“食品安全”是近幾年非常流行的話題之一，我們可以看到，無論是美國《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案》和國內(nèi)的《食品安全法》都要求寵物食品（如人類食品）必須純凈、健康且不得含有有害物質(zhì)。
消費(fèi)者越來越意識到所吃食物的質(zhì)量以及寵物的喂養(yǎng)質(zhì)量。食品質(zhì)量的一個(gè)重要方面是終產(chǎn)品的穩(wěn)定性。食品的物理、化學(xué)或微生物特性的變化可被視為穩(wěn)定性降低，水分活度是影響食品穩(wěn)定性的幾個(gè)重要參數(shù)之一。
水分活度是食品中水分的能量狀態(tài)的度量。它也定義為樣品的水蒸汽壓除以相同溫度下的蒸汽壓。水分活度可以解釋為用于參與物理、化學(xué)和生物反應(yīng)的水的逃逸程度。
水分活度不能與水分含量相混淆。水分含量是游離水分和結(jié)合水分的總和。水分和水分活度之間的關(guān)系取決于特定的材料。例如，二氧化硅可以吸收50%的水分，并保持非常低的水分活度，而結(jié)晶蔗糖吸收的水分很少，直到水分活度達(dá)到0.80 aw。
微生物控制
水分活度在配料和終寵物食品的微生物穩(wěn)定性中起很大的作用。細(xì)菌、霉菌和酵母需要水分才能生長，每種微生物都有低的水分活度，低于該水分活度微生物將不會(huì)生長。表1詳細(xì)列出了抑制不同類型微生物所需的水分活度。食品的水分活度應(yīng)低于0.85 aw，否則需要加強(qiáng)監(jiān)管。水分活度低于0.85 aw時(shí)，由于沒有足夠的水支持病原體的生長，因此認(rèn)為該食品是無害的。
表2列出了許多常見配料和寵物食品的水分活度。干的寵物食品通常在0.40-0.45 aw范圍內(nèi)。在如此低的可利用水分下（<0.60 aw）,微生物的穩(wěn)定性不是問題。但是，罐頭食品通常高于0.85 aw，因此必須作酸化食品處理。從致病菌生長的角度來看，水分活度低于0.85 aw雖然是無害的，但是仍然會(huì)有許多酵母菌和霉菌的生長。
這些微生物的生長會(huì)導(dǎo)致食品敗壞和物理惡化。柔然的寵物食品通常在此中間范圍（0.60-0.85 aw）。為了保護(hù)這些食品，必須進(jìn)行諸如巴氏滅菌、控制pH值或者添加防腐劑等輔助手段。在保持濕潤、耐嚼的食物與防腐劑貨加工的增加成本之間，通常會(huì)選擇一種配方折中方案。
表1 微生物以及低水分活度生長限值
表2 常見寵物食品和配料的水分活度
霉菌和毒素
霉菌可以在低至0.61 aw的水分活度下生長。霉菌的類型、溫度和水分活度在確定生長曲線中起作用。例如，婁地青霉在25℃時(shí)在水分活度0.82 aw時(shí)開始生長，30℃時(shí)在0.86 aw時(shí)生長，而在37℃時(shí)不能生長。匍匐散囊菌在30℃時(shí)水分活度為0.70 aw時(shí)開始生長，但是在25和37℃時(shí)，低的水分活度生長是0.74 aw。這些真菌在酸性條件下比中性條件下生長的更快。
毒素，特別是寵物食品中的霉菌毒素，可能是在微生物生長過程中形成的，但水分活度不會(huì)低于0.80 aw。霉菌毒素的形成取決于霉菌的類型、基質(zhì)和儲(chǔ)存條件，包括pH值、溫度和水分活度。Scudamore等人在1997年對干谷物類寵物食品和野生鳥類種子進(jìn)行了曲黃霉素和赭曲霉毒素的檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)84%的這些食品所含的曲黃霉素含量低于檢出限。在10%的樣品中發(fā)現(xiàn)了含量較低的赭曲霉毒素。在水分較高的食品中，霉菌屬主要有青霉屬、霉菌屬和曲霉菌屬。
真菌毒素可以在谷物如玉米和小麥上生成。加工溫度可以殺死霉菌，但不能清除已經(jīng)形成的毒素。
對于原材料的監(jiān)測可以幫助限制食品中的毒素含量，但是采樣非常困難，因此在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中可能會(huì)出現(xiàn)霉菌生長，從而形成霉菌毒素。霉菌毒素的形成也可能發(fā)生在終的食品儲(chǔ)存過程中。保持終水分活度在0.80 aw下可以避免霉菌毒素的產(chǎn)生。
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害蟲是寵物食品儲(chǔ)存過程中的另一個(gè)潛在問題，在某些情況下可以通過水分活度來控制。螨蟲通常存在于某些食品成分中，并且能夠在加工過程中存活下來。螨蟲在水分活度0.65 aw（5℃）、0.63 aw（25℃）和0.60 aw（40℃）時(shí)活躍，低于0.60 aw的干寵物食品應(yīng)該不含螨蟲。
化學(xué)穩(wěn)定性
水分活度也會(huì)影響化學(xué)穩(wěn)定性。非酶褐變稱之為美拉德反應(yīng)，是單糖和氨基酸之間的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致顏色增加。如圖1所示，非酶褐變發(fā)生在水分活度為0.30-0.80aw之間。褐變會(huì)導(dǎo)致外觀的變化，也會(huì)導(dǎo)致口感的變化。酶也能引起食品中的反應(yīng)，導(dǎo)致食物變味。當(dāng)水分活度為0.80 aw或更低時(shí)，酶的反應(yīng)大大減慢。
圖1 水分活度影響化學(xué)反應(yīng)速率
物理穩(wěn)定性
物理穩(wěn)定性極大地依賴于水分活度。干寵物食品將于他們的環(huán)境達(dá)到后的平衡。如果環(huán)境相對濕度高于產(chǎn)品的平衡水分活度，產(chǎn)品就會(huì)吸水，直到與環(huán)境達(dá)到平衡。如果這種新的水分活度超過了食品的臨界水分活度，它就會(huì)開始結(jié)塊，這是所有消費(fèi)者不能接受的。
每個(gè)新產(chǎn)品都應(yīng)該確定一個(gè)臨界水分活度值，這可以通過一條水分吸附等溫線來確定（圖2）。水分吸附等溫線是在設(shè)定的溫度下，通過測量水分活度和水分含量含得到的。
從水分吸附等溫線可以確定產(chǎn)品在一定能溫度下達(dá)到一定的水分活度時(shí)的水分含量。如果注意到產(chǎn)品的臨界水分活度（物理特性變化）相關(guān)的水分含量，就可以建立儲(chǔ)存和包裝條件。具有高于實(shí)際儲(chǔ)存條件的臨界水分活度的產(chǎn)品不需要特殊包裝，臨界水分活度較低的產(chǎn)品可能需要密封。
圖2 典型的水分吸附等溫線
每個(gè)組分都會(huì)影響終產(chǎn)品的穩(wěn)定性。不同初始水分活度的組分在產(chǎn)品中會(huì)達(dá)到終平衡。一種成分的初始水分活度為0.20 aw，中間成分的水分活度為0.50 aw的噴霧干燥產(chǎn)物將在兩者之間達(dá)到平衡。水分活度高的組分中的水分會(huì)遷移到水分活度低的組分，這樣，每種組分的特性都可能發(fā)生變化。
同樣，這也取決于每種原料的臨界水分活度，以及終產(chǎn)品的臨界水分活度。Salwin在1963年開發(fā)了一個(gè)使用水分活度和水分含量從單個(gè)組分水分吸附等溫線方程來預(yù)測混合物的水分活度（圖3）。為了預(yù)測代表實(shí)際情況，等溫線必須在終產(chǎn)品的溫度下得到。在環(huán)境濕度下的包裝不是一個(gè)影響因素。
圖3 Salwin方程預(yù)測平衡時(shí)的水分活度
典型的一些寵物食品是軟嚼片和硬片的混合物。堅(jiān)硬的寵物食品對寵物的牙齒保持清潔是非常有價(jià)值的，而柔軟的食品會(huì)更美味。當(dāng)這兩種混合時(shí)，可以兩者兼顧。
為了使這種混合食品保持穩(wěn)定，必須開發(fā)單獨(dú)組分和終產(chǎn)品，使終的平衡水分活度允許這兩種組分保持它們原有的特性。
在寵物食品方面，這是許多利專聚焦的方向。
另外，專業(yè)的包裝、加工和配料都是為了達(dá)到保持終產(chǎn)品穩(wěn)定的目的。
配料之間水分的不穩(wěn)定是寵物食品結(jié)塊的常見原因。水從水分活度高的組分轉(zhuǎn)移到水分活度較低的組分，使其中一種成分達(dá)到臨界水分活度后就會(huì)開始結(jié)塊。溫度等儲(chǔ)存因素可以改變反應(yīng)的速率。溫度越低反應(yīng)速率越慢，溫度越高反應(yīng)速率越快。
寵物食品的開發(fā)
食品技術(shù)人員在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)將利用上述所有信息。第個(gè)一目標(biāo)是確定要生產(chǎn)的產(chǎn)品類型（高、中、低水分）。低水分食品的廠家不需要擔(dān)心微生物問題。水分活度將是這種食品物理特性的一個(gè)因素。圖3中的Salwin方程在預(yù)測混合成分的終水分活度時(shí)非常有用。添加鹽、糖和二氧化硅等可以幫助調(diào)整終的水分活度以達(dá)到預(yù)期的終點(diǎn)。
就病原體污染而言，中等水分的食品是安全的，但它會(huì)受到受到變質(zhì)生物體、酶和非酶分解以及物理變化的影響?！睹绹?lián)邦法規(guī)法典》規(guī)定，依賴于控制水分活度以防止有害微生物生長的中等水分食品應(yīng)加工并保持在安全水分水平。
對水分活度進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)整可溶性固形物和水的比例或控制包裝可以做到這一點(diǎn)。進(jìn)一步干燥，或使用鹽、蔗糖或山梨醇等溶質(zhì)可以降低水分活度，然而，這可能不會(huì)產(chǎn)生期望的終產(chǎn)品特征。
防腐劑如苯甲酸鈉、丙酸和山梨酸鉀可以用來控制微生物的生長。pH值、目標(biāo)微生物、口感和成本的因素可以用來決定選用合適的防腐劑。可以使用水分吸附等溫線來預(yù)測產(chǎn)品的物理穩(wěn)定性，并考慮到所需特性的臨界水分活度值。
高水分食品（>0.85 aw），如罐頭寵物食品，必須按照低酸罐頭食品法規(guī)進(jìn)行加工。規(guī)定了水分活度等關(guān)鍵因素必須與熱處理結(jié)合使用。
結(jié)論
為了生產(chǎn)既具有商業(yè)可行性有安全的寵物食品，水分活度必須用做產(chǎn)品開發(fā)的重要指標(biāo)和質(zhì)量保證機(jī)制。
水分活度在任何類型的寵物食品中都是非常重要的考慮因素，因?yàn)樗只疃仍诋a(chǎn)品的物理、化學(xué)和生物穩(wěn)定性中起著重要作用。
寵物食品行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是如何使用正確的配料、加工個(gè)包裝組合，開發(fā)出符合安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、符合成本參數(shù)、同時(shí)又能保持設(shè)計(jì)完整性的產(chǎn)品，以滿足消費(fèi)者的需求。
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