水分活度が微生物の増殖にどのように影響するか

1953年、ウィリアム・ジェームズ・スコットは、食品中の微生物の増殖は、多くの人が考えていたような水分含有量ではなく、水分活度によって左右されることを明らかにした。その4年後、彼は微生物の増殖に必要な最低水分活度という概念を確立した。現在、食品メーカーでは、製品が微生物の増殖を受けやすいかどうかを判断するために、日常的に水分活度が用いられている。

水分活度を制御し、微生物の増殖を防ぐ

他のすべての生物と同様、微生物も成長するために食物に含まれる水分に依存しています。微生物は、細胞膜を介して水分を取り込みます。この水分の移動メカニズムは、水分活性の勾配、すなわち細胞外の水分活性が高い環境から、細胞内の水分活性が低い環境へと水分が移動することに依存しています。細胞外の水分活性が十分に低くなると、浸透圧ストレスが生じます。その結果、細胞は水分を取り込むことができなくなり、休眠状態になります。 微生物が死滅するわけではありませんが、感染を引き起こすほど十分に増殖できなくなるのです。生物によって、浸透圧ストレスへの対処法は異なります。そのため、生物ごとに増殖限界が異なるのです。一部のカビや酵母は、極めて低い水分活度レベルに耐えられるよう適応しています。表1は、多くの一般的な微生物の水分活度による増殖限界を示しています。

よくある質問

常温保存可能な食品について、FDAが定める水分活性の基準値はどれくらいですか？

FDAは、21 CFRおよびFSMA予防管理規定に基づき、aw値が0.85以下の食品については、安全性の観点から一般的に冷蔵保存を必要としないと分類しています。この閾値は、ほとんどの病原性細菌の最小増殖条件に基づいています。aw値が0.85から0.91の範囲にある製品については、他の病原菌が増殖できない場合でも、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）は依然として増殖し得るため、慎重な評価が必要です。

HACCP計画において、水分活性はどのように重要管理点として活用されているのでしょうか？

水分活性は、病原菌の増殖を防ぐための測定可能かつ検証可能な予防管理措置として、HACCP計画において重要管理点（CCP）として用いられます。具体的には、通常0.85以下とする特定のaw（水活性）の限界値が設定されます。水分活性は、定義された微生物増殖の限界値と直接関連しており、製造現場で確認が可能であるため、すべてのロットに対して直接的な病原菌検査を行うことなく、食品の安全性を立証するための最も信頼性の高い指標の一つとなっています。

水分活性を下げることで、食品中にすでに存在する細菌やカビは死滅するのでしょうか？

いいえ、水分活性を増殖の最低値以下に下げても、微生物は休眠状態に入るだけで死滅するわけではありません。また、胞子は極めて低い水分活性下でも何年も生存能力を維持し、条件が変われば再び増殖を開始することがあります。そのため、ハードル技術では、水分活性のみに依存するのではなく、pHや温度などの他の制御要因と組み合わせています。

黄色ブドウ球菌の最小抑制濃度（MIC）はどれくらいですか？また、なぜそれが重要なのでしょうか？

黄色ブドウ球菌は、水活性（aw）0.86という、あらゆる細菌性病原体の中でも最も低い水活性閾値の一つを有しています。そのため、他のほとんどの病原体はこの範囲では増殖できないにもかかわらず、aw 0.86から0.91の範囲にある製品には黄色ブドウ球菌のリスクが存在し得ます。このことから、FDAが定める0.85という閾値は、中程度の水分含有量を有する食品にとって、保守的ではあるものの極めて重要な管理点となります。

塩分や糖分が高ければ、水分活性を微生物の増殖を防ぐのに十分なレベルまで低下させることができるでしょうか？

はい、塩や砂糖のような溶解した溶質は水分子と結合し、そのエネルギー状態を低下させます。これが、塩漬け、塩水漬け、ジャム作りといった伝統的な保存法の科学的根拠となっています。十分に濃縮された塩水や高糖度の製品であれば、腐敗を防ぐのに十分なほど低い水分活度レベルを達成できますが、食品の複雑なマトリックスは単純な計算式では説明できないため、直接測定を行う必要があります。

水分活性とFDA、FSIS、FSMA

あらゆる材料の水分活度を測定すれば、その表面や内部でどのような細菌、カビ、真菌が増殖し得るかが分かります。水分活度を下げることで、特定の種類の微生物の増殖を防ぐことができます。水分活度が低い状態であれば、あらゆる微生物の増殖を完全に阻止することも可能です。 水分活性は殺菌工程ではありません。これは管理工程であり、多くのHACCP計画において不可欠な要素です。こうした確立された微生物増殖の限界値は、FDA、FSIS、およびその他の規制に組み込まれています。水分活性は、食品安全近代化法（FSMA）で参照されている2013年版食品コードにおける「潜在的に有害な食品」の定義の一部となっています。

温度、pH、およびその他のいくつかの要因が、食品中で微生物が増殖するか否か、またその増殖速度に影響を与える可能性がありますが、水分活性こそが最も重要な要因であると考えられます。 例えば、ほとんどの細菌は水分活度が0.91未満の範囲では増殖せず、ほとんどのカビは水分活度が0.70未満になると増殖を停止します。水分活度は、pH、温度、または調整雰囲気包装などの他の阻害要因と相まって、水分活度が0.91を超える場合でも微生物の増殖を抑制します。

詳細はこちら――「ウォーター・アクティビティ102」をご覧ください

水分活性が微生物の増殖と関係があることは、誰もが知っています。しかし、その知識を製品開発、規格設定、製造、包装の各段階でどのように活用すればよいのでしょうか？この30分間のウェビナーでは、以下の内容について学びます：

• 水分活度が微生物の増殖を予測する仕組みについて知っておくべきこと
• 業界に関連する特定の生物学的許容限度（AW）を、仕様策定にどのように活用するか
• 必要な水分活度を達成するために、さまざまな製剤技術（保湿剤、フィルム、コーティングなど）をどのように活用するか
• 特定の課題に対処するために、ハードル技術の導入を検討すべき理由