從AW（水活度）看糕餅食品防腐系統(tǒng)
執(zhí)筆/糕餅資深工匠杜德春

水活度定義為物質(zhì)中水分含量的活性部分或者說自由水,。它影響物質(zhì)物理,、機(jī)械、化學(xué),、微生物特性,這些包括流淌性,、凝聚、內(nèi)聚力和靜態(tài)現(xiàn)象,。

食品中的水可分為結(jié)合水和自由水兩類,，自由水能被微生物所利用, 結(jié)合水則不能。食品中水分含量,，不能說提出了水分活性( 亦稱水分活度,Water activity) 的概念,。水活度是吸濕物質(zhì)在很小的密閉容器內(nèi)與周圍空間達(dá)到平衡時(shí)的相對(duì)濕度，用0...1.0aw表示,。水活性測(cè)量主要用在食品行業(yè),，常用來檢測(cè)產(chǎn)品的保質(zhì)期和質(zhì)量。
G.N. Lewis 從平衡熱力學(xué)定律嚴(yán)密地推導(dǎo)出物質(zhì)活度的概念, 而Scott 首先將它應(yīng)用于食品,。水分活度的嚴(yán)格定義是: Aw=f/f0
式中: f 為溶劑的逸度( 逸度是溶劑從溶液逃脫的趨勢(shì)) ; f0 為純?nèi)軇┑囊荻取?br>研究發(fā)現(xiàn), 在低壓( 例如室溫) 下, Aw =P/P0 ,。此等式只有在溶液是理想溶液和存在熱力學(xué)平衡的前提下才能成立,。然而, 在食品體系一般不符合上述兩個(gè)條件, 故在食品中用一個(gè)近似式表示, 即Aw≈P/P0 。另外, 還有Aw =ERH/100 的表示法,。
式中: Aw 為水分活度, P 為食品中的水蒸氣分壓力; P0 為在相同情況下的純水的蒸汽壓; ERH 為平衡相對(duì)濕度(Equilibrium Relative Humidity), 即食品既不散濕也不吸濕時(shí)的大氣相對(duì)濕度,。Aw 與ERH 并不是一回事, 水分活性是樣品固有的一種特性, 而平衡相對(duì)濕度是空氣與樣品中的水蒸氣達(dá)到平衡時(shí)大氣所具有的一種特性。

Aw 值對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng),、色澤,、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)以及食品的保藏性都有重要的影響,。一般來說, 食品的水分活性越低, 其保藏期就越長(zhǎng), 但也有例外, 例如,如果脂肪中的水活性過低, 則會(huì)加快脂肪的酸敗,。因此, 食品中水分活性的測(cè)定具有重大意義。
水活性是藥品和食品行業(yè)重要的參數(shù),。它指產(chǎn)品中自由水的量,，是酶和微生物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 水在產(chǎn)品中,，比如食物,，被限制在不同的成分中，如蛋白質(zhì),、鹽,、糖。這些化學(xué)綁定的水是不影響微生物的,。綁定的水分越多,，能夠蒸發(fā)的水汽就越少，所以產(chǎn)品里含水量多,，并不等于它表面的水汽分壓就一定高,，平衡相對(duì)濕度就一定大，微生物就一定更活躍,。水活性對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響很大（抵抗微生物,，香味保持），對(duì)粉末結(jié)塊,、化學(xué)品穩(wěn)定,，物理特性如紙張尺寸等都有重要影響,。

從水分活性定義很容易看出, 在預(yù)測(cè)食品的安全性和預(yù)測(cè)有關(guān)微生物生長(zhǎng),、生化反應(yīng)率及物理性質(zhì)穩(wěn)定性兩方面, 水分活性是極其重要的。通過測(cè)定和控制食品的水分活性, 可以做到以下幾點(diǎn):
①預(yù)測(cè)哪種微生物是潛在的腐敗和污染源;
②確保食品的化學(xué)穩(wěn)定性;
③使非酶氧化反應(yīng)和脂肪非酶氧化降到最小;
④ 延長(zhǎng)酶的活性和食品中維生素;
⑤ 優(yōu)化食品的物理性質(zhì), 如質(zhì)構(gòu)和貨架期

①雖然在食物凍結(jié)后不能用水分活度來預(yù)測(cè)食物的安全性,，但在未凍結(jié)時(shí),，食物的安全性確實(shí)與食物的水分活度有著密切的關(guān)系。水分活度是確定貯藏期限的一個(gè)重要因素,。當(dāng)溫度,、酸堿度和其他幾個(gè)因素影響產(chǎn)品中的微生物快速生長(zhǎng)的時(shí)候,，水分活度可以說是控制腐敗最重要的因素?？偟内厔?shì)是,，水分活度越小的食物越穩(wěn)定，較少出現(xiàn)腐敗變質(zhì)現(xiàn)象,。具體來說水分活度與食物的安全性的關(guān)系可從以下各個(gè)方面進(jìn)行闡述：
②從微生物活動(dòng)與食物水分活度的關(guān)系來看：各類微生物生長(zhǎng)都需要一定的水分活度,，換句話說，只有食物的水分活度大于某一臨界值時(shí),，特定的微生物才能生長(zhǎng),。一般說來，大多數(shù)細(xì)菌為0.94~0.99,，大多數(shù)霉菌為0.80~0.94,，大多數(shù)耐鹽菌為0.75，耐干燥霉菌和耐高滲透壓酵母為0.60~0.65,。當(dāng)水分活度低于0.60時(shí),，絕大多數(shù)微生物無法生長(zhǎng)。
③從酶促反應(yīng)與食物水分活度的關(guān)系來看：水分活度對(duì)酶促反應(yīng)的影響是兩個(gè)方面的綜合,，一方面影響酶促反應(yīng)的底物的可移動(dòng)性,，另一方面影響酶的構(gòu)象。食品體系中大多數(shù)的酶類物質(zhì)在水分活度小于0.85 時(shí),，活性大幅度降低,，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等,。
但也有一些酶例外,，如酯酶在水分活度為0.3 甚至0.1 時(shí)也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。
④從水分活度與非酶反應(yīng)的關(guān)系來看：脂質(zhì)氧化作用：在水分活度較低時(shí)食品中的水與氫過氧化物結(jié)合而使其不容易產(chǎn)生氧自由基而導(dǎo)致鏈氧化的結(jié)束,，當(dāng)水分活度大于0.4 水分活度的增加增大了食物中氧氣的溶解,。加速了氧化，而當(dāng)水分活度大于0.8 反應(yīng)物被稀釋,， 氧化作用降低,。Maillard 反應(yīng)：水分活度大于0.7 時(shí)底物被稀釋。水解反應(yīng)：水分是水解反應(yīng)的反應(yīng)物,，所以隨著水分活度的增大,，水解反應(yīng)的速度不斷增大。

測(cè)定方法：至今仍沒有通過放入食品內(nèi)部而直接測(cè)定水分活性的裝置, 水活度采用間接的方法來測(cè)定, 其步驟是將試樣置于一個(gè)密閉的容器內(nèi), 待達(dá)到表觀平衡( 試樣恒重) 后測(cè)定容器內(nèi)的壓力或相對(duì)濕度,。主要應(yīng)用的檢測(cè)方法和儀器有: 水分活度測(cè)定儀( 或被改進(jìn)的新型水分活度自動(dòng)檢測(cè)儀) ,、擴(kuò)散法、溶劑萃取法,、公式模擬法及冰點(diǎn)法,。
傳統(tǒng)的擴(kuò)散法,，是中國(guó)的國(guó)標(biāo)方法。特點(diǎn)是精確度較高,，但方法陳舊,，耗時(shí)長(zhǎng)，且操作復(fù)雜,。國(guó)際上應(yīng)用最廣的是鏡面冷凝露點(diǎn)儀器法,，我國(guó)也在向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)看齊，近兩年,，也即將要出臺(tái)的糧食水活度和藥品水活度的儀器測(cè)定方法,。新的水活度標(biāo)準(zhǔn)，采用現(xiàn)在應(yīng)用最廣的Aqualab鏡面冷凝露點(diǎn)儀器法,，在測(cè)量精確度和測(cè)量時(shí)間上將有很大的提高,。精確度達(dá)到0.003，測(cè)定時(shí)間5min,。這種儀器方法不但準(zhǔn)確度和重復(fù)性更高,，且操作簡(jiǎn)便且耗時(shí)短。將更適合于生產(chǎn)線上的過程控制,，達(dá)到快速精確檢測(cè)的目的,。

水分活性(Aw) ：

水分活性是肉制品中的水的蒸汽壓與相同溫度下純水的蒸汽壓之比。當(dāng)環(huán)境中的水分活性值較低時(shí),，微生物需要消耗更多的能量才能從基質(zhì)中吸取水分,。基質(zhì)中的水分活性值降低至一定程度,，微生物就不能生長(zhǎng),。一般地，除嗜鹽性細(xì)菌(其生長(zhǎng)最低aw值為0.75),、某些球菌(如金黃色葡萄球菌,，aw值為0.86)以外，大部分細(xì)菌生長(zhǎng)的最低aw均大于0.94且最適aw均在0.995以上;酵母菌為中性菌,，最低生長(zhǎng)aw在0.88-0.94;霉菌生長(zhǎng)的最低aw為0.74-0.94,aw在0.64以下任何霉菌都不能生長(zhǎng),。
當(dāng)人類以高糖、濃鹽,、重油浸透食品而延長(zhǎng)食品時(shí)候,，也許是最愜意自己的創(chuàng)造；但隨之而來的是三高與糖,、濃鹽,、重油的威脅與抵御。我們知道面包的含鹽量超過1%,、糖量超過20%,、油脂超過20%，其發(fā)酵力非常緩慢,、酵母菌延伸,、繁殖變得非常困難，以下六個(gè)表顯示了食物與微生物與水分活性存在的關(guān)系：食品中主要微生物類群生長(zhǎng)的最低Aw值范圍,、食品的水分活度,、水分較高的食品（水分活度高于0.85）、中等水分食品（水分活度在0.60~0.85之間）,、微生物生長(zhǎng)必需的最低水分活度,、食品中水分活度與微生物生長(zhǎng)。
看到這些以后,，大家或者非常興奮,，如果把糕點(diǎn)、面包蛋糕,、綠豆餅,、焙烤烘焙食品的Aw控制在0.7以下、產(chǎn)品不就不發(fā)霉了嗎,？,！想法非常好！問題是：當(dāng)你一周內(nèi)檢驗(yàn)Aw,、也許可以,，但是你能保證兩周后、或者一個(gè)月后蛋糕面包會(huì)保濕濕潤(rùn),、柔軟富有彈性嗎,？產(chǎn)品發(fā)干掉渣、氧化,、褪色,、風(fēng)味變異、水分逃逸...
糕點(diǎn)烘焙產(chǎn)品說它是系統(tǒng)工程,，這里除了防腐長(zhǎng)保質(zhì)期是食品防腐系統(tǒng)工程,，更主要的是蛋糕、面包,、綠豆餅等糕點(diǎn)產(chǎn)品：不發(fā)霉,、難道不發(fā)干嗎？這就需要乳化技術(shù),；不發(fā)霉,、難道不氧化嗎？這就需要協(xié)同抗氧化技術(shù)？若桃酥,、餅干產(chǎn)品,，是不發(fā)霉，但是他會(huì)發(fā)干,、變硬,、掉渣、哈喇味,、褪色...所以,、我們的防腐技術(shù)更多延伸包涵：乳化技術(shù)、抗氧化技術(shù),、保濕保險(xiǎn)技術(shù)等的協(xié)作系統(tǒng)食品工程,。
我們要做的就是知道：
①原料水分：
濕性原料-水100%，蛋75%,，奶85%,，山梨糖醇25%，35%甘油,，其它液體糖醇10-30%（果葡糖漿,、麥芽糖漿、飴糖,、轉(zhuǎn)化糖漿等）,，55%酒（啤酒、紅酒,、白酒）,，10-15%餡料，12%面粉,，含水黃油5-10%等,。
②配方含水：
蛋糕、面包,、饃片,、麻花、月餅-配方含水量百分比%,。
③冷卻水分：
烘烤,、油炸、蒸制后冷卻揮發(fā)逃逸水分（逃逸水分8-13%）
④乳化技術(shù)：
下面文章部分,。使用何種乳化劑協(xié)作,，最終可以既讓產(chǎn)品一個(gè)季度柔軟（保濕、鎖住成品后水分,、使其長(zhǎng)期達(dá)到0.75Aw閾值范圍）：HIB＋糖醇＋保濕甘油,。糖醇與甘油必須控制在合理投料標(biāo)準(zhǔn)，否則會(huì)抑制酵母菌、乳酸菌等發(fā)酵,；更主要的是糖醇超量會(huì)導(dǎo)致配方不平衡,，人體會(huì)食之腹瀉、甘油純度不夠會(huì)發(fā)苦發(fā)澀等諸多因素,。

（掃描二維碼,、關(guān)注糕餅資深專家杜老師 公眾新浪微博）

在baking糕點(diǎn)中,、往往會(huì)導(dǎo)入要么防腐技術(shù),，要么抗氧化技術(shù)；實(shí)際上防腐與抗氧化要結(jié)合協(xié)作食品系統(tǒng)工程,，才可有效,；單獨(dú)防腐或者氧化都是孤立片面的手段。

食品防腐：通過食品防霉手段,；來抑制,、殺死食品中微生物的繁殖；防止食品霉變,。

食品抗氧化：阻止或延緩食品氧化變質(zhì),、提高食品穩(wěn)定性和延長(zhǎng)貯存期的食品添加劑或者氧化手段。

baking糕點(diǎn),、糕餅食品防腐與抗氧化體系：

①食材原料

②配方設(shè)計(jì)

③工藝流程

④焙烤方式

⑤冷卻包裝

⑥5＋系統(tǒng)防腐工程細(xì)節(jié)控制點(diǎn)

關(guān)于baking防腐技術(shù):它的輪廓構(gòu)架

①抑制初始菌量（hurdle factor),、

②低溫抑菌(t)、

③高溫滅菌(F),、

④降低水分活度(Aw),、

⑤調(diào)節(jié)酸值(pH)、

⑥降低氧化-

⑦還原電勢(shì)(Eh),、

⑧添加防腐劑(Pres)

抗氧化工程：

一：合成抗氧化

最常用的食品抗氧化劑是酚類物質(zhì),。抗氧化劑中的BHA（丁基羥基茴香醚）,、BHT（二丁基羥基甲苯）,、PG（沒食子酸丙酯）、TBHQ（特丁基對(duì)苯二酚）和生育酚五種是國(guó)際上廣泛使用的抗氧化劑,，它們可以單獨(dú)使用或與檸檬酸,，抗壞血酸等酸性增效劑復(fù)合使用，可滿足大部分食品制品的需要,?？寡趸瘎┮话愣际侵苯犹砑拥街竞陀椭校部梢允褂脟婌F的方法來添加抗氧化劑,，比如把抗氧化劑溶解后噴在食品上,。TBHQ（特丁基對(duì)苯二酚）和BHT（二丁基羥基甲苯）屬于人工合成抗氧化劑，在國(guó)家規(guī)定的使用范圍和劑量?jī)?nèi)使用時(shí)安全可靠的。

二：天然抗氧化

茶多酚,、vc,、ve、甲殼素和殼聚糖衍生物,、海藻多糖,、輔酶Q10、蘋果多酚,、檸檬酸,、抗壞血酸棕櫚酸酯、抗壞血酸鈣,、硫代二丙酸月桂酯,、乙氧喹、卵磷脂,、偏亞硫酸酯,、抗壞血酸硬脂酸酯、氯化亞錫,、沒食子酸戊酯等作為抗氧化劑,。

防腐劑只是防腐系統(tǒng)中的一個(gè)超控點(diǎn)：

天然防腐劑：

乳酸鏈球菌素、納他霉素,、山梨酸酯,、聚賴氨酸、殼聚糖,、魚精蛋白,、溶菌酶、發(fā)酵法丙酸,、曲酸,、單辛酸甘油酯、大蒜素,、檸檬酸,、丙三醇＋山梨糖醇、油脂＋糖,、維生素c＋維生素e＋果酸＋檸檬酸,、食品級(jí)酒精＋納他霉素、昆蟲抗菌肽,、對(duì)羥基苯甲酸酯衍生物,。

糕點(diǎn)工匠（食品/面包蛋糕糕點(diǎn)防腐資深專家）杜老師 對(duì)癥下藥：

如果你不想讓蛋糕面包糕點(diǎn)發(fā)霉

如果你不想到展會(huì)或者廠家介紹所謂的大師忽悠

如果你不想因?yàn)閮e幸或者崇洋媚外而血本無歸

如果你不想因?yàn)樽约旱拇竽XEQ分泌不足而被忽悠

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如果你不想被二把刀師傅忽悠

如果你不想貪小便宜吃大虧

如果你不想因?yàn)槊と嗣蠖悔w本山“拐賣”

如果你不想因?yàn)榉栏瘎┏瑯?biāo)罰款坐牢

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