水活度与pH值：携手保障产品安全

网络研讨会摘要与要点

但究竟哪个参数能带来更好的控制效果？是水分活度？是pH值？还是两者的结合？我们将探讨水分活度和pH值的定义，它们各自如何影响微生物稳定性，以及它们如何协同作用以更好地控制微生物污染。

第一个难点：什么是水分活度？

水活度是衡量系统中水能量状态的指标。根据热力学第一定律，我们可以推导出吉布斯自由能方程，该方程提供了关于任何物质（在此情况下即水）的能量或化学势的信息。样品中的水活度与能量势直接相关，而能量势又与水向气相逸出的倾向（即逸度）直接相关。

从实际操作的角度来看，要测定产品的水分活度，需将样品置于密封容器中，让其中的水分蒸发到样品上方的头空间。该水蒸气会在容器内产生压力，该压力可被测量并计算为（P），即样品的分压。 随后，我们将该数值除以同温度下纯水的蒸气压，即可得出样品的最终水分活度，其数值范围为0（完全不含水）至1（纯水）。

尽管二者相关，但水分活度与水分含量是两种不同的测量指标：水分含量是对样品中水分量的定量测量，而水分活度则是对系统中水分能量状态的定性测量。虽然了解样品中含有多少水分很有用，但微生物只能利用其能够接触到的水分。

为什么水分活度很重要

每种微生物都有一个非常具体的水分活度阈值，当达到该阈值时，其繁殖就会停止。这是由于水分通过微生物半透膜的自由流动受阻，从而引发渗透应激所致。通过将系统的水分活度降低至该阈值以下，可使微生物进入休眠状态并停止生长，从而营造出一个稳定且安全的环境，如下表所示：

然而，水分活度本身并非杀菌步骤，它仅能抑制微生物的生长。只有将降低水分活度与良好的生产规范及杀菌步骤相结合，才能彻底清除产品中的微生物，并防止其再次滋生。

测量和监测产品中的水分活度是确保产品安全、并验证良好HACCP计划中控制点是否有效的绝佳手段。稳定的水分活度可确保生产过程的一致性，也是加工过程已完成的良好指标。

第二个难关：pH值

在化学中，pH值是用来衡量物质相对酸度（或碱度）的指标。其数值范围为1至14，其中7是蒸馏水的中性点。数值小于7的物质酸度较高（如柠檬酸、醋酸等），数值大于7的物质碱度较高（如小苏打、漂白剂等）。

一种粗略的pH值视觉测定方法是使用试纸。试纸会发生变色，通过对照色卡，可以大致判断产品的pH值。若要获得更精确的测量结果，可使用分光光度计进行光度法测定，或使用pH电极进行电化学测定。

与水活度类似，我们也可以以pH值作为衡量标准，确定不同生物的最低生长阈值。

最近，食品法规的部分内容进行了修订，将原先规定的最低pH值4.6调整为4.2，以涵盖那些即使在pH值低至4.2时仍能繁殖的特别棘手的菌株。

关键技术：水分活度与pH值的结合

虽然仅靠水分活度或仅靠pH值就能抑制细菌生长，但通过结合两者的作用，我们可以利用一种被称为“屏障技术”的方法，更有效地控制微生物。温度、水分活度、酸度、防腐剂等不同因素都会影响微生物的生长，但通过将这些因素结合起来，我们可以建立一套屏障，从而阻止微生物的生长。

在某些情况下，由于所用制剂之间的协同作用，整体解决方案的效果会大于各成分效果的简单相加，从而在通常仅凭pH值或水分活度单独作用时被视为不安全的条件下，仍能实现有效的控制。下表展示了水分活度与pH值之间的这种相互作用。

你会发现，水活度和pH值的数值相加后，其数值比单独达到相同结果时要低。只有当两者的数值都达到最高水平时，才需要进行产品评估，如PA所示。

如何改变水分活度和pH值

那么，我们该如何控制产品中的水分活度呢？最常见的方法是通过干燥或脱水来降低产品的水分活度。随着水分的去除，水分活度也会随之降低。但脱水方法未必适用于所有产品，此时就需要使用保湿剂。

保湿剂是一类通过结合食品中可利用的水来降低水分活度，同时又不减少总含水量的物质。最常用的保湿剂包括某些糖类（如高果糖玉米糖浆）或盐。此外还有山梨糖醇、麦芽糊精、甘油，甚至某些淀粉，不过这些成分的溶解度往往成为限制因素。

METER Group 提供相关工具，可帮助计算达到特定水分活度水平所需的某种保湿剂用量。这将为测量和测试添加剂及其效果提供一个良好的起点。

那么，我们该如何控制pH值呢？通常的做法是添加不同的酸（如醋酸、柠檬酸、乳酸等）。有时则直接添加天然酸性成分。以意大利面酱为例，番茄会降低酱汁的pH值，使其酸度足够高，从而保持稳定。

控制pH值的另一种方法是通过发酵过程。特定细菌会大量繁殖，并在这一过程中产生乳酸，从而降低食物的pH值，抑制其他微生物的生长。发酵食品的例子包括泡菜、酸菜、橄榄等。

虽然这两个因素单独使用时效果良好，但结合使用时效果更为显著。通过制定以水分活度和pH值作为控制点的HACCP计划，常规检测可以确保生产过程的一致性，并最终保障产品安全。

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