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从AW（水活度）看糕饼食品防腐系统

2022-04-05 01:12:07热度:52°C

从AW（水活度）看糕饼食品防腐系统执筆/糕餅资深工匠杜德春

水活度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。食品中的水可分为结合水和自由水两类，自由水能被微生物所利用, 结合水则不能。食品中水分含量，不能说提出了水分活性( 亦称水分活度,Water activity) 的概念。水活度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。G.N. Lewis 从平衡热力学定律严密地推导出物质活度的概念, 而Scott 首先将它应用于食品。水分活度的严格定义是: Aw=f/f0式中: f 为溶剂的逸度( 逸度是溶剂从溶液逃脱的趋势) ; f0 为纯溶剂的逸度。研究发现, 在低压( 例如室温) 下, Aw =P/P0 。此等式只有在溶液是理想溶液和存在热力学平衡的前提下才能成立。然而, 在食品体系一般不符合上述两个条件, 故在食品中用一个近似式表示, 即Aw≈P/P0 。另外, 还有Aw =ERH/100 的表示法。

式中: Aw 为水分活度, P 为食品中的水蒸气分压力; P0 为在相同情况下的纯水的蒸汽压; ERH 为平衡相对湿度(Equilibrium Relative Humidity), 即食品既不散湿也不吸湿时的大气相对湿度。Aw 与ERH 并不是一回事, 水分活性是样品固有的一种特性, 而平衡相对湿度是空气与样品中的水蒸气达到平衡时大气所具有的一种特性。Aw 值对食品的营养、色泽、风味、质构以及食品的保藏性都有重要的影响。一般来说, 食品的水分活性越低, 其保藏期就越长, 但也有例外, 例如,如果脂肪中的水活性过低, 则会加快脂肪的酸败。因此, 食品中水分活性的测定具有重大意义。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。

从水分活性定义很容易看出, 在预测食品的安全性和预测有关微生物生长、生化反应率及物理性质稳定性两方面, 水分活性是极其重要的。通过测定和控制食品的水分活性, 可以做到以下几点:①预测哪种微生物是潜在的腐败和污染源;②确保食品的化学稳定性;③使非酶氧化反应和脂肪非酶氧化降到最小;④ 延长酶的活性和食品中维生素;⑤ 优化食品的物理性质, 如质构和货架期①虽然在食物冻结后不能用水分活度来预测食物的安全性，但在未冻结时，食物的安全性确实与食物的水分活度有着密切的关系。水分活度是确定贮藏期限的一个重要因素。当温度、酸碱度和其他几个因素影响产品中的微生物快速生长的时候，水分活度可以说是控制腐败最重要的因素。总的趋势是，水分活度越小的食物越稳定，较少出现腐败变质现象。具体来说水分活度与食物的安全性的关系可从以下各个方面进行阐述：②从微生物活动与食物水分活度的关系来看：各类微生物生长都需要一定的水分活度，换句话说，只有食物的水分活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长。一般说来，大多数细菌为0.94~0.99，大多数霉菌为0.80~0.94，大多数耐盐菌为0.75，耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母为0.60~0.65。当水分活度低于0.60时，绝大多数微生物无法生长。

③从酶促反应与食物水分活度的关系来看：水分活度对酶促反应的影响是两个方面的综合，一方面影响酶促反应的底物的可移动性，另一方面影响酶的构象。食品体系中大多数的酶类物质在水分活度小于0.85 时，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，如酯酶在水分活度为0.3 甚至0.1 时也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。④从水分活度与非酶反应的关系来看：脂质氧化作用：在水分活度较低时食品中的水与氢过氧化物结合而使其不容易产生氧自由基而导致链氧化的结束，当水分活度大于0.4 水分活度的增加增大了食物中氧气的溶解。加速了氧化，而当水分活度大于0.8 反应物被稀释，氧化作用降低。Maillard 反应：水分活度大于0.7 时底物被稀释。水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不断增大。

测定方法：至今仍没有通过放入食品内部而直接测定水分活性的装置, 水活度采用间接的方法来测定, 其步骤是将试样置于一个密闭的容器内, 待达到表观平衡( 试样恒重) 后测定容器内的压力或相对湿度。主要应用的检测方法和仪器有: 水分活度测定仪( 或被改进的新型水分活度自动检测仪) 、扩散法、溶剂萃取法、公式模拟法及冰点法。传统的扩散法，是中国的国标方法。特点是精确度较高，但方法陈旧，耗时长，且操作复杂。国际上应用最广的是镜面冷凝露点仪器法，我国也在向国际标准看齐，近两年，也即将要出台的粮食水活度和药品水活度的仪器测定方法。新的水活度标准，采用现在应用最广的Aqualab镜面冷凝露点仪器法，在测量精确度和测量时间上将有很大的提高。精确度达到0.003，测定时间5min。这种仪器方法不但准确度和重复性更高，且操作简便且耗时短。将更适合于生产线上的过程控制，达到快速精确检测的目的。

水分活性(Aw) ：

水分活性是肉制品中的水的蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压之比。当环境中的水分活性值较低时，微生物需要消耗更多的能量才能从基质中吸取水分。基质中的水分活性值降低至一定程度，微生物就不能生长。一般地，除嗜盐性细菌(其生长最低aw值为0.75)、某些球菌(如金黄色葡萄球菌，aw值为0.86)以外，大部分细菌生长的最低aw均大于0.94且最适aw均在0.995以上;酵母菌为中性菌，最低生长aw在0.88-0.94;霉菌生长的最低aw为0.74-0.94,aw在0.64以下任何霉菌都不能生长。当人类以高糖、浓盐、重油浸透食品而延长食品时候，也许是最惬意自己的创造；但随之而来的是三高与糖、浓盐、重油的威胁与抵御。我们知道面包的含盐量超过1%、糖量超过20%、油脂超过20%，其发酵力非常缓慢、酵母菌延伸、繁殖变得非常困难，以下六个表显示了食物与微生物与水分活性存在的关系：食品中主要微生物类群生长的最低Aw值范围、食品的水分活度、水分较高的食品（水分活度高于0.85）、中等水分食品（水分活度在0.60~0.85之间）、微生物生长必需的最低水分活度、食品中水分活度与微生物生长。看到这些以后，大家或者非常兴奋，如果把糕点、面包蛋糕、绿豆饼、焙烤烘焙食品的Aw控制在0.7以下、产品不就不发霉了吗？！想法非常好！问题是：当你一周内检验Aw、也许可以，但是你能保证两周后、或者一个月后蛋糕面包会保湿湿润、柔软富有弹性吗？产品发干掉渣、氧化、褪色、风味变异、水分逃逸...糕点烘焙产品说它是系统工程，这里除了防腐长保质期是食品防腐系统工程，更主要的是蛋糕、面包、绿豆饼等糕点产品：不发霉、难道不发干吗？这就需要乳化技术；不发霉、难道不氧化吗？这就需要协同抗氧化技术？若桃酥、饼干产品，是不发霉，但是他会发干、变硬、掉渣、哈喇味、褪色...所以、我们的防腐技术更多延伸包涵：乳化技术、抗氧化技术、保湿保险技术等的协作系统食品工程。

我们要做的就是知道：①原料水分：湿性原料-水100%，蛋75%，奶85%，山梨糖醇25%，35%甘油，其它液体糖醇10-30%（果葡糖浆、麦芽糖浆、饴糖、转化糖浆等），55%酒（啤酒、红酒、白酒），10-15%馅料，12%面粉，含水黄油5-10%等。②配方含水：蛋糕、面包、馍片、麻花、月饼-配方含水量百分比%。③冷却水分：烘烤、油炸、蒸制后冷却挥发逃逸水分（逃逸水分8-13%）④乳化技术：下面文章部分。使用何种乳化剂协作，最终可以既让产品一个季度柔软（保湿、锁住成品后水分、使其长期达到0.75Aw阈值范围）：HIB＋糖醇＋保湿甘油。糖醇与甘油必须控制在合理投料标准，否则会抑制酵母菌、乳酸菌等发酵；更主要的是糖醇超量会导致配方不平衡，人体会食之腹泻、甘油纯度不够会发苦发涩等诸多因素。

在baking糕点中、往往会导入要么防腐技术，要么抗氧化技术；实际上防腐与抗氧化要结合协作食品系统工程，才可有效；单独防腐或者氧化都是孤立片面的手段。

食品防腐：通过食品防霉手段；来抑制、杀死食品中微生物的繁殖；防止食品霉变。

食品抗氧化：阻止或延缓食品氧化变质、提高食品稳定性和延长贮存期的食品添加剂或者氧化手段。

baking糕点、糕饼食品防腐与抗氧化体系：

①食材原料

②配方设计

③工艺流程

④焙烤方式

⑤冷却包装

⑥5＋系统防腐工程细节控制点

关于baking防腐技术:它的轮廓构架

①抑制初始菌量（hurdle factor)、

②低温抑菌(t)、

③高温灭菌(F)、

④降低水分活度(Aw)、

⑤调节酸值(pH)、

⑥降低氧化-

⑦还原电势(Eh)、

⑧添加防腐剂(Pres)

抗氧化工程：

一：合成抗氧化

最常用的食品抗氧化剂是酚类物质。抗氧化剂中的BHA（丁基羟基茴香醚）、BHT（二丁基羟基甲苯）、PG（没食子酸丙酯）、TBHQ（特丁基对苯二酚）和生育酚五种是国际上广泛使用的抗氧化剂，它们可以单独使用或与柠檬酸，抗坏血酸等酸性增效剂复合使用，可满足大部分食品制品的需要。抗氧化剂一般都是直接添加到脂肪和油中，也可以使用喷雾的方法来添加抗氧化剂，比如把抗氧化剂溶解后喷在食品上。TBHQ（特丁基对苯二酚）和BHT（二丁基羟基甲苯）属于人工合成抗氧化剂，在国家规定的使用范围和剂量内使用是安全可靠的。