解决零食中的水分问题

实现完美的口感或质地仅仅是开始——从那时起，您的顾客便期待着年复一年都能享受到一如既往的完美品质。

在这场简短的网络研讨会中，我们探讨了可能导致零食出现意外问题的因素、制造商如何避免措手不及，以及确保产品品质稳定的可靠方法。在本场网络研讨会中，您将了解到：

• 为什么预测脂质氧化可能有悖常理
• 水分迁移如何带来意想不到的麻烦
• 如何可靠地预测纹理变化
• 提高零食市场吸引力的高效配方改良方法

主持人

玛丽·加洛韦是AQUALAB的应用科学家，负责管理食品研发实验室。她是多篇关于水分活度及其对物理性质影响的论文的合著者。玛丽凭借多年的经验，帮助客户理解并解决其产品中与水分相关的问题。

网络研讨会文字记录

主持人玛丽·加洛韦：大家早上好。感谢各位的参与。今天我们将探讨零食以及如何控制其含水量。

引言：零食中的三大水分问题

我将重点介绍零食生产中的三大常见问题：酸败（脂质氧化）、质地变化以及产品内部的水分迁移。随后，我们将探讨如何将这些信息应用于产品配方设计，以及如何确保产品的品质稳定。

零食是一个种类极其丰富的产品类别。其中包括薯片、饼干、糖果、肉制品以及具有营养价值的健康食品。这些产品开袋即食，通常属于低至中等含水率范围，且采用便于食用的包装。我们希望消费者能随手撕开享用——这正是它们被称为“零食”的原因。

通常，零食品牌都在致力于打造一种独特的消费体验——当你吃薯片或饼干时，希望口感酥脆；而吃牛肉干时，则期待截然不同的口感。

大多数品牌并不担心霉菌问题，因为它们所处的水分活度范围较低。霉菌的水分活度范围为0.7，而大多数零食的水分活度都低于这一数值。既然我们讨论的不是霉菌，那么水分活度又有何用处呢？

那么，问题是，一旦出现问题该怎么办？

如果你做的一袋什锦果仁里，坚果已经变质了怎么办？或者一块能量棒在保质期前就变硬了，甚至开始发霉了呢？最近媒体上对此议论纷纷。还有，如果一盒夹心蛋糕在包装里已经变得湿漉漉的、粘腻难看，又该怎么办？

我们能否预见到这些问题并找出避免它们的方法？我们能否利用这一点来改进新配方？

总含水率测定是解决问题的关键

要达到理想的口感，水分含量至关重要，这正是提升客户体验的关键。当顾客品尝我之前提到的饼干、薯片或牛肉干时，他们所追求的正是这种口感。

这就是为什么我们需要了解水分含量。然而，当遇到与水分相关的问题时，单纯的水分含量并无助益——我们真正需要的是总水分测定，即与水活度相关的水分含量。

要解决这些关键的水分相关问题，关键在于水活度，而非水分含量。我以后会对此进行更详细的探讨。

那么，我这里准备了一些零食。我们将重点探讨我之前提到的零食中的三大主要问题——脂质氧化（变质）、质地变化（变软、变硬或两者兼有），以及多组分产品中的水分迁移。

问题 #1 – 脂质氧化

因此，就脂质氧化而言，容易出现这一问题的食品通常是脂肪含量较高的食品。一般来说，这包括薯片、坚果、油炸食品、奶酪、种子类等。但这不仅仅是因为脂肪含量高，还涉及另一个因素——水分含量低以及水活度低。

让我解释一下为什么这会是个问题。

这是一张稳定性图。其中真正有用且有趣的是脂质氧化曲线。图中横轴表示水分活度，从左向右逐渐增加；纵轴则表示水分含量和相对反应速率。

如果我们追踪脂质氧化的轨迹，会发现它在低水分活度条件下起初非常高，随后迅速下降。反应速率实际上会持续降低，直到水分活度降至约0.325。此后，随着水分活度的增加，反应速率又会急剧回升。因此，在观察这一过程时，请务必记住我之前提到的高脂肪零食产品。

以薯片为例——薯片的水分活度约为0.1–0.2。如果你查看图表中的这个范围，你会发现该区域的脂质氧化速率非常高。 但我们同时也注意到，该数值会趋于平稳，并在0.3至0.5的水活度区间内降至最低。这意味着，如果我们将水活度提升至0.3–0.5，就能将脂质氧化的风险降至最低水平。

原因在于，在左侧水活度较低的区域，脂肪分子暴露在空气中，因此此时是空气在引发氧化反应。 随后，脂质氧化速率降至最低点，此时水实际上包裹住了脂肪分子并对其起到保护作用。接着，随着水活度的再次升高，水中的氧气本身便成为反应物，开始氧化脂肪。因此，如果能将产品的水活度提升至0.3至0.5之间，液态氧化问题便不再存在。

这里真正的难题在于，该区域的酥脆感会有所减弱——但对于这类产品来说，这不正是消费者想要的吗？他们想要的是薯片那种爽脆的口感。那么，我们该如何解决这个问题呢？关键在于在口感与可能产生的酸败之间取得平衡。

说实话，氧气就是我们的敌人。 正是它会导致油脂变质。我们该怎么做才能减少氧气呢？嗯，使用吸氧剂——你会在某些产品中看到这种成分。或者你可以采用氮气置换或其他气体置换方法，这样就能将包装内的氧气置换出去。基本上，只要减少包装内的氧气含量，就意味着能与脂肪发生反应并导致变质的氧气也就相应减少了。

另一件事是选择合适的包装。这张图表说明了水蒸气透过率，也就是有多少水分会进入包装内。您需要确保使用合适的包装。因此，水蒸气透过率越低越好——这样能更好地阻隔空气中的水分。

还有一点需要注意的是 OTR，即氧气透过率。这一数值也应尽可能低，因为如果包装的水蒸气透过率虽然很低，但氧气透过率很高，那么仍会有大量氧气渗入，从而导致产品变质。

另一个需要考虑的因素是，光线对氧化反应有巨大影响。如果能在包装内最大限度地减少光线，情况会好得多。因此，不要使用透明包装，也不要使用带窗口的包装。即使整体包装设计得再出色，只要加了一个小窗口用来展示产品，那也可能成为一个真正的薄弱环节。

问题 #2 – 质地的变化

这些产品略有不同，因为我们讨论的并非高脂肪食品。其中包括蔬菜脆片、果干、饼干、苏打饼干、能量棒、部分糖果、软糖、甘草糖（可能包括在内），以及某些功能性配料。这些产品的水分含量处于低至中等水平，水分活度也是如此。

是什么导致这些产品的质地变差？我们这里看的是大气结构示意图，以及包装如何防止水分渗入。这就是你最大的敌人——产品所处的环境，也就是外部条件。

如果您的包装内衬的是蜡纸或类似材料，其水蒸气透过率会很高——这意味着大量水分和水蒸气会进出产品。

因为湿气实际上是双向流动的。我们遇到过一些客户，比如他们制作的香皂随着时间推移会变硬，他们一直在想这是怎么回事。这是因为包装并没有真正起到隔绝外部环境的作用。

如果室外空气中的湿度较高，水分可能会透过包装渗入产品内部，从而提高产品内部的湿度——但情况也可能相反。如果产品的含水量高于外界空气，水分就会向相反方向流动，因此水分可能会透过包装逸出。

还有一点需要考虑的是储存条件。温度和相对湿度也会对产品产生影响。如果储存环境温度或湿度较高——比如在卡车内——这将影响产品的含水量和水分活度，具体影响程度取决于包装的隔热性能如何。

通常情况下，在99%的情况下，温度升高会导致水分活度增加。假设你生产了一款产品，对其非常满意——水分活度合适、质地良好、各方面都完美，但包装并不理想——如果将其放置在高温环境中，水分活度就会上升。如果上升到使产品变得不可接受的程度，那么你就遇到问题了。

那么，我想简单举个例子，说说我们过去测试过的一些羽衣甘蓝脆片。这是一条等温线。我先插一句——我在稳定性幻灯片里已经展示过一点相关内容。如果你对等温线不太熟悉，我确实在讲授中多次提到过。我们的网站上有非常丰富的资源，介绍等温线是什么、它们有什么用以及如何运用它们。 建议大家去网站上查找相关资料，那里有许多非常有价值的信息。

那么回到这条等温线上——我们取了一份羽衣甘蓝脆片样本放入仪器中，使其接触湿空气进行吸附。随后我们监测其重量变化，最后将其干燥。这能让我们了解产品在潮湿环境或干燥条件下会产生怎样的反应。从中我们可以获得大量信息，尤其是在探讨质地特性时。

这里有一个标注着“RHc”的小圆圈，它代表临界水分活度或相对湿度。由于我们讨论的是空气，这个数值为0.57，这意味着对于羽衣甘蓝脆片而言，这个点标志着质地的变化。这是羽衣甘蓝脆片开始变软的临界点。而这并非制造商所期望的，他希望脆片保持爽脆可口。

这告诉我们，只要将薯片的水分活度控制在0.57以下，就能保持我们所期望的酥脆口感，同时也能将水分活度控制在0.7以下，从而避免霉变。

问题 #3 – 水分迁移

好的，水分迁移。这与外部因素进入产品导致的质地变化略有不同。这里我们讨论的是两个或多个组分内部的水分迁移。

存在这一问题的產品包括夹心饼干、蛋糕、含馅条状点心或含馅饼干等。例如水果、坚果、巧克力以及水果坚果混合物。我曾听制造商提到，他们将水果或坚果混合在一起后会出现一些问题，却不明白原因何在。

水分为什么会移动？这与含水量毫无关系。它与物理学和能量水平有关。而当我们谈论这一点时，我们所指的就是水分活度。

因此，在这张图表中，左侧是水分活度为0.66的蓝莓，我们将把它们加入到右侧水分活度为0.43的杏仁中。 会发生什么呢？当将这两种食材混合时，由于水分活度不匹配，水分会发生迁移。在这种情况下，水分将从蓝莓向杏仁方向迁移。

那么，该如何处理呢？你必须将这些原料混合在一起，制作出产品，那么该如何控制水分迁移呢？这张图表展示了一个例子：你实际上可以预测混合后的最终水分活度。你可以预测蓝莓和杏仁混合后的最终水分活度水平——以及是否会出现问题。

这里是我手头另一个超简单的冷压能量棒配方。配方中使用了椰枣泥作为蓝色部分。然后我们加入了一些腰果——它们形状很扁平，质地很紧实，所以吸湿性不太好。此外，我们还决定在混合物中加入一些椰子。

这些是各组分的等温线。这张图表来自我们AQUALAB的程序。据预测，将所有这些组分混合后的水分活度位于这条蓝线上。这是一个校准点。而这两种产品的混合等温线则以紫色标示在此。这表明，当我们将所有这些组分混合在一起时，水分活度将为0.63。

现在我们回头评估一下——这样可以吗？嗯，腰果受影响最大，也就是说它们的含水量会增加。不过也许没关系，也许口感依然不错，对吧？也许在这块能量棒里，这样是可以接受的。

所以，再强调一遍：你先选定原料，预测最终的水活度，然后对每个成分进行评估。如果结果正常，我们可以继续进行。如果结果不理想，你可以进行调整，而且这一切都可以在开始混合之前完成。

另一种方法是从不同的角度入手。选择一种常见的水活度，然后将各组分的水分活度调整至与之匹配。

我经常用这个例子——这是一款夹心蛋糕，里面有馅料，外面还裹着糖霜。它由三个不同的部分组成，它们的质地完全不同。这意味着它们的含水量也大不相同。这里是等温线图。你们可以看到，糖霜部分是蓝色的，显然糖霜中含有大量糖分，因此等温线通常非常平坦。 奶油馅中含有大量脂肪，这是它的等温线。然后是绿色部分的蛋糕本体。

在这种情况下，我们决定将水分活度设定为0.7。当水分活度为0.7时，所有成分的质地都会恰到好处。蛋糕既不会太硬，也不会太软。奶油馅会口感顺滑，而糖霜作为保湿屏障，也能很好地保护蛋糕。

但请注意，尽管它们的含水量差异很大，但水活度却保持一致。具体来说，蛋糕的含水量为20%，奶油馅约为15%，而糖霜则约为5%。

所以，这是一种解决问题的另一种方法——选择一项我们喜欢其所有组成部分的水性活动，然后将它们全部结合起来。因为它们都属于同一类水性活动，因此不会发生水分迁移。

好吧，如果无法采用这些方法来控制水分迁移，该怎么办呢？其实，你可以减缓扩散过程，但水分终究还是会迁移。也许你可以将其速度减缓到足以维持产品在预期时间内的保质期。正如我所说，水分迁移终究会发生，但也许你可以通过减缓速度，从而达到预期的保质期。

另一个思路是，你可以实际制作一道物理防潮层。以巧克力为例。如果你吃过预包装的冰淇淋甜筒，就会发现甜筒内壁涂有一层巧克力，这就是冰淇淋与甜筒本体之间的防潮层。

如果无法做到上述任何一点，你可以采用分装的方式。比如奶酪和饼干——即使是常温保存的奶酪和饼干也是如此。饼干需要保持酥脆，奶酪则需要保持柔软，而有时这两者很难兼得。但你可以通过分装的方式将它们完全分开。

利用总水分含量简化产品配方

好的，我们该如何将这些信息运用到配方设计中呢？假设我们手头有一些产品，已知它们存在脂质氧化、质地变化或水分迁移等问题。这样一来，我们就清楚最大的敌人是什么，从而能够有意识地关注并避免这些问题。

我们该怎么做呢？假设我们想开发某种产品的新品种或新口味。你可以利用之前的信息，将其应用到新品种中。

或者假设你想进行“清洁标签”配方改良，使其不含防腐剂，又或者想减少糖分，诸如此类。我们该如何考虑这些因素呢？现在，我们已经知道成分变化会对最终产品产生何种影响，因此能够对新配方进行表征。

这里有一张关于水分活度和含水率的简图，就像我们之前在等温线上看到的那样。我们有两种不同的配方。这可以是两种不同的棒状产品，也可以是软糖表面的涂层，这样就能避免软糖有时会出现的渗出现象——也就是表面变得粘腻。因此，我们正在尝试新的涂层。当然，你可以对它们进行等温线测试，然后比较它们之间的水分相互作用情况。

您还可以将功能性成分的降解与水分活度联系起来，这确实非常棒，因为这样您就可以将所有关键信息——比如水分含量、水分活度、功能性成分（无论是维生素C、蛋白质还是其他成分）的活性——整合在一起，将其全部呈现在一张图表中，并建立相互关联，从而制定出最优配方。

好的。这些内容非常棒，既让我们了解了即将面临的情况，指出了潜在的陷阱，也帮助我们制定了应对策略。

利用总水分含量确保产品的一致性

如何持续取得成果？现在你已经知道目标在哪里，但该如何到达那里呢？我们需要做的就是保持稳定的产出。

在这张图中，中间有一个可爱的小笑脸。这就是我们希望客户所处的位置，对吧？我们希望他们对品牌保持忠诚，因为我们一直保持着产品的一致性。当他们收到你的包裹时，他们会知道里面正是他们所期待的，没有令人不快的意外，没有发霉或变质的坚果之类的东西。 如果我们能做到这一点，消费者自然会愿意尝试我们推出的新产品，对吧？既然他们在产品A和B上获得了良好的体验，那么当我们推出产品C和D时，他们就会想：“哦，我真的很喜欢之前的那些，我愿意试一试这个新产品，看看我是否也会喜欢。”

遗憾的是，情况也可能适得其反。负面体验同样会影响未来的认知。 假设我们确实有一款他们喜欢的产品，但后来产品开始发霉，他们不得不把整箱都扔掉。这会让他们今后对购买你的产品或尝试你可能推出的任何改进产品非常犹豫。因此，你必须意识到这两点——你需要专注于保持产品的一致性。

下面是一张简图。这是一条等水活度线示例——我们继续以香肠为例。 图中红色部分代表我们力求达到的目标水分活度。它同时也显示了我们期望的特定含水量，这种含水量能带来恰到好处的质地。如果我们能保持在这个区域内，就能达到那个“最佳点”。达到“最佳点”的美妙之处在于，它能每次都给消费者带来他们想要的体验。

这将减少一些负面影响，并增加积极因素。假设我们处于这个区域，当水活度下降、含水量降低时，产品质量就会下降。这并非消费者所期望的。而当数值过高时，产品安全性就会受到影响。 我们需要建立一个缓冲区。如果产品将处于高温环境，我们知道这会提高其水分活度，从而可能改变质地或导致霉变。而在这个水分含量较低的区域，我们又会损失产量和收益。如果产品干燥过度，就脱离了最佳区间。

通常这些商品都是按重量出售的，所以你明白这会对生意造成影响。因此，如果你能精准把握这个关键点，无论对生意还是产品，都将带来全方位的帮助。

结论

如何利用总水分？所谓总水分，是指水分含量和水分活度。这两项都需要进行监测，因为您需要确保产品保持正确的质地。同时，您还需确保水分活度处于合适水平，以免出现水分迁移、质地变化或其他我们之前讨论过的问题。

因此，您可以利用这一测量数据来设定工艺参数，比如确定“好，这就是我想要的理想状态，我们就按这个方案执行”，然后进行监控。这样您就能预判生产过程中是否会出现变化。假设您的烘箱温度过高——只要您在监控水分含量和水分活度，就能察觉到这一情况，并及时进行调整。 您可以在产品到达生产线末端、进行质量保证（QA）最终检测之前就完成这些操作，否则等到那时才发现“哦，这里没达到标准”就为时已晚。您可以在生产初期就进行这些调整。这样，您就知道只要始终达到这些规格要求，就能获得可靠的产品，不会出现意外。您已经完成了所有的预配方工作，并充分利用了所有可用的信息。

回顾要点

下面是我想强调的几个要点。

1. 在处理脂质氧化时，必须记住要平衡质地与氧化程度。你可能需要发挥更多创意，换个角度思考，想办法解决这个问题。
2. 您希望能够控制产品内部的水分。您需要了解水分活度以及水分的动态变化。
3. 您可以预先输入关键数据，整合所有单个成分的水分信息，甚至预测营养添加剂的降解情况。
4. 在配方确定后，您可以利用总水分读数来推算出所有这些其他因素，从而帮助您每次都能生产出品质稳定的批次。

好的，今天的演讲就到这里。感谢大家的参加！

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