水分活度(AW)与微生物的关系

出处：按学科分类—农业科学 中国轻工业出版社《肉类工业手册》第275页（3017字）

微生物的生长繁殖，除需要一定的营养物质外，还必须有足够的水分。微生物只有在含有营养物质的水溶液中才能进行生长繁殖，而决定性的影响因素并不是食品的水分总含量，而是它的有效水分。也就是说，微生物利用食品中的水分只是游离水分部分。因而，各种微生物都有它自己生长最旺盛的水分活度(A_W)。水分活度值下降，它们的生长率也下降。水分活度还可以下降到微生物停止生长的水平。不同类群微生物生长所需的最低水分活度(A_W)是不相同的，且有较大的差异，见图2－5－7和表2－5－5。

图2－5－7 水分活度和微生物生长活动的关系

表2－5－5 食品中重要微生物类群生长的最低A_W范围

从细菌、酵母和霉菌三大类微生物来比较，当A_W接近0．9时，绝大多数细菌生长的能力已很微弱；当低于0．9时，细菌几乎已不能生长。其次是酵母，当A_W下降至0．88时，酵母生长受到严重影响，而绝大多数霉菌都还能生长。多数霉菌生长的最低A_W为0．80。因此，要求A_W最低的为霉菌，其次为酵母和细菌。

(一)细菌生长的水分活度

细菌生长所需的水分活度值要比酵母、霉菌高。细菌中除一部分球菌的最低生长A_W在0．9以下和嗜盐性细菌的A_W为0．75以外，其它绝大部分均在0．94以上，而且大多数重要的食品腐败细菌所需的最低A_W都在0．94以上。肉毒杆菌则在A_W低于0．95时就不能生长。细菌芽孢形成和发芽时需要更多的水分活度，芽孢形成的最适A_W为0．993，若A_W低于0．77时，就几乎看不到有芽孢形成。

A_W降低，可促使细菌生长的缓慢期延长，细胞分裂速度下降。在可产生毒素的细菌中，对A_W耐受性最强的是金黄色葡萄球菌。A_W为0．94时，它停止分泌B型和C型肠道毒素。无氧条件下，所需的最低A_W为0．90，有氧时为0．86。

(二)酵母生长的水分活度

酵母生长需要的水分活度要比细菌低一些，但比霉菌要高一些，除耐渗透压性酵母外，其生长的最低A_W范围在0．88～0．94。

当A_W下降时，在酵母生长曲线中，就会出现缓慢期延长和对数增殖期速度的降低。但在一般加糖食品中，由于加糖量远不足以使食品的A_W降低至多数酵母生长的最低A_W以下，因此还不可能防止酵母的繁殖，还有酵母生长的可能。

(三)霉菌生长的水分活度

霉菌与细菌和酵母比，能在较低的A_W范围内生长。它们要求的A_W有较大的差异。多数霉菌生长最低A_W在0．80以上。当A_W为0．70时，与食品有关能发芽的霉菌已极少，如A_W低于0．65，除耐干霉外，其它霉菌的生长完全受到抑制。A_W在0．64以下，任何霉菌都不能生长。

(四)水分活度与食品干藏

食品经过脱水干藏，降低了水分活度(A_W)，就可阻止微生物的生存，防止食品腐败变质，肉类食品的脱水干燥与干藏就是利用这一原理来达到长期保藏的目的。

大多数新鲜的食品原料，包括肉、鱼、水果与蔬菜等的水分活度(A_W)均为0．98～0．99，这正适宜于多种微生物的生长。最先导致乳、肉、蛋、鱼等食品腐败变质的微生物是细菌，故生鲜食品不易久存。但是，肉类食品在腌制和脱水干燥等处理过程中，水分活度值逐渐下降。当水分活度(A_W)降到0．90时，大多数腐败菌不能生长，但霉菌和酵母仍能旺盛地生长。即使水分活度值降低到0．80～0．85，大多数肉类食品还会在1～2周内可以被霉菌等微生物引起腐败变质。只有水分活度值降低到0．75，食品的腐败变质才得以显着减慢，甚至于能在较长期内不发生变质。若将水分活度值降低到0．65以下，能生长的微生物为数极少，这时食品的贮藏期可长达1．5～2年。一般认为，在温带凉爽地区，食品的水分活度值控制在0．75以下，大多数肉食品均能贮藏数月而不变质；如欲保存数年之久，水分活度值必须在0．70以下；在热带地区，水分活度值就必须低于0．65。

(五)降低水分活度(A_W)的方法

值得注意的是，虽然微生物生长所要求的水分活度界限是较严格的，但在某些因素的影响下，如温度、pH、营养成分、氧气、抑制剂等，微生物能适应的A_W的幅度有时可以有所变动，这可能导致微生物能在更低的水分活度下生长，或者恰好相反。

因此，为了抑制微生物的生长繁殖，防止食品腐败变质，需要降低食品的水分活度(A_W)，常用的降低水分活度(A_W)的方法如下：

1．除去溶媒(水)法

利用加热、烘烤、热空气对流等方法除去肉食品中的水分，即脱水干燥，从而降低水分活度(A_W)。如生产肉干、肉松、肉脯等肉制品就是采用的此法。

2．添加溶质法

在食品中添加食盐、糖等溶质(添加剂)，如生产火腿、香肠、腌肉、肉干制品等产品时，添加一定量的食盐、糖等也降低了食品的水分活度值。添加剂浓度愈高，食品的水分活度值愈低(表2－5－6)。

表2－5－6 食盐、食糖的浓度和A_W的关系(25℃)

据L．Leistner等(1970年)对德国肉制品生产中常用的各种添加剂进行研究，各种允许的添加剂对降低水分活度(A_W)都有一定的作用，其不同种类添加剂与不同的添加量对降低水分活度值的结果不同(表2－5－7)。

表2－5－7 常用添加剂对肉品A_W的减少量

*近来已规定不能用于肉品生产。

如表2－5－7所示，食盐是降低A_W最有效的添加剂，然后依次是聚磷酸盐、柠檬酸钠、抗坏血酸、δ－葡萄糖酸内酯、醋酸钠、酒石酸钠、丙三醇、葡萄糖、乳糖、蔗糖、乳蛋白和脂肪等。

3．冷冻法

冷冻时随着温度的不同，食品中冻结部分与未冻结的溶液部分保持平衡状态，因此冻结食品的A_W也就随着温度的变化而变化。例如，以－5℃、－10℃、－15℃冻结食品时，水溶液部分(未结冻部分)的A_W分别为0．9526、0．9074、0．8642。所以，降低冷冻温度也就降低了A_W。