食品安全的管理模式強調“從農田到餐桌”全過程管理,即以預防為主的原則來減低微生物引起的食源性危害。在食品的加工、儲存和銷售過程中,食品原料受到外界環境微生物的侵染,加之殺菌不徹底、儲運方式不得當等造成的微生物汙染,是導致食品腐敗變質,威脅消費者健康的主要原因。隻有有效地控製食品生產各個環節中潛在的微生物汙染問題,食品工業才能生產出讓消費者放心的食品。水分活度的控製是阻止有害微生物生長的關鍵因素。在美國聯邦法規第21款中已經明確規定,水分活度是檢驗食品安全性的重要指標。同時,美國食品藥品監督管理局(FDA)所規定的食品生產過程良好操作規範(GM P)中明確地把水分活度定義為反應食品安全性的重要指標。在危害分析關鍵控製點(HACCP)監測係統中明確定義:“可通過限製水分活度來控製微生物病原體的生長。”美國規定,庫存食品水分活度超過0.85就不能上市銷售;日本規定,庫存食品水分活度超過0.90就不能上市銷售。然而,在我國還沒有這樣的相關規定出台。
食品的水分活度
作為熱力學概念,水分活度是描述食品中的水分所處的一種能量狀態,它與食品體係的吉布斯自由能(Gibbs FreeEnergy)有較強的相關性。它是表示水分的逃逸趨勢(逸度)的指標;表示食品中的水與其他物質結合的緊密程度。雖然水分含量和水分活度都是用來描述水分存在的狀態,但是水分活度是與食品的質量安全最相關的因素。
嚴格意義上,我們把食品中水的逸度與純水的逸度之比稱為水分活度Aw。
Aw=f/f0
f 是指食品中水的逸度;
f0 是指純水的逸度。
水分逃逸趨勢通常可以近似地用水的蒸汽壓來表示。
水分活度是食品組成和溫度的函數,受前者影響較大。食品物料中水分存在的形式,通常隻是簡單地分為結合水和非結合水。嚴格地說,按照食品中的水分和物料的結合形式,可將物料中的水分分為:化學結合水,物理化學結合水(包括吸附結合水,結構結合水,滲透壓結合水)和機械結合水。
長期以來,人們了解到食品的腐敗變質與食品中水分含量(W)具有一定的關係。但是,僅僅知道食品中的水分含量不足以預報食品的質量安全性。有一些食品具有相同水分含量,但腐敗變質的情況是明顯不同的,如鮮肉與鹹肉的水分含量相差不多,但保藏期卻不同;這就存在一個水能否被微生物酶或化學反應所利用的問題;這與水在食品中的存在狀態直接相關。
所以,在考量食品質量安全的時候,食品中的水分含量並不是一個可靠的標準。例如,一種穩定的食品有可能包含15%的水;另一種食品有可能包含8%的水;但是,這不能斷定前者更容易被微生物利用而生長,這是由於有可能這部分水是通過化學鍵與其他組分結合,是不能被微生物利用的。
那麽水分活度是如何影響微生物的呢?
水活性可以顯著影響食品中微生物的繁殖、代謝(包括產毒)和抗性。
首先,Aw值影響微生物的生長繁殖。大多數與食品有關的微生物在Aw值較高的情況下生長比較旺盛,隻有少數能在較低Aw值下生長。因此,如果降低Aw值,食品中可繁殖的微生物種類和數量就會減少。各類微生物對Aw值要求不同,細菌對水分活度的要求最高,Aw>0.9時才能生長繁殖;其次是酵母菌,要求Aw>0.87,再次是黴菌,在Aw為0.8時就開始繁殖。另外,同屬而不同種的微生物對Aw要求也不完全相同。
其次,Aw值對微生物代謝活性也有影響。降低Aw值可以使微生物的生長速度降低,進而,食品腐敗速度、微生物產毒數量以及微生物代謝活性也會降低。值得注意的是,中止不同的代謝過程所需的水活性值不同。因此,在有生毒細菌或黴菌存在的食品中,毒素的存在是極有可能的。由此可以看出對於食品水分活度的監控具有重要的現實意義。
再次,Aw值對微生物抗熱性同樣具有影響。加熱是抑製或殺死食品中微生物的常用有效方法,不同微生物及其孢子的抗熱性不同。決定細菌的抗熱性的諸因素中,熱溶劑的物理性質、化學組成和Aw值等都是很重要的。一般來說,細菌孢子的抗熱性隨Aw值的降低而增強,在Aw值為0.2~0.4的範圍內最強。有時,在高濃度溶液中細菌的熱抗性比在稀溶液中低,因為溶質本身在加熱過程中會加重細胞的熱毀壞。
所以,通過對預殺菌的食品物料水分活度的檢測,可初步判斷熱殺菌的效果。
第四,Aw值對微生物存活能力有明顯的影響。不能生長的微生物會逐漸死亡。因此,如果食物的Aw值低於微生物生長的最低值,那麽微生物的數量就會慢慢減少。通過對沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等食物毒性微生物的生存與Aw之間的關係的研究證明:在Aw值較低的食品中細菌孢子數會降低,這樣的食品在儲藏過程中甚至會變成無菌的。食物中帶有的寄生蟲的生存也受低Aw值的影響,這些寄生蟲在冷凍或幹燥過程中可被殺死。在研究肉中旋毛蟲在幹燥過程中的生存情況時觀察到:在發酵香腸中當Aw值降低到一定數值時,這些寄生蟲就會失活,從以上所述可以得出這樣的結論:通過選擇合適的條件(Aw值、pH值、濕度、保鮮劑等),可減少或殺死微生物,從而提高食品穩定性和安全性。
通過以上的論述,我們可以看出,水分活度對微生物的影響十分顯著,水分活性是食品質量控製中的一個重要指標。在食品領域及時監控水分活性,可有效地估價食品的安全性和穩定性。一般,Aw值在0.9~1.0間的食品屬高濕食品,Aw值在0.6~0.9屬於中濕食品,Aw0.0~0.6屬低濕食品。高濕食
品腐敗是由於細菌,中濕食品腐敗主要是由於黴菌和酵母,在低濕食品上,微生物一般不生長,但低濕食品質量方麵也依賴於Aw。另外,水分活度可用於高濕和中濕食品微生物安全和質量穩定性的預測。
在預測食品的安全性和預測有關微生物生長、生化反應速率等方麵,水分活性扮演著極其重要的角色。通過測定和控製食品的水分活性,可以做到以下幾點:(1)預測哪種微生物是潛在的腐敗和汙染源;(2)確保食品的物理,化學穩定性;(3)使非酶氧化反應和脂肪非酶氧化降到最小;(4)延長酶的活性;(5)優化食品的物理性質,如質構和貨架期。
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