控制產品質量還是質量決定生產—水分活度在生產中的應用

AquaLab作為專業(yè)的水分活度解決方案*，采用可溯源的鏡面冷凝露點方法，是中國藥典、ISO、AOAC和美國USP、FDA等推薦使用的方法，能夠在5分鐘內快速測量樣品的水分活度。目前有80%的用戶都選擇使用AquaLab水分活度儀。

摘要

確實，食品質量控制和安全是一個復雜的主題，并且存在不同的看法和觀點。棘手的事情是能準確地找到可以提供良好決策所需結果的方法和儀器（無論批次是否合格）。當然，解釋這些測試結果的專業(yè)知識對于從不同分析中獲利也很重要。

水分活度是食品質量控制中被忽視的參數(shù)之一。通常，它被用于微生物風險的測定和緩解，但其限值往往遠超出實際值，如果水分活度稍微有變化，沒有人會去真正關心，只要在限值范圍內，一切都是沒問題的。但與此同時，生產優(yōu)化的機會會被錯過，資金仍將被生產問題、質構不符、口味不符等浪費。不同擔心，水分活度測量可解決這些問題。

介紹

在認真談論水分活度之前，必須先知道什么事水分活度（aw）。水分活度起源于經典的熱力學，定義為在相同溫度下樣品的蒸汽壓除以純水的蒸汽壓。

aw=樣品的蒸汽壓/純水的蒸汽壓

實際上，它是一種物理化學意義上的活性（或潛力），與產品中游離水的量幾乎沒有關系。這都是關于游離水與產品的相互作用。參考是具有高水分活度的純水。與產品的相互作用越多，游離水的“活性”就越弱，從而水分活度下降。

另外，水分活度與水分含量不同，水分含量描述了產品中的總水分。如果水分含量為5%，那么總水分中有多少是自由的，有多少是水分？沒有這些重要的信息，就無從談起微生物的風險、質地的變化等等。

為了確定aw值，在樣品中的自由水和樣品上方的空氣濕度達到平衡后，測量樣品上方的相對空氣濕度。將檢測到的空氣濕度除以100得到aw值。

aw=ERH%/100，其中ERH為平衡相對濕度

僅當樣品在測量過程中溫度恒定并且一旦建立濕度平衡后，儀器進行測量時，才能進行準確可靠的水分活度測量。因此，溫度測量室和自動平衡檢測時必要的。

可以從aw測量得到什么？

水分活度數(shù)值本身沒什么可說，需要其他信息（圖表、測試等）才能將其細菌生長、氧化或其他效應聯(lián)系在一起。

大多數(shù)客戶每天都測量水分活度來確定微生物風險。他們有水分活度的限值，確保水分活度不高于限值，大多數(shù)水分活度限值是以避免細菌生長的方式設定的，特別是致病性細菌，但如果只是關注細菌這一點，就沒有機會再化學和物理方面優(yōu)化產品，從而節(jié)省了生產成本。

食品穩(wěn)定性和水分活度的關系

我們可以看一下使用水分活度常見的幾個行業(yè)，并了解可以用水分活度優(yōu)化生產的機會。

粉末行業(yè)（奶粉、香料、配料……）

測量粉末的水分活度是一件容易的事，但解釋缺非常棘手。

更何況產品的質構突然變化、變色、氧化、結塊或硬化無法進一步解釋。水分活度和所有其他參數(shù)都在指標范圍內。

看起來更接近物質層面上正在發(fā)生的事情。為了得到粉末，干燥步驟是至關重要，但它們也是問題的根源。在此過程中，無論使用哪種技術（噴霧干燥或鼓式干燥，甚至凍干），產品尺寸都會縮?。ɑ虺深w粒）。這將產生毛細管，其中毛細作用力會阻止自由水進入。當干燥發(fā)生在顆粒的表面時，內側的水分要多于外側，因此存在內部水分活度不等于表面水分活度的風險。

但是，如果必須測量產品的水分活度，會怎么做呢？一般是在干燥過程后或生產完成后立即取樣。如果在這時測量水分活度，將獲得顆粒的表面水分活度，沒有機會從內側測量到水分，因此要花更長時間才能達到這些顆粒中水的熱力學平衡。

通過使用吸附等溫線已經發(fā)表了一些解決該問題的方法。

通過對粉末的熱處理，提出了一種新的可能解決方案。這對于玻璃化轉變溫度（Tg）在25-60℃范圍內的單一成分非常有用。

重要的是要知道，Tg取決于aw值，分別取決于周圍空氣的空氣濕度。

一種好的方法是將樣品加熱到其玻璃化轉變溫度以上數(shù)小時，以破壞毛細管和所有內部結構。然后降溫，這樣，毛細管中的自由水就可以被檢測到。因為沒有任何東西可以保留，一旦樣品*處于熱力學平衡狀態(tài)，這將會得到更高但真實的水分活度值。

所有這些好都必須在水分活度儀中完成，以避免游離水的損失，因此儀器的密封性非常重要。

肉和魚

產品的經濟性對這個行業(yè)非常重要，如果一個國家對水分活度有規(guī)定，則很有可能會先在肉制品行業(yè)實行。有一個明確的水分活度為0.92 aw的限制是專門針對李斯特菌，每個廠家的目標是在產品中盡可能使用多的水，但不能存在李斯特菌繁殖的風險。產品中每多含1kg_水可降低材料成本并提*?；谶@個事實，微生物安全是重點關注的方面。

但是，如果產品像生澀的肉或魚非常干的話，非酶褐變又變得非常重要。特別是所謂的褐變，是蛋白質和還原糖的重組，會使產品變得非?？酀?。把水分活度降低到0.20aw左右會對減少非酶褐變反應有幫助，但是實際生產中不可能在過程中實現(xiàn)，所以調整干燥溫度和時間可以避免這種情況。為什么水分活度很重要呢，因為自由水將所有反應物輸送到作用點，如果沒有自由水，就沒有非酶褐變。

面包、糖果、巧克力

除了水分活度在微生物安全方面很重要以外，該行業(yè)還涉及不同成分之間的水分遷移（例如華夫巧克力夾心、餅干中的巧克力等）和脂肪氧化。雖然可以通過將水分活度值調整到0.45-0.50 aw左右進行加工和儲存來減少脂肪氧化，但是水分遷移還是一個很重要的問題。事實上，自由水在不同水分活度的成分之間遷移，而不是在不同水分含量之間遷移。為了避免水分遷移問題，產品中所有的成分都必須具有相同的水分活度，但這是一個很大的挑戰(zhàn)。降低或增加水分活度與感官/質地/顏色變化同時發(fā)生，而且不能把1kg的鹽直接加到10kg的產品中。

所以這是一個需要有折中方案，但是了解水分遷移方式將帶來更穩(wěn)定的產品，并減少其中化學/物理變化的風險。

制藥

如果片劑的水分活度在規(guī)定的范圍內，或者可以確定API或制劑的吸濕性以優(yōu)化生產過程（暴露于空氣的時間）并找到佳的存儲條件和包裝，則可以減少包衣過程中的浪費。

水分遷移在制藥行業(yè)也非常重要，尤其在涉及軟膠囊的情況下，知道自由水如何遷移是非常有趣的，因為膠囊殼可能會變干，變得太硬（破裂）或變軟失去其物理特性。填充物的優(yōu)化可以防止此類問題，但是填充物的水分活度、溶解度、質構和穩(wěn)定性的變化也在改變。

使用水分吸附等溫線可以將水分活度和水分含量輕松的關聯(lián)在一起，就可以在藥品中獲得有關水動力學和自由水行為的更多詳細信息。

化妝品

化妝品是水分活度測量中的一門特殊學科，化妝品的問題是大多數(shù)產品是乳業(yè)，填充有滑石粉、甘油（軟化劑）、香料等，因此各種化學藥品以及天然產品的混合物非常多，對于乳業(yè)和其他液體化妝品，水分活度可用于確定微生物變質的風險。不可忽視的另一方面是水和油脂的分離以及脂肪的氧化，這會破壞化妝品（光澤、禿頭、乳脂/乳液等）。重要的是將水分活度值控制在嚴格的范圍內，以免發(fā)生此類問題。

此外，水分活度非常適合HACCP概念，并在多個生產環(huán)節(jié)中用作控制參數(shù)，因此一旦指標不在限制范圍內，就可以進行及時干預。

AquaLab 4TE水分活度儀技術參數(shù)

1. 傳感器類型：鏡面冷凝露點傳感器測量水分活度，以及紅外傳感器測量溫度
2. 測量范圍：0.030到1.000 aw
3. 分辨率：0.0001 aw
4. 準確性：±0.003 aw
5. 重復性：±0.001 aw
6. 樣品杯容量：推薦7 mL（15 mL）
7. 測量時間：測量時間小于5分鐘（提供原廠彩頁文件證明）
8. 顯示屏：128×64像素LCD，背光顯示
9. 溫度范圍（測量和校準）：15到50 °C之間任意設定