ΘΕΡΜΟΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ

ΘΕΡΜΟΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χηµικών Μηχανικών Εργαστήριο Χηµείας και Τεχνολογίας Τροφίµων 2 Η µελέτη και ο σχεδιασµός όλων των διεργασιών των τροφίµων απαιτούν τη γνώση των θερµοφυσικών ιδιοτήτων τους. Τα τρόφιµα είναι γενικά ανοµοιογενή υλικά, µε κύρια συστατικά το νερό, τις πρωτεΐνες, τους υδατάνθρακες και τα λιπαρά. Οι ιδιότητές τους εξαρτώνται άµεσα από τη σύστασή τους. Η µακροδοµή τωντροφίµων, π.χ. το πορώδες, το µέγεθος και το σχήµα των σωµατιδίων στα στερεά ή ηµιστερεά τρόφιµα, το µέγεθος των σταγονιδίων ή διασπαρµένων σωµατιδίων και η περιεκτικότητά τους (v/v) σε υγρά τρόφιµα επηρεάζει επίσης τις ιδιότητές τους. ΘΕΡΜΟΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ 2

n m m i 3 i Οι θερµοφυσικές ιδιότητες των τροφίµων µπορούν να µετρηθούν µε διάφορες πειραµατικές τεχνικές ή να υπολογισθούν κατά προσέγγιση µε βάσητησύστασηκαιτηδοµή τους και βιβλιογραφικά δεδοµένα των ιδιοτήτων των επί µέρους συστατικών. Η απλούστερη παραδοχή θεωρεί ότι το τρόφιµο αποτελείταιαπόn συστατικά, χωρίς αλληλεπιδράσεις οπότε η µάζα και ο όγκος αυτού αποδίδονται από τις σχέσεις: m n m i i n V i i Το κλάσµα µάζας κάθε συστατικού ορίζεται ως Yi: Y i και οι ιδιότητες του τροφίµου µπορούν να εκφρασθούν συναρτήσει των κλασµάτων µάζας και των ιδιοτήτων των επί µέρους συστατικών. Σε ορισµένες διεργασίες µπορεί να µεταβάλλεται η σύσταση ή/και η µακροδοµή του τροφίµου, π.χ. µε αποµάκρυνση ενός συστατικού, όπως του νερού κατά την ξήρανση, µε αλλαγή της κατάστασης ενός συστατικού, όπως πήξη του νερού κατά την κατάψυξη. Σε αυτές τις περιπτώσεις για τον υπολογισµό της µεταβολής των ιδιοτήτων του τροφίµου κατά την κατεργασία και του τελικού προϊόντος µπορούµε να θεωρήσουµε ως βασικά συστατικά του το νερό και τα λοιπά στερεά συστατικά. V m i m 3 Πυκνότητα 4 Ηπραγµατική πυκνότητα (true density) (ρ) ενός τροφίµου µπορεί να υπολογισθεί από τις πυκνότητες των επί µέρους συστατικών (ρi) µε βάσητακλάσµατα µάζας αυτών (Yi) ως: ρ Η πυκνότητα ενός συστατικού (substance density) είναι η µετρούµενη πυκνότητα αυτού σε µορφή που δεν περιέχει καθόλου πόρους (π.χ. µετά από άλεση σε πολύ µικρά σωµατίδια. Τιµές πυκνότητας των βασικών συστατικών των τροφίµων δίνονται στον Πίνακα n i Y i ρ i 4

5 Συστατικό Συµβολισµός Πυκνότητα (g/m 3 ) Ειδική θερµότητα (J/g) Θερµική αγωγιµότητα (W/m C) Νερό w 000 4.8 0.58-0.60 Πρωτεΐνες p 400.55-2.00 0.8-0.30 Ζελατίνη ge 270 0.30 Υδατάνθρακες ca 500-670.42-.55 0.20-0.50 Άµυλο st 500 0.48 Σακχαρόζη su 588 0.30 Λιπαρά fa 900-950.67-.98 0.8 Ίνες fi 270-60.84 0.8 Ανόργανα as 2400 0.84-.09 0.33 πάγος I 97 2.0 2.22 αέρας a.24.00 0.020 5 6 Η φαινόµενη πυκνότητα (parent density) σχετίζεται µε το πορώδες ή φαινόµενο πορώδες (porosity) του υλικού: ε V a /V (4.5) όπου Va, V όγκος του υλικού (ολικός) και όγκος των πόρων, αντίστοιχα. Στην περίπτωση των τροφίµων υπάρχουν συχνά αλληλεπιδράσεις φάσεων και πρέπει στον υπολογισµό της φαινόµενης πυκνότητας να ληφθεί υπ όψιν και ο παράγοντας διόρθωσης του όγκου λόγω αυτών των αλληλεπιδράσεων: ε ex V ex /V (4.6) όπου Vex µεταβολή του όγκου που οφείλεται στις αλληλεπιδράσεις και µπορεί να είναι θετική ή αρνητική. Εποµένως µία γενικευµένη σχέση που µπορεί να αποδώσει τη φαινόµενη πυκνότητα του τροφίµου είναι η ρ m V ρv ρ( V V V V a Vex ) ρ( V ) ρ( ε ε ) Ο ακριβής ορισµός της φαινόµενης πυκνότητας είναι η πυκνότητα ενός υλικού που περιλαµβάνει όλο τον αέρα ή τα κενά διαστήµατα που σχηµατίζονται εντός του υλικού, και τα οποία ορίζουν το φαινόµενο πορώδες (parent porosity) του υλικού. Όταν ένα υλικό σωρεύεται ή συσκευάζεται χύµα δηµιουργούνται επί πλέον κενά αέρα που καθορίζουν το πορώδες της κλίνης του υλικού (bul porosity). Σε αυτή την περίπτωση το ολικό πορώδες είναι το άθροισµα των δύο ανωτέρω. Η πυκνότητα της κλίνης του υλικού (bul density) προσδιορίζεται από τη σχέση (4.6) µε βάση το ολικό πορώδες. ε V V ε V ex ex 6

7 Θερµικές Ιδιότητες Τροφίµων Θερµική αγωγιµότητα, Θερµική διαχυτότητα, α Ειδική θερµότητα, Cp 7 8 Θερµική αγωγιµότητα Ορίζεται ως το ποσό θερµότητας που µεταφέρεται µε αγωγή στη µονάδα του χρόνου διαµέσουτουυλικούεάνυπάρχει θερµοκρασιακή διαφορά Μονάδες µέτρησης : W/m C (S.I) Εκφράζει την ικανότητα του υλικού να άγει τη θερµότητα και αποτελεί ένα δείκτη της ταχύτητας κίνησης της θερµότητας σ ένα σώµα Εξαρτάται γενικά από τη χηµική σύσταση, τη δοµή, την υγρασία και τη θερµοκρασία 8

Η θερµική αγωγιµότητα των τροφίµων µεταβάλλεται µε τη σύσταση και στα ετερογενή τρόφιµα επηρεάζεται και από τη δοµή. Ιδιαίτερα τα ινώδη τρόφιµα (π.χ. κρέας) παρουσιάζουν θερµική αγωγιµότητα παράλληλα µε τιςίνες5-20% µεγαλύτερη από τη θερµική αγωγιµότητα κάθετα προς τις ίνες. Τιµές του συντελεστή θερµικής αγωγιµότητας των βασικών συστατικών των τροφίµων δίνονται στον Πίνακα 9 Γενικά, η θερµική αγωγιµότητα µειώνεται καθώς µειώνεται η υγρασία του τροφίµου, λόγω της µεγαλύτερης θερµικής αγωγιµότητας του νερού σε σύγκριση µε τα άλλα συστατικά. Στα ξηρά τρόφιµα η θερµική αγωγιµότητα µειώνεται απότοµα όταν αυξάνει το πορώδες. Η επίδραση του πορώδους στη θερµική αγωγιµότητα είναι πολύ πιο σύνθετη από την επίδρασή του στην πυκνότητα του τροφίµου. Αντίθετα η θερµική αγωγιµότητα αυξάνεται κατά την κατάψυξη καθώς ο πάγος έχει πολύ µεγαλύτερη θερµική αγωγιµότητα από το νερό (2.22 έναντι 0.57 W/m C). 9 0 Συστατικό Συµβολισµός Πυκνότητα (g/m 3 ) Ειδική θερµότητα (J/g) Θερµική αγωγιµότητα (W/m C) Νερό w 000 4.8 0.58-0.60 Πρωτεΐνες p 400.55-2.00 0.8-0.30 Ζελατίνη ge 270 0.30 Υδατάνθρακες ca 500-670.42-.55 0.20-0.50 Άµυλο st 500 0.48 Σακχαρόζη su 588 0.30 Λιπαρά fa 900-950.67-.98 0.8 Ίνες fi 270-60.84 0.8 Ανόργανα as 2400 0.84-.09 0.33 πάγος I 97 2.0 2.22 αέρας a.24.00 0.020 0

Ως πρώτη προσέγγιση των συντελεστών θερµικής αγωγιµότητας νωπών, και των αντίστοιχων κατεψυγµένων και αφυδατωµένων τροφίµων, µπορούν να θεωρηθούν οι εµπειρικοί κανόνες: νωπά τρόφιµα υγρασίας>30-40%: f 0.40-0.58 W/m C κατεψυγµένα τρόφιµα υγρασίας>30-40%: ff 2.5 f αφυδατωµένα τρόφιµα: df 0. f όπου f, ff, df συντελεστές θερµικής αγωγιµότητας του αρχικού, του κατεψυγµένου και του ξηρού τροφίµου Για τον ακριβέστερο υπολογισµό του συντελεστή θερµικής αγωγιµότητας έχουν διατυπωθεί διάφορες εξισώσεις µε βάση τη σύσταση του τροφίµου, οι οποίες έχουν καλύτερη ακρίβεια πρόβλεψης στα οµογενή υλικά. 2 Ο Sweat ανέπτυξε µία τέτοια εξίσωση, στηριζόµενος σε δεδοµένα από 430 υγρά και στερεά τρόφιµα, που έχει ικανοποιητική ακρίβεια: 0. 58Y + 055. Y + 0. 25Y + 035. Y + 06. Y w p ca as fa 2

Τρόφιµ ο Υγρασία (% ) Θερµ οκρασία ( C) Θερµ ική αγωγιµ ότητα (W /m C) Μήλα 85.6 2-36 0.393 Χυµ ός µήλου 87.4 20 0.559 87.4 80 0.632 36 20 0.389 36 80 0.436 Φράουλες (-4)-25 0.675 Πατάτες 8.5-32 0.554 Πήγµ α α µ ύλου πατάτας -67 0.040 Φασόλια 3-7 0.32 Σιτάρι 80 0.64 Αλεύρι σιταριού 8.8 43 0.450 65.5 0.689 Μέλι 2.6 2 0.502 80 2 0.344 4.8 69 0.623 80 69 0.45 Γάλα νωπό 37 0.530 Γάλα συµ πυκνωµ ένο 90 24 0.57 78 0.64 50 26 0.329 78 0.364 Γάλα σκόνη 4.2 39 0.49 Κρόκος αυγού 33 0.338 Λεύκωµ α αυγού 36 0.577 Αυγό κατεψυγµ ένο (-0)-(-6) 0.970 Βούτυρο 5 46 0.97 Ελαιόλαδο 5 0.89 Σπορέλαια 4-87 0.69 Βοδινό κάθετα στις ίνες 78.9 7 0.476 62 0.485 Βοδινό παράλληλα στις ίνες 78.7 8 0.43 6 0.447 Χοιρινό κάθετα στις ίνες 75. 6 0.488 60 0.540 Χοιρινό παράλληλα στις ίνες 75.9 4 0.443 3 3 Μέθοδοι Μέτρησης θερµικής αγωγιµότητας 4 Σε µόνιµες συνθήκες (Steady-state) Μέθοδος Θερµαινόµενης Επιφάνειας (Guarded hot plate) Μέθοδος οµόκεντρων κυλίνδρων (Concentric cylinder method) Μέθοδος οµόκεντρης σφαίρας (Concentric sphere method) Μη µόνιµης κατάστασης (Transient techniques) Μέθοδος του Fitch Μέθοδος Γραµµικής Πηγής Θερµότητας (Line Heat Source Method) Μέθοδος µέτρησης θερµικής αγωγιµότητας µε χρήση στελέχους (Thermal Conductivity Probe Method) 4

5 Μοντέλα πρόβλεψης της θερµικής αγωγιµότητας Μοντέλα που βασίζονται στη δοµή Σε σειρά (Series) se n i ε i i Παράλληλο(Parallel) ε ε 2 ε n ra 2... n Τυχαίο (Random) f f Μικτό (Mixed) pa se Μοντέλα που βασίζονται στη σύσταση και τη θερµοκρασία pa n i ε i i 5 6 Εφαρµογές θερµικής αγωγιµότητας Πρόβλεψη του χρόνου µιας θερµικής διεργασίας Υπολογισµός και έλεγχος του ρυθµού ροής θερµότητας Πρόβλεψη άλλων θερµοφυσικών ιδιοτήτων 6

Ειδική θερµότητα Cp (Specific heat) Ορίζεται ως το ποσό θερµότητας που απαιτείται για τη µεταβολή κατά µια θερµοκρασιακή µονάδα, µιας µονάδας µάζας του προϊόντος χωρίς αλλαγή φάσης : 7 Μονάδες µέτρησης : J/(g* o C) C p Q m T Αν η µεταβολή θερµοκρασίας συνοδεύεται από αλλαγή φάσης τότε µιλάµε για φαινόµενη ειδική θερµότητα (parent specific heat) Όσο µεγαλύτερη η τιµή της, τόσο περισσότερη θερµότηταπρέπειναδοθείστοπροϊόν ώστε να φθάσει την επιθυµητή θερµοκρασία. 7 Η ειδική θερµότητα είναι µια αθροιστική ιδιότητα και µπορεί να εκφρασθεί µε βάση8 τις τιµές ειδικής θερµότητας των επί µέρους συστατικών: n c c i Y i i Ητιµή της ειδικής θερµότητας µεταβάλλεται πολύ µε τησύστασητουτροφίµου, ιδιαίτερα µε την περιεκτικότητα σε νερό, καθώς η ειδική θερµότητα του νερού είναι 4.8 J/g C, ενώ των στερεών συστατικών πολύ µικρότερη -2 J/g C (Πίνακας). Οι τιµές που υπολογίζονται θεωρητικά µέσω της εξίσωσης εµφανίζουν απόκλιση σε σχέση µε τιςπειραµατικές τιµές διαφόρων τροφίµων επειδή η ειδική θερµότητα των συστατικών ποικίλει ανάλογα µετηνπροέλευση, το δεσµευµένο νερό έχει διαφορετική ειδική θερµότητα από το ελεύθερο νερό και η αλληλεπίδραση των φάσεων µπορεί να προκαλεί µεταβολή στην ειδική θερµότητα. Έτσι µπορεί στην εξίσωση να προστεθεί ένας συντελεστής διόρθωσης που πρέπει να προσδιορισθεί πειραµατικά για το κάθε τρόφιµο. Επίσης η ειδική θερµότητα αλλάζει σηµαντικά µετηναλλαγήφάσης, όπως στην κατάψυξη των τροφίµων, λόγω της µεγάλης διαφοράς των τιµών ειδικής θερµότητας πάγου και νερού. 8

9 Συστατικό Συµβολισµός Πυκνότητα (g/m 3 ) Ειδική θερµότητα (J/g) Θερµική αγωγιµότητα (W/m C) Νερό w 000 4.8 0.58-0.60 Πρωτεΐνες p 400.55-2.00 0.8-0.30 Ζελατίνη ge 270 0.30 Υδατάνθρακες ca 500-670.42-.55 0.20-0.50 Άµυλο st 500 0.48 Σακχαρόζη su 588 0.30 Λιπαρά fa 900-950.67-.98 0.8 Ίνες fi 270-60.84 0.8 Ανόργανα as 2400 0.84-.09 0.33 πάγος I 97 2.0 2.22 αέρας a.24.00 0.020 9 Μίακατάπροσέγγισηεκτίµηση της ειδικής θερµότητας, προ του σηµείου έναρξης 20 κατάψυξης, για τρόφιµα µεγάλης περιεκτικότητας σε νερό µπορεί να γίνει µέσω της σχέσης: c 4.8Y w + 2Y s όπου Ys-Yw Άλλες σχέσεις για προσεγγιστική εκτίµηση της ειδικής θερµότητας διαφόρων κατηγοριών τροφίµων, µε βάση κυρίως την περιεκτικότητα σε νερό, µπορούν να βρεθούν στη βιβλιογραφία. Οι πιο γνωστές είναι του Siebel για τρόφιµα χωρίςλιπαράκαιµε ψηλό περιεχόµενο υγρασίας Μ (% επί υγρής βάσης): c 0. 837 + 0. 034M του Charm για τρόφιµα µε στερεό λίπος: c 2. 094Y +. 256Y + 4. 87Y fa s w όπου 2.094,.256 και 4.87 είναιοιτιµές ειδικής θερµότητας (J/g) του λίπους, των στερεών και του νερού των Choi & Oos µε βάση τα βασικά συστατικά του τροφίµου: c 549. Y + 424. Y + 675. Y + 0837. Y + 487. Y p ca fa as w 20

Τρόφιµο Νερό (%) Πρωτεΐνες (%) Υδατ/κες (%) Λιπαρά (%) Τέφρα (%) Ειδική θερµότητα (J/g K) Εξ. 4.8 Εξ. 4.9 Εξ. 4.20 Πειραµατική Μήλα 84.4 0.2 4.5 0.6 0.3 3.793 3.734 3.759 3.726-4.09 Πορτοκαλοχυµός 87.5 0.8. 0.2 0.4 3.873 3.88 3.822 Πατάτες 79.8 2. 7. 0. 0.9 3.680 3.596 3.634 3.57 Αγγούρια 96. 0.5.9 0..4 4.090 4.073 4.06 4.03 Καρότα 88.2.2 9.3 0.3. 3.889 3.83 3.864 3.80-3.935 Γάλα παστερεριωµένο 87.0 3.5 4.9 3.9 0.7 3.860 3.768 3.83 3.852 Γάλα αποβουτυρωµένο 90.5 3.5 5. 0. 0.8 3.948 3.935 3.935 3.977-4.09 Γάλα σκόνη 3.5 35.6 52.0.0 7.9.763.365.520 Βούτυρο 5.5 0.6 0.4 8.0 2.5 2.064 2.390 2.043 2.05-2.35 Τυρί άπαχο 65.0 25.0.0 2.0 7.0 3.307 2.776 3.25 3.265 Άµυλο 2.0 0.5 87.0 0.2 0.3.976.62.754 Κρόκος αυγού 49.0 3.0 -.0.0 2.905 2.457 2.449 2.80 Κρέας µόσχου 68.0 2.0 0.0 0.0.0 3.383 3.056 3.349 3.223 Βοδινό 7.7 2.6 0.0 5.7.0 3.458 3.404 3.437 3.433 Βοδινό ψητό 60.0 25.0 0.0 3.0 0.0 3.08 3.098 3.5 3.056 Ψάρια 80.0 5.0 4.0 0.3 0.7 3.684 3.408 3.65 3.600 Γαρίδες 66.2 26.8 0.0.4 0.0 3.337 3. 3.404 3.04 Μπέικον 49.9 27.6 0.3 7.5 4.7 2.926 2.864 2.85 2.0 2 2 22 Ο Chen (985) πρότεινε τις ακόλουθες εξισώσεις για τον προσδιορισµό της ειδικής θερµότητας και της ενθαλπίας των τροφίµων σε θερµοκρασίες χαµηλότερες και ψηλότερες του σηµείου έναρξης κατάψυξης: 2 RM T w Fw c 484. 037. + 030. Yso + Yso 2 για T<T F (4.25) Mso ( T TFw ) [ so so ] c 484. 055. Y 05. Y 3 για T>T F (4.26) H 484. ( T T ) 0. 37 + 0. 30Y + Y ref so so [ Fo F so so ] 2 RM T w Fw για T<T F Mso ( T TFw )( Tref TFw ) (4.27) H 484. H + ( T T )( 055. Y 05. Y 3 ) για T>T F (4.28) όπου H Fo η ενθαλπία του τροφίµου αµέσως πριν την έναρξη κατάψυξης. Ανάλογες εξισώσεις έχουν προταθεί και από άλλους ερευνητές. 22

23 23 24 Θερµική διαχυτότητα α (Thermal diffusivity) Ορίζεται απότησχέση Μονάδες µέτρησης : m 2 /s α ρcp Εκφράζει το ρυθµό µε τον οποίο η θερµότητα διαχέεται µε αγωγή σ ένα υλικό Βοηθάει στην εκτίµηση του χρόνου κατεργασίας. Εξαρτάται από την υγρασία, τη θερµοκρασία, τη σύσταση και το πορώδες του τροφίµου. 24

25 Μέθοδοι Μέτρησης θερµικής διαχυτότητας Άµεσης µέτρησης που βασίζονται στη µεταφορά θερµότητας σε µη µόνιµες συνθήκες Μέθοδος του Dicerson Τροποποιηµένη µέθοδος του στελέχους θερµικής αγωγιµότητας Μέθοδος θερµικού παλµού (pulse method) Έµµεσης µέτρησης από τη σχέση α ρcp 25 26 Ενεργότητα νερού-ισόθερµες ρόφησης Η ενεργότητα νερού (a ή a w ) σε ένα τρόφιµο σε ισορροπία µε το περιβάλλον του ορίζεται ως ο λόγος της µερικής πίεσης ατµών του περιβάλλοντος σε ισορροπία µε το τρόφιµο (p) προς την τάση ατµών του καθαρού νερού (πίεση κορεσµού) (p o ): p RH a o p 00 (4.35) όπου RH σχετική υγρασία του χώρου σε ισορροπία µε το τρόφιµο Η ενεργότητα νερού σε ένα ιδανικό διάλυµα ισούται µε το µοριακό κλάσµα του νερού στο διάλυµα (Χ w ) α (4.36) X w Τα διαλύµατα µεγαλύτερης συγκέντρωσης διαλυτού συστατικού αποκλίνουν από την ιδανική συµπεριφορά και για τον υπολογισµό της ενεργότητας του νερού εισάγεται ο συντελεστής ενεργότητας του διαλυµένου συστατικού (γ) στην εξίσωση (4.36): α γx w (4.37) 26

Τα τρόφιµα απέχουν από την ιδανική συµπεριφορά επειδή υπάρχουν αλληλεπιδράσεις µεταξύ των διαλυµένων συστατικών και ορισµένα διαλυτά συστατικά δεν βρίσκονται σε πραγµατική διάλυση επειδή είναι συνδεδεµένα µε αδιάλυτα συστατικά, όπως π.χ. ορισµένα άλατα µε τις πρωτεΐνες. Για τον υπολογισµό της ενεργότητας νερού τροφίµων έχουν διατυπωθεί διάφορες εµπειρικές εξισώσεις, οι οποίες στηρίζονται στη θεώρηση του τροφίµου ως µίγµα πολλών συστατικών και συνυπολογίζουν τη συνεισφορά αυτών των συστατικών στη µείωση της ενεργότητας. Μία από τις πλέον αποδεκτές είναι η εξίσωση Norrish που υπολογίζει την ενεργότητα διαλύµατος ενός συστατικού: 2 α X w [exp( X s )] (4.38) όπου X s µοριακό κλάσµα του διαλυµένου συστατικού σταθερά εξαρτώµενη από το διαλυµένο συστατικό Η σταθερά έχει προσδιορισθεί για πολλά διαλυτά συστατικά που απαντώνται σε τρόφιµα και στο γεγονός αυτό οφείλεται η ευρεία χρησιµοποίηση της εξίσωσης Norrish. Τιµές της σταθεράς δίνονται στον Πίνακα 4.6. Για διάλυµα περισσοτέρων συστατικών ο Ross, µε την παραδοχή ότι οι αλληλεπιδράσεις µεταξύ των διαλυτών συστατικών είναι ασήµαντες στο µίγµα, κατέληξε στη σχέση: α α α α... (4.39) 2 3 α n όπου a i η ενεργότητα νερού του συστατικού i εάν θεωρηθεί διαλυµένο σε όλο το νερό του διαλύµατος. 27 27 Κατασκευή Ισόθερµης ρόφησης 28 m ( Ka )( Ka + CKa ) w m 0 CKa w w w a w / m K 2 2 a w + a m 0 C m 0 C + w m CK 0 m o 5,93 C 9,78 K 0,974 m (g H 2O/00gdb) 80 70 60 50 40 30 20 0 0 Πειραµατικές Προβλ. τιµές GAB 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8,0 a w aw/m 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,0 y -0,78x 2 + 0,73x + 0,0 R 2 0,9756 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8,0,2 a w 28

EΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ 29 Η περιεχόµενη υγρασία και η ενεργότητα του νερού στα τρόφιµα είναιοι αµέσως πιο σηµαντικοί περιβαλλοντικοί παράγοντες µετά τη θερµοκρασία που επιδρούν στο ρυθµό των αντιδράσεων που καθορίζουν την ποιοτική υποβάθµιση του τροφίµου. Η ενεργότητα του νερού είναι ένα µέτρο της διαθεσιµότητας του νερού στα διάφορα τρόφιµα. ηλαδή περιγράφει το πόσο ισχυρά συγκρατείται µέσα στο τρόφιµο και σε ποιό ποσοστό είναι διαθέσιµο νασυµπεριφερθεί ως διαλύτης ή να λάβει µέρος σε χηµικές δράσεις. Ως κρίσιµα όρια του aw λαµβάνονται εκείνα πάνω απο τα οποία παρατηρούνται ανεπιθύµητες µεταβολές στα τρόφιµα σεσχέση µε την ασφάλεια και τη ποιότητα τους. Ο έλεγχος του aw αποτελεί βασικό παράγοντα για τη διατήρηση των ξηρών και µέσης υγρασίας τροφίµων (IMF). EΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ 29 30 EΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ FOOD STABILITY MAP EΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ 30

EΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ Αυξανοµένης της τιµής aw πάνω απο την τιµή που αντιστοιχεί στο µονοµοριακό στρώµα νερού έχουµε την εκθετική αύξηση του ρυθµού πολλών αντιδράσεων που επιδρούν στη διατηρησιµότητα των τροφίµων. Εµπειρικά στην περιοχή τιµών aw ( 0,2-0,9 ) έχουµε σε πολλές αντιδράσεις διπλασιασµό του ρυθµού αντίδρασης για κάθε αύξηση της ενεργότητας κατά 0,. Οι περισσότερες αντιδράσεις παρουσιάζουν ελάχιστους ρυθµούς ακριβώς στο όριο του µονοµοριακού στρώµατος, ενώ ειδικά η οξείδωση των λιπαρών παρουσιάζει ελάχιστο ρυθµό στη περιοχή του µονοµοριακού στρώµατος και αυξανόµενους ρυθµούςτόσοπρίνόσοκαι µετά απο αυτό. Έχουν διατυπωθεί διάφορες προσεγγίσεις εξήγησης της επίδρασης της ενεργότητας νερού aw στη διατηρησιµότητα των τροφίµων. Η περιεχόµενη υγρασία και η ενεργότητα του νερού µπορούν να επιδράσουν στις κινητικές παραµέτρους των συναρτήσεων ποιότητας (A, EA), στις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων σωµάτων και σε µερικές περιπτώσεις ακόµα και στη φαινόµενη τάξη αντίδρασης, m. 3 3