功能性食品中的水分活度

富含番茄红素的番茄。添加了CBD的甜点。蓝莓和石榴籽等超级食物。强化了维生素D的牛奶。功能性食品形式多样，但它们的目标是一致的：通过日常饮食来预防疾病、促进健康。

保留这些福利

所有食物都含有有益健康的宏量和微量营养素。而功能性食品则额外含有某些成分：这些化合物具有特定的健康益处或抗病功能。无论这些化合物是天然存在的，还是被添加到产品中的，那些以健康益处为卖点的功能性食品都面临着一个独特的挑战：设定一个保质期，既要保证安全，又要确保功能性成分的有效性。

保护功能性成分

功能性成分往往极易发生降解。光照、热量、湿度和pH值都会影响其降解速率。当某款功能性成分被宣传为常温保存产品的组成部分时，制造商需要了解pH值和水分活度随时间推移对该成分活性的影响。产品水分活度是配方设计和生产过程中需重点考虑的指标之一，以确保所承诺的健康益处能够切实实现。

湿气的影响

当饮料中添加功能性成分时，这些成分可能会迅速降解。例如，图1

该图显示了添加了维生素C的橙汁中维生素C浓度的变化。在四周的时间里，其浓度下降了多达50%（《营养保健品商业评论》，2018年）。许多维生素和益生菌在接触高湿度环境时也会受到类似的影响（Turkmen、Priyashantha 和 Jayarathna，2019年）。

通过降低功能性食品的水活度（Aw），可以延缓其变质过程。实现这一目标的一种方法是将功能性食品制造成单分子层值——即从水分角度来看食品最稳定的状态。但单分子层值究竟是什么？它是否是大多数制造商都应努力达到的目标？

单分子层的稳定性

单分子层是一个理论概念，由三位物理学家（斯蒂芬·布鲁瑙尔、保罗·埃米特和爱德华·泰勒）于1938年提出。该理论与多孔食品介质相关的解释是：当完全干燥的物质吸水时，会达到一个临界点，此时水分子会在产品中每个颗粒的表面形成一层仅有一分子厚的薄膜。 理论上，当每颗颗粒都被水分子覆盖——且仅被薄薄一层覆盖时，产品便处于最稳定的状态。对于高蛋白产品而言，在达到单分子层之前可吸收大量水分，因为蛋白质具有复杂的折叠结构，单位质量的表面积很大。而结晶糖则呈简单的立方体结构，单位质量的表面积几乎为零。

不同产品吸收水分的能力各不相同，但对于大多数产品而言，第一层——单水合层——在相当稳定的水分活度（约0.3 aw）下形成。通常处于这一水分活度范围内的产品包括早餐谷物、面粉和面食。 毫不奇怪，自20世纪40年代以来，这些保质期极长的产品一直是美国营养强化计划的首选载体（美国医学研究所委员会，2003）。

带来更清爽的口感

那么，为什么不是所有功能性食品都按照其单分子层含水率来生产呢？简而言之，是因为现代消费者想要另一种功能性食品：口感更柔软、味道更新鲜、更天然，同时又能即食的产品。  制造商正在以更高的水分活度水平生产常温保存型功能性食品。若将产品干燥至单分子层含水率，会导致其口感干涩且缺乏吸引力。在这些较高的水分活度条件下，配方设计便成为一项复杂的平衡工作：既要最大限度延长功能性成分的保质期，又要保持产品的柔软口感和新鲜风味。

跟踪退化速率

水分活度在这项平衡工作中起着至关重要的作用。如果能将功能性成分的降解速率与水分活度建立对应关系，将对配方师大有裨益。尽管降解速率与水分活度相关，但不同成分之间的关系各不相同。 例如，许多维生素在水分活度升高时降解速度会加快（参见Lavelli、Zanoni和Zaniboni，2007；Sablani、Al-Belushi、Al-Marhubi和Al-Belushi，2007）。而其他成分，如益生菌，则会在特定的水分活度范围内达到最大稳定性。优化水分活度可将保质期从数天延长至数月。

延长保质期

功能性食品越天然，水分活度可能发挥的作用就越大。以干果为例，功能性产品的水分活度不仅影响功能性成分的保质期，还会影响其易受霉菌滋生的程度以及质地等品质特性。当功能性食品由两种或多种天然成分组合而成时，水分迁移也会产生影响。

无论具体产品为何，只有理解并应用水分活度的基本原理，才能使任何常温保存型功能性食品的功效保持在最高水平。

参考文献

《营养保健品商业评论》。“热、水和阳光照射导致的维生素、益生菌及其他活性成分的降解。”2018年8月7日。

Turkmen、Nazli、Hasitha Priyashantha 和 Shishanthi Jayarathna。《益生菌乳基饮料面临的挑战》。《新食品》杂志，2019年10月26日。https://www.newfoodmagazine.com/article/97303/challenges-in-probiotic-d….

美国医学研究所（IOM）营养标签膳食参考摄入量应用委员会。《膳食参考摄入量：营养标签与强化食品的指导原则》。华盛顿（哥伦比亚特区）：美国国家科学院出版社；2003年。

Shyam S. Sablani、K. Al-Belushi、I. Al-Marhubi 及 R. Al-Belushi (2007) 基于水分活度和玻璃化转变温度评估强化配方中维生素C的稳定性，《国际食品性质杂志》，10:1，61-71，DOI: 10.1080/10942910600717284

拉维利（Lavelli）、维拉（Vera）、布鲁诺·扎诺尼（Bruno Zanoni）和安娜·扎尼博尼（Anna Zaniboni）。《水分活度对脱水胡萝卜中类胡萝卜素降解的影响》。《食品化学》，第104卷，第4期：2007年。第1705-1711页。

‍