第三节 水分活度与食品稳定性的关系

食品的稳定性与水分活度之间有着密切的联系。图2-14表明在24～25℃温度范围内几类重要反应的速度与A_w的关系。从图可见，食品中的多种化学反应的反应速度以及曲线的位置与形状是随样品的组成、物理状态及其结构（毛细管现象）而改变，也随大气组成（特别是氧气）、温度以及滞后效应而改变。

一、水分活度与微生物生长的关系

微生物在生长时期需要一定的水分才能进行一系列正常代谢。通常影响食品稳定性的微生物是细菌、酵母和霉菌，表2-4表明了适合这些微生物的生长繁殖的A_w范围，如果食品的A_w低于这一数值，微生物的生长繁殖就会受到抑制。从表2-4可以看出适合细菌（0.99～0.94）的A_w最高，其次为霉菌（0.94～0.80），酵母菌需要较低的A_w值，在水分活度低于0.60时，绝大多数微生物无法生长。

二、水分活度与化学反应的关系

降低食品的A_w，可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少食品营养成分的破坏。但A_w过低，则会加速脂肪的氧化酸败，还能引起非酶褐变。要使食品具有最高的稳定性，最好将A_w保持在结合水范围内。这样，既使化学变化难以发生，同时又不会使食品丧失吸水性和复原性。

（一）水分活度与脂类氧化的关系

图2-14（3）表明了脂类非酶氧化和A_w之间的关系，从图中可知，在极低的A_w，脂类氧化速度随着A_w增加而降低，直到A_w接近等温线的区域Ⅰ和区域Ⅱ的边界；若进一步加水就使氧化速度增加直到A_w接近区域Ⅱ与Ⅲ的边界，再进一步加水又引起氧化速度降低。一般脂类非酶氧化在A_w0.35左右。

食品水分对脂质氧化既有促进作用，又有抑制作用。当食品处于单分子层水（A_w0.35左右）时，加入水会明显地干扰氧化，这是因为，其一是与氢过氧化物形成氢键，此氢键可以保护过氧化物的分解；其二是与微量的金属离子水合作用，消除由金属离子引发的氧化作用。当水加到超过区域Ⅰ和区域Ⅱ的边界时，氧化速度增加，这是因为，其一是水分的溶剂化作用，使反应物和产物便于移动，有利于氧化的进行；其二是所加入的水增加了氧的溶解度和使脂肪大分子肿胀，暴露更多催化部位，从而加速了氧化。当A_w较大（＞0.8）时，进一步加入水可以降低氧化速度，可能是因为水对催化剂的稀释从而降低了它们的催化效力和降低了反应物的浓度。

（二）水分活度与酶促反应的关系

从图2-14（2）可以得知A_w对酶促褐变的影响：当A_w降低到0.25～0.30的范围，就能有效地减慢或阻止酶促褐变的进行。

（三）水分活度与非酶促反应（美拉德反应）的关系

从图2-14（4）可以得知A_w对非酶褐变的影响：当食品的水分活度在一定的范围内时，非酶褐变随着A_w的增大而加速，A_w在0.6～0.7时，褐变最为严重；随着A_w的下降，非酶褐变就会受到抑制而减弱；当A_w降低到0.2以下时，褐变就难以发生。但如果A_w大于褐变高峰的A_w，则由于溶质的浓度下降而导致褐变速度减慢。在一般情况下，浓缩的液态食品和中湿食品位于非酶褐变的最适水分含量的范围内。

三、水分活度与食品质地的关系

水分活度可以影响干燥和半干燥食品的质地，所以欲保持饼干、油炸马铃薯片等食品的脆性，防止砂糖、奶粉、速溶咖啡等结块，防止糖果、蜜饯等的黏结，需要保持适当的水分活度。

复习思考题

1. 简要概括食品中水分的存在状态。

2. 简述食品中结合水和自由水的性质区别。

3. MSI在食品工业上的意义。

4. 滞后现象产生的主要原因。

5. 简要说明水分含量和水分活度之间的关系。

6. 不同的物质其吸湿等温线不同，其曲线形状受哪些因素的影响？

7. 简述食品中A_w与化学及酶促反应之间的关系。

8. 简述食品中A_w与脂类氧化反应的关系。

9. 简述食品中A_w与美拉德褐变的关系。