38 Veden aktiivisuus on oleellinen tekijä elintarvikkeiden säilyvyydelle

Elintarvikkeiden säilyvyyden kannalta tärkeämpi tekijä on elintarvikkeen veden aktiivisuus kuin sen vesipitoisuus. Veden aktiivisuus kertoo, käyttäytyykö elintarvikkeessa oleva vesi lähes kuten puhdas vesi vai onko vesi sitoutunut elintarvikkeeseen.
n Elintarvikkeen veden aktiivisuus ei ole suoraan riippuvainen sen vesipitoisuudesta. Tämä johtuu siitä, että vesimolekyylit voivat sitoutua eri tavoin erilaisissa elintarvikkeissa. Jos materiaalissa on paljon vettä sitovia yhdisteitä tai molekyyliryhmiä, vesimolekyylit sitoutuvat materiaaliin lujemmin.
Myös elintarvikkeen rakenne vaikuttaa sen veden aktiivisuuteen. Kapillaareissa olevan veden aktiivisuus on matalampi kuin suoralla pinnalla olevan veden aktiivisuus. Jos esimerkiksi kahdella elintarvikkeella on täsmälleen sama vesipitoisuus, mutta ne poikkeavat toisistaan huokoisuudeltaan, niiden veden aktiivisuudet ovat erilaiset. Paljon pieniä huokosia sisältävän materiaalin veden aktiivisuus on matalampi kuin sellaisen materiaalin, jossa ei ole huokosia tai jossa on vain suurempia huokosia.

Veden aktiivisuus vaikuttaa laatumuutoksiin

Veden aktiivisuus vaikuttaa useiden elintarvikkeissa tapahtuvien laatuun vaikuttavien muutosten nopeuteen. Tällaisia muutoksia ovat esimerkiksi hapettuminen, ei-entsymaattinen ruskistuminen ja entsymaattiset muutokset (kuva).
Matalissa veden aktiivisuuksissa elintarvikkeen vesi on sitoutuneena rakenteeseen ja molekyylien liikkuvuus on vähäistä, joten erilaiset muutokset eivät pääse tapahtumaan materiaalissa. Esimerkiksi ei-entsymaattista ruskistumista ei tapahdu, koska pelkistävät sokerit ja aminoryhmät eivät pääse siirtymään toistensa läheisyyteen.
Veden aktiivisuus vaikuttaa myös elintarvikkeiden rakenteessa tapahtuviin muutoksiin. Jos veden aktiivisuus on korkea, elintarvikejauheet tahmeutuvat ja paakkuuntuvat ja keksit ja snack-tuotteet menettävät rapeutensa. Korkea veden aktiivisuus mahdollistaa myös mikrobitoiminnan, jos vain muut mikrobitoimintaan vaikuttavat tekijät (kuten lämpötila, pH ja hapen läsnäolo) ovat suotuisia.
Jos elintarvike koostuu erilaisista komponenteista, joilla on erilaiset veden aktiivisuudet, säilytyksen aikana tapahtuu veden siirtymistä. Vesi siirtyy kosteammasta komponentista kuivempaan, kunnes tasapainotila saavutetaan eli kaikkien komponenttien veden aktiivisuus on yhtä suuri.
Tällaista veden siirtymistä voi tapahtua esimerkiksi täytekekseissä, joissa täytteen veden aktiivisuus on korkeampi kuin keksiosien. Kannattaa siis varmistaa, että tasapainotilassa oleva täytekeksi edelleen täyttää laatuvaatimukset.

Veden aktiivisuuden hallinta elintarvikkeissa

Elintarvikkeiden veden aktiivisuutta alennetaan joko poistamalla tuotteesta vettä ja/tai lisäämällä tuotteeseen vettä sitovia yhdisteitä. Vettä voidaan poistaa esimerkiksi haihdutuksella, kuivauksella, jäädytyskonsentroinnilla, pakastamalla, sentrifugoimalla ja suodatuksella.
Vettä sitovien yhdisteiden käyttöä rajoittavat usein tuotteen laatuominaisuudet, sillä useat vettä sitovat yhdisteet vaikuttavat myös tuotteen makuun ja rakenteeseen.
Makuun vaikuttavia vettä sitovia yhdisteitä ovat mm. sokerit (kuten sakkaroosi, fruktoosi, glukoosi), polyolit (kuten sorbitoli, glyseroli, ksylitoli), suolat, hapot ja emäkset. Rakenteeseen ja suutuntumaan vaikuttavia, vettä sitovia yhdisteitä ovat mm. polysakkaridit ja proteiinit (esim. gelatiini).
Lämpötilaa laskemalla voidaan alentaa tuotteen veden aktiivisuutta.
On myös hyvä tiedostaa, että kun tuote on suljettu vesihöyryä läpäisemättömään pakkaukseen ja tuotteen säilytyslämpötila nousee, tuotteen veden aktiivisuus kasvaa. Elintarvikkeen veden pyrkimys tasapainotilaan täytyy muistaa myös sellaisissa tapauksissa, kun kyseessä on pakkaamaton tuote tai kuluttajan avaama tuotepakkaus. Veden siirtymistä tapahtuu, kunnes elintarvikkeen veden höyrynpaine on sama kuin elintarviketta ympäröivän ilman vesihöyrynpaine.
Jos pakkaamatonta tuotetta tai avattua pakkausta säilytetään esimerkiksi 80 %:n suhteellisessa kosteudessa, tuotteen veden aktiivisuus nousee 0,8:aan, jolloin tuotteessa voi tapahtua sen laatua pilaavia muutoksia.

Veden aktiivisuuden määrittäminen

Jos elintarvikemateriaali laitetaan pieneen suljettuun tilaan, elintarviketta ympäröivän ilman suhteellinen kosteus muuttuu, kunnes veden höyrynpaine ilmassa ja elintarvikkeessa on yhtä suuri (tällöin veden kemiallinen potentiaali on yhtä suuri kummassakin).
Useimmat veden aktiivisuuden määritysmenetelmät perustuvatkin tämän tasapainotilan muodostumiseen: elintarvikkeen veden aktiivisuus (aw) määritetään elintarviketta ympäröivän ilman suhteellisesta kosteudesta, jota kutsutaan tasapainotilan suhteelliseksi kosteudeksi (engl. equilibrium relative humidity eli ERH). Veden aktiivisuus saadaan jakamalla tasapainotilan suhteellinen kosteus sadalla, ja sen arvo vaihtelee välillä 0–1: aw = ERH/100.
Veden aktiivisuus on lämpötilasta riippuvainen ominaisuus: veden aktiivisuus kasvaa lämpötilan noustessa. Siksi on erittäin tärkeää suunnitella etukäteen (sekä raportoida), missä lämpötilassa elintarvikkeiden veden aktiivisuus mitataan.
Veden aktiivisuuden mittaamiseen on saatavilla useita erilaisia laitteita. Suurimmassa osassa lait-teita veden aktiivisuus määritetään materiaalia ympäröivän ilman suhteellisesta kosteudesta.
Suhteellisen kosteuden määritys voi perustua elektrolyyttien sähköisten ominaisuuksien muuttumiseen suhteellisen kosteuden muuttuessa tai kastepisteeseen. Useimmissa laitteissa veden aktiivisuus on mahdollisuus mitata lämpötilavälillä 15–35 °C. Laitetta hankkiessaan on hyvä tarkistaa, että laitteen veden aktiivisuus- ja lämpötila-alue on sopiva omiin sovelluksiin.
Mittaus tehdään käytännössä niin, että elintarvikemateriaalia laitetaan näyteastiaan ja näyteastia laitetaan tasapainottumaan mittauslämpötilaan. Näyteastia voidaan laittaa tasapainottumaan suoraan mittauslaitteen ilmatiiviiseen kammioon tai tiiviisti suljettu näyteastia voidaan laittaa tasapainottumaan mittauslämpötilaan esim. lämpökaappiin, ennen kuin näyteastia laitetaan aw-mittariin. Tällä voidaan lyhentää hieman tarvittavaa tasapainottumisaikaa.
Tasapainottumisaikaan vaikuttavat myös mittauskammion koko sekä näytemateriaalin rakenne (huokoisuus), partikkelikoko ja veden aktiivisuus.

Kirsi Jouppila
yliopistonlehtori, ETT
Helsingin yliopisto
Elintarviketeknologian laitos
kirsi.jouppila (at) helsinki.fi

Muut teemajutut samasta lehdestä nro 3 / 2006: