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水活性测量的重要作用
点击次数:436 发布时间:2018-05-09

    水活性定义为物质中水分含量的活性部分或者说自由水。它影响物质物理、机械、化学、微生物特性,这些包括流淌性、凝聚、内聚力和静态现象。食物上架寿命、颜色、味道、维生素、成分、香味的稳定性;霉菌的生成和微生物的生长特性都直接受水活性值影响。左边的表格显示了部分微生物生长所需要的zui低水活性值。水活性的控制对产品的保质期非常重要。

  如果我们能测出食物中水活性我们就能预知哪种微生物是导致食物腐坏的潜在原因,并能分检出来。让我们考虑一下水活性值为0.81的蛋糕,其保质期为21℃时24天。如果水活性提高到0.85,这些指标将降低为21℃时12天。这表明是水活性值决定了微生物生长率。

  同样的,水活性对制药业也非常重要,它提供的数据表达了如下信息:药片的内聚力,药粉的粘结力,包衣的粘着性等等。

  水活性与微生物生长

  水活性值 微生物

  1.00 - 0.91 多数细菌

  0.91 - 0.87 多数酵母菌

  0.87 - 0.80 多数霉菌

0.80 - 0.75 多数嗜盐细菌

  0.75 - 0.65 干性霉菌

  0.65 - 0.60 耐渗透压酵母菌

什么是水活性?

  水活性是吸湿物质在很小的密闭容器内与周围空间达到平衡时的相对湿度,用0...1.0aw表示。水活性测量主要用在食品行业,常用来检测产品的保质期和质量。

  什么是平衡相对湿度(ERH)?

  平衡相对湿度(ERH)是指吸湿物质与周围环境水汽交换达到平衡时的相对湿度,用0...100%RH表示。平衡相对湿度典型应用在造纸和医药领域。同样也应用到任何对湿气敏感的产品中。

  水活性与ERH?

  水活性是指食品中的水分存在的状态,即水分与食品的结合程度或者游离程度。结合程度越高,水活性越低,结合程度越低,水活性就越高。而平衡相对湿度(ERH)是指食品周围空气的状态。特别要说的是,ROTRONIC产品为用户提供了水活性(aw)和相对湿度(%RH)两种单位。

  什么是水分含量?

  水分含量是指固体物质中水占总质量的百分比。

       水活性与水分含量的关系?

  食品的水分含量越高,水活性越大;但两者并不存在简单的正比关系。在恒定温度下,食品水分含量(%)对水活性(Aw)作图得到水分等温吸附线MSI(Moisture Sorption isotherms),如右图,水分等温吸附线一般是S型曲线。温度固定,对于同一种材料,这个图是*的,两者之间的关系是对应的。但事实上,很多天然原料和食品的成分、化学性质都不可能完全一致,如果关心的是水的比例,则测量水分,如果关心物质对水的吸附和同外界的交换能力则测水活性,我们的水活性设备使用方便,不论在现场还是在实验室。

  为什么要测量水活性?

  水活性是药品和食品行业重要的参数。它指产品中自由水的量,是酶和微生物生长的基础数据。

  水在产品中,比如食物,被限制在不同的成分中,如蛋白质、盐、糖。这些化学绑定的水是不影响微生物的。绑定的水分越多,能够蒸发的水汽就越少,所以产品里含水量多,并不等于它表面的水汽分压就一定高,平衡相对湿度就一定大,微生物就一定更活跃。

水活性对产品稳定性影响很大(抵抗微生物,香味保持),对粉末结块、化学品稳定,物理特性如纸张尺寸等都有重要影响。

   食品中的水可分为结合水自由水两类。自由水能被微生物所利用, 结合水则不能。食品中水分含量,不能说明这些水是否都能被微生物所利用,对食品的生产和保藏均缺乏科学的指导作用; 因此, 为了表示食品中所含的水分作为生物化学反应和微生物生长的可用价值, 提出了水分活性( 亦称水分活度,Water activity) 的概念。[1] 水活度是吸湿物质在很小的密闭容器内与周围空间达到平衡时的相对湿度,用0...1.0aw表示。水活性测量主要用在食品行业,常用来检测产品的保质期和质量。

G.N. Lewis 从平衡热力学定律严密地推导出物质活度的概念, 而Scott 首先将它应用于食品。水分活度的严格定义是: Aw=f/f0

式中: f 为溶剂的逸度( 逸度是溶剂从溶液逃脱的趋势) ; f0 为纯溶剂的逸度。

研究发现, 在低压( 例如室温) 下, Aw =P/P0 。此等式只有在溶液是理想溶液和存在热力学平衡的前提下才能成立。然而, 在食品体系一般不符合上述两个条件, 故在食品中用一个近似式表示, 即Aw≈P/P0 。另外, 还有Aw =ERH/100 的表示法。

式中: Aw 为水分活度, P 为食品中的水蒸气分压力; P0 为在相同情况下的纯水的蒸汽压; ERH 为平衡相对湿度(Equilibrium Relative Humidity), 即食品既不散湿也不吸湿时的大气相对湿度。Aw 与ERH 并不是一回事, 水分活性是样品固有的一种特性, 而平衡相对湿度是空气与样品中的水蒸气达到平衡时大气所具有的一种特性。

Aw 值对食品的营养、色泽、风味、质构以及食品的保藏性都有重要的影响。一般来说, 食品的水分活性越低, 其保藏期就越长, 但也有例外, 例如,如果脂肪中的水活性过低, 则会加快脂肪的酸败。因此, 食品中水分活性的测定具有重大意义。[1] 

水活性是药品和食品行业重要的参数。它指产品中自由水的量,是和微生物生长的基础数据。 水在产品中,比如食物,被限制在不同的成分中,如蛋白质、盐、糖。这些化学绑定的水是不影响微生物的。绑定的水分越多,能够蒸发的水汽就越少,所以产品里含水量多,并不等于它表面的水汽分压就一定高,平衡相对湿度就一定大,微生物就一定更活跃。水活性对产品稳定性影响很大(抵抗微生物,香味保持),对粉末结块、化学品稳定,物理特性如纸张尺寸等都有重要影响。

从水分活性定义很容易看出, 在预测食品的安全性和预测有关微生物生长、生化反应率及物理性质稳定性两方面, 水分活性是极其重要的。通过测定和控制食品的水分活性, 可以做到以下几点:

( 1)预测哪种微生物是潜在的腐坏和污染源;

( 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zui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

    至今仍没有通过放入食品内部而直接测定水分活性的装置, 水活度采用间接的方法来测定, 其步骤是将试样置于一个密闭的容器内, 待达到表观平衡( 试样恒重) 后测定容器内的压力或相对湿度。主要应用的检测方法和仪器有: 水分活度测定仪( 或被改进的新型水分活度自动检测仪) 、扩散法、溶剂萃取法、公式模拟法及冰点法。

    传统的扩散法,是中国的国标方法。特点是精确度较高,但方法陈旧,耗时长,且操作复杂。国际上应用zui广的是镜面冷凝露点仪器法,我国也在向国际标准看齐,近两年,也即将要出台的粮食水活度和药品水活度的仪器测定方法。新的水活度标准,采用现在应用zui广的Aqualab镜面冷凝露点仪器法,在测量精确度和测量时间上将有很大的提高。精确度达到0.003,测定时间5min。这种仪器方法不但准确度和重复性更高,且操作简便且耗时短。将更适合于生产线上的过程控制,达到快速精确检测的目的。

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