foodmetaFOOD METAENGINEERINGFOOD METAENGINEERING2949-6497All-Russian Dairy Research Institute10.37442/fme.2023.1.10foodmeta-10Research ArticleОригинальное эмпирическое исследованиеOriginal Empirical ResearchИсследование влияния низкотемпературного воздействия на активность воды пищевых продуктовInvestigation of the low-temperature exposure effect on the water activity of food productsЕрмолаевВладимир АлександровичErmolaevVladimir A.ermolaevvla@rambler.ruKuzbass State Agricultural Academy20230108202311917Copyright © Ермолаев В.А., 20232023Ермолаев В.А.Ermolaev V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fme-journal.org/jour/article/view/10Введение

Введение: Активность воды является интегральной характеристикой состояния влаги в продукте, по которой можно оценивать правильность протекания тех или иных технологических процессов, а также прогнозировать сроки хранения продукта. Существующие исследования активности воды в пищевых продуктах проводились по большей части для положительного температурного диапазона. Исследованиям влияния низкотемпературного воздействия на активность воды уделялось мало внимания.

Цель

Цель: Статья посвящена исследованию активности воды в пищевых продуктах при различной температуре. Подобный подход позволит прогнозировать сроки хранения пищевых продуктов, а также оптимизирует разработку методов контроля функционально-технологических характеристик пищевого сырья.

Материалы и методы

Материалы и методы: В качестве объектов исследований выступали: говядина охлажденная согласно ГОСТ Р 52427-2005, свинина охлажденная, баранина охлажденная, огурцы свежие, морковь свежая, томаты свежие, зелень петрушки свежей, зелень укропа, зелень лука зеленого. Для анализа активности воды в объектах исследования использовались две установки: спроектированная в Кузбасской государственной сельскохозяйственной академии и анализатор активности воды LabSwift-aw. Опыты проводили для свежих, охлаждённых и замороженных продуктов при различной температуре.

Результаты

Результаты: Представлена конструкция самодельной установки, которая может использоваться для измерения активности воды. Опытным путем доказана точность измерения данной установки. Проведен анализ активности воды в свежих, охлажденных и замороженных продуктах. Активность воды свежих продуктов находилась в пределах 0,954-0,995. Обнаружено, что при одном и том же содержании влаги активность воды может несколько различаться, что обусловлено различием в химическом составе продукта и содержании солей. Установлено, что охлаждение продуктов с 22 до 6°С приводит к снижению активности воды в среднем на 2%. Замораживание до температуры -5°С влечет за собой дальнейшее уменьшение активности воды в среднем на 0,03 ед. Понижение температуры замораживания с -5°С до -10°С, -20°С, -30°С и -40°С обуславливает уменьшение активности воды в среднем на 0,04; 0,07; 0,06 и 0,05 единиц соответственно. На основании опытных данных выведены математические зависимости активности воды от температуры замораживания для всех исследуемых продуктов.

Выводы

Выводы:  Активность воды имеет важное теоретическое и прикладное значение, а полученные результаты исследований могут быть полезны при прогнозировании сроков хранения пищевых продуктов и разработки методов контроля функционально-технологических характеристик пищевого сырья.

Introduction

Introduction: The activity of water is an integral characteristic of the moisture condition in a product, by which one can assess the correctness of various technological processes, as well as predict the shelf life of the product. Existing studies on the activity of water in food products were conducted mostly for the positive temperature range. Little attention was paid to the study of the effects of low-temperature exposure on water activity.

Purpose

Purpose: The article is devoted to the study of water activity in food products at various temperatures. Such an approach will allow predicting the shelf life of food products and optimizing the development of methods for controlling the functional and technological characteristics of food raw materials.

Materials and Methods

Materials and Methods: The objects of research were: beef chilled according to GOST R 52427-2005, chilled pork, chilled mutton, fresh cucumbers, fresh carrots, fresh tomatoes, fresh parsley greens, dill greens, green onion greens. Two installations were used to analyze the water activity in the research objects: designed at the Kuzbass State Agricultural Academy, and the LabSwift-aw water activity analyzer. Experiments were conducted for fresh, chilled, and frozen products at various temperatures.

Results

Results: A design of a homemade installation that can be used to measure water activity is presented. The accuracy of this installation's measurements is experimentally proven. An analysis of water activity in fresh, chilled, and frozen products has been conducted. The water activity of fresh products was within the range of 0.954-0.995. It was found that with the same moisture content, the water activity can vary slightly, which is due to the difference in the chemical composition of the product and the salt content. It was established that chilling products from 22 to 6°C leads to a decrease in water activity by an average of 2%. Freezing to a temperature of -5°C results in a further reduction of water activity by an average of 0.03 units. Lowering the freezing temperature from -5°C to -10°C, -20°C, -30°C, and -40°C results in a reduction of water activity by an average of 0.04, 0.07, 0.06, and 0.05 units, respectively. Based on experimental data, mathematical dependencies of water activity on the freezing temperature for all studied products were derived.

Conclusion

Conclusion: Water activity has important theoretical and practical significance, and the results of the research can be useful in predicting the shelf life of food products and developing methods to control the functional and technological characteristics of food raw materials.

замораживаниеактивность водыпищевые продуктыустановкаfreezingwater activityfoodinstallationReferencesЕрмолаев, В. А., Шушпанников, А. Б. (2010). Исследование показателя активности воды сухих молочных продуктов. Техника и технология пищевых производств, 2(17), 84-88.Ермолаев, В. А., Шушпанников, А. Б. (2010). Исследование показателя активности воды сухих молочных продуктов. Техника и технология пищевых производств, 2(17), 84-88.Макарова Г. В. (2018). Роль барьера "активность воды" в управлении безопасностью пищевых продуктов Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства, 20, 224-227.Макарова Г. В. (2018). Роль барьера "активность воды" в управлении безопасностью пищевых продуктов Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства, 20, 224-227.Марков Ю. Ф. (2020). Показатель активности воды и его применение при оптимизации процесса холодного копчения рыбы Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания, 4, 160-164.Марков Ю. Ф. (2020). Показатель активности воды и его применение при оптимизации процесса холодного копчения рыбы Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания, 4, 160-164.Остров, Н. (2021). Прогнозирование сроков годности мясопродуктов. Активность воды. Мясной ряд, 2(84), 48-49.Остров, Н. (2021). Прогнозирование сроков годности мясопродуктов. Активность воды. Мясной ряд, 2(84), 48-49.Сафонова, Ю. А., Жаркова, И. М., Баринов, А. С. (2017). Влияние активности воды на свойства сырья при хранении. Хлебопродукты, 12, 52-55.Сафонова, Ю. А., Жаркова, И. М., Баринов, А. С. (2017). Влияние активности воды на свойства сырья при хранении. Хлебопродукты, 12, 52-55.Степаненко, Е. И., Нехамкин, Б. Л. (2017). Активность воды на страже качества рыбной продукции. Контроль качества продукции, 10, 50-53.Степаненко, Е. И., Нехамкин, Б. Л. (2017). Активность воды на страже качества рыбной продукции. Контроль качества продукции, 10, 50-53.Степаненко, Е. И., Нехамкин, Б. Л. (2020). Влияние активности воды на стабилизацию качества соленой атлантической сельди в процессе хранения. Труды АтлантНИРО, 41(9), 187-194.Степаненко, Е. И., Нехамкин, Б. Л. (2020). Влияние активности воды на стабилизацию качества соленой атлантической сельди в процессе хранения. Труды АтлантНИРО, 41(9), 187-194.Танаков, Н. Т., Улугбекова, А. У. (2021). Изучение активности воды яблок сортов Кыргызской и Зарубежной селекции при хранении в условиях Ошской области Наука. Образование. Техника, 1(70), 59-66.Танаков, Н. Т., Улугбекова, А. У. (2021). Изучение активности воды яблок сортов Кыргызской и Зарубежной селекции при хранении в условиях Ошской области Наука. Образование. Техника, 1(70), 59-66.Эрлихман, В. Н., Фатыхов, Ю. А. (2018). Влияние связанной воды на ее активность при замораживании продуктов Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств, 4, 36-41.Эрлихман, В. Н., Фатыхов, Ю. А. (2018). Влияние связанной воды на ее активность при замораживании продуктов Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств, 4, 36-41.Эрлихман, В. Н., Фатыхов, Ю. А. (2018). Методика расчета скорости усушки пищевого продукта в зависимости от активности воды в процессах холодильной технологии Вестник Международной академии холода, 4, 10-14.Эрлихман, В. Н., Фатыхов, Ю. А. (2018). Методика расчета скорости усушки пищевого продукта в зависимости от активности воды в процессах холодильной технологии Вестник Международной академии холода, 4, 10-14.Angamuthu, M., Shankar, V. K., & Murthy, S. N. (2018). Water activity and its significance in topical dosage forms. Journal of Pharmaceutical Sciences, 107(6), 1656-1666. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2018.02.013Angamuthu, M., Shankar, V. K., & Murthy, S. N. (2018). Water activity and its significance in topical dosage forms. Journal of Pharmaceutical Sciences, 107(6), 1656-1666. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2018.02.013Chen, C. (2019). Relationship between Water Activity and Moisture Content in Floral Honey. Foods, 8(30). https://doi.org/10.3390/foods8010030Chen, C. (2019). Relationship between Water Activity and Moisture Content in Floral Honey. Foods, 8(30). https://doi.org/10.3390/foods8010030Leygonie, C., Britz, T. J., & Hoffman, L. C. (2012). Impact of freezing and thawing on the quality of meat: Review. Meat Science, 91, 93-98. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2012.01.013Leygonie, C., Britz, T. J., & Hoffman, L. C. (2012). Impact of freezing and thawing on the quality of meat: Review. Meat Science, 91, 93-98. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2012.01.013Mathlouthi, M. (2001). Water content, water activity, water structure and the stability of foodstuffs. Food Control, 12(7), 409-417. https://doi.org/10.1016/S0956-7135(01)00032-9Mathlouthi, M. (2001). Water content, water activity, water structure and the stability of foodstuffs. Food Control, 12(7), 409-417. https://doi.org/10.1016/S0956-7135(01)00032-9Miyawaki, O. (2018). Water and freezing in food. Food Science and Technology Research, 24, 1-21. https://doi.org/10.3136/fstr.24.1Miyawaki, O. (2018). Water and freezing in food. Food Science and Technology Research, 24, 1-21. https://doi.org/10.3136/fstr.24.1Morasi, R. M., Alonso, V. P. P., Silva, N. C. C., Rall, V. L. M., & Dantas, S. T. A. (2022). Salmonella spp. in low water activity food: Occurrence, survival mechanisms, and thermoresistance. Journal of Food Science, 87(6), 2310-2323. https://doi.org/10.1111/1750-3841.16152Morasi, R. M., Alonso, V. P. P., Silva, N. C. C., Rall, V. L. M., & Dantas, S. T. A. (2022). Salmonella spp. in low water activity food: Occurrence, survival mechanisms, and thermoresistance. Journal of Food Science, 87(6), 2310-2323. https://doi.org/10.1111/1750-3841.16152Plotnikova, I. V., Zharkova, I. M., Magomedov, G. O., Magomedov, M. G., Khvostov, A. A., & Miroshnichenko, E. N. (2021). Forecasting and quality control of confectionery products with the use of “water activity” indicator. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "International Conference on Production and Processing of Agricultural Raw Materials - Quality Management and Manufacturing Execution in Agricultural Processing" (vol. 640, 062003). IOP Publishing Ltd. https://doi.org/10.1088/1755-1315/640/6/062003Plotnikova, I. V., Zharkova, I. M., Magomedov, G. O., Magomedov, M. G., Khvostov, A. A., & Miroshnichenko, E. N. (2021). Forecasting and quality control of confectionery products with the use of “water activity” indicator. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "International Conference on Production and Processing of Agricultural Raw Materials - Quality Management and Manufacturing Execution in Agricultural Processing" (vol. 640, 062003). IOP Publishing Ltd. https://doi.org/10.1088/1755-1315/640/6/062003Racchi I., Scaramuzza N., Hidalgo A., & Berni E. (2020). Combined effect of water activity and ph on the growth of food-related ascospore-forming molds. Annals of Microbiology, 70(1), 1-9. https://doi.org/10.1186/s13213-020-01612-6Racchi I., Scaramuzza N., Hidalgo A., & Berni E. (2020). Combined effect of water activity and ph on the growth of food-related ascospore-forming molds. Annals of Microbiology, 70(1), 1-9. https://doi.org/10.1186/s13213-020-01612-6Sandulachi, E. (2012). Water activity concept and its role in food preservation. Meridian Engineering, 4, 40-48.Sandulachi, E. (2012). Water activity concept and its role in food preservation. Meridian Engineering, 4, 40-48.Silva, S. H., Lago, A. M. T., Rivera, F. P., Prado, M. E. T., Braga, R. A., & De resende, Ja. V. (2018). Measurement of water activities of foods at different temperatures using biospeckle laser. Journal of Food Measurement and Characterization, 12(3), 2230-2239. https://doi.org/10.1007/s11694-018-9839-8Silva, S. H., Lago, A. M. T., Rivera, F. P., Prado, M. E. T., Braga, R. A., & De resende, Ja. V. (2018). Measurement of water activities of foods at different temperatures using biospeckle laser. Journal of Food Measurement and Characterization, 12(3), 2230-2239. https://doi.org/10.1007/s11694-018-9839-8Tarafdar, A., Shahi, N. Ch., Singh, A., & Sirohi, R. (2018). Artificial neural network modeling of water activity: A low energy approach to freeze drying. Food and Bioprocess Technology, 11(1), 164-171. https://doi.org/10.1016/S0167-7012(00)00201-3Tarafdar, A., Shahi, N. Ch., Singh, A., & Sirohi, R. (2018). Artificial neural network modeling of water activity: A low energy approach to freeze drying. Food and Bioprocess Technology, 11(1), 164-171. https://doi.org/10.1016/S0167-7012(00)00201-3Yang, R., Guan, J., Sun, S., Sablani, S.S., & Tang, J. (2020). Understanding water activity change in oil with temperature. Current Research in Food Science, 14(3), 158-165. https://doi.org/10.1016/j.crfs.2020.04.001Yang, R., Guan, J., Sun, S., Sablani, S.S., & Tang, J. (2020). Understanding water activity change in oil with temperature. Current Research in Food Science, 14(3), 158-165. https://doi.org/10.1016/j.crfs.2020.04.001

The authors declare that there are no conflicts of interest present.