AquaLab作為專業(yè)的水分活度和水分吸附解決方案*，采用可溯源的鏡面冷凝露點(diǎn)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(nèi)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，AquaLab目前建立了利用水分活度和儲(chǔ)存條件對保質(zhì)期影響的整套完整方法。

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食品的配方和儲(chǔ)存條件對其貨架期內(nèi)的水分活度及其變化有很大的影響。本研究的目的是研究食品成分和儲(chǔ)存條件對烘焙產(chǎn)品的抗凍性和霉菌增殖（生長速率）的影響。首先，利用AwDesigner軟件結(jié)合烘焙過程中的汽化，研究了食品配方對水分活度的影響。其次，我們模擬了儲(chǔ)存條件（相對濕度、溫度、時(shí)間）和包裝材料的透水性對烘焙產(chǎn)品水分活度變化的影響。研究了9種不同的包裝材料、不同的溫度條件（10-40℃）和不同的相對濕度（40-85%）。包裝材料的透水性和水分活度的變化很大程度上受儲(chǔ)存條件的影響（溫度和相對濕度）。研究了儲(chǔ)存條件對質(zhì)構(gòu)性能的影響。研究了水分活度對黃曲霉、枝孢菌、根瘤菌、產(chǎn)黃青霉、Wallemia sebi等5種霉菌生長發(fā)育的影響。用甘油調(diào)節(jié)馬鈴薯葡萄糖瓊脂得到不同的水分活度。此外，在溫度10-40℃范圍內(nèi)進(jìn)行了研究。真菌的發(fā)育表現(xiàn)為兩個(gè)參數(shù)：生長速率和滯后時(shí)間。采用了Rosso模型（1993）描述了溫度和水分活度對生長速率的影響。該模型可以用來評估水分活度（aw_min、aw_opt和aw_max）和溫度的影響。這些模型可以綜合配方、烘烤、包裝透氣性和環(huán)境儲(chǔ)存條件來預(yù)測產(chǎn)品的貨架期。

介紹

食品貨架期直接受水分活度的影響。貨架期可以通過微生物或感官指標(biāo)來確定。在它的生命周期內(nèi)，水分在烘焙產(chǎn)品和周圍空氣之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。物理性質(zhì)可能會(huì)改變。初，我們確定了儲(chǔ)存條件（溫度、濕度和包裝包裝類型）對產(chǎn)品水分活度變化的影響。然后我們通過評估臨界感官水分活度值來模擬感官貨架期。我們還模擬了水分活度對霉菌發(fā)育的影響。

材料和方法

烘焙產(chǎn)品的成分

我們所研究的蛋糕成分為：面粉（29%）、菜籽油（18%）、蔗糖（24%）、全蛋（18%）、山梨醇（3%）、水（6%）、葡萄糖糖漿DE60（2.1%）、鹽（0.5%）和發(fā)酵酵母（0.4%）。蛋糕在烘焙爐中，在180℃的溫度下，用25g蛋糕模具烹制11分鐘。烘焙好的蛋糕在測量水分活度前粉碎。

在水分活度0.113~0.900 aw范圍內(nèi)，測量了蛋糕的水分吸附等溫線。然后用Ferro-Fontan模型擬合了曲線，具體參數(shù)為α=1.0882；β=0.07627；C=-1.0983（Chirife et al. 1980）。用公式2評估模型的準(zhǔn)確性為6.1%。

包裝材料的透濕性

本工作中研究了9種不同包裝材料，大多數(shù)包裝材料是生物可降解聚丙烯添加不同的材料（PVDC，EVOH，鋁箔）。公式2中表示的是材料透水量K是水通過材料的通量（dm/dt），水分活度，以及材料的面積（A）

                                                 (2)

模型的準(zhǔn)確性用RMS表示：

                                                                              (3)

質(zhì)構(gòu)測量

不同條件下儲(chǔ)存的蛋糕的質(zhì)構(gòu)特性用TAXT2來測量（速度：1mm/s，2.5mm直徑筒）

霉菌生長模擬

研究了水分活度對5種霉菌生長的影響：Aspergillus flavus, Cladosporium cladosporoïdes, Eurotium herbariorum, Penicillium chrysogenum和Wallemia sebi。用甘油調(diào)節(jié)葡萄糖糖漿的水分活度得到不同水分活度（0.78~0.998 aw）。另外，溫度范圍為10~40℃。溫度和水分活度對生長的影響可以用Rosso模型描述（Sautour et al. 2001，式4）。

結(jié)果與討論

模擬包裝滲透性對霉菌生長的影響

評估包裝滲透性的影響是在38℃和90%的相對濕度下進(jìn)行的。在工業(yè)中，這個(gè)條件并沒有用，因?yàn)槌Ｒ?guī)的產(chǎn)品儲(chǔ)存是在15~22℃條件。

                                                 （5）

研究了不同溫度和相對濕度條件下包裝材料的滲透性。結(jié)果顯示，包裝材料的滲透性受溫度和通過材料的相對濕度影響。公式5顯示了溫度對材料的滲透性影響。K_F是供應(yīng)商提供的滲透系數(shù)。系數(shù)1.9通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄M合得到。由于在溫度8℃時(shí)的透濕濕性很低，RMS為59%。在40℃時(shí)，RMS為19.8%，20℃時(shí)為27.7%。

貨架期內(nèi)蛋糕水分活度的變化

在儲(chǔ)存期間，蛋糕水分活度和水分含量的變化見下圖1的水分吸附等溫線。

圖1 不同溫度下的水分吸附等溫線（?8℃、○20℃、●40℃）

公式6是蛋糕在儲(chǔ)存期間水分含量的變化。該公式從公式1得到，其中X_i是初始水分含量，X_t是在時(shí)間t時(shí)的水分含量，其中考慮了儲(chǔ)存條件。通過公式5和吸附等溫線（式1），可以得到儲(chǔ)存期間水分活度的變化。我們在Matlab上開發(fā)了一套程序來模擬蛋糕貨架期內(nèi)水分活度的變化。

                                        （6）

水分活度對質(zhì)構(gòu)的影響

圖2反映了水分活度對蛋糕質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響。感官分析顯示臨界質(zhì)構(gòu)是1000 g/mm，臨界水分活度是0.71 aw。在這個(gè)值以下，蛋糕沒有那么柔軟。通過對水分活度變化的模擬，我們可以得到這個(gè)水分活度的儲(chǔ)存時(shí)間。

圖2 水分活度變化對蛋糕質(zhì)構(gòu)屬性的影響

霉菌生長的模擬

為了確定水分活度對微生物貨架期的影響，我們使用Zwietering（Zwietering et al 1991）和Rosso(Sautour et al 2001)模型研究了五種霉菌的生長情況。這項(xiàng)工作確定了溫度和水分活度的基本值。圖3顯示了溫度和水分活度對霉菌外觀變化時(shí)間的影響。糕點(diǎn)產(chǎn)品的微生物貨架期一般認(rèn)為是產(chǎn)品表面出現(xiàn)霉菌的時(shí)間。研究結(jié)果表明，食品微生物貨架期受水分活度和儲(chǔ)存溫度的影響較大。

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圖3 霉菌外觀變化時(shí)間受水分活度和溫度影響

結(jié)論

烘焙產(chǎn)品的貨架期取決于兩個(gè)主要因素：霉菌的生長和質(zhì)構(gòu)特性。我們可以評估這兩個(gè)因素中的其中任何一個(gè)。

為了保證食品的安全性和感官特性，企業(yè)必須找到中間水分活度數(shù)值并保持在一個(gè)穩(wěn)定值。科學(xué)的配方和適用多種成分（如多元醇）具有很強(qiáng)的抑制水分活度的能力，是降低水分活度和霉菌生長的一個(gè)很好的途徑。使用低透水性的包裝是延長烘焙產(chǎn)品貨架期的一個(gè)解決方案，可以通過模擬水分活度的變化來決定選用何種包裝材料和儲(chǔ)存條件。

參考文獻(xiàn)

Rosso L., Lobry J.R., Bajard S. and Flandrois J.P. (1995) Convenient model to describe the combined effects of temperature and pH on microbial growth. Applied Environmental Microbiology 61, 610-616.

Zwieterring J.T., Koos J.T., Hasenack B.E. Wit J.C. and Van’t Riet K. (1991) Modelling of bacterial growth as a function of temperature. Applied Environmental Microbiology 57, 1094-1101.

Chirife J., Ferro Fontán C. and Benmergui E.A. (1980) Prediction of water activity of aqueous

solutions in connection with intermediate moisture foods. IV: aw prediction in aqueous nonelectrolyte solutions. Journal Food Technology 15, 59-70.

Sautour M., Dantigny P., Divies C. and Benssoussan M. (2001) A temperature type model for

describing the relationship between fungal growth and water activity. International Journal of Food Microbiology 67, 63-69.