水分活性（aw）入門：食品製造における水分活性の役割に関する初心者向けガイド

水は安価な原料ですが、微生物の繁殖、カビの発生、食感の劣化、固まりや塊の形成、酸化、ビタミン損失など、多くの深刻な問題を引き起こす可能性があります。製品中の水分を正しく理解するには、水分活度の測定方法を学ぶことが最善の方法です。

水分活性とは何ですか？

水分活性：その本質はエネルギーにある。_{水分活性（aw）とは}、食品が周囲の空気と完全に平衡状態にある際の、その食品自体の水蒸気圧の比率である。

コップ一杯の水と乾いたスポンジを用意してください。スポンジの端をコップの水に浸します。すると、水がコップからスポンジへと移っていきます。

水分活性とは、水がスポンジの中へ移動する原因となる力です。これをよりよく理解するために、スポンジの中の水とコップの中の水がどのように異なるかを考えてみてください。

コップの中の水は自由に動きますが、スポンジの中の水は決して自由ではありません。それは水素結合、毛細管力、そしてファンデルワールス力やロンドン力によって拘束されているからです。これらは「マトリックス効果」と呼ばれます。スポンジの中の水は、コップの中の水よりも低いエネルギー状態にあります。水はスポンジの中へ流れ込みますが、それを取り出すには、スポンジを絞って仕事を行わなければなりません。

スポンジの中の水は、コップの中の水に比べて蒸気圧が低く、凝固点が低く、沸点が高い。これらは、測定・定量化できる点で異なっている。

水は、溶質で希釈することでエネルギーを低下させることもできます。これを浸透圧効果と呼びます。水を純粋で自由な状態に戻すには仕事が必要となるため、これにより水活性も低下します。エネルギーの総変化量は、マトリックス効果と浸透圧効果の合計となります。

数学を用いて水の_{水分活度を}測定する

試料を密閉容器に封入すると、ヘッドスペース内の空気の相対湿度は、試料の水分活度と平衡状態に達します。平衡状態では、この2つは等しくなり、ヘッドスペースの相対湿度を測定することで、試料の水分活度を知ることができます。これが、水分活度を測定する方法に関する最も信頼できる答えです。

補助的な測定方法：湿度計、静電容量式センサー

初期の水分活性計と同様に、現代の測定器のほとんどは、試料の上部空間の湿度を測定するために、静電容量式または抵抗式の湿度センサーを採用しています。

これらの測定器は間接的な手法を採用しており、電気信号と相対湿度を関連付けて測定するため、既知の塩分標準液を用いて校正する必要があります。

これらのセンサーでは、試料とセンサーの温度が同じである場合にのみ、ERH値は試料の水活度と等しくなります。正確な測定を行うには、適切な温度管理または温度測定が必要です。静電容量式センサーは構造が単純であるため、比較的安価な水活度計によく用いられています。

水分活度の測定方法 – 露点が主な測定法です

水分活性（_aw）をどのように測定するかという問いに対する最適な方法は、p / p0 の比を用いる一次法である。

P0（飽和蒸気圧）は試料の温度のみに依存するため（添付のグラフに示す通り）、試料の温度を測定することでP0を測定することが可能です。P（試料中の水の蒸気圧）は、試料の上部にある密閉されたヘッドスペース内の水の蒸気圧を測定することで測定できます。 その蒸気圧を測定する最も正確な方法であり、第一原理に立ち返った方法としては、空気の露点を測定することが挙げられる。

図1. 試料の温度を測定することで、飽和蒸気圧を測定することができる（飽和蒸気圧は温度に等しい）。

一次法とは、直接測定であり、較正を必要としないことを指します

露点（または冷却鏡式露点）法の主な利点は、測定速度と精度です。冷却鏡式露点センサーは、熱力学の基本原理に基づいた一次測定法です。冷却鏡式水分活性計は、通常約5分で高精度（±0._003aw）の測定を行います。測定は温度測定に基づいているため、校正は不要です。 ユーザーは、装置が正常に機能していることを確認するために、標準塩溶液を測定する必要があります。一部の用途では、この方法の迅速さにより、製造業者は製品の水分活度をライン上でモニタリングすることが可能になります。

品質保証（QA）および品質管理（QC）、ならびに製剤開発における強力な評価手法

水分活性とは、製品中の水のエネルギーを表す熱力学的指標です。なぜ貴社は水分活性の測定方法を学ぶべきなのでしょうか？それは、食品の微生物に対する感受性と直接的な関係があるからです。また、食品の保存期間を縮める多くの反応とも直接的な関係があります。既知の標準値を用いて測定されるため、安全性や品質の基準として特に適しています。

基本をマスターする

この20分間のウェビナーで、ウォーターアクティビティの要点をまとめて学びましょう。以下の内容をご紹介します：

• ウォーターアクティビティとは
• 水分含有量との違い
• なぜ微生物の増殖を抑制するのか
• 水分活度の理解が、製品の水分管理にどのように役立つか。