🌡️ 水分活度（aw）
测定食品中的水分活度（aw）— 样品上方水蒸气压与纯水蒸气压之比。食品稳定性和安全性的关键参数。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 21807:2004 / ISO 18787:2017
- 类别: 食品化学
- 操作步骤数: 8
- 各步骤合计时间: 31 分钟–2 小时 11 分钟
- 测量范围: 0–1,000 aw
- 准确度（露点法）: ±0,003 aw
- 准确度（传感器法）: ±0,01 aw
概述
水分活度（aw）是产品中可供化学反应、酶促反应和微生物生长利用的水分的量度。其定义为样品上方水蒸气压（p）与同温度下纯水蒸气压（p₀）之比：aw = p/p₀。标度范围为 0（绝干）至 1,0（纯水）。
水分活度是评估食品安全性和稳定性的关键参数。致病菌（沙门氏菌、李斯特菌、大肠埃希氏菌）在 aw < 0,90 时不生长；酵母在 aw < 0,88 时不生长；霉菌在 aw < 0,70 时不生长；aw < 0,60 时无任何微生物生长。因此 FDA 和欧盟法规将 aw 作为按微生物风险对食品分类的判据。
水分活度按 ISO 21807 和 ISO 18787 所述的物理方法测量。最常用的方法是：（1）冷镜露点法 — 最准确，测量时间 5 min，准确度 ±0,003 aw；（2）测量电解质电导变化或电容式传感器电容 — 时间 30–60 min，准确度 ±0,01 aw。
水分活度不同于水分含量 — 水分相同的两种产品可能 aw 不同，取决于水与基质的结合强度（氢键、渗透、毛细结合）。例如水分为 18% 的蜂蜜 aw ≈ 0,60，而水分为 75% 的鲜肉 aw ≈ 0,99。因此 aw 比单纯的水分含量更能预测微生物学稳定性。
方法原理
水分活度测量基于样品与其上方封闭气相之间达到热力学平衡。达到平衡时，样品上方空气的相对湿度（ERH — 平衡相对湿度）等于水分活度：aw = ERH/100。冷镜（露点）法是将镜面冷却至水蒸气凝结的温度 — 由温差计算蒸气压和 aw。传感器法（电容式/电阻式）测量高分子传感器从样品上方平衡气相吸湿后电学性质的变化。
应用领域
- 食品微生物学稳定性评估（FDA/欧盟判据）
- 干制品（肉干、干果、香草）质量控制
- 糖果制品（巧克力、焦糖、糖果）检验
- 谷物制品（面粉、原粮、面包）控制
- 化妆品和药品分析（稳定性）
- 货架期和最佳食用期限设计
- 按微生物风险对食品分类（HACCP）
- 干燥、冷冻干燥和腌制工艺控制
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 测量范围 | 0–1,000 aw |
| 准确度（露点法） | ±0,003 aw |
| 准确度（传感器法） | ±0,01 aw |
| 测量时间 | 5 min（露点法）、30–60 min（传感器法） |
| 测量温度 | 25,0 ± 0,5°C（标准） |
| 微生物学阈值 | < 0,60 — 无生长；< 0,90 — 无致病菌 |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 21807:2004 / ISO 18787:2017
- 标准名称（波兰语）
- Mikrobiologia żywności i pasz — Oznaczanie aktywności wody
- 标准名称（英语）
- Microbiology of food and animal feeding stuffs — Determination of water activity
分步操作程序
-
仪器校准
用与样品范围相匹配的饱和盐标准（如 NaCl 0,753 和 BaCl₂ 0,903）校准 aw 仪。
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样品制备
将样品均质（固体样品切成小块）。装样品杯至 ¾ 容积。样品温度须为 25 ± 2°C。
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放入测量室
将样品杯放入仪器测量室。密闭测量室。
-
测量水分活度
启动测量。等待平衡（自动提示）。露点法约 5 min。传感器法 30–60 min。
-
读取结果
记录 aw 值，精确至 0,001。记录测量温度。至少做 2 次重复。
-
控制核查
每 10 个样品测量一次 aw 标准（饱和 NaCl = 0,753）。偏差最大 ±0,003（露点法）或 ±0,01（传感器法）。
-
清洁
用干布清洁测量室。传感器室内切勿使用水或溶剂。
-
报告
以重复测量的平均值报告结果，精确至 0,01 aw。注明测量温度。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 水分活度仪（露点式） | METER AquaLab 4TE、Novasina LabMaster-aw neo | 25 000–55 000 PLN |
| 水分活度仪（传感器式） | Rotronic HygroLab C1、Testo 650 配 aw 探头 | 8 000–25 000 PLN |
| 一次性样品杯 | METER/Novasina 样品杯 Ø 40 mm，100 只装 | 300–600 PLN |
| 水分活度标准（饱和盐） | 盐类套装：LiCl（0,113）、MgCl₂（0,328）、NaCl（0,753）、BaCl₂（0,903） | 500–1 500 PLN |
| 恒温器 / 恒温浴（可选） | 测量前使样品温度稳定 | 3 000–8 000 PLN |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 氯化锂 LiCl（aw 标准 0,113） | 7447-41-8 | 低 aw 区间校准用饱和溶液 |
| 氯化镁 MgCl₂（aw 标准 0,328） | 7786-30-3 | 中 aw 区间校准用饱和溶液 |
| 氯化钠 NaCl（aw 标准 0,753） | 7647-14-5 | 饱和溶液 — 最常用的校准标准 |
| 氯化钡 BaCl₂（aw 标准 0,903） | 10361-37-2 | 高 aw 区间校准用饱和溶液 |
职业健康与安全
- BaCl₂ — 有毒（H301、H332）。佩戴手套和护目镜。切勿吞咽！
- LiCl — 有刺激性（H302、H315、H319）。避免接触皮肤和眼睛。
- 食品样品可能含病原菌 — 处理生肉样品时佩戴手套。
- 个人防护 — 手套、实验服。
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 21807:2004 / ISO 18787:2017 — 《Microbiology of food and animal feeding stuffs — Determination of water activity》。
该方法的原理是什么？
水分活度测量基于样品与其上方封闭气相之间达到热力学平衡。达到平衡时，样品上方空气的相对湿度（ERH — 平衡相对湿度）等于水分活度：aw = ERH/100。
测量范围和准确度是多少？
测量范围：0–1,000 aw；准确度（露点法）：±0,003 aw；准确度（传感器法）：±0,01 aw；测量时间：5 min（露点法）、30–60 min（传感器法）。
完成检测需要多长时间？
各步骤所列时间合计约为 31 分钟–2 小时 11 分钟。整个程序共 8 个步骤。
需要哪些设备？
水分活度仪（露点式）、水分活度仪（传感器式）、一次性样品杯、水分活度标准（饱和盐）、恒温器 / 恒温浴（可选）。核心仪器的参考价格（水分活度仪（露点式））：25 000–55 000 PLN。
该检测用于哪些场景？
食品微生物学稳定性评估（FDA/欧盟判据）；干制品（肉干、干果、香草）质量控制；糖果制品（巧克力、焦糖、糖果）检验；谷物制品（面粉、原粮、面包）控制；化妆品和药品分析（稳定性）；货架期和最佳食用期限设计；按微生物风险对食品分类（HACCP）；干燥、冷冻干燥和腌制工艺控制。
需要采取哪些安全防护措施？
BaCl₂ — 有毒（H301、H332）。佩戴手套和护目镜。切勿吞咽！；LiCl — 有刺激性（H302、H315、H319）。避免接触皮肤和眼睛。；食品样品可能含病原菌 — 处理生肉样品时佩戴手套。；个人防护 — 手套、实验服。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 21807。