AquaLab水分活度仪在功能食品研发和生产中的应用

AquaLab作为专业的水分活度解决方案导领者，采用可溯源的镜面冷凝露点方法，是ZG药典、ISO、AOAC和美国USP、FDA等推荐使用的方法，能够在5分钟内快速测量样品的水分活度。目前有80%的用户都选择使用AquaLab水分活度仪。

如有需要，请联系AquaLab北京办事处（010）65610080。

富含番茄红素的西红柿、CBD强化的甜点、像蓝莓和石榴籽这样的超级食品、富含维生素D的牛奶。功能食品有很多种形式，但它们有一个共同的益处：通过日常饮食预防疾病和增进健康。

保留利益

所有食物都含有有益于健康的宏观和微观营养成分。功能食品含有更多的东西：具有特定健康益处或抗病功能的化合物。无论这种化合物是自然形成的还是添加到产品中的，功能食品都面临着一个独特的挑战：设定一个不仅保证安全性，而且能保证功能成分有效性的保质期。

保护功能成分

功能成分往往极易降解。光、热、湿度和pH值都会影响降解速率。当一种功能性成分别宣传为货架稳定产品的一部分时，制造商需要了解pH值和水分活度随时间推移对该成分效力的影响。产品水分活度是在配方和生产过程中需要考虑的重要指标之一，以确保承诺的健康效益得到实际体现。

水分的影响

功能性成分在饮料中降解会很快。例如，图1。

上图显示了维生素C强化橙汁浓度的变化。在4个星期的过程中，浓度下降了高达50%。当暴露于高湿度环境中时，许多维生素和益生菌也会受到类似的影响。

通过降低功能性食品的水分活度（aw），可以减缓降解速度。做到这一点的一种方法是生产单分子层吸附的功能食品，即从水分角度来看食品稳最定的值。但是单分子层到底指的是什么呢？大多数生产商应该努力达到这一目标吗？

单分子层稳定性

单分子层是一个理论概念，由三位物理学家（Stephen Brunauer, Paul Emmett, and Edward Teller）在1938年提出。多孔食品介质相关的理论是这样的：当一个完全干燥的材料被水合时，会有一个水分子覆盖在产品中的每一个颗粒表面的一个类似分子厚度的点。从理论上来讲，当每一个粒子都被水分子覆盖，这就是产品稳定的状态。对于蛋白质含量高的产品，在到达单层之前，大量的水可以被吸收，因为蛋白质有很多皱褶，每单位质量的蛋白质有很多要覆盖的面积。另一方面，结晶糖是一个简单的立方体，几乎没有单位质量的面积可以覆盖。

产品将能够吸收不同数量的水，但对于大多数产品，一第层单分子层是完整的，水分活度都差不多在0.30 aw左右。在这个水分活度范围内，一些典型的产品，例如早餐麦片、面粉和面食等。毫不奇怪，从20世纪40年代以来，这些高度货架稳定的产品一直是美国强化计划的选择。

提供更新鲜的质构

那么为什么不是所有的功能食品都是按照单分子层的理论来生产呢？简单的来说，这是因为现代消费者想要一种不同种类的功能食品：更柔软、味道更新鲜、更天然的东西等仍然可以即食的食品。生产商们正在生产具有更高水分活度的货架稳定的功能食品。将它们干燥到单分子层会变得很干，不受消费者欢迎。在这些较高的水分活度下，配方成为一个复杂的平衡行为，以大最限度延长功能成分的货架期，同时保持产品柔软和新鲜的口感。

追踪退化率

水分活度在研究配方时的平衡行为中起着至关重要的作用。通过将功能性成分的降解率与水分活度的关系做图表分析，会很好的帮助配方研发工程师。尽管降解率与水分活度相关，但不同的成分具有不同的关系。例如，随着水分活度的增加，许多维生素的降解速度会很快。其他成分（如益生菌）将有特定的范围，他们打到ZD的稳定性。优化水分活度可以将保质期从几天延长到几个月。

优化货架期

越是天然的功能食品，水分活度就可能发挥越大的作用。例如，在干果中，功能食品的水分活度不仅影响功能性成分的保质期，而且影响霉菌生长的敏感性和质构等属性。当一种功能食品是由两种或两种以上的天然成分组合而成时，水分的迁移也将会起作用。

无论哪种特定产品，只有通过了解和应用水活度的基本原理，才能将任何耐贮存功能食品的有益效果保持在ZG水平。

参考文献

Nutraceutical Business Review. “Degradation of Vitamins, Probiotics and Other Active Ingredients Caused by Exposure to Heat, Water and Sunlight.” August 7, 2018. 

Turkmen, Nazli, Hasitha Priyashantha, and Shishanthi Jayarathna. “Challenges in Probiotic Dairy-Based Beverages.” New Food Magazine, October 26, 2019. https://www.newfoodmagazine.com/article/97303/challenges-in-probiotic-dairy-based-beverages/.

Institute of Medicine (US) Committee on Use of Dietary Reference Intakes in Nutrition Labeling. “Dietary Reference Intakes: Guiding Principles for Nutrition Labeling and Fortification. Washington (DC): National Academies Press (US); 2003.

Shyam S. Sablani, K. Al-Belushi, I. Al-Marhubi & R. Al-Belushi (2007) Evaluating Stability of Vitamin C in Fortified Formula Using Water Activity and Glass Transition, International Journal of Food Properties, 10:1, 61-71, DOI: 10.1080/10942910600717284

Lavelli, Vera, Bruno Zanoni, and Anna Zaniboni. “Effect of water activity on carotenoid degradation in dehydrated carrots.” Food Chemistry, Volume 104, Issue 4: 2007. Pages 1705-1711.