一、常见食品的水分活度
1、微生物生长的水分活度
每种微生物体都有其生长的最低、最佳、最高水分活度(见表1、表2)。酵母菌和霉菌可在低水分下生长,但是0.85是病原体生长的安全界限。0.85是根据金黄色葡萄球菌产生毒素的最低水分活度得来的。
0.85以上水分活度食品需要冷藏或其它措施来控制病原体生长(见表3)。水分活度0.60~0.85的食品为中等水分食品(见表4),这些食品不需要冷藏控制病原体,但由于主要酵母菌和霉菌引起的腐败,要有一个限定货架期。对大部分水分活度在0.6以下食品,有较长的货架期,也不需冷藏,这些食品称为低水分食品。
大部分生肉、水果和蔬菜属于水分较高的食品(见表3、水分活度高于0.85) 。值得注意的是面包,多数人认为它是干燥,货架稳定的产品。 实际上,它有相当高的水分活度,它只是因pH值、水分活度的多重屏障,而使之安全,并且霉菌比病原体更容易生长,换言之,它变危险之前就长霉变绿了。
有些独特风味的产品,如酱油,外表像是高水分产品,但因盐、糖或其它成分结合了水分,它们的水分活度很低,其水分活度在0.80左右(见表4)。
所以食品按其水分活度可划分为三类(见表3、表4、表5)。有些中等和低水分活度食品为天然低水分活度,例如,糖蜜和面粉,加工时不必控制水分活度。 其它中等和低水分活度食品,如果脯、腌鱼、草莓酱、饼干、酱油和面条,开始是高水分活度食品,加工后,水分活度降低了。
2、微生物生长必需的最低水分活度
最低Aw值 |
细菌 |
酵母菌 |
霉菌 |
0.96 |
假单孢杆菌 |
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沙门氏菌 |
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0.95 |
埃希氏杆菌 |
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芽孢杆菌 |
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梭状芽孢杆菌 |
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0.94 |
乳杆菌 |
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足球菌 |
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分枝杆菌 |
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0.93 |
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根霉菌 |
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毛霉菌 |
0.92 |
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红酵母 |
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毕赤氏酵母 |
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0.90 |
小球菌 |
酵母 |
芽枝霉菌 |
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汉逊氏酵母 |
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0.88 |
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假丝酵母 |
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圆酵母 |
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0.87 |
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德巴利氏酵母 |
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0.86 |
葡萄球菌 |
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0.85 |
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青霉菌 |
0.75 |
嗜盐菌 |
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0.65 |
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曲霉菌 |
0.62 |
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接合酵母 |
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0.60 |
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耐干霉菌 |
3、食品中水分活度与微生物生长
Aw范围 |
在此范围内的最低水分活度一般所能抑制的微生物 |
在此水分活度范围内的食品 |
1.00~0.95 |
假单胞菌、大肠杆菌变形杆菌、志贺氏菌属、克雷伯氏菌属、芽孢杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母 |
极易腐败变质(新鲜)食品、罐头水果、菜、肉、鱼以及牛乳;熟香肠和面包;含有约40%(质量分数) 蔗糖或7%氯化钠的食品 |
0.95~0.91 |
沙门氏杆菌属、溶副血红蛋白弧菌、肉毒梭状芽孢杆菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆菌属、足球菌、一些霉菌、酵母(红酵母、毕赤氏酵母) |
一些干酪(英国切达、瑞士、法国明斯达、意大利波萝伏洛)、腌制肉(火腿)、一些水果汁浓物;含有55%(质量分数)蔗糖或12% 氯化钠的食品 |
0.91~0.87 |
许多酵母(假丝酶母、球拟酵母、汉逊酶母)小球菌 |
发酵香肠(萨拉米)、松蛋糕、干的干酪,人造奶油、含65% (质量分数)蔗糖(饱和)或15% 氯化钠的食品 |
0.87~0.80 |
大多数霉菌(产生毒素的青霉菌),金黄色葡萄球菌、大多数酵母菌属(拜耳酵母)SPP、德巴利氏酵母菌 |
大多数浓缩水果汁,甜炼乳、巧克力糖浆、槭糖浆和
水果糖浆、面粉、米、含有 15%~17% 水分的豆类食品、水果蛋糕、家庭自制火腿,微晶糖膏、重油蛋糕 |
0.80~0.75 |
大多数嗜盐细菌、产真菌毒素的曲霉 |
果酱、加柑橘皮丝的果冻、杏仁酥糖、糖渍水果、一些
棉花糖 |
0.75~0.65 |
嗜旱霉菌(谢瓦曲霉、白曲霉、Wall emia Sebi)、二孢酵母 |
含有约10% 水分的燕麦片、颗粒牛皮糖、砂性软糖、棉花糖、果冻、糖蜜、粗蔗糖、一些果干、坚果 |
0.65~0.60 |
耐渗透压酵母(鲁酵母),少数霉菌(刺孢曲霉、二孢红曲霉) |
含约15% ~20% 水分的果干、一些太妃糖与焦糖、蜂蜜 |
0.5 |
微生物不增殖 |
含约12% 水分的酱、含约 10%水分的调味料 |
0.4 |
微生物不增殖 |
含约5%水分的全蛋粉 |
0.3 |
微生物不增殖 |
含3%~5% 水分的曲奇饼,脆饼干,面包硬皮等 |
0.2 |
微生物不增殖 |
含2%~2% 水分的全脂奶粉、含约5% 水分的脱水
蔬菜、含约5% 水分的玉米片、家庭自制的曲奇饼、脆饼干 |
二、降低水分活度的方法
控制水分活度分两步。
第一步,科学地设定可保证水分活度为0.85或更低的干燥、盐渍或加工配方,然后严格地执行。
第二步,可取制成品样品测试其水分活度。
降低食品中水分有两种传统方法,即干燥、加盐或糖结合水分子。
1、干燥
干燥是食品防腐最古老的方法之一。除防腐之外,干燥产生了食品的自身特性,如同发酵。世界上很多地方还在用开放式空气干燥,一般而言有 4 种基本干燥方法。
(1)热空气干燥:用于固体食品如蔬菜、水果和鱼。
(2)喷雾干燥:用于流体和半流体如牛奶、骨汤。
(3)真空干燥:用于流体如果汁。
(4)冷冻干燥:用于多种产品。
2、加盐或糖
另一种降低食品水分活度的方法是加盐或糖。
这种类型食品的例子有酱油、果酱和腌鱼,这不需要非常特殊的设备。 对流体或半流体产品,如酱油或果酱,用配方加工控制。对固体食品如鱼或熏火腿,可用盐干燥,即放入盐溶液或浸入盐水中。
(1)盐藏
食品经盐藏不仅能抑制微生物的生长繁殖,并可赋予其新的风味,故兼有加工的效果。食盐的防腐作用主要在于提高渗透压,使细胞原生质浓缩发生质壁分离;降低水分活性,不利于微生物生长;减少水中溶解氧,使好气性微生物的生长受到抑制等。
各种微生物对食盐浓度的适应性差别较大。嗜盐性微生物,如红色细菌、接合酵母属和革兰氏阳性球菌在较高浓度食盐的溶液(15% 以上)中仍能生长。无色杆菌属等一般腐败性微生物约在 5% 的食盐浓度,肉毒梭状芽孢杆菌等病原菌在7%~10% 食盐浓度时,生长也受到抑制。一般霉菌对食盐都有较强的耐受性,如某些青霉菌株在25% 的食盐浓度中尚能生长。
由于各种微生物对食盐浓度的适应性不同,因而食盐浓度的高低就决定了所能生长的微生物菌群。例如肉类中食盐浓度在5% 以下时,主要是细菌的繁殖;食盐浓度在 5% 以上,存在较多的是霉菌;食盐浓度超过20% ,主要生长的微生物是酵母菌。
(2)糖藏
也是利用增加食品渗透压、降低水分活度,从而抑制微生物生长的一种贮藏方法。
一般微生物在糖浓度超过50% 时生长便受到抑制。但有些耐透性强的酵母和霉菌,在糖浓度高达70% 以上尚可生长。因而仅靠增加糖浓度有一定局限性,但若再添加少量酸(如食醋),微生物的耐渗透力将显著下降。
例如,果酱产品,因其原料果实中含有有机酸,在加工时又添加蔗糖,并经加热,在渗透压、酸和加热等三个因子的联合作用下,很容易杀灭酵母菌和霉菌,可得到非常好的保藏性。
根据栅栏因子理论,水分活度(Aw)是个很重要的栅栏因子,通过降低水分活度就可以控制食品的安全。当然,我们还可以通过测定产品的水分活度,来确定产品中需要控制的微生物种类,在工艺制订时有针对性地制定控制方案,同时也能很方便地预估产品保质期。