水分活度的研究綜述

葉夢(mèng)姣 岑紅蕾 郝朝輝 唐成洲 楊濤

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆石河子832000）

摘要：論述了水分活度的基本概念、測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器以及其重要意義和相關(guān)應(yīng)用，通過(guò)對(duì)不同測(cè)量方法的分析和比較，明確各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)比國(guó)內(nèi)外的測(cè)量?jī)x，對(duì)國(guó)內(nèi)的水分活度儀的研究提出不足，指明今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：水分活度；測(cè)量法；測(cè)量?jī)x器

水分活度（Water Activity）主要反映物料平衡狀態(tài)下的水分狀態(tài)。如果食品周圍環(huán)境的濕度低，則食品中的水分就會(huì)不斷向空氣中蒸發(fā)；如果環(huán)境濕度高，則本來(lái)干燥的食品就會(huì)吸濕以至水分逐漸增多，直至達(dá)到平衡為止。為了準(zhǔn)確反映食品中水的含量，通常采用食品水分活度Aw 來(lái)表示。各種微生物的活動(dòng)和各種化學(xué)與生化反應(yīng)都有一定的Aw閾值，食品中的水分隨周圍環(huán)境條件的變動(dòng)而變化[1]。Aw值的大小對(duì)食品的色、香、味、質(zhì)構(gòu)和食品的穩(wěn)定性有直接的影響，它成為一個(gè)指示產(chǎn)品穩(wěn)定性和微生物安全的重要參數(shù)，測(cè)定Aw 值可以判斷產(chǎn)品的貨架壽命，選擇合理的儲(chǔ)藏條件和包裝材料。

1 水分活度的定義和測(cè)量方法

水分活度即某一種食品的平衡蒸汽壓與相同溫度下純水的飽和蒸汽壓的比值。食品水分活度的測(cè)定方法有很多，如擴(kuò)散法、冰點(diǎn)法、蒸汽壓測(cè)定法、平衡相對(duì)濕度法以及水分活度儀測(cè)量等。擴(kuò)散法的原理[2]：樣品在康威微量擴(kuò)散皿的密封和恒溫條件下，分別在Aw 值較高和較低的標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液中進(jìn)行擴(kuò)散平衡，根據(jù)樣品質(zhì)量的增加（在較高Aw 值標(biāo)準(zhǔn)溶液中平衡）和減少（在較低Aw 值標(biāo)準(zhǔn)溶液中平衡）求出樣品的Aw 值。SN0180-92中華人民共和國(guó)進(jìn)出口商品檢驗(yàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)食品水活度測(cè)定方法（Method for determination of

water activity of food）對(duì)測(cè)量方法給予明確的描述。擴(kuò)散法測(cè)量水分活度比較復(fù)雜，步驟繁瑣、耗時(shí)，無(wú)法直接得到測(cè)量結(jié)果（需要稱重、作圖、求解），已經(jīng)慢慢從市場(chǎng)上淡出，在實(shí)際應(yīng)用中很少見(jiàn)。冰點(diǎn)法是根據(jù)冰點(diǎn)下降的數(shù)據(jù)測(cè)定水分活度，在實(shí)際應(yīng)用中更為少見(jiàn)，在此也不做介紹。

文獻(xiàn)[3]關(guān)于水分活度的蒸汽壓測(cè)定，它在水分活度（ Aw）的蒸汽壓測(cè)定法（VPM）的研究中發(fā)現(xiàn)：Lewicki的測(cè)定裝置及計(jì)算公式中尚未考慮到干燥瓶的容積和干燥劑吸濕后剩余水汽壓強(qiáng)對(duì)Aw 測(cè)定結(jié)果的影響。因此采取在Lewicki的裝置中添加一個(gè)恒溫水浴以減少測(cè)定過(guò)程中溫度的變化，又在該裝置的油壓計(jì)中增加了一個(gè)加熱器用于排除硅油中的空氣，并對(duì)干燥瓶的容積和干燥劑的吸濕特征進(jìn)行了探討依據(jù)理想氣體的特性，提出了一個(gè)改進(jìn)的Aw 計(jì)算公式。

文獻(xiàn)[4]介紹了平衡相對(duì)濕度法在水分活度測(cè)量中的應(yīng)用。平衡相對(duì)濕度法原理：將被測(cè)試樣置于一個(gè)密閉的容器，被測(cè)試樣與密閉空間中的環(huán)境之間進(jìn)行水分子交換平衡，待達(dá)到表現(xiàn)平衡（試樣恒重）后測(cè)定容器內(nèi)的壓力（如用量壓計(jì)測(cè)定）或相對(duì)濕度（如用電子濕度計(jì)、露點(diǎn)儀測(cè)定），因?yàn)樗只疃仍跀?shù)值上等于密封環(huán)境的相對(duì)濕度[5]，所以對(duì)水分活度的測(cè)量就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)密閉環(huán)境相對(duì)濕度的測(cè)定。

這些方法均系靜態(tài)平衡測(cè)定法，測(cè)定Aw 值所需時(shí)間較長(zhǎng)，被測(cè)樣品需經(jīng)過(guò)粉碎處理，這就破壞了樣品（食品）本來(lái)結(jié)構(gòu)，所測(cè)得的Aw 值通常是樣品中水分活度的zui大值，其局部的和較小的Aw 值均無(wú)法測(cè)得。文獻(xiàn)[6]基于此，提出采用表面溫差動(dòng)態(tài)平衡測(cè)定Aw 值：采用干濕球原理[7]和雙重調(diào)濕近零法來(lái)測(cè)定樣品的水分活度。首先將空氣鼓入高濕發(fā)生器使其相對(duì)濕度升高至近100%，即干濕差接近零。隨后將高濕氣流升溫降濕吹過(guò)樣品，直到氣流的水蒸汽分壓接近樣品的飽和水蒸氣壓，這時(shí)物料的表面溫差接近零，用干濕球原理拓展式準(zhǔn)確算取樣品的水分活度Aw 。這在很大程度上克服了靜態(tài)法的缺點(diǎn)，并提高了測(cè)定的精度和速度[8]。

2 測(cè)量水分活度的儀器

目前市場(chǎng)上的水分活度儀，國(guó)外有美國(guó)DECAGON公司PawKit便攜式水分活度儀、AquaLab 4TE控溫高精度水分活度測(cè)定儀、瑞士NOVASINA水分活度儀、瑞士ROTRONIC公司HygroPalm便攜式水分活度儀等。種類齊全，功能完善，度高，可靠性好；溫度控制已達(dá)到0.2℃，其中DECAGON公司生產(chǎn)的儀器zui高度已達(dá)到0.0001aw，zui短測(cè)量時(shí)間只有5min，但這些產(chǎn)品價(jià)格昂貴令中小企業(yè)望而卻步。

國(guó)內(nèi)出現(xiàn)較早的有由中國(guó)肉類食品綜合研究中心與天津氣象海洋儀器廠聯(lián)合研制成功的國(guó)產(chǎn)WHM4型盒式水分活度測(cè)定儀[9]是非電測(cè)儀器，使用極為簡(jiǎn)便，價(jià)格也較低，很適于科研所、大專院校及食品生產(chǎn)和儲(chǔ)存單位廣泛應(yīng)用。盒式水分活度測(cè)定儀的研制為國(guó)家節(jié)約了外匯，*空白。作為水分活度溫度、濕度三用儀，充分考慮了我國(guó)國(guó)情的現(xiàn)狀。它可作為生產(chǎn)車間、倉(cāng)庫(kù)、精密儀器室等的環(huán)境溫度測(cè)試儀器及溫度計(jì)使用，為單位節(jié)約資金。

目前比較有名氣的有北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司研制的BDZ3-HBD5型水分活度儀[10]，內(nèi)置單片機(jī)微機(jī)和高智能分析儀。它可以測(cè)試溫度、活度信息，100個(gè)數(shù)據(jù)記錄，可設(shè)置自動(dòng)或手動(dòng)記錄，飽和水空氣標(biāo)定，或標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)定，全部操作鍵盤(pán)設(shè)置，窗口提示，基于BD5智能電子單元，有完整的界面設(shè)置功能，LCD顯示，同時(shí)測(cè)試溫度、活度，可以設(shè)置報(bào)警功能。江蘇省無(wú)錫市碧波電子設(shè)備廠研制的“AW-1”型智能水分活度測(cè)量?jī)x[11]由高精度傳感器采樣，單片機(jī)為核心，進(jìn)行信號(hào)采集和處理，并用標(biāo)準(zhǔn)鹽飽和溶液分段校準(zhǔn)。它具有測(cè)量精度高，測(cè)量時(shí)間短優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)工作穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

水分活度在食品加工、日用化工、水分含量的間接測(cè)量等方面都有廣泛的應(yīng)用，尤其是在食品行業(yè)的應(yīng)用處處可見(jiàn)，主要通過(guò)測(cè)量水分活度和控制水分活度，使水分活度低于某些微生物生長(zhǎng)所需要的zui低水分活度，使微生物生長(zhǎng)的環(huán)境遭到破壞，這些微生物就不能生長(zhǎng)繁殖，從而抑制微生物的生長(zhǎng)，提高食品的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。

水分活度儀的研究日新月異，與國(guó)外較高技術(shù)水平相比，國(guó)內(nèi)差距明顯，我們有必要加大力度研究智能的可控溫的水分活度儀，以彌補(bǔ)不足，改善這一領(lǐng)域的研究，同時(shí)推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

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