培安公司譯

 

水活度在微生物生長、食品變質(zhì)反應(yīng)方面，進(jìn)行食品的穩(wěn)定性和安全性預(yù)測是一個重要的參數(shù)。幾個世紀(jì)以來，人們都是通過干燥、冷凍、加糖或鹽的方法來控制食品中的水，利用此方法來保存食品或控制食品安全。

 

水活度是對系統(tǒng)中水的能量狀態(tài)的一個測量（或是水被“束縛”的程度的測量），因此它可以成為溶劑并加入到化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)、微生物增長中。

 

為了更好地理解這個概念，讓我們假設(shè)有兩箱水，一箱裝10000加侖，另一箱裝1加侖，這兩箱的水會如何移動呢？水的體積不發(fā)生任何作用。壓力是唯一的影響因素。將含1加侖水的水箱抬上山頂，不管體積如何，一加侖的水會向山下低壓力的水流動。同理可知，水含量是不能預(yù)測水分遷移方向的，但水活度可以告訴你答案。

 

食品安全的目標(biāo)之一就是防止有害微生物的生長并產(chǎn)生毒素。這些微生物的生長有一個水活度的限制，低于該水活度，這些有害微生物將無法生長。水活度而非水含量決定著微生物生長的最低限度。絕大部分食品變質(zhì)細(xì)菌在水活度高于0.9的情況下會生長。

 

除了微生物和水活度存在一定的關(guān)系，水活度也會影響食品微生物的其它方面，例如：孢子形成、發(fā)芽及毒枝菌素的生長。

 

水活度不但會影響微生物的變質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)和酶解反應(yīng)與水活度也存在一定的關(guān)系。水可以通過影響食品系統(tǒng)的粘性來充當(dāng)溶劑或反應(yīng)物或改變反應(yīng)物的變動。水活度會影響非褐酶變反應(yīng)、脂質(zhì)氧化、維他命降解、酶解反應(yīng)、蛋白質(zhì)變性、淀粉變性和面粉沉降的速度和程度。

 

隨著水活度的提高，非酶褐變反應(yīng)的機(jī)率也會隨之提高，水活度在0.6-0.7之間時，會達(dá)到最大值。雖然受不同機(jī)制的影響，當(dāng)水活度存在中間范圍并在最高和最低之間變化時，脂質(zhì)氧化率可以達(dá)到最低。這些反應(yīng)都會導(dǎo)致異樣的味道和氣味的變化。食品系統(tǒng)里水溶性維他命的降解隨著水活度的提高而增加。酶和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性由于其相對易碎性會明顯地受到水活度的影響。水活度也會影響淀粉糊化溫度和回生進(jìn)程。

 

除了預(yù)測各種化學(xué)反應(yīng)和酶解反應(yīng)的機(jī)率，水活度還會影響食品的構(gòu)造結(jié)構(gòu)。水活度值高的食品被描述成水分大、多汁、柔軟的食品，當(dāng)這些食品的水活度降低時，食品會發(fā)生意想不到的組織變化，例如：變干、變硬、味道陳腐。水活度值低的食品常常應(yīng)該是這樣的：脆脆的、易碎，而高水活度的食品會使其結(jié)構(gòu)成吸水性結(jié)構(gòu)。干燥的、谷物類食品和面粉類食品如餅干、曲奇、薯片、爆米花，當(dāng)水活度增加時，會失去其脆脆的口感。通過利用GLASSY MATERIALS過度或快速干燥或重復(fù)吸收水分可以導(dǎo)致你不想得到的效果：例如食品失去脆感，易斷裂。

 

水活度在多種成分的食品中控制水分遷移的一個重要參數(shù)。一些食品包含一些不同水活度的物質(zhì)， 例如，帶果脯的燕麥。除非水活度得到控制，否則的話水分就會從水活度較高的果脯里遷移到水活度低的燕麥中，造成水果變的又干又硬，而燕麥則變的濕了。

 

水活度也是影響存儲過程中粉末和脫水產(chǎn)品穩(wěn)定性的重要因素。控制水活度是粉末產(chǎn)品維持產(chǎn)品該有的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、穩(wěn)定性、密度和持水性，這些在加工、處理、包裝和存儲過程中都很重要的屬性。

 

水活度也決定著產(chǎn)品的貨架期。水活度高低關(guān)鍵值可以根據(jù)食品中微生物以及食品的質(zhì)地、味道、外觀、香味、營養(yǎng)和烹調(diào)質(zhì)量這些因素來確定。食品透過包裝的水分交換律和朝一個aw極限關(guān)鍵值變化的aw的變化率決定著產(chǎn)品的貨架期。

 

美國FDA的GMP管理條例中引入了水活度指南來定義食品安全規(guī)則。GMP規(guī)范的目的是詳細(xì)闡述行業(yè)具體的要求和應(yīng)當(dāng)遵照的做法來保證食品在衛(wèi)生的環(huán)境下生產(chǎn)，保證食品純凈、衛(wèi)生和食用安全。

 

在過去測量食品的水活度是一項耗時和困難的過程。但新型的儀器技術(shù)極大地提高了測量的速度、準(zhǔn)確度和可靠性。

 

露點法是已經(jīng)使用了幾十年的基本的蒸汽壓測量法。露點儀器使用鏡面冷凝技術(shù)，精確、快速且使用簡單。商用露點儀的a_w測量范圍在0.030到1.000之間，精度±0.001，誤差在±0.003, 測量時間一般在5分鐘之內(nèi)。

 

使用Aqualab水分活度儀，樣品會在一個裝有一面鏡子、光學(xué)傳感器、紅外溫度傳感器的密封腔體內(nèi)達(dá)到平衡。達(dá)到平衡時，腔體內(nèi)空氣的相對濕度與樣品的水分活度相同。一個熱電冷卻器可以精確地控制鏡面的溫度，光學(xué)反射率傳感器準(zhǔn)確地檢測出在哪一點凝結(jié)首先出現(xiàn),而鏡子上熱電偶準(zhǔn)確地檢測出露點的溫度。一個紅外溫度計測量出樣品的溫度。露點和樣品的溫度用來決定水活度。

 

使用隨儀器附帶的一系列預(yù)混合的標(biāo)準(zhǔn)鹽溶液可以完成Aqualab儀器的標(biāo)定和日常維護(hù)。  

 

每個食品生產(chǎn)商都需要知道當(dāng)他們的產(chǎn)品在貨架上時將會發(fā)生什么。耐存儲意味著不會發(fā)霉，但它也包含著很多食品質(zhì)量其他方面問題。舉一個知名的美國提子麥麩麥片制造商的例子：提子麥麩麥片的生產(chǎn)商和消費者都希望麥片干脆而提子耐嚼，當(dāng)消費者吃到了一顆堅若頑石的提子而崩掉了一顆牙齒時候也極為驚訝，生產(chǎn)商不久也因為收到了訴訟而吃驚。幸運的是并不是所有的水分遷移問題在法庭收場，但如果你生產(chǎn)和銷售含有離散的原料，你需要知道當(dāng)產(chǎn)品在貨架上時水分往哪里遷移。

 

一個水果蛋糕制造商想要預(yù)測經(jīng)過一段時間之后她的水果蛋糕狀況。她不想當(dāng)水果片變干變硬時蛋糕變濕，所以她測量了水分含量。蛋糕含有30%的水分，水果含水量是50%。她知道水分會達(dá)到平衡，所以她以為水分會從濕度大的組分（水果）遷移到濕度小的組分（蛋糕）里面。

 

不幸的是她想錯了。當(dāng)她在關(guān)注水分含量并對此深信不移的時候，一個遵循著水活度的完全不同的游戲正在進(jìn)行著。如果她還是不知道這個游戲準(zhǔn)則，最后也將會對這個例子的結(jié)局——蛋糕更干，水果更濕感到驚訝，因為雖然水分含量如此，但蛋糕的水活度比水果高。

 

在這個例子中，水分含量只是一個干擾項，關(guān)注這個數(shù)字結(jié)局只不過是被戲弄而已。確實，除非施加其他的力量，水分都會達(dá)到平衡。但只有在系統(tǒng)中每個地方每一部分的吉布斯自由能達(dá)到一致時才會達(dá)到平衡。水活度是吉布斯自由能的一種測量方式，而水分含量卻和水的能量無關(guān)。為了更好的理解這個概念，想象之前講到的兩箱水，一箱裝有10,000加侖幾乎裝滿了，另一箱只有1加侖幾乎是空的。水將會怎么移動？知道這兩箱水的水分含量完全是一個誤導(dǎo)，水的體積并不重要。水是從壓力高的地方流向壓力低的地方，并不是從多的地方流向少的地方。如果我們將這個近乎空的水箱抬到滿箱水的上面來提高它的壓力，那么最后一加侖的水也會從空水箱跑到。

 

同樣的，水活度而不是水分容量預(yù)測著產(chǎn)品中水分將如何遷移。水果蛋糕生產(chǎn)商可以開發(fā)出一個蛋糕和水果片中含有相同水活度的食譜。那么當(dāng)這個蛋糕在存儲和銷售的過程中都不會引起任何因為水分而吃驚的事件了，它是一款安全、美味、耐存儲的產(chǎn)品。

 

解決水分遷移問題的一個方案是提高或者降低分散組分里的水活度直到它們含有相同的水分活度值。你也能通過增大組分的粘度來阻止發(fā)生在組分之間的擴(kuò)散過程。一個可以食用的屏障，像一個圓錐形的冰淇淋外面附一層巧克力外殼可以阻止水分遷移。有時候水活度不同而不能平衡需要獨立的包裝。

 

基于目錄商業(yè)后來發(fā)展成為在線零售和商業(yè)街上銷售的巧克力連鎖店Hotel Chocolat是英國知名的巧克力生產(chǎn)商。這家公司一直很重視高質(zhì)量的巧克力，它現(xiàn)在正在開發(fā)一系列填充巧克力。但是，填充物的貨架期要短的多，不像巧克力那樣通常都有12個月甚至更長的貨架期。為了保證這種新型的填充巧克力的安全，Hotel Chocola的開發(fā)實驗室采購了一臺Decagon公司的Aqualab Series 4TE水活度分析儀。

 

Hotel Chocolat使用的Aqualab Series 4TE 是一款實驗室級別的儀器，可以極其快速地給出準(zhǔn)確的水分活度實驗結(jié)果。它的分辨率可以達(dá)到±0.001aw，精度達(dá)到±0.003aw，內(nèi)置溫度平衡系統(tǒng)。

 

Hotel Chocolat的技術(shù)經(jīng)理Adam Geileskey 解釋到他們?yōu)槭裁催x擇Aqualab Series 4TE，“大家普遍認(rèn)為這是一款性價比非常高、性能非常好的產(chǎn)品，其他的巧克力制造商也已經(jīng)在使用這款產(chǎn)品。沒有Aqualab我們不能啟動我們的新產(chǎn)品開發(fā)項目來創(chuàng)造這一系列的填充巧克力。”

 

Aqualab Series 4TE不僅能提供很高的分辨率和高的精確度，它的使用也很簡單，Geileskey先生說到，“對于初次使用者來說，它的操作、清潔、標(biāo)定都非常直觀，而且它只需要最少的維護(hù)，而且完全可信。”

 

Hotel Chocolat 現(xiàn)在已經(jīng)有一個產(chǎn)品線的填充巧克力在銷售，還有更多正在開發(fā)中。Geileskey先生補(bǔ)充到，“一旦產(chǎn)品生產(chǎn)跟上了開發(fā)，我們也將使用Aqualab來控制產(chǎn)品質(zhì)量。它操作起來很容易，檢測也非常快，能夠立即扮演好產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制兩個角色。”