飼料中の水分活性

水分活性とは何か、そしてなぜ重要なのか？

水分活度は熱力学的性質であり、一般に、系内の水のエネルギー、あるいは水が気相へと移行しやすい度合いとして定義されます。この原理は飼料製造において極めて重要です。なぜなら、水のエネルギーが高いほど、微生物の増殖、水分の移動、および化学的・物理的反応を引き起こす可能性が高まるからです。

こうした点を踏まえると、水分活性と水分含有量の違いを理解することが不可欠であり、また、水分活性の方が、腐敗、劣化、その他の望ましくない変化を予測する上ではるかに正確な指標であるということを認識しておく必要があります。

例えば、微生物は生存するために周囲の環境にある水分を利用しています。微生物が、自身の内部よりも低い水分活度の環境に囲まれている場合、浸透圧ストレスを受けます。浸透圧ストレスにより、内部の水分が外部へと移動し、細胞内圧が低下します。このような状況下で、微生物が周囲の環境に適応できなくなると、休眠状態に入り、その環境下では増殖や繁殖ができなくなります。 微生物ごとに、それ以下の水活度では増殖できない特定の閾値があり、そのため水活度は微生物の増殖を制御する極めて効果的な手段となります。

水分活度の制御方法

水分活度の管理は、製品の安全性と品質において極めて重要です。その方法について見ていきましょう。

水分活性は化学的および物理的な結合の影響を受けます。つまり、水が結合すると、そのエネルギーは低下します。塩や砂糖は、それぞれ水を結合させる添加物の例です。総水分量も水分活性に影響を与えます。なぜなら、製品中の水分が少ないほど、反応に利用可能な水も少なくなるからです。 そして最後に、温度も水活性において極めて重要な要素です。なぜなら、温度が上昇すると水活性も上昇するからです。したがって、製品がどのような温度条件にさらされるか、また温度の乱れに対して製品がどのように反応するかを理解することが不可欠です。

水活性を制御するための効果的な方法をいくつかご紹介します：

• 脱水 – ドライフードや飼料の脱水度を高めることで、製品中の水分量が減少します
• 食用フィルムおよびコーティング – 適切なフィルムやコーティングを使用することで、湿気の移動を防ぐことができます
• 保湿剤 – 塩、砂糖、アミノ酸、ポリマーなど、水分と結合する添加物を使用することで、水分活度の調整に役立ちます

水分活度をpH値や添加物などの他の管理手法と組み合わせて使用する場合、これを「ハードル技術」と呼びます。それぞれの手法は、製品の安全性を確保するための追加的な障壁として機能します。

吸湿等温線

水分含有量と水分活性の関係は、吸湿等温線によって示されます。各原料および製品ごとに吸湿等温線を作成することで、製品の詳細な水分分布図が得られ、微生物の増殖や品質の低下など、水分による特定の反応がどこで発生するかを特定できるようになります。これにより、製品の安全性と品質の最適なバランスを実現することが可能になります。

等温線の作成と活用は、飼料生産において、特に研究開発チームにとって極めて有用です。ここでは、研究開発チームが等温線を活用する主な方法をいくつかご紹介します：

• 製品に安全に含まれる水分量を把握し、水分含有量を最大化して利益を高める
• 固まり、塊の発生、流動性の低下といった望ましくない状態の変化を防ぐ
• 加速試験よりも迅速に、保存期間を正確に予測する
• 目標とする保存期間を達成するために必要な水蒸気透過率を把握し、適切な包装材を選択してください
• 輸送や保管における温度管理の不備が各製品にどのような影響を与えるかを把握し、環境への影響を予測する
• 製剤プロセスの迅速化

現実社会に大きな影響を与える

当社による飼料の社内試験の結果、水分含有量のわずかな変化が水分活性に著しい変化をもたらすことが確認されました。したがって、飼料の水分を監視・管理するには、水分活性の測定が不可欠です。等温線を策定することで、飼料加工業者や製造業者は自社製品に最適な水分活性の範囲を特定でき、生産プロセスの大幅な最適化や、製品の均一性、品質、安全性の向上を実現できます。

また、当社の分析では、一見些細な水分含有量の変動でも、経済的に大きな影響を及ぼす可能性があることが明らかになりました。例えば、ある企業では安全上の理由から水分含有量の目標値を10%に設定していました。しかし、等温線を作成した結果、水分含有量を10.4%まで安全に引き上げることが可能であることを示すことができ、これにより原材料費を大幅に削減できることが判明しました。 要するに、等温線を活用することで、製品に対する安全基準を設定し、生産のばらつきを低減させ、利益を最大化するために最適な含水率を実現することが可能になります。

飼料における水分活度の影響に関する詳細については、ウェビナーをご覧ください。