強調(diào)水分活度在食品中的作用對于食品質(zhì)量、穩(wěn)定性和**性至關(guān)重要。水活度是可用于預(yù)測食品在微生物生長、變質(zhì)反應(yīng)速率和物理性質(zhì)方面的穩(wěn)定性和**性的重要屬性。縱觀整個歷史，通過干燥、冷凍或添加糖/鹽控制食品中的水分來保持和控制食品質(zhì)量的重要性已得到認(rèn)可。水分活度是系統(tǒng)中水的能量狀態(tài)（或水“受約束”的程度）的量度。它可以用作溶劑并參與微生物的化學(xué)和生化反應(yīng)以及微生物的生長。水分活度的概念已被各種監(jiān)管機(jī)構(gòu)納入，以定義有關(guān)不佳的微生物生長的**法規(guī)、潛在危險食品的定義、關(guān)鍵控制點、幾種腌制食品的標(biāo)準(zhǔn)以及包裝要求。

食品中的水具有兩個基本屬性：水分含量和水分活度。水分含量描述的是食品系統(tǒng)中水的總量;而水分活度描述的是產(chǎn)品中水的能量狀態(tài)或逸出趨勢。產(chǎn)品的水分活度等于在密閉的測量室中與產(chǎn)品平衡的空氣相對濕度。只有同時規(guī)定水分含量和水分活度兩個指標(biāo)才可充分描述產(chǎn)品中水的狀態(tài)。其中，水分活度是食品質(zhì)量和**問題中較重要的屬性。

圖一展示了以降解反應(yīng)速率表示的食品穩(wěn)定性與水分活度的關(guān)系。水分活度可預(yù)測食品在微生物生長、化學(xué)和生化反應(yīng)速率以及物理性質(zhì)方面的**性和穩(wěn)定性。通過測量和控制食品中的水分活度，可以：

1）預(yù)測哪些微生物將成為腐敗和感染的潛在來源;

2）保持食品的化學(xué)穩(wěn)定性;

3）zui小化非酶促褐變反應(yīng)和自發(fā)的自催化脂質(zhì)氧化反應(yīng);

4）延長食品中的酶和維生素的所需活性；

5）優(yōu)化食品的物理特性，例如質(zhì)地和保質(zhì)期。

圖一 水分活度——穩(wěn)定性關(guān)系圖

Lipid Oxidation脂質(zhì)氧化      Browning Reactions褐變反應(yīng)      Moisture Sorption Isotherm水分吸附等溫線             

Enzyme Activity酶活性         Mold Growth霉菌生長          Yeast Growth酵母生長          Bacteria細(xì) 菌  

微生物**

食品**的內(nèi)容之一是防止有害微生物的生長和毒 素的產(chǎn)生。美國一項調(diào)查顯示，1995年以來美國消費者對其食品供應(yīng)**的信心有所提高，有77％的購物者現(xiàn)在已完全或大體上對超市食品的**性感到滿意。但是，變質(zhì)和細(xì) 菌污染仍被認(rèn)為是危害食品**的問題所在。

斯科特（Scott）研究發(fā)現(xiàn)，微生物生長具有一定的極限水分活度要求，低于此水平它們將不會生長。因此，水分活度——而不是水分含量，決定了微生物生長可用水的下限。絕大多數(shù)食物腐敗細(xì) 菌能生長的zui低水分活度水平約0.90。在厭氧條件下，金黃色葡萄球菌的生長在0.91的水分活度下即會受到抑制，但是在有氧條件下，抑菌水分活度水平是0.86。霉菌和酵母菌的水分活度極限約為0.61，而產(chǎn)**霉菌的生長水分活度極限為0.78。表一列出了對公眾健康具有重要意義的微生物生長的水分活度極限，以及通常具備該水分活度水平的食品實例。

表一 食物中的水分活度和微生物生長

化學(xué)和生化反應(yīng)活性

水分活度不僅影響微生物腐敗，還影響食品中的化學(xué)和酶促反應(yīng)。在食品系統(tǒng)中，水可能充當(dāng)溶劑、反應(yīng)物，或通過影響食物系統(tǒng)的粘度而改變反應(yīng)物的流動性。因此，水分活度影響非酶促褐變、脂質(zhì)氧化、維生素降解、酶促反應(yīng)、蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化和淀粉降解的速率和程度。

非酶褐變速率隨水分活度的增加而增加，在水分活度為0.6-0.7時達(dá)到zui大值（見圖一）。當(dāng)水分活度處于中間范圍時，脂質(zhì)氧化率zui小，在高水分活度和低水分活度時氧化率都將增加（氧化率的變化由不同的機(jī)制造成的）。這些反應(yīng)會導(dǎo)致食品產(chǎn)生非常令人討厭的味道。食物系統(tǒng)中水溶性維生素的降解隨著水分活度水平的增加而增加。大多數(shù)酶和蛋白質(zhì)必須保持構(gòu)象才能保持活性，而酶和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性受水分活度的影響較大，因此，保持關(guān)鍵的水分活度水平以防止或誘使構(gòu)象變化對食品質(zhì)量很重要。大多數(shù)酶反應(yīng)在水分活度低于0.8時會減慢，但即使在非常低的水分活度水平下某些反應(yīng)也會發(fā)生，例如0.2-0.3。水分活度也會影響淀粉的糊化溫度和回生速率。

物理性質(zhì)

除預(yù)測各種化學(xué)和酶促反應(yīng)的速率外，水分活度還會影響食品的質(zhì)地。水分活度高的食品具有被描述為濕潤、多汁、細(xì)嫩和耐嚼的質(zhì)地。當(dāng)這些產(chǎn)品的水分活度降低時，則會產(chǎn)**干發(fā)硬的質(zhì)地屬性。通常，水分活度低的食物具有被描述為酥脆的質(zhì)地特征，而較高的水分活度可能會使質(zhì)地變得濕軟。

干燥的谷物類食品和淀粉類的休閑食品（例如薄脆餅干、土豆片、膨化的玉米卷和爆米花）會隨著水分活度的增加而失去感官脆性。干燥休閑食品的脆性強度和口感是水分活度的函數(shù)。當(dāng)產(chǎn)品從感官角度變得不可接受時，可以發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵水分活度水平，此時產(chǎn)品進(jìn)入的水分活度范圍是在簡單糖食品系統(tǒng)中發(fā)生從無定形到結(jié)晶的轉(zhuǎn)變，并開始動員可溶性食品成分的活度水平。過度和快速干燥或玻璃質(zhì)材料吸收水分會導(dǎo)致不好的后果，例如因開裂和過度斷裂造成產(chǎn)品的損失。

水分活度是控制多組分產(chǎn)品水分遷移的重要參數(shù)。某些食品包含不同水分活度水平的組分，例如夾心奶油點心蛋糕或干果谷物。在這些食品中，水分會從水分活度高的區(qū)域遷移到水分活度低的區(qū)域。多組分食品中的水分遷移可能會導(dǎo)致不佳的質(zhì)地變化，例如，水分從水分活度較高的干果遷移到水分活度較低的谷物從而導(dǎo)致水果變得干硬，而谷物變得濕軟。

水分活度也是影響粉末和脫水產(chǎn)品在儲存穩(wěn)定性的重要因素。控制粉末產(chǎn)品中的水分活度可保持適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、穩(wěn)定性、密度和再水合性能。了解粉末的水分活度與水分含量和溫度的關(guān)系對在加工、處理、包裝和儲存過程中防止結(jié)塊、塌陷和發(fā)粘等有害現(xiàn)象至關(guān)重要。其中，結(jié)塊不僅與水分活度、時間和溫度有關(guān)，還與粉末在重力作用下塌陷現(xiàn)象有關(guān)。

貨架期/保質(zhì)期和包裝

水分活度還決定了產(chǎn)品的保質(zhì)期。影響食品的微生物、質(zhì)地、風(fēng)味、外觀、香氣、營養(yǎng)和烹飪品質(zhì)方面的關(guān)鍵的較高和較低的水分活度水平可以被確定下來。包裝中的水分交換速率和食物的水分活度向臨界極限變化的速率決定了產(chǎn)品的保質(zhì)期。溫度、環(huán)境相對濕度和臨界水分活度水平的知識可幫助我們選擇具有正確阻隔性能的包裝，從而優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量和保質(zhì)期。

政府規(guī)章

美國FDA的食品藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）法規(guī)在定義食品**法規(guī)時納入了水分活度的準(zhǔn)則。GMP法規(guī)旨在詳細(xì)說明行業(yè)應(yīng)遵循的特定要求和規(guī)范，以確保食品在衛(wèi)生條件下生產(chǎn)、純凈、健康且食用**。但是，單獨的GMP法規(guī)或監(jiān)管機(jī)構(gòu)的活動都不能百分一百保證食品的供應(yīng)**。因此，利用危害分析和關(guān)鍵控制點（HACCP）等基于科學(xué)的系統(tǒng)幫助我們提高食品**性并減少食源性病的發(fā)生率是必要的。甚至，HACCP計劃對于食品行業(yè)的某些部門是強制性的。

HACCP的理念是，通過從頭到尾監(jiān)控生產(chǎn)過程來控制或預(yù)防食品**問題，而不是單單依靠對成品的檢測。HACCP可以識別出食品生產(chǎn)過程中可能發(fā)生潛在危害的地方，并確定預(yù)防問題的關(guān)鍵控制點。例如，建立目標(biāo)水分活度以防止有害微生物的生長。通過控制主要食品風(fēng)險，例如微生物、化學(xué)和物理污染物，食品行業(yè)可以更好地確保產(chǎn)品**。

水分活度測量

企業(yè)需要可靠的實驗室儀器來保證食品的**并執(zhí)行政府法規(guī)。過去，測量食品的水分活度是一個耗時且困難的過程。新的儀器技術(shù)極大地提高了測量的速度、準(zhǔn)確性和可靠性。測定水分活度的方法在AOAC International的官方分析方法中進(jìn)行了詳細(xì)說明。當(dāng)前市售的兩種水分活度測量儀器，一種使用冷鏡露點技術(shù)，另一種則使用檢測電阻或電容變化的傳感器來測量相對濕度。兩種方法各有優(yōu)點和缺點，并且在精度、重復(fù)性、測量速度、校準(zhǔn)穩(wěn)定性、線性度和便利性等方面各不相同。

露點法是蒸氣壓的主要測量方法，已經(jīng)使用了數(shù)十年。采用冷鏡露點技術(shù)的水分活度儀具有準(zhǔn)確、快速、易于使用的特點。市售露點法水分活度儀的測量范圍為0.030至1.000，分辨率為±0.001，精度為±0.003，測量時間通常小于5分鐘。

露點法測定空氣中蒸氣壓的基本原理是，空氣可以在不改變水分含量的情況下冷卻直到空氣飽和為止，露點溫度則是空氣達(dá)到飽和時的溫度。當(dāng)冷凝開始時，通過測量冷鏡的溫度可以確定露點溫度。樣品的水分活度是露點溫度下的飽和蒸氣壓與產(chǎn)品溫度下的飽和蒸氣壓的比值。

在露點法水分活度儀（AquaLab）中，樣品在一個裝有反射鏡、光學(xué)傳感器、內(nèi)部風(fēng)扇和紅外溫度傳感器的密閉腔室內(nèi)達(dá)到平衡。平衡時，腔室內(nèi)空氣的相對濕度與樣品的水分活度相同。一個熱電冷卻器準(zhǔn)確地控制反射鏡溫度；一個光學(xué)反射率傳感器檢測**出現(xiàn)凝結(jié)的確切點，一束紅外光被引導(dǎo)到反射鏡上并反射回光電探測器，當(dāng)反射鏡上發(fā)生冷凝時，探測器檢測反射率的變化；連接到反射鏡的熱電偶準(zhǔn)確測量露點溫度；內(nèi)部風(fēng)扇使空氣循環(huán)，這減少了蒸汽平衡時間并控制了反射鏡表面的邊界層電導(dǎo)；紅外測溫儀測量樣品表面溫度。露點溫度和樣品溫度均用于確定水分活度。測量水分活度時，要反復(fù)確定露點溫度，直到達(dá)到蒸汽平衡為止。由于測量是基于溫度確定的，因此無需進(jìn)行校準(zhǔn)，但是可以運行標(biāo)準(zhǔn)鹽溶液來檢查儀器的功能是否正常。如有問題，可以通過檢查反射鏡并快速對其進(jìn)行清潔從而解決。

其他用于測量水分活度的儀器使用電阻或電容傳感器來測量相對濕度。這些傳感器由吸濕性聚合物及其相關(guān)電路制成，該電路會產(chǎn)生與平衡相對濕度（ERH）相關(guān)的信號。市售的儀器可測量整個水活度范圍，精度為±0.015。由于這些儀器將電信號與相對濕度相關(guān)聯(lián)，因此必須使用zui少五個已知的標(biāo)準(zhǔn)鹽溶液校準(zhǔn)傳感器。 當(dāng)樣品和傳感器溫度相同時，ERH等于樣品的水分活度。電容式傳感器的優(yōu)點包括簡單的設(shè)計和廉價的功能實現(xiàn)。但電容式傳感器通常需要30至90分鐘才能達(dá)到完全的溫度和蒸汽平衡，且實現(xiàn)準(zhǔn)確的測量需要良好的溫度控制。

結(jié)論

對于許多食品來說，水分活度是食品質(zhì)量和**的一項重要屬性。它可以預(yù)測食品在微生物生長、化學(xué)和生化反應(yīng)速率以及物理性質(zhì)方面的**性和穩(wěn)定性。 FDA將水分活度原理納入聯(lián)邦法規(guī)中說明了測量食品中水分活度的必要性。而新的儀器技術(shù)極大地提高了水分活度測量的速度、準(zhǔn)確性和可靠性。