“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，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，但是仍然會有許多酵母菌和霉菌的生長。
這些微生物的生長會導(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℃時在水分活度0.82 aw時開始生長，30℃時在0.86 aw時生長，而在37℃時不能生長。匍匐散囊菌在30℃時水分活度為0.70 aw時開始生長，但是在25和37℃時，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，因此在儲存和運(yùn)輸過程中可能會出現(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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害蟲是寵物食品儲存過程中的另一個潛在問題，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。褐變會導(dǎo)致外觀的變化，也會導(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，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，它就會開始結(jié)塊，這是所有消費(fèi)者不能接受的。
每個新產(chǎn)品都應(yīng)該確定一個臨界水分活度值，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，就可以建立儲存和包裝條件。具有高于實(shí)際儲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
每個組分都會影響終產(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)了一個使用水分活度和水分含量從單個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影響因素。
圖3 Salwin方程預(yù)測平衡時的水分活度
典型的一些寵物食品是軟嚼片和硬片的混合物。堅硬的寵物食品對寵物的牙齒保持清潔是非常有價值的，而柔軟的食品會更美味。當(dāng)這兩種混合時，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開始結(jié)塊。溫度等儲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)品時將利用上述所有信息。第個一目標(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因素。圖3中的Salwin方程在預(yù)測混合成分的終水分活度時非常有用。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?？梢允褂盟治降葴鼐€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)、同時又能保持設(shè)計完整性的產(chǎn)品，以滿足消費(fèi)者的需求。
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