食品水分活度的检测对品质的影响,与保藏稳定性的关系

食品中的水分活度与食品安全性有何关系？作者：张月华水分活度与食品的稳定性Water activity and food stability 水活性、食品稳定性和吸着等温线之间的关系a. 微生物生长与aw的关系；b. 酶水解与aw的关系；c. 氧化反应（非酶）与aw的关系；d. 麦拉德褐变与aw的关系；e. 各种反应的速度与aw的关系；f. 含水量与aw的关系。

从以上可知，除非酶氧化在Aw≤0.3时有较高反应外，其他反应均是Aw愈小速度愈小。

也就是说，有利于食品的稳定性。

食品水分与微生物生命活动的关系不同类群微生物生长繁殖的最低水分活度范围是：大多数细菌为0.99~0.94，大多数霉菌为0.94~0.80，大多数耐盐细菌为0.75，耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母为0.65~0.60。

在水分活度低于0.60时，绝大多数微生物就无法生长。

食品水分与食品化学变化的关系·降低食品的aw，可以延缓褐变，减少食品营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解。

·但aw过低，则会加速脂肪的氧化酸败，又能引起非酶褐变。

要使食品具有最高的稳定性所必需的水分含量，·最好将aw保持在结合水范围内。

这样，使化学变化难于发生，同时又不会使食品丧失吸水性和复原性。

在食品的化学反应，其最大反应速度一般发生在具有中等水分含量的食品中（0.7~0.9aw），这是人们不期望的。

而最小反应速度一般首先出现在aw 0.2~0.3，当进一步降低aw时，除了氧化反应外，其他反应速度全都保持在最小值。

这时的水分含量是单层水分含量。

因此用食品的单分子层水的值可以准确地预测干燥产品最大稳定性时的含水量，这具有很大的实用意义。

熏煮香肠火腿制品的基本生产流程包括：选料→修整→配料→腌制→熏烤→蒸煮→冷却→包装。

而其他的肉制品包括腌腊肉制品、酱卤肉制品、熏烧烤肉制品、发酵肉制品等也均经过选料、配料、腌制、包装几个相同的过程。

而其中腌制、晾晒等过程就起到了降低肉制品中水分活度的作用。

水分活度对食品中主要化学变化的影响一、食品中水的组成:食品中的水不是单独存在的，它会与食品中的其他成分发生化学或物理作用，因而改变了水的性质。

按照食品中的水与其他成分之间相互作用强弱可将食品中的水分成结合水、毛细管水和自由水。

结合水：又称为束缚水，是指存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水，是食品中与非水成分结合的最牢固的水。

自由水：是指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作用的水。

毛细管水：指食品中由于天然形成的毛细管而保留的水分，是存在于生物体细胞间隙的水。

毛细管的直径越小，持水能力越强，当毛细管直径小于0.1μm 时，毛细管水实际上已经成为结合水，而当毛细管直径大于0.1μm则为自由水，大部分毛细管水为自由水。

结合水与自由水的区别：结合水在食品中不能作为溶剂，在-40℃时不结冰，而自由水可以作为溶剂，在-40℃会结冰。

食品中的结合水的产生除毛细管作用外，大多数结合水是由于食品中的水分与食品中的蛋白质、淀粉、果胶等物质的羧基、羰基、氨基、亚氨基、羟基、巯基等亲水性基团或水中的无机离子的键合或偶极作用产生的。

根据与食品中非水组分之间的作用力的强弱可将结合水分成单分子层水和多分子层水。

单分子层水：指与食品中非水成分的强极性基团如：羧基—、氨基+、羟基等直接以氢键结合的第一个水分子层。

在食品中的水分中它与非水成分之间的结合能力最强，很难蒸发，与纯水相比其蒸发焓大为增加，它不能被微生物所利用。

一般说来，食品干燥后安全贮藏的水分含量要求即为该食品的单分子层水。

若得到干燥后食品的水分含量就可以计算食品的单分子层水含量：A w/m(1-A w) =1/m1 c+(c-1)A w /m1 c式中：A w—水分活度，m—水分含量，m1—单分子层水含量，c-常数。

多分子层水：是指单分子层水之外的几个水分子层包含的水。

二、水分活度:自由水和结合水的比例可以用水分活度（Aw）表示，水分活度也可看作食品表面的蒸汽压p与纯水的蒸汽压p0之比。

水分活性与食品安全和质量近几年, 随着人们生活水平的提高, 人们对食品安全提出了更高的要求, 这意味着食品制造商必须保证食品的卫生, 不能使微生物或者有毒物质危及消费者的健康。

通过很多研究人员提供的资料得知, 人们普遍采用干燥、添加盐或者糖和冻结的方法来保证食品对微生物和化学腐败的稳定性，而这些方法主要是基于食品水活性的减少。

通过控制水分活性能防止食品腐败和保证食品质量。

水分活性是同温度下食品中水蒸气的分压力与纯水蒸汽压力之比。

食品的水分活性描述的是食品中的自由水,自由水是参与化学、生化反应和微生物生长的溶剂,因此水分活性是决定食品品质和稳定性的重要因素之一。

在考虑一种食品的质量与微生物腐败之间的关系时,水分活性是极其有用的,它能使食品制造商保证产品的安全性。

食品安全性不是仅依靠于成品问题的检测,而是必须在整个生产过程中被控制。

因此预测微生物学可用于产品设计及质量控制,制定出食品的危险分析和临界控制点。

Scott表示各种微生物的活动和各种化学与生物化学反应都有一定的Aw阈值。

大多数与食品有关的微生物在Aw值较高的情况下生长得比较好,只有少数需在较低Aw值下生长。

研究发现,细菌对水分活性的要求最高,Aw>0.9时才能生长繁殖，酵母菌要求Aw>0.87,而霉菌在Aw为0.8时就开始繁殖。

另外,同属而不同种的微生物对Aw要求也不完全相同。

举例公司复合调味酱来说，由于调味酱里所用的原料大多数是较易形成干膜的物料，特别是牛肉、姜、蒜等胶质含量较高，在水物料蒸煮时，更易形成干膜，造成物料表面水分蒸发而内部物料水分还没有完全蒸发，物料的内外产生湿度差。

当调味酱蒸煮工艺采用不当时，待放置一段时间后，内部的水分慢慢渗出，直至达到一个的平衡，很容易造成Aw值过大，从而难以保证产品质量及保质期，所以必须要调整一个理想的生产工艺。

理论上调味酱生产中水分活度的控制可采取低温蒸煮工艺，特别是冬天，但是要结台实际和公司的经济利益，灵活运用，不断从实践中积累经验，以调整一个理想的调味酱生产工艺。

食品化学答案第2章:水分1.如何从理论上解释水的独特理化性质？水分子中的O原子的电负性更大,O——H键的共用电子对强烈地偏向于O原子一边,使得H原子几乎成为带有一个正电荷的裸露质子,整个水分子发生偶极化,形成偶极分子.同时,其H原子也极易与另一水分子的O 原子外层上的孤电子对形成H键,水分子间通过这种H键产生了较强的缔合作用.由于每个水分子具有等数目的H键给体和受体,能狗在三维空间形成H键网络结构.水分子的H键网络结构为说明水的异常理化性质奠定了理论基础.2.食品中的离子、亲水性物质、疏水性物质分别以何种方式与水作用？食品中水的存在形式有哪些？各有何特点？答.（1）、水与离子及离子基团的相互作用：与离子和离子基团的相互作用的水是食品中结合最紧密的一部分水。

它们是通过离子或离子基团的电荷与水分子偶极子发生静电相互作用而产生水合作用。

对于既不具有氢键受体又没有供体的简单无机离子，它们与水相互作用时仅仅是极性结合，这种作用通常称为离子水合作用（属于静电相互作用）。

（2）、水与亲水性物质的相互作用：水与亲水性物质通过氢键而结合。

（3）、水与疏水性物质的相互作用：疏水基团和水形成笼形水合物及和蛋白质产生疏水相互作用。

水存在的形式及特点：食品中水的存在形式有体相水与结合水，体相水又分为滞化水、自由水、毛细管水。

结合水又分为化合水、邻近水（单层水）和多层水三种类型（1）化合水的性质：在-40℃下不结冰、无溶解溶质的能力、与纯水比较分子平均运动为0、不能被微生物利用（2）邻近水( Vicinal water) 的性质：在-40℃下不结冰、无溶解溶质的能力、与纯水比较分子平均运动大大减少、不能被微生物利用、此种水很稳定，不易引起Food的腐败、变质（3）多层水的性质:大多数多层水在-40℃下不结冰，其余可结冰，但冰点大大降低。

有一定溶解溶质的能力、与纯水比较分子平均运动大大降低、不能被微生物利用（4）体相水（游离水）的性质:能结冰，但冰点有所下降、溶解溶质的能力强，干燥时易被除去、与纯水分子平均运动接近、很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起Food的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。

水分活度与食品储藏稳定的关系卞　科(郑州粮食学院粮油储藏系,郑州450052)摘要　对水分活度与食品保藏稳定性的关系进行了探讨。

讨论了水分活度对微生物生长、食品中油脂的氧化、酶活力、食品的质构、食品中蛋白质和维生素的影响。

同时也指出了水分活度应用的局限性,为食品特别是配方食品的开发提供参考。

关键词　水分活度;食品稳定性;储藏中图分类号　T S 201几千前以前,人们就意识到天然高水分食物可以通过干燥来延长其储藏寿命。

最早是把食物在阳光下凉晒以除去水分,以后又有烟熏、盐腌、糖渍等食品保存方法。

这些朴素的食物保存方法都是建立在经验的基础上。

即降低食物的水分含量就能延长其储藏寿命,水分含量越低,食物的储藏寿命就越长。

直到19世纪中末期人们才认识到食品的水分含量与食品腐败变质之间有直接关系[1～2]。

这个简单关系的发现使得食品储藏、食品加工、食品干燥及食品包装等方面取得了许多有重大意义的进展,尽管这种关系是简单的、不完善的、在实践中有时甚至会出现较大的偏差[3]。

在以后的研究中人们又发现食物在干燥过程中所产生的水气压逐渐减小,也就是说越干燥的食物,水气压就越小,于是科学家们推测水气压与食品的储藏稳定性之间可能存在着某种关系。

在大量研究的基础上逐步认识到,衡量食品储藏稳定性时,水在食品中的“状态”可能比其在食品中的含量更重要[4],因为冰冻状态下(尽管含水量很高)储藏的食品比常温下储存的食品要稳定得多。

事实上,早在1924年,H .W alter 在他的研究报告中就指出生物材料的有效保藏方法是脱水,其水分含量应降到产生85%以下的相对水汽压。

然而遗憾的是W alter 的研究没有深入下去,形成一个完整的理论。

50年代初科学家们发现,尽管一般来说水分含量与食品的储藏稳定性之间存在着某些关系,但并没有必然关系,也就是说虽然有的食品含水量较高,但储藏寿命却较长(较稳定),而另一些食品尽管含水量低,储藏寿命却较短(不稳定)。

2水分活度测定及重要意义随着人们生活水平的不断提高和生活节奏的日益加快，大家对于食品的品质要求也越来越高。

其中，微生物的生长繁殖是导致食品腐败变质的重要因素。

据了解，控制微生物生长的方法大概有以下几种：1.“热杀菌”方式，但这样可能破坏食品本身营养成分中的活性物质，严重影响产品的营养性，并且在冷链运输过程中也会存在温度失控的问题。

2.控制酸度，但会受到口味等因素的制约。

3.控制渗透压，这种方法需要在食品中添加较多的糖类以及盐类物质，但这样在增加产品储藏性的同时也增加了食品的健康风险——高糖会增加糖尿病风险，高盐会增加心脑血管病的风险，同时部分高渗透压的芽孢杆菌在如此环境中也会长期存在且会分泌大量的内毒素。

4.采用防腐剂，用化学物质杀灭微生物，但防腐剂在人体内无法完全分解，而且肠道内有着人体的正常菌群,防腐剂杀灭食品中有害微生物的同时也会杀灭人体的正常有益菌群，严重扰乱了人体肠道微生物系统,长期使用后患无穷。

除此之外，通过控制食品中的水活度，使微生物失去赖以生存的水分环境，可更方便、有效地控制微生物的生长，延长食品货架寿命。

水分活度的严格定义是: 在一定温度下,溶液状的水分或食品中水分的蒸气压p与相同温度下纯水的蒸气压po的比值,即Aw=p/po。

主要用于反应食品平衡状态下的微生物能利用的或者能参与化学反应的有效水分、产品稳定性和微生物繁殖能力。

由上图，可以看出水活度和产品中的脂类氧化、褐变、维生素流失、酶的活性以及微生物生长有着密切关系。

产品中发生的生化反应（如美拉德反应）和酶促反应是引起产品品质变化的重要原因之一，降低产品的水分活度可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行。

同时，低水分活度能抑制产品的化学变化，稳定食品质量。

综上所述，为了保证产品性能的稳定，需要控制水活度值在一个较窄的范围之内，因此水分活度的测定被广泛应用于研发、生产及质量控制等领域，对掌握食品品质的稳定性与储藏性具有重要意义。

下表是水活度和微生物生长的关系，在低于这些值的条件下，对应的菌类不能生长繁殖：Aw范围在此范围内的最低水分活度一般所能抑制的微生物1.00～0.95 假单胞菌、大肠杆菌变形杆菌、志贺氏菌属、克雷伯氏菌属、芽孢杆菌．产气荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母0.95～0.91 沙门氏杆菌属、溶副血红蛋白弧菌、肉毒梭状芽孢杆菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆菌属、足球菌、一些霉菌、酵母(红酵母、毕赤氏酵母)0.91～0.87 许多酵母(假丝酶母、球拟酵母、汉逊酶母)小球菌0.87～0.80 大多数霉菌(产生毒素的青霉菌)，金黄色葡萄球菌、大多数酵母菌属(拜耳酵母)SPP、德巴利氏酵母菌0.80～0.75 大多数嗜盐细菌、产真菌毒素的曲霉0.75～0.65 嗜旱霉菌(谢瓦曲霉、白曲霉、WallemiaSebi）、二孢酵母0.65～0.60 耐渗透压酵母(鲁酵母)，少数霉菌(刺孢曲霉、二孢红曲霉)<0.60 微生物不增殖通过测定和控制食品的水分活度, 可以做到以下几点:（1）预测哪种微生物是潜在的腐败和污染源；（2）确保食品的化学稳定性；（3）使非酶氧化反应和脂肪非酶氧化降到最小；（4）延长酶的活性和食品中维生素；（5）优化食品的物理性质, 如质构和货架期。