活性水分管理系统：产品保持最佳状态的关键

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：水分管理系统在其生命周期内随时可以为产品增加或者减少水分，使产品保持最佳状态。目前，水分管理系统通常做成小包、管状盒、塑料杯或托盘的形式。图4-9是对从零售网点购买的每袋4 盎司包装的牛肉干样品进行水分活性分析统计结果示意图。表4-3牛肉干加速储存试验数据2．牛肉干湿度的恢复由于水分管理系统是双向的，可以恢复已经脱水的产品。3．抑制霉菌可以在双向水分管理系统中加入除氧剂达到抑制霉菌的目的。

在许多情况下，食品在适合微生物生长的aw附近具有最适宜的、潮湿而又柔软的组织结构。一个控制aw在最佳点附近小范围波动的系统，可以使食品加工企业制造生产出保证微生物安全性的高质量产品。

除了水分因素外，还有一些其他因素影响食品的保质期。这些因素包括氧气、紫外线、热、冷冻条件，以及其他可能对某些产品有独特影响的因素。有一些商业手段可以控制这些加快产品变质的因素。

众所周知，溶质的溶解是一个物理过程。溶解的结果是溶质和溶剂的某些性质发生了变化。例如，在水或其他溶剂中加入溶质将提高沸点并且降低溶剂的凝固点。饱和盐溶液可以创建一个与用盐量有函数关系的特定相对湿度的顶空环境。这些现象统称为溶液的依数性，如溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降和渗透压等，这些性质与溶质的本性无关。

食品工程师就是采用这种技术来开发稳定的中间水分食品，如果泥类食品、糖果、甜烘焙食品。可以在干燥器中使用饱和盐溶液产生一个已知的恒定湿度环境。将实验产品放置在已知的环境中达到湿度平衡，优化产品的配方。

对于典型的包装食品配送物流系统来说，使用这些饱和盐溶液是不实际的，因为有潜在溢出的问题。对于单独的包装，使用电子控制系统在经济上也行不通。如果只是要达到保持产品干燥或潮湿的目的，如干燥剂、硅胶、分子筛或用贮水芯装置是可以接受的。但是，这些系统在包装中都不能保持水分活性在较窄的范围内。

水分管理意味着尽管产品和包装会曝露在不同的环境条件下，但是产品的最佳水分活性随着时间的推移而保持不变。当需要时，水分管理系统会为产品提供水分或在需要时吸去水分（双向作用），使aw在包装中保持不变。水分管理系统在其生命周期内随时可以为产品增加或者减少水分，使产品保持最佳状态。

适合用于水分管理系统的材料（填充物）一般封装在水蒸气渗透性强的材料中。图4-7是美国生产的BOVEDA® Humidipak（专利产品）双向保湿片结构示意图。目前，水分管理系统（双向保湿）通常做成小包、管状盒、塑料杯或托盘的形式（图4-8）。用于食品水分活性系统aw包括0.95、0.84、0.80、0.78、0.75、0.73、0.70、0.65、0.62、0.32，均为食品级材料制成。也有其他的aw值，如0.69、0.58、0.52、0.45、0.13，但这些不是食品级材料。

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图4-7　BOVEDA® Humidipak 双向保湿片结构示意

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图4-8　BOVEDA®双向保湿片应用

1．在牛肉干产品中的应用

有些产品（如肉干）的aw值最好是在一个非常窄的范围内，即在产品标准规定的aw值附近。在这种情况下，可以使用湿度管理包来完成零售包装中的干燥步骤。

肉干是食品工业中发展迅速的产品。在美国，干腌牛肉或火鸡或野味或几种肉制品混合的食品必须达到美国农业部规定的湿度标准水平。允许的最大含水量一般是0.8。根据一个专家小组的口味，当aw在0.78～0.8 时，主观感觉上肉干是比较容易咬的，具有湿润的口感。在aw低于0.75 时，这种湿润的口感损失会变得愈加明显。当aw从0.75 下降到0.73 以下时，肉干的质地变得不那么美味可口。当aw在0.73 以下时，肉干给人的感觉明显太硬。

肉干的aw最适宜霉菌的生长。因此，肉干的包装内通常要用脱氧剂清除掉包装内的氧气。一般在肉干包装内使用吸氧铁粉就可以成功地保持包装中的低氧含量。

图4-9是对从零售网点购买的每袋4 盎司包装的牛肉干样品进行水分活性分析统计结果示意图。这些牛肉干来自五个不同的生产商，生产日期从6月到11月不等。0.73 到0.75之间的阴影区域是边际区域。

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图4-9　牛肉干质地情况示意图

表4-3是牛肉干加速储存试验。对牛肉干包装袋内使用Humidipak 脱氧剂和不使用脱氧剂进行对比。牛肉干包装内使用Humidipak 湿度片保持牛肉干的aw。储存条件为100 ℉（37.8℃），相对湿度为25%，时间为90 天。这种条件相当于在70 ℉（21℃）室温下保存12月。

表4-3　牛肉干加速储存试验数据

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2．牛肉干湿度的恢复

由于水分管理系统是双向的，可以恢复已经脱水的产品。然而，对于牛肉干产品来说，这个过程比较缓慢。因此，保持牛肉干在储藏和分配过程中的合适的水分和水分活度尤为重要。

图4-10表达的是牛肉干包装，生产时aw的值为0.78 左右。经过物流配送，牛肉干在11月后失去足够的水分（aw=0.67），质量下降。使用一个Humidipak 湿度片（aw=0.75）放入牛肉干的包装内，3月内aw增加到0.73。这时，恢复水分的牛肉干的质地达到可接受的水平。如果使用有较高aw的Humidipak 湿度片，牛肉干的aw可能达到0.75 以上。

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图4-10　牛肉干中水分的恢复

食品生产过程很难将产品的aw控制在±0.02 的范围内。通过在包装中应用一个双向调湿器，可吸收或释放出水分，将最初的产品调整到指定的目标aw值。这对于食品特别重要，因为在此aw附近可能发生微生物的生长，关系到食品的安全。

虽然还有许多方法可以恢复脱水产品的水分，但已不可能使大多数产品恢复到与原产品相同的感官状态。因此，在包装中保持恒定的湿度是非常重要的，以便使包装内产品的水分活性保持不变。

3．抑制霉菌

可以在双向水分管理系统中加入除氧剂达到抑制霉菌的目的。虽然这些除氧剂与市场上销售的干的除氧剂相比没有那么快的反应速率，但是这种湿度调节/除氧剂系统中组合有足够的反应速率，在诸如肉干类食品等充氮包装应用中是很实用的。在室温下储存至少18 个月的肉干，其包装顶部空间的氧含量低于0.1%（一般情况的氧含量约为0.15%）。

人们还发现，通过向湿度调节器中添加防霉剂或在囊袋表面施加一些抑制剂，可以进一步减少霉菌的生长。

目前已生产出复合除（脱氧剂）氧剂，除了可与氧气反应外，还能产生另外的有用气体或除掉有害气体。例如，可以除氧并产生二氧化碳的复合脱氧剂（用于果蔬和鱼的保鲜等）；除氧并产生乙醇型（杀菌）；除氧并除掉乙烯型等。

另外，近年来发展迅速的纳米技术在防霉材料上也有很好的应用。纳米材料具有在1～100nm 尺度内发生性能变化的规律。将纳米无机抗菌材料通过特殊工艺添加到包装材料中，用这样的材料制作的容器具备长效的杀菌性能。由于纳米保鲜包装材料具有高阻渗性、多功能保鲜性、选择透过性、耐热性、无菌（抗菌）性以及除锈、除臭、能再封、易开封等特别性能，能显著改善材料的渗透性能，抑制霉菌的生长。将它用于保鲜包装中，可提高新鲜果蔬等食品的保鲜效果和延长货架寿命，在食品保鲜领域应用前景广阔。

项目四复习题

1.面包和烘烤食品包装中的去除氧气的方法主要有哪些？

2.如何控制一般食品包装中的霉菌生长？

3.如何延长果蔬类产品的货架期？举例说明。

4.食品的活性水分对食品品质的影响主要有哪些？

5.以牛肉干包装为例，如何设计其包装的水分活性管理系统？

活性水分管理系统：产品保持最佳状态的关键

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