水分活度的研究综述

水分活度的研究综述

叶梦姣 岑红蕾 郝朝辉 唐成洲 杨涛

（石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832000）

摘要：论述了水分活度的基本概念、测量方法和测量仪器以及其重要意义和相关应用，通过对不同测量方法的分析和比较，明确各种方法的优缺点，并对比国内外的测量仪，对国内的水分活度仪的研究提出不足，指明今后的研究方向。

关键词：水分活度；测量法；测量仪器

水分活度（Water Activity）主要反映物料平衡状态下的水分状态。如果食品周围环境的湿度低，则食品中的水分就会不断向空气中蒸发；如果环境湿度高，则本来干燥的食品就会吸湿以至水分逐渐增多，直至达到平衡为止。为了准确反映食品中水的含量，通常采用食品水分活度Aw 来表示。各种微生物的活动和各种化学与生化反应都有一定的Aw阈值，食品中的水分随周围环境条件的变动而变化[1]。Aw值的大小对食品的色、香、味、质构和食品的稳定性有直接的影响，它成为一个指示产品稳定性和微生物安全的重要参数，测定Aw 值可以判断产品的货架寿命，选择合理的储藏条件和包装材料。

1 水分活度的定义和测量方法

水分活度即某一种食品的平衡蒸汽压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。食品水分活度的测定方法有很多，如扩散法、冰点法、蒸汽压测定法、平衡相对湿度法以及水分活度仪测量等。扩散法的原理[2]：样品在康威微量扩散皿的密封和恒温条件下，分别在Aw 值较高和较低的标准饱和溶液中进行扩散平衡，根据样品质量的增加（在较高Aw 值标准溶液中平衡）和减少（在较低Aw 值标准溶液中平衡）求出样品的Aw 值。SN0180-92中华人民共和国进出口商品检验行业标准食品水活度测定方法（Method for determination of

water activity of food）对测量方法给予明确的描述。扩散法测量水分活度比较复杂，步骤繁琐、耗时，无法直接得到测量结果（需要称重、作图、求解），已经慢慢从市场上淡出，在实际应用中很少见。冰点法是根据冰点下降的数据测定水分活度，在实际应用中更为少见，在此也不做介绍。

文献[3]关于水分活度的蒸汽压测定，它在水分活度（ Aw）的蒸汽压测定法（VPM）的研究中发现：Lewicki的测定装置及计算公式中尚未考虑到干燥瓶的容积和干燥剂吸湿后剩余水汽压强对Aw 测定结果的影响。因此采取在Lewicki的装置中添加一个恒温水浴以减少测定过程中温度的变化，又在该装置的油压计中增加了一个加热器用于排除硅油中的空气，并对干燥瓶的容积和干燥剂的吸湿特征进行了探讨依据理想气体的特性，提出了一个改进的Aw 计算公式。

文献[4]介绍了平衡相对湿度法在水分活度测量中的应用。平衡相对湿度法原理：将被测试样置于一个密闭的容器，被测试样与密闭空间中的环境之间进行水分子交换平衡，待达到表现平衡（试样恒重）后测定容器内的压力（如用量压计测定）或相对湿度（如用电子湿度计、露点仪测定），因为水分活度在数值上等于密封环境的相对湿度[5]，所以对水分活度的测量就可以转化为对密闭环境相对湿度的测定。

这些方法均系静态平衡测定法，测定Aw 值所需时间较长，被测样品需经过粉碎处理，这就破坏了样品（食品）本来结构，所测得的Aw 值通常是样品中水分活度的zui大值，其局部的和较小的Aw 值均无法测得。文献[6]基于此，提出采用表面温差动态平衡测定Aw 值：采用干湿球原理[7]和双重调湿近零法来测定样品的水分活度。首先将空气鼓入高湿发生器使其相对湿度升高至近100%，即干湿差接近零。随后将高湿气流升温降湿吹过样品，直到气流的水蒸汽分压接近样品的饱和水蒸气压，这时物料的表面温差接近零，用干湿球原理拓展式准确算取样品的水分活度Aw 。这在很大程度上克服了静态法的缺点，并提高了测定的精度和速度[8]。

2 测量水分活度的仪器

目前市场上的水分活度仪，国外有美国DECAGON公司PawKit便携式水分活度仪、AquaLab 4TE控温高精度水分活度测定仪、瑞士NOVASINA水分活度仪、瑞士ROTRONIC公司HygroPalm便携式水分活度仪等。种类齐全，功能完善，度高，可靠性好；温度控制已达到0.2℃，其中DECAGON公司生产的仪器zui高度已达到0.0001aw，zui短测量时间只有5min，但这些产品价格昂贵令中小企业望而却步。

国内出现较早的有由中国肉类食品综合研究中心与天津气象海洋仪器厂联合研制成功的国产WHM4型盒式水分活度测定仪[9]是非电测仪器，使用极为简便，价格也较低，很适于科研所、大专院校及食品生产和储存单位广泛应用。盒式水分活度测定仪的研制为国家节约了外汇，*空白。作为水分活度温度、湿度三用仪，充分考虑了我国国情的现状。它可作为生产车间、仓库、精密仪器室等的环境温度测试仪器及温度计使用，为单位节约资金。

目前比较有名气的有北京中西远大科技有限公司研制的BDZ3-HBD5型水分活度仪[10]，内置单片机微机和高智能分析仪。它可以测试温度、活度信息，100个数据记录，可设置自动或手动记录，饱和水空气标定，或标准样品标定，全部操作键盘设置，窗口提示，基于BD5智能电子单元，有完整的界面设置功能，LCD显示，同时测试温度、活度，可以设置报警功能。江苏省无锡市碧波电子设备厂研制的“AW-1”型智能水分活度测量仪[11]由高精度传感器采样，单片机为核心，进行信号采集和处理，并用标准盐饱和溶液分段校准。它具有测量精度高，测量时间短优点。该机工作稳定，操作简便，主要技术指标均达到国外同类产品的水平，具有较高的实用价值。

3 结束语

水分活度在食品加工、日用化工、水分含量的间接测量等方面都有广泛的应用，尤其是在食品行业的应用处处可见，主要通过测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长所需要的zui低水分活度，使微生物生长的环境遭到破坏，这些微生物就不能生长繁殖，从而抑制微生物的生长，提高食品的稳定性，延长食品的保质期。

水分活度仪的研究日新月异，与国外较高技术水平相比，国内差距明显，我们有必要加大力度研究智能的可控温的水分活度仪，以弥补不足，改善这一领域的研究，同时推进相关领域的发展。

参考文献

[1]黄梅丽.食品化学[M].北京：中国人民大学出版社，1986.

[2]高兴国，陈家德，田虹.扩散法测试水分活度误差产生的影响因素分析[J].食品安全质量检测学报，2012，3（3）:212-214.

[3]桑卫国.水分活度的蒸汽压测定法的研究[J]. 中国食品学报，2002，2（1）:22-27.

[4]柯仁楷，黄兴海.平衡相对湿度ERH原理在水分活度测量中的应用[J].中国食品添加剂，2005，6:118-122.

[5]严维凌，赵俊虹.食品水分活度测量不确定度的评定方法[J].安全与检测，2009，25（6）:117-120.

[6]曾庆祝，达式奎.食品水分活度的快速准确测定法[J].大连轻工业学院学报，1998，12（17）:21-24.

[7]达式奎.食品工程测试[M].上海：上海交通大学出版社，1987.

[8]达式奎.水分活度测量的可靠性研究[J].中国食品学报，2004，4（3）:53-58.

[9]朱红，牛景金，林垠辉.国产盒式水分活度仪[J].肉类研究，1990，3:4-7.

[10]BDZ3-HBD5型水分活度仪技术说明书[Z].

[11]AW-1 型智能水分活度测定仪技术说明书[Z].