水分活度——食品安全的另一个关键因素

如果您阅读了有关微生物食品安全的相关法规，通常会提到两个值：pH值和水活度。食物的酸碱度是以酸离子（氢离子）的浓度来衡量其酸度的，4.6是界定酸和低酸食物的界限。因此，任何ph值低于或等于4.6的食物都是酸性的，任何ph值高于4.6的食物都被归类为低酸性的。

第二个值是水活度，这是一个大多数人不熟悉的术语，它指的是食品中可以用于微生物生长的水。水活度会影响化学反应和酶反应，但这些影响在本文中不作介绍。根据规定，如果一种食品的水活度值为0.85或以下，则属于无害食品，因为没有足够的自由水允许病原微生物生长。这里我们将讨论什么是水活度，如何测量水活度，它与微生物的关系以及水活度在食品制造中的应用。

水活度 vs 水分含量：

水活度的值不同于食品中的水分含量（百分比值）。水分含量是总水分，也就是说，样品中存在的结合水和游离水的总量。水活度是特定的，它是自由湿度的测量，通常表示为aw或百分比平衡相对湿度（%ERH）。为了进行测量，将样品放在一个小容器中，然后将容器放在与外部环境不接触的密封的样品腔内。样品腔内传感器测量样品上方空气的相对湿度。经过一段时间后，由于密封腔体内的空气和样品之间的平衡传递，相对湿度测量保持不变。如果最终结果以百分比（0到100%）表示，则称为相对湿度；如果最终读数以0到1.0之间的值表示，则称为水活度。在传统方法下实验室对水活度的测定，通常需要数小时才能达到平衡。但现在采用现代化的仪器测量技术，水活度测量简单、准确、快速。大多数情况下，读数可以在几分钟内获得，困难样品的读数也可以在不到一小时内获得。

不同类型食品的水活度值示例，如表1所示。

水活度及食品的保存

例如人类这样需要水来生长和繁殖。微生物同样需要，水作为一种重要的溶剂，是生物体内大多数生化反应所必需的。缺水会阻止微生物生长，但不一定会加速微生物的死亡。面包酵母就是一个很好的例子。酵母是以干燥的形式购买的，一旦供应了水和少量的生长基质（糖），酵母就开始生长。微生物不能在低水活度下生长可以作为一种食品保存的形式和手段。

水活度（aw）是微生物可利用的水的指数。纯蒸馏水的水活度为1.0。溶解的溶质（盐、糖）或吸收水的固体可减少可用水量。所以腌制是早期保存食物的方法之一，至今仍在使用。通过添加高浓度的盐，可以充分降低aw，以防止大多数微生物的生长。这项技术的一个很好的应用例子就是腌鱼。通过同样类似的方式，所以糖也会被用于食品的加工，如蜜饯、果酱和果冻，通过盐或糖的腌制，这些食品不再易受细菌和大多数酵母和霉菌的破坏。

也许最常见的食品保存方法不是将可用的水结合起来，而是通过干燥将其除去。干燥和脱水食品包括肉类、海鲜、蔬菜、香料、水果、面食、面包和乳制品。每个脱水产品的最终含水量和水活度将取决于食品的特性、分布和储存温度、包装条件和预期保质期，但一般来说，大多数干燥产品的最终水活性将低于0.85。因此，水活度降低到一定的程度，可以使你的食物免受腐败和潜在的病原体的危害，一般来说，大多数细菌在0.85的水活值度下受到抑制。这包括食物病原体和腐败细菌。酵母菌和霉菌对水活度值更具耐受性，需要0.60或以下的水活度值来确保食物的保存。这就是为什么面包会因为霉菌的生长而变质，而不是细菌的生长。

传统的干燥食品或低水分含量食品，含有少于25%的水分，最终的水活度值aw在0.0到0.60之间。这些产品包括干鸡蛋、饼干和谷类食品。这些产品质量较稳定，只要保持低湿度就不会变质。另一类受水活度值控制的食物是那些含水量在15%到50%之间，水活度值aw在0.60到0.85之间的食物。这些是中等水分含量的食品，通常需要额外的处理措施，如巴氏杀菌、pH值控制、冷藏或防腐剂，从而生产出稳定的产品。中等水分含量的食物的有干果、蛋糕和糕点、水果蛋糕、果酱、糖浆和一些发酵香肠等。对于肉制品，美国农业部的规定要求脱水过程中的最低保持温度为华氏145°F（63摄氏度）。脱水温度的升高不仅有助于干燥过程，而且还能防止病原体和大多数腐败生物的生长。

在某些情况下，脱水食品将被重新组合，如奶粉或蔬菜，而在其他情况下，产品将以干的形式存在，如牛肉干或面包块。干燥和脱水的产品必须保存在相对湿度低于产品平衡相对湿度（%ERH）的环境中。如果干燥的食品暴露在较高的相对湿度环境中，产品将吸收水分，其水吸收系数将增加。这种增加的水活度aw就可能与腐败生物或病原体的生长有关。因此，那些水活度值对自身质量安全影响较大的产品的通过使用正确的干燥、包装方式至关重要。密封容器，如玻璃罐、金属罐或密封袋，将防止水分与环境交换。只要塑料袋没有被刺穿或打开，大多数塑料袋都能提供良好的防潮保护。特殊塑料材料可满足不同产品的特殊需求，如耐油脂、紫外线防护、低透氧性、真空包装等。选择合适的包装材质将更好的减少时间对产品质量的影响来延长保质期。

酸碱度是微生物生长的另一个关键因素。如果已知特定微生物的最低pH和水活度值，则可以设计或调整食品以控制病原体并延长保质期。