水活度監測在食品質量安全控制中的重要意義

□ 培安公司 供稿

食品安全的管理模式強調“從農田到餐桌”全過程管理，即以預防為主的原則來減低微生物引起的食源性危害。在食品的加工、儲存和銷售過程中，食品原料受到外界環境微生物的侵染，加之殺菌不徹底、儲運方式不得當等造成的微生物污染，是導致食品腐敗變質，威脅消費者健康的主要原因。只有有效地控制食品生產各個環節中潛在的微生物污染問題，食品工業才能生產出讓消費者放心的食品。水分活度的控制是阻止有害微生物生長的關鍵因素。在美國聯邦法規第21款中已經明確規定，水分活度是檢驗食品安全性的重要指標。同時，美國食品藥品監督管理局（FDA）所規定的食品生產過程良好操作規范（GMP）中明確地把水分活度定義為反應食品安全性的重要指標。在危害分析關鍵控制點（HACCP）監測系統中明確定義：“可通過限制水分活度來控制微生物病原體的生長。”美國規定，庫存食品水分活度超過0.85不能上市銷售；日本規定，庫存食品水分活度超過0.90不能上市銷售。然而，在我國還沒有這樣的相關規定出臺。

食品的水分活度

 作為熱力學概念，水分活度是描述食品中的水分所處的一種能量狀態，它與食品體系的吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）有較強的相關性。它是表示水分的逃逸趨勢（逸度）的指標；表示食品中的水與其他物質結合的緊密程度。雖然水分含量和水分活度都是用來描述水分存在的狀態，但是水分活度是與食品的質量安全最相關的因素。

嚴格意義上，我們把食品中水的逸度與純水的逸度之比稱為水分活度Aw.

水分逃逸趨勢通常可以近似地用水的蒸汽壓來表示。

 水分活度是食品組成和溫度的函數，受前者影響較大。食品物料中水分存在的形式，通常只是簡單地分為結合水和非結合水。嚴格地說，按照食品中的水分和物料的結合形式，可將物料中的水分分為：化學結合水，物理化學結合水（包括吸附結合水，結構結合水，滲透壓結合水）和機械結合水。

 長期以來，人們了解到食品的腐敗變質與食品中水分含量（W）具有一定的關系。但是，僅僅知道食品中的水分含量不足以預報食品的質量安全性。有一些食品具有相同水分含量，但腐敗變質的情況是明顯不同的，如鮮肉與咸肉的水分含量相差不多，但保藏期卻不同；這存在一個水能否被微生物酶或化學反應所利用的問題；這與水在食品中的存在狀態直接相關。

 所以，在考量食品質量安全的時候，食品中的水分含量并不是一個可靠的標準。例如，一種穩定的食品有可能包含15%的水；另一種食品有可能包含8%的水；但是，這不能斷定前者更容易被微生物利用而生長，這是由于有可能這部分水是通過化學鍵與其他組分結合，是不能被微生物利用的。

那么水分活度是如何影響微生物的呢？

水活性可以顯著影響食品中微生物的繁殖、代謝（包括產毒）和抗性。

 首先，Aw值影響微生物的生長繁殖。大多數與食品有關的微生物在Aw值較高的情況下生長比較旺盛，只有少數能在較低Aw值下生長。因此，如果降低Aw值，食品中可繁殖的微生物種類和數量會減少。各類微生物對Aw值要求不同，細菌對水分活度的要求，Aw>0.9時才能生長繁殖；其次是酵母菌，要求Aw>0.87,再次是霉菌，在Aw為0.8時開始繁殖。另外，同屬而不同種的微生物對Aw要求也不完全相同。

 其次，Aw值對微生物代謝活性也有影響。降低Aw值可以使微生物的生長速度降低，進而，食品腐敗速度、微生物產毒數量以及微生物代謝活性也會降低。值得注意的是，中止不同的代謝過程所需的水活性值不同。因此，在有生毒細菌或霉菌存在的食品中，毒素的存在是極有可能的。由此可以看出對于食品水分活度的監控具有重要的現實意義。

 再次，Aw值對微生物抗熱性同樣具有影響。加熱是抑制或殺死食品中微生物的常用有效方法，不同微生物及其孢子的抗熱性不同。決定細菌的抗熱性的諸因素中，熱溶劑的物理性質、化學組成和Aw值等都是很重要的。一般來說，細菌孢子的抗熱性隨Aw值的降低而增強，在Aw值為0.2~0.4的范圍內最強。有時，在高濃度溶液中細菌的熱抗性比在稀溶液中低，因為溶質本身在加熱過程中會加重細胞的熱毀壞。

所以，通過對預殺菌的食品物料水分活度的檢測，可初步判斷熱殺菌的效果。

 第四，Aw值對微生物存活能力有明顯的影響。不能生長的微生物會逐漸死亡。因此，如果食物的Aw值低于微生物生長的值，那么微生物的數量會慢慢減少。通過對沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等食物毒性微生物的生存與Aw之間的關系的研究證明：在Aw值較低的食品中細菌孢子數會降低，這樣的食品在儲藏過程中甚至會變成無菌的。食物中帶有的寄生蟲的生存也受低Aw值的影響，這些寄生蟲在冷凍或干燥過程中可被殺死。在研究肉中旋毛蟲在干燥過程中的生存情況時觀察到：在發酵香腸中當Aw值降低到一定數值時，這些寄生蟲會失活，從以上所述可以得出這樣的結論：通過選擇合適的條件（Aw值、pH值、濕度、保鮮劑等），可減少或殺死微生物，從而提高食品穩定性和安全性。

 通過以上的論述，我們可以看出，水分活度對微生物的影響十分顯著，水分活性是食品質量控制中的一個重要指標。在食品領域及時監控水分活性，可有效地估價食品的安全性和穩定性。一般，Aw值在0.9~1.0間的食品屬高濕食品，Aw值在0.6~0.9屬于中濕食品，Aw0.0~0.6屬低濕食品。高濕食品腐敗是由于細菌，中濕食品腐敗主要是由于霉菌和酵母，在低濕食品上，微生物一般不生長，但低濕食品質量方面也依賴于Aw.另外，水分活度可用于高濕和中濕食品微生物安全和質量穩定性的預測。

 在預測食品的安全性和預測有關微生物生長、生化反應速率等方面，水分活性扮演著極其重要的角色。通過測定和控制食品的水分活性，可以做到以下幾點：（1）預測哪種微生物是潛在的腐敗和污染源；（2）確保食品的物理，化學穩定性；（3）使非酶氧化反應和脂肪非酶氧化降到最小；（4）延長酶的活性；（5）優化食品的物理性質，如質構和貨架期。

水分活度檢測在肉類質量控制中的作用

 水分活性是影響肉品保鮮的重要柵欄因子。眾所周知，微生物可在各種肉與肉制品上生長繁殖，微生物的污染和繁殖可直接導致肉品的腐敗變質，從而影響肉品的衛生質量，嚴重時還可引起食物中毒，微生物與肉品保鮮的關系不言而喻。微生物的正常生長繁殖必須滿足三個主要條件：（1）營養條件，肉和肉制品是微生物生長繁殖的培養基之一；（2）溫度，一般來說溫度高，生長繁殖快，反之慢；（3）適量的水（一定的水分活性）。三者具備，微生物便可很好地生長繁殖，否則微生物的生長繁殖都將受到影響。在這三個主要條件中，水分活性與微生物的關系極為密切，因為任何一種微生物在食品（包括肉與肉制品）中進行正常的生長繁殖，都要求有一個的水分活性值，在該值以下微生物不能正常生長繁殖。換言之，一種肉制品的Aw值直接影響著該肉制品可能污染的微生物的種類和數量，進而影響著對該肉制品采取的防腐保鮮措施。因而，一直以來水分活性都披視為肉制品保鮮的重要柵攔因子，在同等條件下，Aw值低，肉品保存期長。Aw值與肉品保鮮期的關系宏觀上可以下圖表示：

 自從水分活性概念被引入食品科學研究領域后，水分活性理論被廣泛用于指導生產。目前生產實踐中的許多措施都是降低肉制品的Aw值來抑制微生物的正常生長繁殖，以達到保鮮的目的，如干燥法、凍結法、腌漬法等。在肉制品中，肉干、肉脯、肉松等干肉制品的Aw多為0.60~0.67,故被看作是低Aw的安全食品。除了這幾類干肉制品外，其他肉制品的水分活度通常高于0.75.而這些肉制品占市場份額較大，因此，及時檢測水分活度，對控制肉制品在貯存期的品質變化有重要意義。夏大勇等人在調查中采到一袋超過了保質期有10個月的肉松，檢測水分活性值為0.45,感官檢查：色擇褐黃，比正常黃色深一些，肉香昧減弱，無腐敗現象。不難看出，Aw值更能反映干制品內在質量變化的趨勢。

水分活度監測在水產品質量控制中的作用

 根據文獻資料，新鮮水產原料的Aw一般在0.98~0.99,腌制品為0.80~0.95,干制品為0.60~0.75.Aw<0.9時，細菌不能生長；Aw<0.8時，大多數霉菌不能生長；Aw<0.75時，大多數嗜鹽菌生長受抑制；Aw<0.6時，霉菌的生長完全受抑制。通常對烤魚片、魚糜干制品等方便食品要求水分活度在0.70~0.75范圍之間，在這一水分活度下，細菌已很難存活，能生長的有一些耐干燥霉菌，只要在加工、包裝、運輸過程中采取防霉措施，能達到較長時間貯藏的目的。由于在較低水活度條件下，食品中的微生物數量有下降趨勢。現在，食品科技界正在探索按預定要求控制一些食品的Aw值，以達到免殺菌保存食品的可能性。蝦仁制品的干制是通過降低蝦肉中的含水量與水分活度（Aw），以抑制微生物的繁殖，達到長期保存的目的。一般Aw<0.69時，貯存更加安全，但蝦肉干制到Aw<0.69時，水分含量已降至15%以下，得到的產品干硬，食用品質變差。為維持其相對較高的含水量同時還能防止腐敗，需要找到一個適當的平衡點。江南大學食品科學與安全教育部重點實驗室伍玉潔等人進行了水分活度對干制蝦仁產品的貨架壽命和質構的影響試驗，研究表明，通過分析比較Aw與水分含量的關系、保藏過程中細菌菌落總數的變化以及南美白對蝦蝦體的彈性和硬度等質構參數，發現當Aw控制在0.86~0.9范圍，水分含量在25%（W/W）時，常溫保藏的南美白對蝦干制產品在口感及微生物指標等方面可取得較好的平衡。

水分活度監測在糧油制品質量控制中的作用

 蛋糕等糧油制品在保藏過程中會因微生物的滋生而不能食用，微生物的滋生又包括兩個方面，即發霉和腐敗。蛋糕發霉主要是指霉菌在蛋糕上大量繁殖，可從外表觀察到呈絨毛狀的各種顏色的斑點，而且有些霉菌會產生對人體有害的毒素。污染蛋糕的霉菌群種類很多，有青霉菌、青曲菌、根霉菌、精曲菌及白霉菌等。蛋糕腐敗，主要是指蛋糕受到細菌中的馬鈴薯桿菌等的侵襲繁殖而引起的腐敗變質。霉菌在糧油制品的腐敗變質中起到了主要的作用。微生物的控制有諸多方法，國內外有很多人做過研究，比如控制原料成分，活性包裝材料，充氣包裝，添加脫氧劑，選擇保藏環境等。然而，最有效的方法還是將蛋糕制成不適合微生物生長的體系，也是調整蛋糕的水分活度再輔以抗菌劑。中國農業大學胡勝群等進行了pH、抗菌劑濃度以及水分活度對奶油蛋糕（磅蛋糕）模擬培養基中微生物生長的影響試驗，結果說明，微生物生長速度隨水分活度升高而加快，通過降低蛋糕的水分活度（0.88左右），微生物的生長受到明顯抑制。

水分活度監測在冰淇淋品質控制中的作用

 在冰淇淋漿料中，水分含量為60%~70%,但水分活度卻較低，冰淇淋漿料的總固形物含量越多，則水分活度越低。水分活度影響冰淇淋的抗融化度、抗變形度、質地的松軟度或堅實度，影響冰晶的數量、顆粒度、結構、分布位置和定向。要控制冰淇淋品質首先要控制水分活度。天津商學院食品系的楊湘慶，沈悅玉通過試驗證明控制漿料中的水分活度可以很好的控制冰淇淋品質。

總之，對水分活度的監控在保證食品質量安全上具有十分重要的意義。

 我國加入世界貿易組織后，食品進出口貿易將是我國重要的經濟活動。然而，它也對我國食品安全性保證問題提出了新的挑戰；即使在國內生產和消費的食品也面臨著新的挑戰。城市化進程加快，人們對食品的運輸和加工需求變得更大，農業生產與食品工業融為一體。食品生產和流通模式發生改變，食物比以往流通得更遠，需要運輸的時間也相對更長。食品從生產到保藏，再從流通到消費；這樣一系列的過程，都要求有效及時的質量監測。無論是站在生產者的角度還是站在政府的角度來看，有效的預防措施是保證食品安全性的關鍵所在。因此，食品工業在實施HACCP體系的同時，應該對食品水分活度給予高度的重視，因為進行水分活度的實時檢測是確保食品質量安全的有效過程控制手段。