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康寶智信測(cè)量技術(shù)（北京）有限公司
主營(yíng)產(chǎn)品： 水分吸附分析儀,水分吸附等溫線,蒸汽吸附分析儀 |
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主營(yíng)產(chǎn)品： 水分吸附分析儀,水分吸附等溫線,蒸汽吸附分析儀 |
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2025-2-20 閱讀(813)
當(dāng)今，糖果產(chǎn)品制造商面臨的最重要任務(wù)之一是確保產(chǎn)品在整個(gè)規(guī)定的保質(zhì)期內(nèi)的質(zhì)量和安全，這一保質(zhì)期在法規(guī)或技術(shù)文件中有明確規(guī)定。
產(chǎn)品的水分含量顯著影響其中微生物的發(fā)展，以及化學(xué)化合物的結(jié)合，這會(huì)改變產(chǎn)品的一致性和結(jié)構(gòu)。隨著產(chǎn)品水分含量的減少，微生物的繁殖率會(huì)降低。然而，對(duì)于微生物的發(fā)展而言，更重要的不是濕度的絕對(duì)值，而是其在一系列生化過(guò)程和微生物發(fā)展中的可用性。
由于糖果產(chǎn)品是多相濃縮系統(tǒng)，具有特定的指標(biāo)特征（分散性、固相顆粒的形狀和結(jié)構(gòu)、組分的均勻分布），控制和過(guò)程預(yù)測(cè)（包括物理化學(xué)和生化過(guò)程）對(duì)于確保其與水分遷移相關(guān)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性至關(guān)重要（圖1）。
圖1 與水分遷移相關(guān)過(guò)程的實(shí)施和預(yù)測(cè)的動(dòng)作流程
一種用于定量評(píng)估這些過(guò)程以預(yù)測(cè)和調(diào)節(jié)食品穩(wěn)定性的可靠工具是“水分活度"指標(biāo)（英文為water activity，簡(jiǎn)稱Aw），它具有熱力學(xué)性質(zhì)。該指標(biāo)被納入ISO 9000標(biāo)準(zhǔn)體系，并在分析關(guān)鍵控制點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控（危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)，HACCP）。在歐盟國(guó)家和美國(guó)，檢查某些產(chǎn)品時(shí)，水分活度是強(qiáng)制性的。水分活度是通過(guò)最著名的美國(guó)METER公司的AquaLab 4TE水分活度儀進(jìn)行測(cè)量的。
水分活度與食品的平衡相對(duì)濕度（ERH，%）相關(guān)，當(dāng)產(chǎn)品既不吸收也不向大氣中失去水分時(shí)，ERH等于Aw乘以100。產(chǎn)品與環(huán)境之間水分遷移的原因是產(chǎn)品平衡相對(duì)濕度與儲(chǔ)存期間環(huán)境相對(duì)濕度（RH）之間的差異。Aw以0到1的無(wú)量綱單位表示，并根據(jù)以下公式計(jì)算為產(chǎn)品上方蒸汽壓Ps與相同溫度下純水上方蒸汽壓Pw的比值：
Aw = Ps / Pw = ERH / 100，
其中Ps是產(chǎn)品上方系統(tǒng)中的水蒸氣壓力；Pw是純水上方的水蒸氣壓力。
控制Aw指標(biāo)可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間發(fā)生的過(guò)程。例如，ERH超過(guò)環(huán)境RH的產(chǎn)品（如軟糖和杏仁糖）在儲(chǔ)存期間會(huì)變干，而ERH低于環(huán)境RH的產(chǎn)品（如糖果、餅干、威化餅）則會(huì)從空氣中吸收水分。當(dāng)復(fù)合產(chǎn)品中各個(gè)組分的ERH不同，或者產(chǎn)品的ERH與環(huán)境RH之間的差異超過(guò)2%時(shí)，就會(huì)發(fā)生水分遷移。在不同的ERH下，水分也可能在產(chǎn)品內(nèi)部遷移，這在多組分產(chǎn)品中經(jīng)常觀察到（例如，帶有水基餡料的巧克力涂層餅干）。差異越大，相鄰組分（例如餅干和餡料）之間的ERH差異越大，水分遷移就越強(qiáng)烈，保質(zhì)期也就越短。
產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間的吸附和解吸過(guò)程取決于許多因素：環(huán)境空氣的溫度和相對(duì)濕度、原材料和產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)、Aw的變化。糖果產(chǎn)品可能會(huì)吸收或釋放水分，這取決于環(huán)境條件。對(duì)于某些產(chǎn)品，吸附起到積極作用，而對(duì)于其他產(chǎn)品則起到消極作用，水分解吸也是如此。例如，對(duì)于果凍軟糖、軟糖、牛奶糖、酒心糖、姜餅等產(chǎn)品，在儲(chǔ)存期間的水分解吸過(guò)程與水分遷移、蔗糖結(jié)晶和產(chǎn)品硬化過(guò)程相關(guān)，起到消極作用。為了防止這些過(guò)程，配方中會(huì)引入保水成分或添加劑（例如酶轉(zhuǎn)化劑、糖類——果糖、木糖醇、山梨醇、可轉(zhuǎn)化添加劑——含有轉(zhuǎn)化酶的干啤酒和面包酵母），這些成分增強(qiáng)了水合性能并具有可轉(zhuǎn)化能力，同時(shí)建議使用聚丙烯和金屬化聚丙烯薄膜進(jìn)行產(chǎn)品包裝。
糖果產(chǎn)品的Aw值在很大程度上取決于其配方中的水分和糖分含量。除了防腐效果外，糖還參與形成產(chǎn)品的感官和功能技術(shù)特性，調(diào)節(jié)其酸度，降低Aw，這有助于增加材料中水的結(jié)合能并減少微生物發(fā)展的可能性。為了降低產(chǎn)品的糖分強(qiáng)度，白蔗糖被其他糖類、糖替代品或“新一代"甜味劑所取代，這些甜味劑在化學(xué)性質(zhì)、甜度和技術(shù)特性（包括水結(jié)合能力）上有所不同。因此，含有甜味劑的糖果在儲(chǔ)存期間表現(xiàn)不同。例如，文獻(xiàn)表明，在谷物棒中用山梨醇和麥芽糖醇或山梨醇和nutriose的組合取代蔗糖，可以獲得更穩(wěn)定的產(chǎn)品。這是因?yàn)榕c含糖谷物棒相比，含有甜味劑的產(chǎn)品具有更接近正常環(huán)境條件的相對(duì)濕度平衡值。
為了獲得具有特定消費(fèi)者特性的特定糖果產(chǎn)品，有必要對(duì)最合適的原材料和半成品進(jìn)行技術(shù)上的合理選擇（需要了解化學(xué)成分、濕度和Aw值）。鑒于上述情況，我們制定了研究的目的。
2. 研究目的
本研究的目的是對(duì)科技文獻(xiàn)中關(guān)于原材料、半成品和糖果產(chǎn)品的水分活度指標(biāo)值的信息進(jìn)行概括和系統(tǒng)化；獲取俄羅斯市場(chǎng)上銷售的“新一代"甜味劑水分活度指數(shù)值的新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3. 研究對(duì)象
文獻(xiàn)檢索通過(guò)PubMed數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行，使用的關(guān)鍵詞包括：“食品中的水分活度（Aw）"、“水分活度"，以及電子科學(xué)圖書館https://elibrary.ru。實(shí)驗(yàn)研究的對(duì)象為糖類（甜菜糖、葡萄糖、果糖）、甜味劑（異麥芽酮糖醇、麥芽糖醇、赤蘚糖醇、木糖醇、山梨醇、甜菊糖苷）和糖替代品（麥芽糊精、菊粉）。
4. 材料與方法
根據(jù)研究目的，使用的材料包括：
- 糖類：符合俄羅斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)№33222-2015的甜菜白砂糖；符合俄羅斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)№975-88的食品級(jí)葡萄糖（一水合葡萄糖）；符合俄羅斯技術(shù)條件№9197-010-72315488-2011的果糖。
- 甜味劑：符合技術(shù)條件№20.14.23-037-60381327-2018的麥芽糖醇（中國(guó)山東魯健生物科技有限公司）；符合技術(shù)條件№24.14.23-021-94446794的赤蘚糖醇（德國(guó)嘉吉公司）；符合技術(shù)條件№9111-073-00334675的異麥芽酮糖醇（德國(guó)嘉吉公司）；符合技術(shù)條件№9197-009-72315488-2011的木糖醇（俄羅斯“甜蜜世界"公司）；符合技術(shù)條件№9197-008-72315488-2010的山梨醇（俄羅斯“甜蜜世界"公司）；符合技術(shù)條件№9199-003-90836854-13的甜菊糖苷（馬來(lái)西亞“PURE CIRCLE Sdn. Bhd."公司）。
- 糖替代品：符合技術(shù)條件№9199-005-50876759-15的麥芽糊精（中國(guó)東曉公司）和菊粉（比利時(shí)BIONOVA公司）。
水分活度是通過(guò)最著名的美國(guó)METER公司的AquaLab 4TE水分活度儀進(jìn)行測(cè)量的。將測(cè)試樣品置于密封測(cè)量室中，控制空氣溫度并保持至達(dá)到平衡狀態(tài)。穩(wěn)定過(guò)程通過(guò)使用相對(duì)濕度傳感器測(cè)量樣品表面上的空氣濕度（% RH = 100 · Aw）來(lái)控制。所有測(cè)量均在標(biāo)準(zhǔn)模式下進(jìn)行，重復(fù)7次，結(jié)果通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法并使用Microsoft Excel標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行處理。
Aw值可以在0.98到0.1的廣泛范圍內(nèi)變化，具體取決于原材料、半成品和成品的組成及物理化學(xué)特性。所有糖果產(chǎn)品分為三組：
- **I組**：低濕度產(chǎn)品（1%至11%），Aw值低于0.5；
- **II組**：中等濕度產(chǎn)品（11%至40%），0.87?Aw?0.50；
- **III組**：高濕度產(chǎn)品（超過(guò)40%），Aw值超過(guò)0.87 。
一些用于蛋糕和糕點(diǎn)的烘焙半成品（如海綿蛋糕、松糕）具有較高的Aw值，但其濕度值大致相同（例如，海綿蛋糕半成品的Aw為0.8，松糕為0.95，濕度分別為22.8%和23.7%）。酥皮和酥餅半成品的Aw值處于中等濕度產(chǎn)品的典型水平（0.6-0.5）。
然而，需要注意的是，不僅糖的定量含量重要，其定性組成也至關(guān)重要。例如，半成品糖果——果醬的濕度為32.6%，其Aw值為0.83，低于濕度為15.2%的黃油奶油（Aw = 0.85）。軟糖中還原糖（如果糖、葡萄糖、麥芽糖）的存在導(dǎo)致其Aw值顯著降低至0.84，濕度為10-12% 。
高濕度的糖果產(chǎn)品極易受到微生物變質(zhì)的影響。在Aw = 0.87-0.98時(shí)，所有類型的微生物（細(xì)菌和真菌）都可能繁殖。中等濕度產(chǎn)品中可能發(fā)生氧化、微生物和酶促過(guò)程，酵母、霉菌和某些細(xì)菌最有可能繁殖，并在儲(chǔ)存期間變質(zhì)。在Aw = 0.88-0.60時(shí)，微生物的繁殖受到限制。在低濕度產(chǎn)品中，微生物活動(dòng)被抑制，生物過(guò)程不會(huì)進(jìn)行，這些產(chǎn)品可以長(zhǎng)期保持其特性，但在儲(chǔ)存期間會(huì)發(fā)生脂肪氧化、維生素?fù)p失、酶促和非酶促褐變等過(guò)程，此類產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間可能會(huì)受潮；當(dāng)Aw <0.6時(shí)，細(xì)菌、霉菌和酵母幾乎不會(huì)繁殖。然而，已知某些類型的霉菌和嗜滲酵母可以在Aw = 0.62時(shí)繁殖。
微生物的生長(zhǎng)還受到pH值和氧化還原電位的顯著影響。只有在pH值低于3.7的低酸性產(chǎn)品中，乳酸菌和某些類型的酵母和霉菌才能繁殖。pH值在5.0至7.0之間的產(chǎn)品容易受到病原微生物繁殖的風(fēng)險(xiǎn)；而在pH值4.0至2.0之間時(shí)，產(chǎn)品不會(huì)面臨此類風(fēng)險(xiǎn)。
表2中列出了各種糖類、甜味劑和糖替代品的Aw測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
糖果 | 水分活度 | 溫度 |
甜菜糖 | 0.339±0.017 | 21.85±0.44 |
葡萄糖 | 0.331±0.014 | 21.74±0.52 |
果糖 | 0.341±0.015 | 21.83±0.47 |
麥芽糖醇 | 0.330±0.017 | 21.72±0.60 |
異麥芽糖 | 0.338±0.008 | 21.86±0.43 |
赤蘚糖醇 | 0.351±0.016 | 21.94±0.38 |
木糖醇 | 0.347±0.005 | 21.94±0.42 |
山梨醇 | 0.320±0.003 | 21.69±0.56 |
甜菊糖苷 | 0.335±0.004 | 22.01±0.49 |
麥芽糊精 | 0.353±0.008 | 21.76±0.94 |
菊粉 | 0.259±0.005 | 21.14±1.05 |
6. 結(jié)論
Aw指標(biāo)具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值，在儲(chǔ)存、原材料加工、半成品生產(chǎn)、開發(fā)具有特定化學(xué)成分的創(chuàng)新產(chǎn)品以及儲(chǔ)存期間（符合海關(guān)聯(lián)盟技術(shù)法規(guī)021/2011《食品安全》的要求）中起著重要作用。通過(guò)控制產(chǎn)品的水分含量和Aw值，可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品儲(chǔ)存期間各種物理化學(xué)、生化和微生物過(guò)程的強(qiáng)度，從而創(chuàng)建“基于水分活度的糖果產(chǎn)品穩(wěn)定性圖"，并生產(chǎn)具有所需保質(zhì)期的產(chǎn)品。這種方法使我們能夠評(píng)估個(gè)別技術(shù)變化對(duì)產(chǎn)品安全性的影響。
