水分活度Aw(Water Activity)是目前食品加工行业一个十分重要的概念,也是食品研发人员在产品开发阶段必须要考虑的一个食品的特性。水分活度在深大程度上影响着食品的保质期、安全性等。但是为什么水分活度会有如此重要的影响呢?
水分活度:指食品中水分存在的状态,及水分的结合程度或者游离程度。水分活度的值越高,结合程度越低;水分活度的值越低,结合程度越高。也就是说,水分活度高,食品中水的结合程度低,食品中可以供微生物生长繁殖的水分就多,反之,食品中可以供微生物生长繁殖的水分就少,就会抑制微生物的生长。这也是水分活度会影响食品保质期的最重要的原因之一。
01、常见食品的水分活度
一、微生物生长的水分活度
每种微生物体都有其生长的最低、最佳、最高水分活度(见表1、表2)。酵母菌和霉菌可在低水分下生长,但是0.85是病原体生长的安全界限。0.85是根据金黄色葡萄球菌产生毒素的最低水分活度得来的。
0.85以上水分活度食品需要冷藏或其它措施来控制病原体生长(见表3)。水分活度0.60~0.85的食品为中等水分食品(见表4),这些食品不需要冷藏控制病原体,但由于主要酵母菌和霉菌引起的腐败,要有一个限定货架期。对大部分水分活度在0.6以下食品,有较长的货架期,也不需冷藏,这些食品称为低水分食品。
大部分生肉、水果和蔬菜属于水分较高的食品(见表3、水分活度高于0.85) 。值得注意的是面包,多数人认为它是干燥,货架稳定的产品。 实际上,它有相当高的水分活度,它只是因pH值、水分活度的多重屏障,而使之安全,并且霉菌比病原体更容易生长,换言之,它变危险之前就长霉变绿了。
有些独特风味的产品,如酱油,外表像是高水分产品,但因盐、糖或其它成分结合了水分,它们的水分活度很低,其水分活度在0.80左右(见表4)。
所以食品按其水分活度可划分为三类(见表3、表4、表5)。有些中等和低水分活度食品为天然低水分活度,例如,糖蜜和面粉,加工时不必控制水分活度。 其它中等和低水分活度食品,如果脯、腌鱼、草莓酱、饼干、酱油和面条,开始是高水分活度食品,加工后,水分活度降低了。
二、微生物生长必需的最低水分活度
三、食品中水分活度与微生物生长
02、降低水分活度的方法
控制水分活度分两步:
第一步,科学地设定可保证水分活度为0.85或更低的干燥、盐渍或加工配方,然后严格地执行。
第二步,可取制成品样品测试其水分活度。
降低食品中水分有两种传统方法,即干燥、加盐或糖结合水分子。
一、干燥
干燥是食品防腐最古老的方法之一。除防腐之外,干燥产生了食品的自身特性,如同发酵。世界上很多地方还在用开放式空气干燥,一般而言有 4 种基本干燥方法。
(1)热空气干燥:用于固体食品如蔬菜、水果和鱼。
(2)喷雾干燥:用于流体和半流体如牛奶、骨汤。
(3)真空干燥:用于流体如果汁。
(4)冷冻干燥:用于多种产品。
二、加盐或糖
另一种降低食品水分活度的方法是加盐或糖。
这种类型食品的例子有酱油、果酱和腌鱼,这不需要非常特殊的设备。 对流体或半流体产品,如酱油或果酱,用配方加工控制。对固体食品如鱼或熏火腿,可用盐干燥,即放入盐溶液或浸入盐水中。
1、盐藏
食品经盐藏不仅能抑制微生物的生长繁殖,并可赋予其新的风味,故兼有加工的效果。食盐的防腐作用主要在于提高渗透压,使细胞原生质浓缩发生质壁分离;降低水分活性,不利于微生物生长;减少水中溶解氧,使好气性微生物的生长受到抑制等。
各种微生物对食盐浓度的适应性差别较大。嗜盐性微生物,如红色细菌、接合酵母属和革兰氏阳性球菌在较高浓度食盐的溶液(15% 以上)中仍能生长。无色杆菌属等一般腐败性微生物约在 5% 的食盐浓度,肉毒梭状芽孢杆菌等病原菌在7%~10% 食盐浓度时,生长也受到抑制。一般霉菌对食盐都有较强的耐受性,如某些青霉菌株在25% 的食盐浓度中尚能生长。
由于各种微生物对食盐浓度的适应性不同,因而食盐浓度的高低就决定了所能生长的微生物菌群。例如肉类中食盐浓度在5% 以下时,主要是细菌的繁殖;食盐浓度在 5% 以上,存在较多的是霉菌;食盐浓度超过20% ,主要生长的微生物是酵母菌。
2、糖藏
也是利用增加食品渗透压、降低水分活度,从而抑制微生物生长的一种贮藏方法。
一般微生物在糖浓度超过50% 时生长便受到抑制。但有些耐透性强的酵母和霉菌,在糖浓度高达70% 以上尚可生长。因而仅靠增加糖浓度有一定局限性,但若再添加少量酸(如食醋),微生物的耐渗透力将显著下降。
例如,果酱产品,因其原料果实中含有有机酸,在加工时又添加蔗糖,并经加热,在渗透压、酸和加热等三个因子的联合作用下,很容易杀灭酵母菌和霉菌,可得到非常好的保藏性。
根据栅栏因子理论,水分活度(Aw)是个很重要的栅栏因子,通过降低水分活度就可以控制食品的安全。当然,我们还可以通过测定产品的水分活度,来确定产品中需要控制的微生物种类,在工艺制订时有针对性地制定控制方案,同时也能很方便地预估产品保质期。