これは、食品の賞味期限を決定する際に最も重要なパラメーターの 1 つです。パイ生地が時間の経過とともにべとべとになるのは、このためです。そしてそれは実際よりも複雑に聞こえます:水分活性です。食品科学者にとって、水分活性は食品の開発と改善において重要な役割を果たします。
しかし、水分活性は、一部の人にとってはやや抽象的な概念かもしれません.水分活性は食物中の水分量を表していると考える人もいるかもしれません.この 2 つは関連していますが、同じではありません。水分活性の理論を掘り下げて、それが実際に何であるかを説明します.
注: これは水の活動の一般的な紹介です。微生物の増殖における水分活性の重要性と、水分の移動に対する水分活性の影響については、別の記事で説明しています。
水分活性とは (aw )?
食品に含まれる水分量を知ることは比較的簡単です。それが何かわからない場合は、食品を乾燥させることで判断できます。乾燥中の重量減少は、どれだけの水分が存在したかを表します。製品を構成する成分の水分含有量がわかっている場合は、これらの成分の混合物全体の水分含有量を計算できます。蒸発を考慮する必要があるかもしれませんが、一般的には基本的な計算で十分です。
ただし、食品に含まれる水分量を知るだけでは必ずしも十分ではありません。代わりに、特定のアプリケーションでは、「利用可能な」水の量を知る必要があります。たとえば、水の一部は製品の他の成分に結合している可能性があり、その結果、自由ではありません.たとえば、砂糖は水分を保持することが知られており、塩も同様です。結合された水は「利用可能」ではありません。微生物はそれを使用して成長を促進したり、食品全体に拡散したり移動したりすることはできません.
これは水分活性の場所であり、w と略されることがよくあります。 水分活性は、利用可能な水の量の尺度です。水分活性は 0 から 1 の間の値です。0 の値は、利用可能な水がまったくないことを意味します。これは食品では非常にまれです。値 1 は、製品内のすべての水が利用可能であることを意味します。これは純粋な水です。ほとんどの食品は、水分活性が 0.2 から 0.99 の範囲内にあります。
aw の例 -食品の価値
一般的に言えば、製品が「湿っている」ほど水分活性が高くなります。以下のリストからわかるように、これらの値のほとんどは依然として非常に直感的です。
| 食品 | 典型的な水の活動 |
|---|---|
| 新鮮な果物と野菜 | 0.99 |
| 新鮮な肉 | 0.99 |
| 牛乳 | 0.99 |
| ベーコン | 0.97 |
| パン | 0.95 |
| 小麦粉のトルティーヤ | 0.92 |
| ジャム | 0.8 |
| 醤油 | 0.8 |
| ピーナッツバター | 0.7 |
| 米 | 0.5-0.6 |
| ハニー | 0.5-0.6 |
| コーヒー豆の焙煎 | 0.1-0.3 |
水分活性の式
水分活性は物理的な尺度であり、基本的な式を使用して説明できます:
aw =p蒸気 / p0
場所:
- p蒸気 =食品の蒸気圧
- p0 =純水の蒸気圧 (同じ条件下で)
液体の蒸気圧は、液体が蒸発しやすいかどうかの尺度です。より正式には、密閉容器内の液体の上に液体が蒸発することによって生じる圧力です。
液体は常にある程度蒸発します。カウンターの上にコップ一杯の水を置いたままにしておくと、そのコップの中の水の量は時間の経過とともに減少します。水分活性は、純粋な水の蒸発と比較して、食品からの水分の蒸発のしやすさを比較します。食品中の水分が結合していて利用できない場合、蒸発しにくくなり、水分活性が低下します。純水の水分活性は、常に可能な限り高い値です。
水分活性を下げる (または上げる) 方法は?
水分含有量と水分活性は同じものではありませんが、関連しています。一般的に言えば、他のすべてを同じに保ち、より多くの水を追加すると、たとえば水分活性が増加します.水分が少ないと水分活性が低下します。たとえば、乾いたクラッカーは、湿ったパンよりも水分活性が低くなります。したがって、食品を乾燥させることで、食品の水分活性を低下させることができます。
水分活性に影響を与えるもう 1 つの主な要因は、食品の組成です。一部の成分は水を「結合」し、利用しにくくします。例えば、砂糖は水を結合するのに非常に優れているため、水分含有量を低下させます.塩も同じようにできますが、程度は低くなります (塩分のために食べられなくなることはありません!)。
食品中の水分活性が重要なのはなぜですか?
食品の水分活性を知ることは、食品の安全性と品質の両方にとって、いくつかの利点があります.
微生物の増殖
まず第一に、水分活性は、微生物が食品中や食品上で増殖できるかどうか、またどのような種類の微生物が増殖できるかを示します.水分活性が高いほど、より多くの (そしてより危険な) 微生物が食品上で増殖する可能性があります.ただし、設定された制限を下回ると、無害な微生物しか増殖できなくなります。水分活性をさらに下げると、微生物はほとんど増殖せず、食べ物を台無しにします.
これについては、こちらで詳しく説明しています。
品質とサクサク感
水分活性の異なる 2 つの成分が互いに接触すると、通常、水分は一方から他方へ移動し始めます。水分活性が最も高い成分 (新鮮なフルーティーなフィリングなど) からの水分は、水分活性が低い成分 (カリカリのパイ生地など) に移行します。これらの違いを知り、理解することは、安定した製品を開発するために不可欠です。たとえば、フルーティーなフィリングに砂糖を追加して、水分活性を下げてクラストに近づける必要がある場合があります.
この種の移行を防ぐための理論と方法については、こちらで詳しく説明しています。
湿度と水分活性
私たちを取り巻く空気にも水分が含まれています。空気中の水分の量は、天候や気候によって異なります。湿気の多い地域では、乾燥した砂漠のような地域の空気よりも多くの水分が空気に含まれています。
空気中にどれだけの水分が含まれているかを相対湿度で表します。天気予報で使われているのを見たことがあるかもしれません。 0～100%の値で表され、0%は完全に乾燥した空気です。
製品の相対湿度と水分活性は密接に関連しています。製品を特定の相対湿度の空気中に放置すると、水分含有量は時間の経過とともにバランスが取れます。つまり、空気が非常に湿っていて製品の水分活性が低い場合、製品は空気から水分を吸収します。その水分活性は増加します。ただし、空気の相対湿度が非常に低い場合は、逆のことが起こり、製品は時間の経過とともに乾燥します.
水分活性の測定
科学者は、空気と食品の間で水分のバランスがとれるこの現象を利用して、食品の水分活性を決定します。食品を小さなチャンバーに入れると、周囲の空気の湿度がサンプルの湿度と平衡になります。その平衡相対湿度値 (ERH) を測定することで、食品の水分活性がわかります。これは非常に単純な式で表されます:
aw =ERH / 100
この測定は、サンプル全体の水分活性を測定することに留意することが重要です。ただし、食品がさまざまな成分でできている場合 (たとえば、詰め物が入ったパイ生地)、これらの個々の成分の水分活性を測定する必要があります。これらの結果は、これらすべてのコンポーネントが組み合わされたときに最終製品で水分がどのように移動するかについての洞察を提供します.
食品の水分活性がわかれば、さまざまな条件下で食品がどのように振る舞うかを理解できます。たとえば、製品が湿気を失ったり吸収したりしないように、特定の方法で製品をパッケージ化する必要がある場合があります。また、食品上で微生物が増殖しやすいかどうかもわかります!
水分活性は多くのアプリケーションで重要なパラメータであり、その値を知ることはほんの始まりに過ぎません。ある範囲の湿度値の下で食品がどのように振る舞うかを理解したい場合は、さらに理解を深めるために吸湿等温線を使用することをお勧めします。
参考文献
FDA、食品中の水分活性 (aw)、1984 年 4 月 16 日、リンク
Meter Food、食品メーカーによる水分活性の完全ガイド、リンク
パデュー大学、蒸気圧、リンク
Shelly J. Schmidt および Anthony J. Fontana, Jr.、付録 E:厳選された食品成分および製品の水分活性値、食品中の水分活性、リンク
カリフォルニア大学デービス校、食品中の水分活性、リンク
