水分活度的定义

水活度（_aw）源于热力学和物理化学的基本原理。作为一项热力学原理，定义水活度时必须满足以下要求：纯水（_aw= 1.0）是标准状态，系统处于平衡状态，且温度已明确规定。

在平衡状态下

μ = μo + RT ln (f/fo)

其中：μ(J mol⁻¹) 是系统的化学势，即每摩尔物质的热力学活度或能量；μ₀是纯物质在温度T(°K) 下的化学势；R为气体常数（8.314 J mol⁻¹ K⁻¹）；f为物质的逸度或逸出倾向；fo为纯物质的逸出倾向（van den Berg 和 Bruin，1981）。某物质的活度定义为a = f/fo。在涉及水时，需为该物质标注下标

_aw= f/fo

_aw是水的活度，即系统中水的逸出倾向除以无曲率半径的纯水的逸出倾向。在实际应用中，对于食品所处的绝大多数条件而言，逸度可近似视为蒸气压（f ≈ p），因此

_aw= f/fo ≅ p/po

当系统各处的μ值相同时，系统便达到平衡。液相与气相之间的平衡意味着这两个相中的μ值相同。正是这一事实使得通过测量气相来确定样品的水活度成为可能。

水活度定义为材料中水的蒸气压（p）与同温度下纯水的蒸气压（po）之比。 空气的相对湿度定义为空气蒸气压与其饱和蒸气压之比。当达到蒸气-温度平衡时，样品的水活度等于密封测量室中包围样品的空气的相对湿度。将水活度乘以100即可得到平衡相对湿度（ERH），单位为百分比。

_aw= p/po = ERH (%) / 100

水活度是衡量系统中水能量状态的指标。有几个因素会影响系统中的水活度：

1. 溶质（如盐或糖）的渗透作用是通过偶极-偶极相互作用、离子作用和氢键与水相互作用的
2. 毛细现象：由于水分子之间氢键发生变化，弯曲液面（液面凸起）上方的水蒸气压低于纯水的蒸气压
3. 表面相互作用是指水通过偶极-偶极力、离子键（HO 或 OH）、范德华力（疏水键）以及氢键，与未溶解成分（如淀粉和蛋白质）上的官能团直接相互作用3–

正是这三种因素在食品中的综合作用，降低了水的能量，从而使相对湿度低于纯水。这些因素可大致分为两类：渗透效应和基质效应。

由于渗透作用和基质相互作用程度各异，水活度描述了系统中水所处的能量状态连续体。水在不同程度上受到力的“束缚”。这是一种能量状态的连续体，而非静态的“束缚”状态。 水活度有时被定义为系统中的“游离水”、“结合水”或“有效水”。尽管这些术语更易于理解，但它们未能充分阐明水活度概念的各个方面。

水活度与温度有关。 温度会通过改变水的结合状态、水的解离、溶质在水中的溶解度或基质状态来改变水分活度。尽管溶质的溶解度可能是一个控制因素，但通常由基质状态起主导作用。由于基质状态（玻璃态与橡胶态）取决于温度，因此温度影响食品的水分活度也就不足为奇了。 温度对食品水分活度的影响因产品而异。有些产品的水分活度随温度升高而增加，有些_则随 温度升高_而降低， 而大多数高水分食品_{的水分活度} 随温度变化微乎其微。因此，甚至无法预测水分活度随温度变化的方向，因为这取决于温度如何影响食品中控制水分活度的各项因素。

作为一种潜在能量的度量，它是推动水分从高水分活度区域向低水分活度区域移动的驱动力。 水活度的这一动态特性在以下方面有所体现：多相食品（如饼干芝士三明治）中的水分迁移、水分从土壤向植物叶片的转移，以及细胞膨压。由于微生物细胞是由半透膜包围的高浓度溶质体系，水对自由能产生的渗透效应对于确定微生物的水关系及其生长速率至关重要。

掌握基础知识

在这场20分钟的网络研讨会中，您将掌握水上活动的核心要点。您将了解到：

• 什么是水活度
• 它与含水率有何不同
• 它为何能抑制微生物的生长
• 了解水分活度如何帮助您控制产品中的水分。