水活性

水活性 (aw) 是溶液中水的蒸汽分压除以标准状态下水的蒸汽分压。 在食品科学领域，标准状态通常被定义为相同温度下的纯水。 使用这个特定的定义，纯蒸馏水的水活度恰好为 1。 水活性是水作为溶剂的热力学活度和平衡后周围空气的相对湿度。 随着温度升高，aw 通常会升高，但某些含有结晶盐或糖的产品除外。

水从高 aw 区域迁移到低 aw 区域。 例如，如果蜂蜜 (aw ≈ 0.6) 暴露在潮湿空气中 (aw ≈ 0.7)，蜂蜜会从空气中吸收水分。 如果意大利腊肠 (aw ≈ 0.87) 暴露在干燥空气 (aw ≈ 0.5) 中，意大利腊肠就会变干，这可能会使它保存或变质。 较低的 aw 物质倾向于支持较少的微生物，因为这些微生物会因水迁移而变干。

aw 的定义是 a w ≡ p p ∗ {\displaystyle a_{w}\equiv {\frac {p}{p{*}}}} 其中 p 是与溶液平衡的水蒸气分压，并且 p* 是相同温度下纯水的（部分）蒸气压。

另一种定义可以是 a w ≡ l w x w {\displaystyle a_{w}\equiv l_{w}x_{w}} 其中 lw 是水的活度系数，xw 是含水部分中水的摩尔分数。

与相对湿度的关系：与样品处于平衡状态的空气的相对湿度 (RH) 也称为平衡相对湿度 (ERH)，通常以百分比形式给出。 根据 E R H = a w × 100 % ，它等于水分活度。

水活性是食品设计和食品安全的重要特征。

食品设计师使用水分活度来配制耐贮存食品。 如果产品保持在一定水分活度以下，则霉菌生长会受到抑制。 这导致更长的保质期。

水分值还可以帮助限制水分在由不同成分制成的食品中的迁移。 如果水分活度较高的葡萄干与水分活度较低的麸皮片包装在一起，随着时间的推移，葡萄干中的水分会迁移到麸皮片中，使葡萄干变硬，麸皮片变湿。 食品配方设计师使用水分活度来预测水分迁移对其产品的影响程度。

在许多情况下，水活性被用作危害分析和关键控制点 (HACCP) 计划的关键控制点。 定期从生产区域抽取食品样品并进行测试，以确保水分活度值在食品质量和安全的指定范围内。 测量可以在短短五分钟内完成，并且在大多数主要食品生产设施中定期进行。

多年来，研究人员试图将细菌生长潜力与含水量等同起来。 他们发现这些价值观不是普遍的，而是针对每种食品的。 W. J. Scott 于 1953 年首次确定细菌生长与水分活度相关，而不是与水分含量相关。可以肯定的是，细菌的生长在特定的水分活度值下会受到抑制。 美国食品和药物管理局 (FDA) 对中间水分食品的规定基于这些值。

降低食品的水分活度不应被视为终止步骤。 对奶粉的研究表明，活细胞可以在低得多的水分活度值下存在，但它们永远不会生长。 随着时间的推移，细菌水平下降。

水活值通过电阻电解、电容或露点湿度计获得。

电阻式电解湿度计使用液体电解质形式的传感元件，该液体电解质通过毛细力保持在两个小玻璃棒之间。 如果吸收或失去水蒸气，电解质会改变电阻。 电阻与相对空气湿度成正比，因此也与样品的水分活度成正比（一旦建立汽液平衡）。

这种关系可以通过使用饱和盐水混合物进行验证或校准来检查，饱和盐水混合物在测量室中提供定义明确且可重现的空气湿度。

该传感器没有任何物理给定的滞后现象，因为它从电容式湿度计和传感器中已知，并且不需要定期清洁，因为它的表面不是有效的传感元件。 原则上，挥发物会影响测量性能，尤其是那些在电解质中离解并因此改变其电阻的挥发物。 使用吸收挥发性化合物的化学保护过滤器可以轻松避免此类影响。