1、微生物生長的水分活度
每種微生物體都有其生長的zui低、*、zui高水分活度(見表1、表2)。酵母菌和霉菌可在低水分下生長,但是0.85是病原體生長的安全界限。0.85是根據金黃色葡萄球菌產生毒素的zui低水分活度得來的。0.85以上水分活度食品需要冷藏或其它措施來控制病原體生長(見表3)。水分活度0.60~0.85的食品為中等水分食品(見表4),這些食品不需要冷藏控制病原體,但由于主要酵母菌和霉菌引起的變質,要有一個限定貨架期。對大部分水分活度在0.6以下食品,有較長的貨架期,也不需冷藏,這些食品稱為低水分食品。
控制水分活度分兩步。*步,科學地設定可保證水分活度為0.85或更低的干燥、鹽漬或加工配方,然后嚴格地執行。
第二步,可取制成品樣品測試其水分活度。
降低食品中水分有兩種傳統方法,即干燥、加鹽或糖結合水分子。
1、干燥
干燥是食品防腐zui古老的方法之一。除防腐之外,干燥產生了食品的自身特性,如同發酵。世界上很多地方還在用開放式空氣干燥,一般而言有 4 種基本干燥方法。
(1)熱空氣干燥:用于固體食品如蔬菜、水果和魚。
(2)噴霧干燥:用于流體和半流體如牛奶、骨湯。
(3)真空干燥:用于流體如果汁。
(4)冷凍干燥:用于多種產品。
2、加鹽或糖
另一種降低食品水分活度的方法是加鹽或糖。這種類型食品的例子有醬油、果醬和腌魚,這不需要非常特殊的設備。 對流體或半流體產品,如醬油或果醬,用配方加工控制。對固體食品如魚或熏火腿,可用鹽干燥,即放入鹽溶液或浸入鹽水中。
(1)鹽藏
食品經鹽藏不僅能抑制微生物的生長繁殖,并可賦予其新的風味,故兼有加工的效果。食鹽的防腐作用主要在于提高滲透壓,使細胞原生質濃縮發生質壁分離;降低水分活性,不利于微生物生長;減少水中溶解氧,使好氣性微生物的生長受到抑制等。
各種微生物對食鹽濃度的適應性差別較大。嗜鹽性微生物,如紅色細菌、接合酵母屬和革蘭氏陽性球菌在較高濃度食鹽的溶液(15% 以上)中仍能生長。無色桿菌屬等一般變質性微生物約在5% 的食鹽濃度,肉毒梭狀芽孢桿菌等病原菌在7%~10% 食鹽濃度時,生長也受到抑制。一般霉菌對食鹽都有較強的耐受性,如某些青霉菌株在25% 的食鹽濃度中尚能生長。
由于各種微生物對食鹽濃度的適應性不同,因而食鹽濃度的高低就決定了所能生長的微生物菌群。例如肉類中食鹽濃度在5% 以下時,主要是細菌的繁殖;食鹽濃度在 5% 以上,存在較多的是霉菌;食鹽濃度超過20% ,主要生長的微生物是酵母菌。
(2)糖藏
也是利用增加食品滲透壓、降低水分活度,從而抑制微生物生長的一種貯藏方法。一般微生物在糖濃度超過50% 時生長便受到抑制。但有些耐透性強的酵母和霉菌,在糖濃度高達70% 以上尚可生長。因而僅靠增加糖濃度有一定局限性,但若再添加少量酸(如食醋),微生物的耐滲透力將顯著下降。例如,果醬產品,因其原料果實中含有有機酸,在加工時又添加蔗糖,并經加熱,在滲透壓、酸和加熱等三個因子的聯合作用下,很容易殺滅酵母菌和霉菌,可得到非常好的保藏性。根據柵欄因子理論,水分活度(Aw)是個很重要的柵欄因子,通過降低水分活度就可以控制食品的安全。當然,我們還可以通過測定產品的水分活度,來確定產品中需要控制的微生物種類,在工藝制訂時有針對性地制定控制方案,同時也能很方便地預估產品保質期。
測定食品的水分活度往往有著重要的意義,主要從以下兩方面來考慮。
水分活度影響著食品的色、香、味和組織結構等品質。
食品中的各種化學、生物化學變化對水分活度都有一定的要求。例如:酶促褐變反應對于食品的質量有著重要意義,它是由于酚氧化酶催化酚類物質形成黑色素所引起的。隨著水分活度的減少。酚氧化酶的活性逐步降低;同樣,食品內的絕大多數酶,如淀粉酶、過氧化物酶等,在水分活度低于0.85的環境中,催化活性便明顯地減弱,但脂酶除外,它在水分活度Aw為0.3甚至0.1時還可保留活性。
非酶促褐變反應---美拉德反應也與水分活度有著密切的關系,當水分活度在0.6~0.7之間時,反應達到zui大值;維生素B1的降解在中高水分活度條件下也表現出了zui高的反應速度。另外,水分活度對脂肪的非酶氧化反應也有較復雜的影響。這些例子都說明了水分活度值對食品品質有著重要的影響。
2
水分活度影響著食品的保藏穩定性。
微生物的生長繁殖是導致食品變質的重要因素。而它們的生長繁殖與水分活度有密不可分的關系。在各類微生物中,細菌對水分活度的要求zui高,Aw>0.9時才能生長;其次是酵母菌,Aw的閾值是0.87;再次是霉菌。大多數霉菌在Aw為0.8時就開始繁殖。在食品中,微生物賴以生存的水分主要是自由水,食品內白由水含量越高,水分活度越大,從而使食品更容易受微生物的污染,保藏穩定性也就越差。
利用食品的水分活度原理,控制其中的水分活度,就可以提高產品質量、延長食品的保藏期。例如:為了保持餅干、爆米花和薯片的脆性,為了避免顆粒蔗糖、乳粉和速溶咖啡的結塊,必須使這些產品的水分活度保持在適當低的條件下;水果軟糖中的瓊脂、主食面包中添加的乳化劑、糕點生產中添加的甘油等不僅調整了食品的水分活度,而且也改善了食品的質構、口感并延長了保質期。