水分管理与水分活性原理解析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：使得食品品质下降的水分含量很大程度上取决于产品成分与水分的亲和力。要理解和应用水分管理系统，首先必须要了解水分活性aw。此外，由于是经验性测量的，对应用于食品产品其结果是令人满意的。因此，没有一个产品会处于最佳水分含量状态。在给定的总水分含量情况下，因为多糖转化为单糖和双糖，大多数水果和浆果的成熟降低了aw。面食产品可以曝露在水分波动范围很大的环境中而不会受到明显的损害。

传统和普遍的表达食品和其他天然产品含水量的方式是用产品中含水率百分比。储存此类产品时用这种“绝对湿度”不是一种好的表述方法。使得食品品质下降的水分含量很大程度上取决于产品成分与水分的亲和力。因此，必须采取其他的含水量表述方式。

要理解和应用水分管理系统，首先必须要了解水分活性aw。所有食品的aw是可测量的，是一个非常有用的参数。水分活性的定义是：

式中 Ps——产品或溶液的蒸气压；

Pw——纯水的蒸气压。

虽然式（4-1）是对拉乌尔定律的简化，但是在几乎所有的情况下，这个估计值是有效的。此外，由于是经验性测量的，对应用于食品产品其结果是令人满意的。

aw的取值范围是从0（绝对干燥）到1（全部是水）。因此，人们可以获得某个产品的aw，如0.33或0.62。目前一般通过仪器就可以方便地测出某个食品的aw值。

如果要向非专业人员报告结果时，将aw数值转换为相对湿度可能在概念上更可取，更加容易理解。大家知道，天气预报中的相对湿度这个术语，可以表述人们所在的环境是舒适还是不舒服。可以定义：

这样的话，假如测得食品的aw是0.33 或0.62，则食品包装容器内顶部空间的相对湿度为0.33 或0.62。

当食物的水蒸气压力与其周围的空气压力相等时，它们处于平衡状态。但是，这不是一个静态的系统，而是一个动态系统，从产品中流失的水分子量等于从环境中获得的水分子量。许多谷物产品，如饼干和即食谷类食品，在相对湿度为0.33 的情况下，储存质量变化不大。

首先，当这种谷物食品曝露在高于或低于理想湿度的环境时，保护性包装及其防潮性能将决定食物受到影响的程度。其次是包装密封的质量。在干燥的气候条件下，产品可能会失去水分，而在潮湿的地方，将会受潮。如果刚好接触到0.33 的相对湿度，不会产生水分的变化，因为包装内部与环境保持平衡。很明显，产品的质量是可以通过适当的水分管理系统来维持的。(https://www.chuimin.cn)

每种配方或天然食品均有一个独特的aw值，此时其品质处于最佳状态。改变配方也可以改变aw值，特别是在溶质发生变化的情况下。例如，添加蔗糖作为甜味剂会降低产品的黏度。如果果糖上的单糖（如葡萄糖）代替一些蔗糖，那么aw的减少几乎是双倍的，因为单位重量的葡萄糖会增加溶液中大约1.9 倍于相同重量的蔗糖的分子。很明显，一种含单糖或双糖量高的食品，其aw值比低分子量的低可溶性化合物食品的aw低得多。对aw值的影响而言，双糖类起到大约一半的效果。

如果有两个或多个具有不同aw值的产品放置在同一个包装内，它们将会向aw值中间值靠拢。因此，没有一个产品会处于最佳水分含量状态。如果有必要将不同的产品组合在同一个包装内，例如，一个水果馅的面包，那么所有组成成分的配方需要重新考虑，以形成一个共同的aw值。否则面包会显得潮湿，不再松脆；而水果馅则会变硬，难以咀嚼。

找到中间的aw值来生产汁多的水果馅面包是一个巨大的挑战。通过选择糖、面粉、脂肪、乳化剂等混合物，可以生产出一种保质期长（6～12月）的可接受的产品。然而，这种产品对湿度或者aw值的变化区间相对较窄。

如水果、蔬菜和谷物这样的天然产品，从生长到完全成熟，会经历一个aw变化的范围。成熟往往涉及部分生物聚合物（如淀粉）向葡萄糖或果糖的转化过程，从而降低了水分活性aw。在给定的总水分含量情况下，因为多糖转化为单糖和双糖，大多数水果和浆果的成熟降低了aw。在储藏期间，大多数水果，包括苹果，都会消耗一些葡萄糖来维持生命。随着时间的推移，因为失去水分，苹果会变得起皱、不脆。生菜等绿叶蔬菜会枯萎，失去充盈从而没有了理想的脆口。通过将食物放在湿度较高的环境中，使其达到最长的保质期，可以显著减缓水分的损失，保留可接受的味道和质地。有些产品可能是几天，有些则可能是几个月。

然而，高湿度环境也有不利的一面。相对较小的温度波动可能导致水分在包装或产品上凝结。凝结水分地方的aw本质上是1.0，这将有利于所有微生物生长。温度循环可能会使产品失去水分。通常，水分流失的速率比吸收的快。所以，产品在频繁的温度循环下会产生水分的净损失。由于这种环境通常湿度较低，所以产品在每一个温度循环中都有净损失。

还应当指出，与人们的感知相反，冷藏空间的相对湿度相对较低，一般在0.30～0.40范围内。冰箱中空气的露点是储藏室内冷却管温度的函数，不管是家用冰箱还是冷藏设备。

所有食品都有最佳的aw。在某些情况下，水分含量的微小变化会使产品变得让人不能接受，如冻干的蘑菇。牛肉干的aw值在0.74 到0.76 之间变化（变化公差小于 ±0.01），其质地就有明显的改变。在这种公差非常小的情况下，可能意味着需要用成本更高的、防潮性更好的包装来保护产品。

有些产品对其湿度/aw值的波动具有很高的耐受性。对于水果/浆果蜜饯，aw值变化 ±0.1 几乎不会引人注目。面食产品可以曝露在水分波动范围很大的环境中而不会受到明显的损害。因此，人们可以看到超市提供的面食产品就用没有内衬的纸板箱进行包装。

水分管理与水分活性原理解析

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