniki żyw-ności (red. Z.E. Sikorski, H. Staroszczyk). Warszawa:
PWN: 35-66.
[7] PAŁACHA Z., M. MAKAREWICZ 2011. „Aktyw-ność wody wybranych grup produktów spożywczych”.
Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 21/39(2):
24-29.
[8] RAHMAN M.S. 2010. „Food stability determination by macro-micro region concept in the state diagram and by defining critical temperature”. Journal of Food Engi-neering 99: 402-416.
[9] RAHMAN M.S., T.P. LABUZA 1999. „Water activity and food preservation”. In: Handbook of Food Preser-vation (ed. M.S. Rahman), Marcel Dekker, New York:
339-382.
[10] SCOTT W.J. 1953. „Water relations of Staphylococcus aureus at 30oC”. Australian Journal of Biology Sciences 6: 549-564.
[11] SCOTT W.J. 1957. „Water relations of food spoilage microorganisms”. Advances in Food Research 7: 83-124.
WSTĘP
Chleb zaczęto wypiekać już około 12 tysięcy lat temu.
Początkowo był on symbolem dobrobytu, ze względu na to, iż mogli sobie na niego pozwolić jedynie ludzie bogaci lub o wysokim statusie społecznym. Pierwsza jego forma nie przy-pominała współczesnego bochenka, lecz mazistą mieszankę składającą się z mąki i zbóż: prosa, pszenicy, żyta. Wypiek odbywał się za pomocą rozgrzanych kamieni lub gorącego popiołu albo węgla. Z biegiem lat szukano lepszych, bardziej praktycznych rozwiązań. Odkrycie żelaza było przełomem w piekarnictwie, ponieważ zaczęto wytwarzać pierwsze bla-chy do pieczenia. Ułatwiało to wypiek. W kolejnych latach nastąpił rozwój pieców oraz narzędzi pomocniczych, które są stale udoskonalane, aby ułatwić pracę w piekarni i oszczędzić zużycie energii. Większość prac ręcznych zostało zastąpione pracą maszyn. Obecnie, jeśli zakład nie ma ograniczeń finan-sowych, firmy zaopatrują się w nowoczesne, zmechanizowa-ne linie produkcyjzmechanizowa-ne [1,3].
Celem artykułu jest przedstawienie możliwości opty-malizacji i symulacji procesów produkcyjnych w małych zakładach piekarskich z wykorzystaniem nowoczesnych programów komputerowych na przykładzie dostępnych publikacji naukowych oraz badań własnych.
Mgr inż. Ewelina MASIARZ
Dr hab. inż. Hanna KOWALSKA, prof. SGGW
Katedra Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji, Wydział Nauk o Żywności Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie