食品水分活度的测定

随着食品科学技术的发展，食品水分活性的重要性愈来愈受到人们的重视，各国科学家正在研究通过控制水分活性来达到免杀菌保存食品的新途径。

1理想公式计算法

根据水分活性（以下简称Aw）的定义，它可近似等于食品在密封容器内的水蒸汽压（P）与在相同温度下的纯水蒸汽压（Po）之比：

根据拉乌尔定律，若理想溶液的溶质和溶剂摩尔数分别为m1和m2，则：

设一摩尔理想溶质溶于一千克水（计55.51摩尔），则此理想溶液的水分活性为：

A w=55.51/1+55.51=0.9823

在含电介质的非理想溶液的A w值可根据下式计算：

ln A w=－υmφ/55.51

式中υ为1分子溶质产生的离子数，m为溶液的摩尔浓度，φ是由溶质决定的常数。

但是大多数食品是由多种组分构成的复杂系统，它的a w值难以用一般公式法计算，虽然也有许多推荐公式，但都有一定适用范围，主要在食品的可溶性成分以及数量已经明确的条件下适用。比如配制微生物培养基以及研制新的中间水分食品推荐下面公式较为适用：

A w=Aw1×Aw2×Aw3×……

即总的水分活性Aw等于各组分水分活性值的乘积。

一般说来，实际上测定食品水分活性都采用直接测定法。

2直接测定法

根据蒸汽压、湿度动力学等原理相应出现了不少直接测定仪器。国外也发展了许多测定水分活性的电子仪器，其测定原理有的是根据二电极中吸湿性物质的电导变化，也有的是直接依靠气体热传导的湿度传感器来检测。这类仪器具有快速、灵敏、精确度高的优点，我国可加强这类仪器的研制。在目前情况下，这种电子仪器的造价高，有些尚需进口，不利于推广。下面介绍一种坐标内插法，它不需要特殊的仪器装置。一般实验室都可采用。

2.1仪器及用具

康维皿容器，分析天平，恒温箱。2.2试剂

表4-1标准饱和盐溶液的Aw值表（25℃）

标准试剂 Aw 标准试剂 Aw

LiClH2OK2C2H2O2MgCl2 6H2OKCO3Mg(NO3)26H2O 0.110.230.330.430.52 NaBr2H2ONaClCdCl2KNO3K2C2O3 0.580.750.820.930.98

注：本表数据取各种文献数据的平均值

2.3测定方法

主要测定容器是康维皿容器，它分内外二室，测定时在外室加入标准盐饱和溶液，在内室的铝箔皿中加入1克左右的待测试样。试样应用天平精确称量，记下初读数。固体食品试样最好切细后放入。然后用玻璃盖涂上真空脂密封，放入恒温箱在25℃条件下保持2～3小时，然后取出滤波皿再次精确称出试样的重量，算出试样的增减量。如试样重量增加，说明内室的试样水分活性比外室的盐饱和溶液水分活性低，因此在密封容器内试样由于吸附水分而增重；反之，如试样的水分活性比盐饱和溶液水分活性高，则试样重量减少。

2.4计算

根据试样与二种以上标准饱和盐溶液平衡后试样重量的增减作坐标图（见图4-1），纵坐标为试样重量增减的毫克数，横坐标为水分活性值。如图4-1的A点是试样与标准MgCl26H2O饱和溶液平衡后重量减少20.0毫克，试样与标准Mg(NO3)26H2O平衡后失重5.2毫克，相应作出B点，与NaCl饱和溶液平衡后试样增加11.1毫克作出C点，把三点连成一线与横坐标交于D点，得出试样的水分活性为0.60。

图4-1 坐标法测定水分活性

2.5注意事项

（1） 注意称重试样的精确度，否则会造成测定误差。对试样的Aw值范围预先最好有个估计，以便正确选用标准盐饱和溶液。

（2） 若试样中含有酒精一类水溶性挥发物质时难以正确测定Aw值。

（3） 如有米饭类、油脂类食品在25℃下放置2～3小时测不出Aw值，可继续放置1～4天，先测定2小时后的试样重量，然后间隔一定时间称重，再作坐标求出。把首次与横坐标的相交点作为测定值。为防止试样腐烂，可以加入0.2%的山梨酸钾作为防腐剂。

水活性是食品或材料质量控制的一项重要参数。ROTRONIC设计制造水活性仪已有30多年历史，结合多年来积累的应用经验和最先进的数字技术以及软件，优异的传感器技术，您将获得最佳的性价比。

为什么要测量水活性？

水活性定义为物质中水分含量的活性部分或者说自由水。它影响物质物理、机械、化学、微生物特性，这些包括流淌性、凝聚、内聚力和静态现象。食物上架寿命、颜色、味道、维生素、成分、香味的稳定性；霉菌的生成和微生物的生长特性都直接受水活性值影响。左边的表格显示了部分微生物生长所需要的最低水活性值。水活性的控制对产品的保质期非常重要。

如果我们能测出食物中水活性我们就能预知哪种微生物是导致食物腐败的潜在原因，并能分检出来。让我们考虑一下水活性值为0.81的蛋糕，其保质期为21℃时24天。如果水活性提高到0.85，这些指标将降低为21℃时12天。这表明是水活性值决定了微生物生长率。

同样的，水活性对制药业也非常重要，它提供的数据表达了如下信息：药片的内聚力，药粉的粘结力，包衣的粘着性等等。

水活性与微生物生长

水活性值 微生物

1.00 - 0.91 多数细菌

0.91 - 0.87 多数酵母菌

0.87 - 0.80 多数霉菌0.80 - 0.75 多数嗜盐细菌

0.75 - 0.65 干性霉菌

0.65 - 0.60 耐渗透压酵母菌

HygroLab 2：

四通道台式表，水活性（Aw）、相对湿度（%RH）和温度（℃）测量显示，尤为适合环境试验箱的校准，在计量行业应用广泛。

主要功能:

·连接4通道ROTRONIC数字或模拟探头

·露点、湿球温度等所有湿度学参数换算

·基于软件的探头校准（单点或者多点校准）

可以以第一通道作为参考探头对其他几路做归一化校准

·RS232通讯接口，用计算机运行HW3

·RS485总线接口，用于多台组成测量网络

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·可选快速水活性测量软件包HygroData Quick

快速水活性测量（Aw Quick快速测量模式），使大多数产品的测量在5分钟左右甚至更短时间内完成测量，需要购买HW3软件包。

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HygroLab 2

HygroData Lab：HW3软件和RS232串口连接线

HygroData Quick:快速水活性Aw Quick测量软件包

HygroLab 3

多通道水活性快速分析仪

主要功能:

·连接4通道ROTRONIC数字探头

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通过优化的数学模型，在4...6分钟即可获得测量结果

·具有标准测量模式

连续的测量，随平衡相对湿度的改变而改变

·具有传统测量模式

到平衡建立时，停止测量，保持测量结果

·露点、湿球温度等所有湿度学参数换算

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可以第一通道作为参考探头做归一化校准

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HygroLab 3

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HW3软件具有获取实时测量数据、记录测量过程、描绘测量曲线、软件校准等强大的功能。

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详细介绍请参考HW3软件部分

什么是水活性？

水活性是吸湿物质在很小的密闭容器内与周围空间达到平衡时的相对湿度，用0...1.0aw表示。水活性测量主要用在食品行业，常用来检测产品的保质期和质量。

什么是平衡相对湿度（ERH）?

平衡相对湿度（ERH）是指吸湿物质与周围环境水汽交换达到平衡时的相对湿度，用0...100%RH表示。平衡相对湿度典型应用在造纸和医药领域。同样也应用到任何对湿气敏感的产品中。

水活性与ERH？

水活性是指食品中的水分存在的状态，即水分与食品的结合程度或者游离程度。结合程度越高，水活性越低，结合程度越低，水活性就越高。而平衡相对湿度（ERH）是指食品周围空气的状态。特别要说的是，ROTRONIC产品为用户提供了水活性（aw）和相对湿度（%RH）两种单位。

什么是水分含量？

水分含量是指固体物质中水占总质量的百分比。

水活性与水分含量的关系？

食品的水分含量越高，水活性越大；但两者并不存在简单的正比关系。在恒定温度下，食品水分含量（%）对水活性（Aw）作图得到水分等温吸附线MSI（Moisture Sorption isotherms），如右图，水分等温吸附线一般是S型曲线。温度固定，对于同一种材料，这个图是唯一的，两者之间的关系是对应的。但事实上，很多天然原料和食品的成分、化学性质都不可能完全一致，如果关心的是水的比例，则测量水分，如果关心物质对水的吸附和同外界的交换能力则测水活性，我们的水活性设备使用方便，不论在现场还是在实验室。

为什么要测量水活性？

水活性是药品和食品行业重要的参数。它指产品中自由水的量，是酶和微生物生长的基础数据。

水在产品中，比如食物，被限制在不同的成分中，如蛋白质、盐、糖。这些化学绑定的水是不影响微生物的。绑定的水分越多，能够蒸发的水汽就越少，所以产品里含水量多，并不等于它表面的水汽分压就一定高，平衡相对湿度就一定大，微生物就一定更活跃。

水活性对产品稳定性影响很大（抵抗微生物，香味保持），对粉末结块、化学品稳定，物理特性如纸张尺寸等都有重要影响。