水活度

食品中的水可分為結合水和自由水兩類，自由水能被微生物所利用, 結合水則不能。食品中水分含量，不能說提出了水分活性( 亦稱水分活度,Water activity) 的概念。水活度是吸濕物質在很小的密閉容器內與周圍空間達到平衡時的相對濕度，用0...1.0aw表示。水活性測量主要用在食品行業，常用來檢測產品的保質期和質量。

G.N. Lewis 從平衡熱力學定律嚴密地推導出物質活度的概念, 而Scott 首先將它應用於食品。水分活度的嚴格定義是: Aw=f/f0

式中: f 為溶劑的逸度( 逸度是溶劑從溶液逃脫的趨勢) ; f0 為純溶劑的逸度。

研究發現, 在低壓( 例如室溫) 下, Aw =P/P0。此等式只有在溶液是理想溶液和存在熱力學平衡的前提下才能成立。然而, 在食品體系一般不符合上述兩個條件, 故在食品中用一個近似式表示, 即Aw≈P/P0。另外, 還有Aw =ERH/100 的表示法。

式中: Aw 為水分活度, P 為食品中的水蒸氣分壓力; P0 為在相同情況下的純水的蒸汽壓; ERH 為平衡相對濕度(Equilibrium Relative Humidity), 即食品既不散濕也不吸濕時的大氣相對濕度。Aw 與ERH 並不是一回事, 水分活性是樣品固有的一種特性, 而平衡相對濕度是空氣與樣品中的水蒸氣達到平衡時大氣所具有的一種特性。

Aw 值對食品的營養、色澤、風味、質構以及食品的保藏性都有重要的影響。一般來說, 食品的水分活性越低, 其保藏期就越長, 但也有例外, 例如，如果脂肪中的水活性過低, 則會加快脂肪的酸敗。因此, 食品中水分活性的測定具有重大意義。

水活性是藥品和食品行業重要的參數。它指產品中自由水的量，是酶和微生物生長的基礎數據。水在產品中，比如食物，被限制在不同的成分中，如蛋白質、鹽、糖。這些化學綁定的水是不影響微生物的。綁定的水分越多，能夠蒸發的水汽就越少，所以產品里含水量多，並不等於它表面的水汽分壓就一定高，平衡相對濕度就一定大，微生物就一定更活躍。水活性對產品穩定性影響很大（抵抗微生物，香味保持），對粉末結塊、化學品穩定，物理特性如紙張尺寸等都有重要影響。

從水分活性定義很容易看出, 在預測食品的安全性和預測有關微生物生長、生化反應率及物理性質穩定性兩方面, 水分活性是極其重要的。通過測定和控制食品的水分活性, 可以做到以下幾點:

( 1)預測哪種微生物是潛在的腐敗和污染源;

( 2) 確保食品的化學穩定性;

(3) 使非酶氧化反應和脂肪非酶氧化降到最小;

( 4) 延長酶的活性和食品中維生素;

( 5) 優化食品的物理性質, 如質構和貨架期

雖然在食物凍結后不能用水分活度來預測食物的安全性，但在未凍結時，食物的安全性確實與食物的水分活度有著密切的關係。水分活度是確定貯藏期限的一個重要因素。當溫度、酸鹼度和其他幾個因素影響產品中的微生物快速生長的時候，水分活度可以說是控制腐敗最重要的因素。總的趨勢是，水分活度越小的食物越穩定，較少出現腐敗變質現象。具體來說水分活度與食物的安全性的關係可從以下各個方面進行闡述：

a 從微生物活動與食物水分活度的關係來看：各類微生物生長都需要一定的水分活度，換句話說，只有食物的水分活度大於某一臨界值時，特定的微生物才能生長。一般說來，大多數細菌為0.94~0.99，大多數黴菌為0.80~0.94，大多數耐鹽菌為0.75，耐乾燥黴菌和耐高滲透壓酵母為0.60~0.65。當水分活度低於0.60時，絕大多數微生物無法生長。

b 從酶促反應與食物水分活度的關係來看：水分活度對酶促反應的影響是兩個方面的綜合，一方面影響酶促反應的底物的可移動性，另一方面影響酶的構象。食品體系中大多數的酶類物質在水分活度小於0.85 時，活性大幅度降低，如澱粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。

但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度為0.3 甚至0.1 時也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。

c 從水分活度與非酶反應的關係來看：脂質氧化作用：在水分活度較低時食品中的水與氫過氧化物結合而使其不容易產生氧自由基而導致鏈氧化的結束，當水分活度大於0.4 水分活度的增加增大了食物中氧氣的溶解。加速了氧化，而當水分活度大於0.8 反應物被稀釋，氧化作用降低。Maillard 反應：水分活度大於0.7 時底物被稀釋。水解反應：水分是水解反應的反應物，所以隨著水分活度的增大，水解反應的速度不斷增大。

至今仍沒有通過放入食品內部而直接測定水分活性的裝置, 水活度採用間接的方法來測定, 其步驟是將試樣置於一個密閉的容器內, 待達到表觀平衡( 試樣恆重) 后測定容器內的壓力或相對濕度。主要應用的檢測方法和儀器有: 水分活度測定儀( 或被改進的新型水分活度自動檢測儀) 、擴散法、溶劑萃取法、公式模擬法及冰點法。

傳統的擴散法，是中國的國標方法。特點是精確度較高，但方法陳舊，耗時長，且操作複雜。國際上應用最廣的是鏡面冷凝露點儀器法，我國也在向國際標準看齊，近兩年，也即將要出台的糧食水活度和藥品水活度的儀器測定方法。新的水活度標準，採用現在應用最廣的Aqualab鏡面冷凝露點儀器法，在測量精確度和測量時間上將有很大的提高。精確度達到0.003，測定時間5min。這種儀器方法不但準確度和重複性更高，且操作簡便且耗時短。將更適合於生產線上的過程式控制制，達到快速精確檢測的目的。