水分与微生物：食品科学概论（第2版）

（一）食品中水分的存在形式

食品中水分的存在形式主要包括结合水分和自由（游离）水分。

1.结合水分

食品中亲水基团、带电离子与水分子发生水合作用，使水分子受到一定的束缚，这部分被束缚的水分称为结合水。水分子是极性分子，其中的氢原子带有正电荷，如果遇到电负性大的、带有孤对电子的原子，氢就会被该原子的电子云所吸引，使水分子与该原子形成氢键。如食品中的糖类、蛋白质和氨基酸等成分，含有大量的亲水性官能团，如—OH、—NH2、—CONH2、—COOH等。这些基团的氧原子和氮原子的电负性很大，并带有孤对电子，与水分子形成氢键，发生水合作用。结合水具有不能作为溶剂，难以通过干燥排除，无法被微生物、酶和化学反应所利用等特点。

2.自由水分

食品中的水分，除了结合水外，统称为自由水。自由水主要包括细胞内可自由流动的水分，细胞组织结构中的毛细管水分，生物细胞器、膜所阻留的滞化水。自由水的特点是可作为溶剂，易蒸发排除，能被微生物、酶和化学反应所利用。

（二）食品水分的表示方法

根据水分在食品中的结构、性质和对食品储藏性能的影响，采用水分含量和水分活度两种表示方法。

1.食品的水分含量

根据热力学原理，食品内部的水蒸气压总是要与外界空气中的水蒸气压保持平衡状态，如果不平衡，食品就会通过水分子的蒸发或吸收达到平衡状态。当食品内部的水蒸气压与外界空气的水蒸气压在一定温、湿条件下达成平衡时，食品的含水量保持一定的数值，这一数值即为食品的含水量或食品的平衡水分，一般用百分数来表示。食品的含水量通常用干基和湿基两种方法表示：干基是指水分占食品干物质质量的百分比；湿基是指水分占含水食品质量的百分比。(www.xing528.com)

2.水分活度

食品所含的水分有结合水和游离（自由）水，但只有游离水分才能被微生物、酶和化学反应所利用，可称之为有效水分。食品中的水分，无论是结合水还是自由水，都受到不同程度的束缚，被束缚的程度越大，则水从溶液中逃逸出来形成水蒸气的趋势就越小。为了定量说明水分子在食品中被束缚的程度，通常用水分活度（Aw的）表示。

（三）Aw的与微生物活动的关系

各种微生物生长所需的最低Aw值各不相同，多数细菌在Aw值低于0.91时不能生长，而嗜盐菌生长则可能在Aw低于0.75才被抑制；霉菌耐旱性优于细菌，多数霉菌在Aw值低于0.80时停止生长，一般认为0.70～0.75是其最低Aw限值；除耐渗酵母外，多数酵母在Aw低于0.65时生长被限制。

致病性微生物，其生长最低Aw与产毒素Aw不一定相同，通常产毒素Aw高于生长Aw。如金黄色葡萄球菌，在水分活性0.86以上才能生长，但其产生毒素需要Aw值0.87以上；黄曲霉菌生长最低Aw为0.78～0.80，而产黄曲霉素最低Aw为0.83～0.87。因此通过控制致病性微生物的生长Aw即可控制其毒素的生成。

环境因素会影响微生物生长所需的Aw值，如营养成分、pH、氧气分压、二氧化碳浓度、温度和抑制物等因素越不利于生长，微生物生长的最低Aw值越高，反之亦然。金黄色葡萄球菌在正常条件下，Aw值低于0.86生长即被抑制。若在缺氧条件下，抑制生长Aw为0.90；在有氧条件下，抑制生长的Aw值为0.80。水分活性条件又可改变微生物对热、光和化学物的敏感性。一般来说，在高水分活性下微生物最敏感，在中等水分活性（0.4左右）中最不敏感。

（四）降低食品中水分活度的方法

降低食品中水分活度的方法主要有两种：加入破坏食品中水分子之间的氢键键合产生的连续相结构的物质，如糖、盐、蛋白质等，尽管食品的总水量没有变化，但自由水所占的比例下降，从而水分活度降低；另外以加热或非加热的方式使食品脱水，降低其自由水含量，如食品的干燥、食品的浓缩及烟熏等。当然，食品的稳定性不仅与其水分活度有关，还与微生物、食品本身的理化性质及环境因素等紧密相关。