为什么粉末会“不听话”

但您可能尚未注意到粉末在其他方面可能造成的危险隐患。这些不那么显眼、鲜为人知的问题可能后果严重——例如健康风险和产品召回。若置之不理，后果自负。

请与METER食品研发实验室负责人玛丽·加洛韦（Mary Galloway）以及首席食品科学家扎卡里·卡特赖特（Zachary Cartwright）博士一起，了解最新的研究成果，并深入解析粉末产品表现不佳的诸多原因。

您将学习：

• 有多少家公司无意中夸大了其产品作为功能性食品的功效
• 低水分食品的微生物风险及其相关的危险误区
• 影响粉末稳定性的诸多因素，以及哪些因素最为关键
• 如何精准定位粉尘问题可能发生的位置，以及如何在问题发生前加以预防

关于演讲嘉宾

玛丽·加洛韦是METER食品研发实验室的负责人。她专长于使用和测试用于测量水分活度及其对物理性质影响的仪器。她曾与数十家全球规模最大、最成功的食品品牌合作，共同解决与水分相关的产品问题。

扎卡里·卡特赖特博士是METER集团的首席食品科学家。他拥有华盛顿州立大学食品科学博士学位和新墨西哥州立大学生物化学学士学位。他是等温线分析和蒸汽吸附分析仪（VSA）应用方面的专家。

文字记录，经编辑以求清晰

扎卡里：

大家好。欢迎收看《为什么粉末会“不听话”》。我是扎卡里·卡特赖特。

玛丽：

我是玛丽·加洛韦。

扎卡里：

首先，让我们简要介绍一下今天的内容。 我们将探讨什么是粉末，尝试给出一个定义，然后主要聚焦于粉末的三个不同方面。我们将探讨物理稳定性，例如结块、结团以及流动性丧失等问题。玛丽准备了一些实验室数据将与大家分享，随后我们将转向化学稳定性，重点讨论酸败或褐变反应。我相信您也有一些研究成果要向我们展示。

玛丽：

是的。我们在实验室做了一项关于维生素C降解的研究。

扎卡里：

最后，我们将探讨一下微生物稳定性。尽管这是低水分活度的环境，但仍存在一些微生物方面的顾虑，而且我记得你最近正在撰写一篇相关文章，或者在一篇我们将重点讨论的文章中被引用过。

粉类入门：基础知识与定义

扎卡里：

玛丽，什么是粉末？你会如何定义粉末？

玛丽：

其实，大多数人理论上都知道什么是粉末，因为我们在很多地方都能见到它们。之前讨论这个问题时，市场因素很重要。谈到粉末这一类别时，其中可能包括香料和食品配料。制药行业也使用这个词来指代辅料和活性药物成分（API），它们具有多种不同的功能。

简而言之，粉末是一种颗粒状的微小产品。我们在班达里（Bandari）2017年的一篇论文中找到了一个很好的定义。简而言之，该定义指出结构是粉末的主要特征。粉末可以是无定形、晶体状，或是两者的结合。这两种形态之间的相互作用以及颗粒大小，都会影响粉末的功能、应用及生产。

这正是粉末市场规模如此庞大、开发难度又如此之高的原因——因为它们涉及众多不同的市场和功能基团。

扎卡里：

我们之前举办过一场关于粉末的网络研讨会，当时对非晶态和晶态进行了更深入的探讨。从分子结构来看，两者存在一些关键差异。晶态结构具有明确的重复结构，这一点在分子层面是可以观察到的。即使从肉眼观察，也能看出粉末之间的这些差异，我们还准备了一些相关图示。

上次我们讨论了如何混合这些粉末，并探讨了部分混合效应。如果您想进一步了解相关内容，可以回顾我们之前的网络研讨会。我们还谈到了粒度问题，我想就此展开更多讨论。粒度如何影响粉末的某些特性？

玛丽：

颗粒尺寸是影响粉末特性的关键因素，也是粉末处理如此困难的原因之一。当颗粒尺寸较小时，颗粒之间可能会发生意料之外的桥接现象，从而导致粉末变得粘稠，并出现团聚等问题。

除了颗粒的平均粒径之外，还有其他一些因素。颗粒形状也是其中之一。相关研究表明，当将晶体粉末混合在一起时，会发生所谓的潮解现象，即混合物从固态转变为液态的时间，比预期中任何一种单独粉末发生转变的时间都要早。其原因在于颗粒大小的差异。

一旦出现这些接触点，就会开始产生桥接现象并引发问题。结晶粉末尤其棘手，因为正如你所说，它们具有非常有序的结构，这意味着水分基本上只会附着在结构的外表面。 这仅仅是表面相互作用，而无定形粉末则不同——它们存在大量缝隙，形状和尺寸不规则，水更容易与无定形物质结合。这确实导致它们在功能上有所不同，但也影响了配方师在实际应用中的选择。

扎卡里：上次我们讨论时，我们探讨了结块的五个阶段。从结块到团聚，再到最终的液化，这个过程包含多个步骤。

我们今天未必需要逐一探讨这些内容，但我确实想指出，结块和结团现象可能在早期阶段就开始出现。控制这种情况的一种方法是关注这些粉末的水分含量和水分活度。我们在大多数网络研讨会中都会涉及这一点，但明确界定水分含量和水分活度的含义，并探讨如何综合运用这些指标来分析物理变化以及化学和微生物稳定性，始终是有益的。

我们先来看看水分含量和水分活度。我知道你对此有一张很不错的图表和一个很好的定义。你是如何区分这两个不同的指标的？

玛丽：

对于我们接触的一些人来说，“水活度”是一个新概念，而大多数人对“含水率”则非常熟悉。我习惯将二者区分开来，并指出我们可以进行两种水相关测量。一种是测量水的含量，即含水率；另一种则是测量水的能量——水能发挥什么作用？我们测量这两者的方法截然不同。

谈到水分含量时，这是一个质量百分比，因此我们关注的是重量。但谈到水分活度时，我们实际上测量的是所谓的蒸汽压，这类似于样品中散发的湿度。

如果您想了解我们的部分研究成果或其他网络研讨会内容，我们会探讨水分活度这一概念。不妨将其理解为样品释放出的达到平衡状态的湿度，这或许有助于大家更好地理解这两者之间的关系。此外，某些外部和环境条件如何影响产品，这也是需要注意并加以监测的方面。

扎卡里：

说得对。我仍然经常看到有人错误地将水活度等同于水的可用性，但这并不完全准确。水活度是一种热力学原理。它实际上代表了水的能量，了解这一点很重要，因为水的能量可以用于化学反应、质地变化或其他方面。强调这一点很有必要。我们通过水活度来考察水的能量。

我们经常遇到这样的客户：虽然他们掌握了完整的含水率记录，却始终难以获得精确的测量结果。正因为无法精确测定含水率，他们很难将自己面临的一些问题与含水率联系起来。仅凭含水率这一项数据，并不能提供您所需的所有信息，尤其是对于粉末类产品而言。

通过结合水分活度和含水量，我们可以观察等温线。这是我们经常讨论的话题，因为这是一种独特的方法，既能分析产品中的水分，又能全面了解水分在产品中的行为特征。如何绘制等温线？如何通过观察其形状，将其与粉末的不同特性建立关联？

玛丽：

我们利用等温线的一种方式是确定临界点，即临界水分活度，在此点之后，我们会开始观察到产品质地及其他结构上的变化。简而言之，就是产品从何时开始发生变化并吸收更多水分。通常来说，如果是粉末状产品，这就是开始出现结块和结团的临界点。 如果是零食等其他产品，则可能开始变软，因此这些都是需要确定的临界点。我们还可以观察等温线的斜率或形状，从而识别产品结构，例如区分非晶态与结晶态。我们可以进行这方面的分析。 此外，通过将样品置于潮湿空气中，并实时观察其行为变化，我们可以获取大量关于该产品的宝贵信息，这些信息对客户而言非常有用。

扎卡里：

需要特别指出的是，我们拥有一种名为“动态露点等温线”的独特方法，这是获取水行为高分辨率图表或图像的最佳途径。 虽然我们稍后还会讨论其他方法，但通过结合动态露点等温线和蒸汽吸收分析仪，这是表征水分并分析相关因素的最佳途径，其中我们将从物理稳定性开始探讨。在接下来的部分，让我们来谈谈物理稳定性及其对粉末的影响。

玛丽：

好的。

粉末物理稳定性的表征

扎卡里：

让我们深入探讨一下物理稳定性。在探讨物理稳定性和粉末时，我们需要考虑三个主要因素：湿度、温度和时间。我先让大家深入了解这些内容，必要时我会补充说明。

玛丽：

关于水分，基本上来说，如果水分供应充足，就会有更多的变化过程发生，结构也会发生更多变化。当你提到DDI时，我首先想到的是将其应用于喷雾干燥奶粉，即从玻璃态转变为橡胶态的过程。

现在，如果我们采用另一种更传统的等温线绘制方式，实际上就会错过这种转变，因为它本质上是直接跳过了这一过程。 通常，我们会将样本保持在特定湿度下，然后观察会发生什么。但在DDI中，这是一个实时过程，你可以亲眼目睹这些转变的发生。这就是我所说的利用等温线来观察实时数据，并捕捉关键点何时开始出现。水分对这些过程影响重大，因为水往往会加速反应进程。

它既可以是溶剂，也可以是反应物，甚至在化学反应中还能充当缓冲剂。有时，随着反应进程的推进或反应体系中水分的增加，这些角色会发生变化，从而导致反应速率随之改变。除了水分，我们还需要关注温度。 我们有一张图表想展示给大家，因为它能很好地说明我们一直提到的那个临界点，在向产品中加热或提高温度时会如何变化。其原理其实不难理解：随着温度升高，这种变化会加速发生。 您向系统中输入了能量，系统的运行速度随之加快。这些变化会在较低的水活度条件下发生，或者在该过程中加速发生。

最后一点是时间。如果你给一个过程足够的时间，它就会发生变化。即使你能将其他条件——比如温度和湿度——保持不变，只要时间足够长，这种变化终将发生。 前几天我正好在思考这个例子。以老式玻璃窗为例，如果你测量非常古老的玻璃窗的顶部和底部，你会发现底部比顶部更厚，这是因为玻璃经过了漫长的时间流变。这就是所谓的“如果给某个过程足够长的时间，它终将完成”的原理。这三个因素都会影响物理稳定性。

扎卡里：

另外需要注意的是，根据具体问题，您可以采用不同的方法或不同类型的等温线。 回到动态露点等温线，您可以利用它来确定那个临界点，并准确了解在何种水分活度或何种相对湿度与温度的组合下会引发该效应。一旦确定了临界点的位置，您还可以进行 DVS 测试（动态蒸汽吸收测试），以此来探究时间因素的影响。

回到您提到的窗户例子，在特定条件下，实际达到这个临界点需要多长时间？我们有办法解答这个问题。我们的蒸汽吸收分析仪支持这两种测试方法，这在业内独树一帜，也是目前唯一能同时进行这两种测试的仪器。如果遇到物理稳定性方面的问题，能够同时进行这两种测试将非常有效。

现在让我们来谈谈你的调味料混合项目。这个项目具体是什么？它的目标是什么？你从中获得了哪些收获？

玛丽：

众所周知，由于水活度存在差异，水分会发生迁移。 问题在于水分会移动多少？我们能否预测这一点，预测的准确度又如何？我们确实有相应的工具。目前确实存在一些方程，试图对产品之间的这种相互作用进行建模。在我们的项目中，我主要选取了六种不同的混合物，其中既有香料，也有我们配制的麦芽糊精（溶于山梨糖醇）、玉米淀粉和洋葱盐的混合物，此外还有鼠尾草、牛至和孜然等香料。我们将它们混合在一起。 首先，我们将所有配方的水分活度强制调整到非常具体的数值。随后，我们对所有这些成分进行了等温线测试，因为这才是关键因素——不仅涉及初始水分活度或血液中的质量比，更在于等温线的特性，即其在存在水分时的行为表现。

我们想了解它们是如何吸收的、不吸收的，或者具体情况究竟如何。 我们需要了解该产品的具体信息，以便建立一个有效的预测模型。我们进行了实验，将它们按已知的质量比混合在一起。随后，在给予足够时间达到平衡后，我们测量了其确切的水活度。接着我们进行了预测，结果非常理想。基本上，我展示的是我们进行的组合实验，最上面那个是玉米淀粉和洋葱盐。 我们混合了1.5克玉米淀粉，其初始水分活度为0.435。洋葱盐的用量为1克，但其初始水分活度较低。如您所见，其初始水分活度为0.35，混合后，混合物的实际水分活度为0.429。

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当我们运行了考虑等温线、初始质量和初始水活度的预测模型后，实际上预测到的最终水活度为0.431，所以结果极其、极其接近。这些实验效果很好。它们的颗粒尺寸其实很细，因此接触面很大，所以能更快达到平衡。这倒不算太意外，但能取得如此好的效果确实令人欣慰。 从我们其他一些案例中也可以看出，实验效果非常理想。我们还测试了麦芽糊精和山梨糖醇。我们调整了它们的用量，并改变了初始浓度。其中一种起始浓度较高，后来我们又进行了调换。我们尝试了各种组合，只是为了稍作测试。此外，我们还在底部加入了香草：鼠尾草、孜然和牛至。

这些结果相当不错。在本次实验设置中，最坏的情况就是最后那个例子。——也许我不该这么说，但作为一名科学家，我觉得有必要说明这一点。你们可以看到，我们的预测值是0.35的水活度，而实际测量值是0.395。实际值比预测值低了大约0.05。我只是想先说明一下原理，然后再谈谈我们进行的比较。

在这里，您可以看到鼠尾草、孜然、牛至的所有等温线，以及一个综合模型，即我们将这些数据整合在一起的结果。 我还想展示一下我们的起点。这是我们最初的状态：所有原料的初始水分活度、初始含水量，这些数据是根据等温线和质量比计算得出的。将所有原料放入后，您可以看到最终的水分活度为0.349。

现在，关键在于我们是通过数学方法来进行的，因此我们需要确保对每种原料都有一个准确的表征、一个合适的数学方程以及相应的系数。一旦确定了这些，我们便得到了预测结果，结果相当接近，我对此非常满意。 可能是因为香料的颗粒大小，或者接触不够充分，如果让它们混合的时间更长一些，结果可能会略有不同。但我对得到的结果非常满意。我还想以此为基础，从另一个角度进行分析。

我们对等温线进行了建模，如图中红色曲线所示，但随后我还想将其与实际等温线进行对比，因为在混合了这种配方后，我们确实对其进行了等温线测试，以了解其性能表现。由此可见，实际等温线与建模等温线之间存在差异，但两者吻合得非常、非常紧密，尤其是在我们关注的重点区域。 如果我们关注的是香料，其水分活度通常在0.2到0.4之间。你会注意到，两者的吻合度非常理想。我对本研究中的数据感到非常满意。正如我所说，这是我们遇到的情况中最差的一种。其余情况的实际结果要好得多。

扎卡里：

我想稍微退一步，思考一下这项技术的实际应用。我经常与科学家交流，他们面临着巨大的压力，必须尽快推出新产品。如果将这种建模方法应用于干性配料混合物，这便是一种在实际生产前快速获取大量最终产品相关信息的方法。 虽然建立数据库并为每种成分建立等温线确实需要一些时间，但一旦完成，您只需坐在电脑前就能迅速了解平衡水分活度将达到什么水平。借助我们蒸汽吸收分析仪配套的“水分分析工具包”中的新程序，该工具包软件将为您完成所有工作。 您提到了那些方程式，系统后台确实采用了这些方程式，但您无需再自己制作电子表格或亲力亲为，所有繁琐工作都已为您完成，让您轻松掌握平衡水活度值。

现在，您也可以获取您提到的那个模型的系数。利用这些系数，您可以开始探讨诸如预测保质期是多久、达到临界水分活度需要多长时间，以及应该使用哪种包装等问题。如果您花时间仔细研究这些等温线，并准确理解如何利用这些数据来解答各种问题，那么您可以做的事情将非常多。 我只想指出，您展示的这些图表确实来自“水分分析工具包”（Moisture Analysis Toolkit）软件。无论是生产营养补充剂的客户，还是我们合作的国内最大香料生产商，许多客户都在使用这些方程和工具来加快生产进程。

玛丽：

说得对。我还想补充一点，一旦有了等温线，我就可以反复运行这个预测。只需片刻，我就能修改其中的任何部分并重新运行。例如，如果我们发现不喜欢这种混合比例，或者不喜欢它的流动性，或者味道不好，我就可以调整质量比。 也许是孜然放多了，或者其他原因。你可以调整配方，而且只需在软件中操作即可。或者举个例子，我们在之前的网络研讨会上讨论过季节性因素，以及它如何影响原料的供应。

水活度在夏季通常较高，冬季则较低。监控产品到货时的实际数据非常重要，这样可以避免出现意外情况，防止产品中渗入您未预料到或不希望出现的水分。这一点您可以在这里进行调整。您可以更改这些产品中任意一种的初始水活度，然后重新运行预测。一旦获得这些信息，您就可以通过调整数据来实现多种操作。

扎卡里：

好，以上主要涉及的是物理稳定性。现在让我们转到化学稳定性，探讨如何利用水分活度来评估或更好地理解化学稳定性。

粉末化学稳定性的表征

扎卡里：

接下来谈谈化学稳定性，我想回顾一下之前展示过的稳定性图。

这一点之所以重要，是因为您必须考虑您的粉末是否能带来所承诺的健康益处。维生素是否如您所承诺的那样存在，还是发生了某种您需要注意的化学变化？如果您查看那个稳定性图，会发现图中存在不同点，在这些点上降解速率或反应速率会发生变化，例如，在水分活度约为0.6时，褐变反应可能会增加。 在极低的水活度条件下，脂质氧化会开始加剧。

你只需要了解水分活度如何影响反应速率，以及哪些反应与保质期结束有关。我知道你最近做了一个关于维生素C的实验，研究它与某种活度的关系。你能介绍一下这个实验以及你的发现吗？

玛丽：

化学反应速率的监测要稍微复杂一些，但只要能够监测，这完全可行。通过监测反应速率，我们可以利用这些信息预测保质期，并大致推算出产品达到保质期终点的时间节点。 我们的研究对象是抗坏血酸，具体而言，我们将它置于两种不同的水分活度和三种不同的温度条件下。随后，我们利用紫外-可见光谱法追踪其降解过程，并成功计算出了这些速率。

这其中的关键点之一在于，我们使用了阿伦尼乌斯方程，这种方程在此类反应中非常常用。基本上，它是将反应速率与温度和能量联系起来。我们已经知道，可以具体地将能量与水活度联系起来。

我们进行了一项研究：从时间零点开始，在数天至数周的时间内，将抗坏血酸置于特定的微生物群落和温度条件下，观察其变化，并绘制曲线图。这就是我们的研究。本质上，我们希望了解温度和水分活度将如何影响降解速率。 这里展示的是时间曲线图。图中显示了水活度为0.76和0.948时的数据，以及我们所采用的温度条件，这是一项加速降解研究。 温度设定为30℃、40℃和50℃。基本上，我们将这些数据输入计算器，并利用阿伦尼乌斯方程来绘制曲线并建立相关性。一旦所有实验数据录入完毕，我们就能向程序明确指出我们的研究重点。

我们需要关注什么温度？需要关注什么水分活度？此外，我们还需要在研究中明确保质期的终点。剩余含量应为多少？就我们而言，我们决定当维生素C剩余75%时即视为保质期结束。 这意味着维生素C的含量将减少25%，此时即视为保质期结束。如果您是配方师或制造商，且产品中含有您刚才提到的维生素，您通常会对产品的维生素含量或有效成分进行标注。那么，您就应以该数值为基准来确定产品的保质期截止点。

一旦我们将所有这些信息输入系统，它就能计算出保质期。以我们这里的抗坏血酸为例，如果我们关注的是30摄氏度的条件，且水活度约为0.8——这个数值虽然较高，但蒸汽弥漫的浴室里就能达到这种水平。这相当于约80%的相对湿度。正如我之前所说，75%就是极限了。 这批抗坏血酸在失去活性前还有62天。

化学稳定性基本上就是这么回事。我们只需要对其进行监测，如果你能进行相关测量，那么就可以开展这项研究。

扎卡里：

同样，这也是“水分分析工具包”中的另一项工具，专门用于评估化学稳定性。尽管收集数据可能需要一些时间，但一旦数据收集完毕，在工具包中绘制图表便十分简单。您刚才演示了如何输入初始水分活度、目标温度，然后定义保质期的终止条件，从而快速获得计算结果。 尽管研究设置可能需要一些时间——这些研究既可以由我们直接执行，也可以指导客户使用湿度试验箱完成——但一旦数据收集完毕，计算过程将具有极大的灵活性，您也能从中获得许多有价值的见解。虽然您的案例中我们主要关注维生素C，但这适用于任何我们可以测量、并能为其赋予数值的物质。

玛丽：

这两种情况都可能发生。在这种情况下，这可能是降解速率，但也可能是某种变化（比如褐变反应）随时间推移而加剧，从而导致保质期缩短。这可能是一个具体的色值。只要能测量到，具体是什么并不重要。只要有办法实际追踪这种变化，你就可以将其转化为速率，并得到像这样的图表。

扎卡里：

如今营养补充剂种类繁多，且许多产品都呈粉末状，使用这类工具能帮助他们了解目标水分活度、保质期条件，以及哪些因素会导致保质期缩短。某种维生素的流失率是多少？他们如何能对标签上的声称负责？他们如何才能确信无疑？这正是实现这一目标的好方法。

玛丽：

同样，眼前的这个示例可以进行调整，您可以根据需要进行调整。您可以调整目标温度和水分活度，甚至可以调整最终的预期产量。所有这些参数都可轻松修改，修改后只需重新运行预测即可。

粉末微生物稳定性的表征

扎卡里：

最后是微生物稳定性。许多粉末的水活度都很低，但人们有时并未意识到这其中仍可能存在安全隐患。 我的意思是，粉末中可能含有需关注的微生物，虽然产品本身可能安全，但并不一定无菌。一旦粉末复水，如果其中存在孢子或需关注的微生物，复水后就可能开始出现安全问题。我知道您最近参与撰写了一篇文章，希望能请您谈谈文章的内容。

玛丽：

你说得完全正确。有一种观点认为，如果是低水分食品，就无需担心微生物滋生，也不必了解水分活度。但事实上，令人遗憾的是，低水分食品曾多次引发召回事件，其中不乏大肠杆菌和沙门氏菌的爆发，比如花生酱、面粉，以及婴儿配方奶粉等。 这令人沮丧。事实正是如此：水活度是限制微生物生长的绝佳手段。如果水活度低于0.6，微生物就无法生长。这会给人一种虚假的安全感。人们会想：“我的产品水活度很低，不用担心。”但正如你所说，水活度本身并不是杀菌步骤，这意味着微生物仍然存活，只是处于休眠状态。

如果它们暴露在湿度更高或水分活度更高的环境中——比如将面粉加入曲奇面团中（这正是我们通常的做法）——那么你就创造了一个让这些微生物得以生长和繁殖的环境，由此可见，沙门氏菌、大肠杆菌或其他病原体为何会对公众构成威胁。这实际上是一个很大的话题。 最近我去参加了一个食品保护会议，会上对此进行了大量讨论，专门设置了许多专题环节。目前，关于如何对这些低水分食品进行灭菌或巴氏杀菌的研究也正在如火如荼地进行。 相关研究正在进行中，我们认识几位研究人员——我想你也是——他们正非常积极地致力于此，试图构思并提出解决方案，以防止微生物滋生或疫情爆发，从而实现对这些低水分食品的巴氏杀菌或灭菌。

扎卡里：

我们最近采访的研究人员之一是詹妮弗·阿库夫博士，她正在研究低水分食品及其生产环境，并探索各种方法或卫生技术，以防止食源性病原体甚至出现在低水分食品中。我们最近与她录制了一期播客，她在其中讨论了这一话题。 在我看来，关键在于严格把控卫生标准，确保生产环境尽可能洁净。这也是我们最近与华盛顿州立大学的明托·迈克尔博士再次探讨的话题——通过微生物学研究，我们了解到温度、时间与水分活度的不同组合会产生影响，但正如您所提到的，并非所有类型的食品都能通过加热处理，因为这会导致食品结构发生改变。

可能还有其他方法，比如微波处理或高压处理等，我们可以结合水分活度的考量，将这些方法结合使用，以确保这些食品尽可能安全。如果您感兴趣，可以收听阿库夫博士或迈克尔博士的播客，了解更多关于食品安全的信息。

玛丽：

我还想到，在进行巴氏杀菌步骤时，水分活度实际上起着一定作用。即使你能做到这一点，比如制作牛肉干之类的产品，也需要结合时间、温度和湿度，才能使这些措施真正有效。 另一个关键点在于：即使你做到了这些，是否真的创造了一个能够杀死目标微生物的环境？如果时间和温度设置正确，但湿度过低，灭菌效果也会大打折扣。毫无疑问，这确实是所有这些因素共同作用的结果。

总结与建议

扎卡里：

简要回顾如下：

• 今天我们探讨了粉末，并尝试对其进行定义。
• 我们考察了其物理、化学和微生物稳定性。
• 我们谈到了部分AQUALAB产品，这些产品曾用于支持我们今天讨论内容的研究和信息收集。

这里我想提一点：尽管我们生产的解决方案主要用于测量最终产品或原料，但我们还拥有一款名为 SKALA Dry 的在线解决方案，它对喷雾干燥产品确实大有帮助。

如果您在温度或季节变化时难以生产出品质稳定的产品，SKALA Dry 可以自动帮助您将该产品的水分活度调整到最佳水平。

另外，请收听我们提到的播客《Water In Food》。我们还有一个YouTube频道。请务必收听并订阅。

现在，让我们开放提问环节，请大家提问。

1. 有什么方法可以测量或监测我使用的粉末的吸湿性吗？

扎卡里：

问得好。说到吸湿性，我们可以观察等温曲线的形状。这一点我们之前提过，现在也可以再提一下，但关键是要看曲线的斜率。

在此情况下，我们正在考察不同的辅料，该曲线的斜率越大，吸湿性就越强，也意味着该特定粉末吸收水分的程度越高。仅通过观察曲线的形状，我们就能直观地快速看出这些粉末在吸湿性方面的差异。不知您还有什么要补充的。

玛丽：

这解释得很到位。基本上，斜率越大，吸湿性就越强，这也意味着它能为最终产品（无论是什么）提供更多的水分。理解这种关系以及某种物质的吸湿性，无疑是一个关键因素。

扎卡里：

我还想补充一点：根据您的配方、目标或最终结果，您可能需要斜率更大的，也可能不需要。具体需要哪种斜率，完全取决于产品和配方。

玛丽：

如果你希望某种成分能根据你的需求增加含水量或与水分结合，那么这确实是一个不错的方法。你可以选用一种吸湿性极强的成分，它不仅能吸收大量水分，还能为产品增添大量水分，从而根据你设定的具体水分活度进行配方设计。但这未必是坏事，只是需要了解这一点。

2. 温度和水分活度中，哪一个对维生素C的降解影响更大？

玛丽：

好的，这个问题我来回答。水活度无疑是导致维生素C降解的主要因素，其影响程度远大于温度。如果你回去查看数据，也能亲眼确认这一点，因为如果将仅改变温度的反应与改变水活度的反应进行比较，其实很明显，对于这个实验来说，水活度才是更重要的因素。

扎卡里：

这要具体取决于每种维生素，这也是我们最近一直在讨论的话题。但尽管维生素C表现出这种特定的特性，你还是需要针对每种维生素或每种活性成分（无论你关注的是哪一种）进行具体分析。这种情况并不总是如此。 并非总是水分活度起着更大的作用。只有通过开展此类研究，才能弄清楚究竟是哪种因素影响更大。

玛丽：

没错。因为可能导致变质的是氧气或维生素E。你可以追踪这些因素，并针对它们采取不同的应对措施。但对于维生素C来说，问题出在水分活度上。

3. 水活度或水分含量与粉末的溶解速度之间有何关联？

玛丽：

我想说，这未必仅仅取决于水分活度或含水量本身，更多地取决于粉末本身的结构、其溶解速度，以及该粉末所处的环境。如果是像饮料粉这样的产品，它将处于高水分活度的环境中，因此会迅速溶解。但这要视具体情况而定。 举个例子，如果某种物质含有水合物，通常它本身就已结合了水分，因此往往溶解得更快。这完全取决于具体情况。这并非仅仅了解粉末的水活度和水分含量那么简单，更关键的是粉末的结构及其溶解速度。

扎卡里：

此外，如果结合等温线和DVS测试，当你能确定出潮解点或物质完全溶解的点时，我们就可以利用DVS测试来了解这一过程需要多长时间。或许还可以结合物质的结构，并参考等温线的结果。

玛丽：

没错。粉末的关键在于能否溶解，因为我们接触过的绝大多数粉末都应具备这一特性。如果是单纯的饮品混合粉，你通常会将其加入其他液体中。但如果想在包装前防止其结块呢？我们都遇到过这种情况，比如打开一包饮品混合粉，发现里面已经结块变硬了。 也许我们可以分析等温曲线，找出该混合物的临界点，然后确保包装能保证温度不高于该临界点；或者，也许我们需要添加抗结剂之类的成分。这些因素都会影响粉末的溶解性。

4. 非晶粉末的保质期与结晶粉末相比如何？

扎卡里：

这取决于导致保质期结束的原因。是质地发生变化，还是化学性质发生变化？首先，我们需要明确这种“终点”表现为何种状态，然后才能考虑添加什么成分。

玛丽：

问得好。正如我之前提到的，结晶粉末具有潮解点。 我知道，这又涉及到从固态直接转变为液态，而这种转变取决于它们所处的环境湿度。如果你能将晶体粉末周围的环境温度保持在该点以下，那么它就能迅速改变活性，同时又不改变粉末的结构。这样就能获得非常长的保质期。你可以想想蔗糖或氯化钠之类的东西。它们的保质期就是很长。

但如果超过这个数值，那你就麻烦了。与你所说不同，所有因素都至关重要：什么会缩短保质期？产品将面临什么样的环境？那么哪种方案才是合理的？ 我们还举办过一场关于甜味剂的网络研讨会，其中关于甜味剂溶解特性的部分很有意思。我们一直在探讨无定形和结晶结构之间的转换，以及这些物质如何从产品中析出，这其实是个复杂的问题。有明确的答案吗？也许我试着把它简化一下。 对于晶体结构，只要能将其保持在临界点以下，暴露在该临界点以下的任何环境中都不会发生变化。实际上它不会改变，因为所有与水的相互作用都仅发生在表面。但反过来说，如果温度超过该临界点，或者发生化学反应，或是其他情况，那就又是一个需要讨论的问题了。

扎卡里：

我只想补充一点：对于结晶固体或粉末而言，其潮解点通常较高，可能在0.9的水活度左右，而无定形粉末则可能在0.3至0.6的水活度范围内发生物理变化。如果仅从质地角度考虑，即质地将决定保质期，那么我想大多数结晶固体应该具有更长的保质期。 但如果我们关注的是化学稳定性或化学反应，那就需要更深入的探讨和实验才能解答这个问题。

玛丽：

另外还有一点关于结晶体的问题我们之前没提到：如果颗粒尺寸较小，或者结构、形状不规则，或是尺寸不一，这些都会影响在室温湿度下何时会意外出现桥联现象。即便是在结晶状态下，只要保持在潮解点以下，颗粒尺寸也肯定会影响该结晶结构的稳定性。

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