Osmos är en typ av diffusion där det finns en nettorörelse av molekyler som passerar genom ett semipermeabelt membran till ett område med lägre koncentration. Exempel på semipermeabla membran inkluderar syntetiska membran för dialys och cellmembran i celler av levande saker som växter och djur. Molekylernas rörelser fortsätter tills koncentrationen av lösta ämnen på båda sidor av membranet är lika och når en jämvikt.
Osmos är en vanlig sak i många livsmedel. När frukt kokas i vatten vandrar vattnet in i vävnaderna genom osmos. Och socker, som vanligtvis runt 12 till 15%, går genom diffusion.
Torkad frukt som russin blir fyllig. Pektiner blir lösliga och diffunderar ut i vattnet, vilket resulterar i mindre täta celler och en mjukare produkt. Ligniner påverkas inte av uppmjukningen av cellulosa. Frukten börjar tappa sin form.
Den viktigaste betydelsen av osmos är dess förmåga att bevara livsmedel och förlänga deras hållbarhet. Osmos uppstår vanligtvis i närvaro av salt eller sockerlösningar. Tillsatsen av lösta ämnen som salt eller socker gör det möjligt att avlägsna en hög andel vatten ur bakteriecellerna för att motsvara den låga vattennivån i det omgivande mediet. Sackaros är det mest använda osmotiska medlet i frukt, medan natriumklorid används i grönsaker, fisk och kött. Andra exempel på osmotiska medel vid livsmedelsbearbetning inkluderar glukos, fruktos, laktos, maltos, dextros, sorbitol, vassle, maltodextrin, polysackarid och kombinationer av dessa medel.
Det här inlägget diskuterar hur osmos bevarar livsmedel och förlänger deras hållbarhet.
GENOM ATT SÄNKA MATENS VATTENAKTIVITET
Precis som människor och andra levande varelser kräver mikroorganismer vatten för att frodas och föröka sig. Den så kallade vattenaktiviteten (Aw) avser mängden obundet eller fritt vatten i maten. Detta betyder att det är vattnet som är tillgängligt för förstörande mikroorganismer att konsumera.
Vattenaktiviteten kan vara allt mellan 0 och 1,0. Vattenaktiviteten är 1,0 i rent vatten, medan vattenaktiviteten för färsk frukt, grönsaker och kött varierar från 0,98 till 1,00. Det är därför de är mycket ömtåliga föremål.
För att bevara livsmedel och förlänga deras hållbarhet mot patogena bakterier är sänkning av vattenaktiviteten via osmotisk uttorkning ett sätt att uppnå detta. Osmotisk uttorkning är avlägsnandet av vatten från en lägre koncentration av löst ämne till högre koncentration genom ett semipermeabelt membran. Denna rörelse av vatten sänker vattenaktiviteten och hämmar tillväxten av förstörande mikroorganismer.
Du kanske också gillar: 5 huvudfunktioner av salt (natriumklorid) i mat
Sockersirap med fruktskivor eller kuber och salt eller saltlake med grönsaker är de vanligaste lösta ämnena som används vid osmotisk uttorkning. Diffusionsprocessen är multikomponent. Det betyder att vatten rinner från frukterna eller grönsakerna till lösningen, och vissa av deras komponenter, såsom mineraler, vitaminer och fruktsyror, strömmar också mot lösningen. Socker och salt tenderar att dras mot frukt och grönsaker.
Denna uttorkningsprocedur resulterar vanligtvis inte i en lagringsstabil produkt med låg fukthalt. Som ett resultat bör den osmotiskt behandlade produkten vidarebearbetas (vanligen genom luft-, frys- eller vakuumtorkningsprocesser) för att uppnå lagringsstabilitet, eller så kan dehydratiseringsförfarandet användas som en förbehandling för konservering, frysning och minimal bearbetning.
En annan konserveringsmetod som använder osmos till livsmedel är saltbehandling. Genom att sänka fukthalten och tjäna som konserveringsmedel förvandlar saltning färskt kött till lagringsstabila föremål. Dessa processer, i kombination med torkning, hjälper till att bilda distinkta sensoriska egenskaper i varorna, som påverkar deras användning som livsmedel.
Du kanske också gillar: Food Science: The Roles of Sugar In Food
GENOM ATT DIREKT ATT ATT ANTRAKLA MIKROORGANISMEN
Det inre osmotiska trycket hos mikrobiella celler är högre än det omgivande mediet (maten). Så cellväggen utsätts för turgortryck, vilket ger stöd för den mekaniska kraft som krävs för cellexpansion och utveckling. Men när mikroorganismen är i en koncentrerad vattenhaltig lösning av löst ämne med reducerad vattenaktivitet på grund av osmos, migrerar vatten ut ur cytoplasman.
Cytoplasma är den gelliknande vätskan inuti cellen där reaktioner äger rum. Vattnets rörelse resulterar i förlust av membranturgor. Härifrån störs den inre jämvikten (eller homeostasen) och organismen kommer inte att reproducera sig.
Emellertid kommer mikroorganismen att förbli i eftersläpningsfas tills jämvikten återupprättas. Lagfasen är en del av bakterietillväxtkurvan. I eftersläpningsfasen är mikrobpopulationen konstant. Och cellerna är mer intresserade av att anpassa sig till miljön. Det här inlägget diskuterar bakterietillväxtkurvan mer i detalj.
Men exakt hur reagerar mikrobiella celler på osmos och låg vattenaktivitet?
Det finns två huvudsakliga sätt på vilka mikrobiella celler reagerar för att anpassa sig till osmos och förändrad vattenaktivitet i maten. Här är de.
Genom att ackumulera lösta ämnen med låg molekylvikt i cytoplasman
En av de vanligaste reaktionerna hos celler på minskad vattenaktivitet är ackumuleringen av lösta ämnen med låg molekylvikt i deras cytoplasma vid koncentrationer något över det externa mediets osmolalitet. På detta sätt återfår eller förhindrar cellerna vattenförlust genom osmos så att turgor i cellmembranet bibehålls för korrekt funktion.
År 1981, Chirife et al. beräknade teoretiskt den intracellulära vattenaktiviteten från innehållet av lösta ämnen i flera bakterieceller odlade i medium med aw-värden som sträcker sig från 0,85 till 0,993. Deras studie fann att den intracellulära vattenaktiviteten är lika med eller något mindre än tillväxtmediets. När det gäller cellvatteninnehåll verkade den totala reaktionen representera en homeostatisk mekanism.
Salt och socker är lösta ämnen som hjälper till att bevara mat via osmos. Men inte alla lösta ämnen skadar mikrobiella celler.
Det finns dessa så kallade kompatibla lösta ämnen eftersom de inte stör cellens metaboliska och reproduktiva funktioner. Vad de gör är att dra till sig vatten och återställa eller delvis återställa isoosmotiska förhållanden över cellmembranen för att tillåta viktiga metabola reaktioner att fortsätta.
De har specifikt dessa egenskaper:
- Små och vanligtvis neutrala eller zwitterjoniska molekyler
- Löslig i höga koncentrationer och kan ackumuleras i cytoplasman
- De cellmembran visar permeabilitet för dem.
Exempel på kompatibla lösta ämnen i bakterieceller inkluderar aminosyror såsom prolin, glutaminsyra och aminosmörsyra. Övervägande protoplasmatiska lösta ämnen i svampar inkluderar polyoler såsom mannitol, arabitol, sorbitol och glycerol. Många livsmedel som vi konsumerar innehåller redan kompatibla lösta ämnen som prolin, kolin och betain för att tillåta tillväxt vid låg vattenaktivitet. I vissa fall kan kompatibla lösta ämnen levereras från miljön eller syntetiseras de novo i cellens cytoplasma.
Anpassning av membransammansättningen
En annan viktig reaktion hos mikrobiella celler på minskad vattenaktivitet och osmos är anpassningen av membransammansättningen. För många bakterieceller är den vanligaste modifieringen ökningen av andelen anjoniska fosfolipider och/eller glykolipider i membranet. Glykolipider tjänar som receptorer för cell-cellkommunikation såväl som en strukturell roll i membranintegriteten. Denna anpassning är ett sätt att upprätthålla den korrekta dubbelskiktsfasen för att bibehålla dess vitala funktioner.
Referenser:
P. Zeuthen, L. Bogh-Sorensen (2003). Matkonserveringstekniker. CRC Tryck
V. Vaclavik, E. Christian (2014). Essentials of Food Science (4:e upplagan). Springer
M. Shafiur Rahman (2007). Handbook of Food Conservation (2:a upplagan). CRC Tryck