vandaktivitet

Vandaktivitet er et begreb, der indgår i vurderingen af fødevarers holdbarhed, og sænkning af vandaktivitet danner grundlaget for flere konserveringsmetoder. Vandaktivitet indgår også i vurdering af indeklima og planters vækstmiljø, og udtrykkes her oftest som relativ fugtighed.

Vandaktivitet (aw) betegner den frie og dermed aktive del af det totale indhold af vand i fødevarer og andre biologiske, fysiske eller kemiske systemer. Ikke frit vand er bundet til kulhydrater og proteiner eller bundet som krystalvand.

For fødevarer er indhold af frit og dermed aktivt vand afgørende for fødevarens holdbarhed snarere end det totale vandindhold. Indholdet af aktivt vand udtrykt som vandaktivitet anvendes derfor til at karakterisere friske fødevarer i relation til deres holdbarhed før, under og efter tørring eller anden form for konservering som frysning, saltning og sukkersyltning. Tørring, frysning, saltning og sukkersyltning er alle metoder til at sænke vandaktiviteten og dermed forlænge fødevarens holdbarhed.

Vandaktivitet og relativ fugtighed

Vandaktivitet, aw, af en fødevare og andre biologiske eller kemiske systemer er forholdet mellem vanddamptrykket af vand over produktet, p(H2O), og damptrykket over rent vand ved samme temperatur, p°(H2O)

aw = p(H2O)/p°(H2O)

Vandaktivitet varierer mellem 0 og 1 og er relateret til relativ fugtighed, RF, gennem

RF = 100 × aw %

der varierer mellem 0 % og 100%.

Typisk vandindhold og vandaktivitet i fødevarer

Fødevare Vandindhold Vandaktivitet
Ost 37% 0,97
Frugtkonserves 28% 0,88
Salami 30% 0,83
Tørret frugt 18% 0,76
Honning 20% 0,75
Tørret pasta 12% 0,50

Måling af vandaktivitet

Vandaktivitet måles ved damptrykmålinger ved statiske, dynamiske eller isopiestiske metoder. De to første metoder er absolutte metoder, mens isopiestiske metoder er relative metoder, som bygger på sammenligning med standarder kalibreret ved en af de absolutte metoder.

Ved statisk bestemmelse lader man fødevaren etablere ligevægt med fødevarens vanddamp ved en given temperatur, hvorefter damptrykket måles direkte med et manometer og udtrykkes relativt til rent vands damptryk ved samme temperatur.

De dynamiske metoder er ofte nemmere at anvende i praksis for fødevarer. Man lader en tør, inaktiv gas passere i serie gennem glas med (1) rent vand, (2) et tørringsmiddel, (3) den findelte fødevare, og (4) et nyt tørringsmiddel ved en given temperatur. Vandmængden absorberet af første tørringsmiddel er da proportionalt med damptrykket af rent vand, og mængden absorberet af andet tørringsmiddel er proportionalt med damptrykket af fødevaren. Forholdet mellem de to damptryk angiver nu vandaktiviteten i fødevaren.

Ved isopiestiske målinger sammenlignes i en lukket og termostateret beholder vægten af en skål med en vandaktivtetsstandard med vægten af skål med fødevaren før og efter ligevægtsindstilling mellem de to skåle. Fra den af de to skåle med højest vandaktivitet vil der overføres vand til den anden skål. Fra vægttab og vægtøgning kan vandaktiviteten i fødevaren bestemmes med kendskab til vandaktiviteten i skålen med standardopløsning. Vandige opløsninger af en række salte som natriumklorid fungerer som standarder, da deres damptryk ved forskellig koncentration og temperatur har været undersøgt ved en af de absolutte metoder.

Vandaktivitetspapir

Mættede vandige saltopløsninger anvendes som "damptrykbuffere" og som standarder ved forskellige orienterende metoder til måling af vandaktivitet. En af disse orienterende metoder er måling med "vandaktivitetspapir", der er filtrerpapir mættet med opløsninger af salte med forskellig hygroskopicitet i adskilte felter på filtrerpapiret. "Vandaktivitetspapir" anbringes i en lukket beholder sammen med fødevaren, hvis vandaktivitet, man ønsker at bestemme. Ved at konstatere, hvilke salte, der befugtes, fastlægges vandaktiviteten, og metoden bygger således på det isopiestiske måleprincip.

Hygrometre til måling af relativ luftfugtighed kan også anvendes til denne type måling i lukkede beholdere sammen med den findelte fødevare.

Damptrykmålinger

Som standarder for damptrykmålinger anvendes mættede vandige opløsninger af forskellige salte. Mættet natriumklorid har vandaktiviteten 0,75 og mættet magnesiumklorid har vandaktiviteten 0,33 ved 25 °C og er blandt de mest anvendte i praksis, da disse salte er ugiftige. Damptrykket af mættede opløsninger påvirkes ikke af fordampning eller kondensation af vand under målingen, sålænge en fast fase af salt er i ligevægt med opløsningen, der dermed forbliver mættet.

Konserveringsmetoder for fødevarer

Konservering af fødevarer kan foregå ved tørring af fødevaren eller ved tilsætning af sukker eller salt til fødevaren og sænkning af vandaktiviteten til under den minimale vandaktivit, de enkelte grupper af mikroorganismer kræver for vækst.

Sukrose, der er almindeligt sukker, binder vand i opløsning og sænker dermed vandaktiviteten. Salt bliver i vand til natrium-ioner og klorid-ioner, der begge binder vand, og salt er dermed effektiv til at sænke vandaktiviteten.

Mikroorganismers minimumskrav til vandaktivitet for vækst

Mikroorgansime Minimum vandaktivitet
Bakterier generelt 0,91
Gær generelt 0,88
Mug generelt 0,80
Halofile bakterier 0,75
Xerofil mug 0,65
Osmofil gær 0,60

Halofile bakterier er "salt-elskende" og kan vokse selv i mættede opløsninger af natriumklorid. Xerofil mug kan vokse under ekstremt tørre betingelser, og osmofil gær kan vokse udsat for højt osmotisk tryk i koncentrerede sukkeropløsninger.

Saltning

Da mættede vandige opløsninger af NaCl har aw = 0,75, kan bakterier, gær og mug generelt ikke vokse i saltede produkter som sild nedlagt i mættede saltopløsninger. Halofile bakterier kan vokse i mættede saltopløsninger, hvilket kendes fra tønder med sild nedlagt i salt.

Syltning

En mættet vandig opløsning af sukker i vand har vandaktiviteten 0,87. Syltetøj fremstilles typisk af en del frisk frugt og en del sukker. Ved syltning med sukker sænkes vandaktiviteten derfor til under 0,90, hvilket bremser vækst af bakterier, men i mindre grad eller slet ikke vækst af mug og gær.

Vandaktivitet af fødevarer

Mælkepulver
Mælkepulver med aw omkring 0,3 ved 60 °C. Maillard reaktion og bruning fremmes af den lave vandaktivitet og høje temperatur allerede efter få dage.
Mælkepulver
Af .
Licens: CC BY SA 3.0

Fersk kød har vandaktiviteten 0,98 og salami og lignende saltede kødprodukter har vandaktiviteten 0,83. Bakterier kan derfor vokse og fordærve fersk kød, men normalt ikke saltede kødprodukter.

Frisk frugt har vandaktivitet tæt på 1, mens frugtkonserves har vandaktiviteten 0,88 afhængig af sukkerindholdet, og tørret frugt har vandaktiviteten 0,76. Syltetøj og marmelade er dermed beskyttet mod de fleste bakterier, men ikke mod vækst af gær. Kunstige sødestoffer, der anvendes som erstatning for sukker i "light" produkter, sænker ikke vandaktiviteten, og yder derfor ikke denne beskyttelse.

Honning har vandaktiviteten 0,75, og den lave vandaktivitet fremmer Maillard reaktioner, hvilket ses som brunfarvning af honning ved opbevaring.

Ikke-enzymatisk bruning forløber hurtigst ved vandaktivitet omkring 0,75, og derfor bliver vindruer og blommer brune, når de tørres til rosiner og svesker.

Oxidation af lipider og harskning har et minimum omkring vandaktiviteten 0,3 og forløber hurtigere både ved højere vandaktivitet og fremmes ved lavere vandaktivitet i helt tørre fødevarer. For de fleste enzymer falder enzymaktiviteten med faldende vandaktivitet.

Vandaktivitet stiger med stigende temperatur

Vandaktivitet

Vandaktivitet af fødevarer stiger med stigende temperatur, fordi vands fordampningsvarme, her udtryk som fordampningsenthalpien, ΔHVAP, er numerisk mindre end desportionsvarmen, ΔHDESORP. Overførsel af vand fra fødevare til rent vand kræver derfor tilførsel af varme og fremmes af opvarmning. For den absolutte temperatur udtrykt som grader Kelvin med T2 større end T1 bliver aw(T2) derfor større end aw(T1). Vandaktiviteten stiger med stigende temperatur.

Vandaktivitet
Af .
Licens: CC BY SA 3.0

Vandaktivitet stiger med stigende temperatur, fordi vands fordampningsvarme er mindre end den varmemængde, der kræves for at frigøre vand bundet i fødevarer. Fordampningsvarme og desorptionsvarme udtrykkes normalt som ændring i enthalpi for de to processer relateret til overførsel af vand fra fødevaren til rent vand ΔHVAP og ΔHDESORP.

Vandaktivitet af frosne fødevarer

For frosne fødevarer anvendes underafkølet vand som standard for vandaktivitet. Vandaktivitet i fødevarer ved temperaturer under frysepunktet med en fast fase af is er derfor forholdet mellem damptrykket af is og damptrykket af underafkølet vand ved den aktuelle temperatur. Vandaktiviteten af frosne fødevarer er derfor uafhængig af sammensætningen af den frosne fødevare, sålænge den frosne fødevare indeholder is. Ved 0 °C er aw = 1,00, ved -20 °C er aw= 0,82 og ved -50 °C er aw = 0,62. Vandaktivitet af frosne fødevarer falder med faldende temperatur for indfrysning, hvilket er en del af forklaringen på den bedre holdbarhed ved de lavere frysetemperaturer.

Colligative egenskaber og vandaktivitet

Sammen med damptryksformindskelse benævnes osmotisk tryk, frysepunktssænkning og kogepunktsforhøjelse colligative egenskaber. For vandholdige fødevarer er colligative egenskaber alle knyttet til formindskelse af vandaktiviteten i fødevaren.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig

Fagansvarlig for Fødevarevidenskab

Leif H. Skibsted
Professor emeritus, Københavns Universitet