定義
食品中的水可分為結合水和自由水兩類，自由水能被微生物所利用, 結合水則不能。食品中水分含量，不能說明這些水是否都能被微生物所利用,對食品的生產和保藏均缺乏科學的指導作用，因此, 為了表示食品中所含的水分作為生物化學反應和微生物生長的可用價值, 提出了水分活性( 亦稱水分活度,Water activity) 的概念。水活度是吸濕物質在很小的密閉容器內與周圍空間達到平衡時的相對濕度，用0...1.0aw表示。水活性測量主要用在食品行業，常用來檢測產品的保質期和質量。
G.N. Lewis 從平衡熱力學定律嚴密地推導出物質活度的概念, 而Scott 首先將它套用於食品。水分活度的嚴格定義是: Aw=f/f0
式中: f 為溶劑的逸度( 逸度是溶劑從溶液逃脫的趨勢) ; f0 為純溶劑的逸度。
研究發現, 在低壓( 例如室溫) 下, Aw =P/P0 。此等式只有在溶液是理想溶液和存在熱力學平衡的前提下才能成立。然而, 在食品體系一般不符合上述兩個條件, 故在食品中用一個近似式表示, 即Aw≈P/P0 。另外, 還有Aw =ERH/100 的表示法。
式中: Aw 為水分活度, P 為食品中的水蒸氣分壓力; P0 為在相同情況下的純水的蒸汽壓; ERH 為平衡相對濕度(Equilibrium Relative Humidity), 即食品既不散濕也不吸濕時的大氣相對濕度。Aw 與ERH 並不是一回事, 水分活性是樣品固有的一種特性, 而平衡相對濕度是空氣與樣品中的水蒸氣達到平衡時大氣所具有的一種特性。
基本內容
食品水分活度的測定
隨著食品科學技術的發展，食品水分活性的重要性愈來愈受到人們的重視，各國科學家正在研究通過控制水分活性來達到免殺菌保存食品的新途徑。
1理想公式計算法
根據水分活性（以下簡稱Aw）的定義，它可近似等於食品在密封容器內的水蒸汽壓（P）與在相同溫度下的純水蒸汽壓（Po）之比：
根據拉烏爾定律，若理想溶液的溶質和溶劑摩爾數分別為m1和m2，則：
設一摩爾理想溶質溶於一千克水（計55.51摩爾），則此理想溶液的水分活性為：
A w=55.51/1+55.51=0.9823
在含電介質的非理想溶液的A w值可根據下式計算：
ln A w=－υmφ/55.51
式中υ為1分子溶質產生的離子數，m為溶液的摩爾濃度，φ是由溶質決定的常數。
但是大多數食品是由多種組分構成的複雜系統，它的a w值難以用一般公式法計算，雖然也有許多推薦公式，但都有一定適用範圍，主要在食品的可溶性成分以及數量已經明確的條件下適用。比如配製微生物培養基以及研製新的中間水分食品推薦下面公式較為適用：
A w=Aw1×Aw2×Aw3×……
即總的水分活性Aw等於各組分水分活性值的乘積。
一般說來，實際上測定食品水分活性都採用直接測定法。
2直接測定法
根據蒸汽壓、濕度動力學等原理相應出現了不少直接測定儀器。國外也發展了許多測定水分活性的電子儀器，其測定原理有的是根據二電極中吸濕性物質的電導變化，也有的是直接依靠氣體熱傳導的濕度感測器來檢測。這類儀器具有快速、靈敏、精確度高的優點，我國可加強這類儀器的研製。在目前情況下，這種電子儀器的造價高，有些尚需進口，不利於推廣。下面介紹一種坐標內插法，它不需要特殊的儀器裝置。一般實驗室都可採用。
2.1儀器及用具
康維皿容器，分析天平，恆溫箱。
2.2試劑
表4-1標準飽和鹽溶液的Aw值表（25℃）
標準試劑 Aw 標準試劑 Aw
LiClH2OK2C2H2O2MgCl2 6H2OKCO3Mg(NO3)26H2O 0.110.230.330.430.52 NaBr2H2ONaClCdCl2KNO3K2C2O3 0.580.750.820.930.98
註：本表數據取各種文獻數據的平均值
2.3測定方法
主要測定容器是康維皿容器，它分內外二室，測定時在外室加入標準鹽飽和溶液，在內室的鋁箔皿中加入1克左右的待測試樣。試樣套用天平精確稱量，記下初讀數。固體食品試樣最好切細後放入。然後用玻璃蓋塗上真空脂密封，放入恆溫箱在25℃條件下保持2～3小時，然後取出濾波皿再次精確稱出試樣的重量，算出試樣的增減量。如試樣重量增加，說明內室的試樣水分活性比外室的鹽飽和溶液水分活性低，因此在密封容器內試樣由於吸附水分而增重；反之，如試樣的水分活性比鹽飽和溶液水分活性高，則試樣重量減少。
2.4計算
根據試樣與二種以上標準飽和鹽溶液平衡後試樣重量的增減作坐標圖（見圖4-1），縱坐標為試樣重量增減的毫克數，橫坐標為水分活性值。如圖4-1的A點是試樣與標準MgCl26H2O飽和溶液平衡後重量減少20.0毫克，試樣與標準Mg(NO3)26H2O平衡後失重5.2毫克，相應作出B點，與NaCl飽和溶液平衡後試樣增加11.1毫克作出C點，把三點連成一線與橫坐標交於D點，得出試樣的水分活性為0.60。
圖4-1 坐標法測定水分活性
2.5注意事項
（1） 注意稱重試樣的精確度，否則會造成測定誤差。對試樣的Aw值範圍預先最好有個估計，以便正確選用標準鹽飽和溶液。
（2） 若試樣中含有酒精一類水溶性揮發物質時難以正確測定Aw值。
（3） 如有米飯類、油脂類食品在25℃下放置2～3小時測不出Aw值，可繼續放置1～4天，先測定2小時後的試樣重量，然後間隔一定時間稱重，再作坐標求出。把首次與橫坐標的相交點作為測定值。為防止試樣腐爛，可以加入0.2%的山梨酸鉀作為防腐劑。
水活性是食品或材料質量控制的一項重要參數。ROTRONIC設計製造水活性儀已有30多年歷史，結合多年來積累的套用經驗和最先進的數位技術以及軟體，優異的感測器技術，您將獲得最佳的性價比。
為什麼要測量水活性？
水活性定義為物質中水分含量的活性部分或者說自由水。它影響物質物理、機械、化學、微生物特性，這些包括流淌性、凝聚、內聚力和靜態現象。食物上架壽命、顏色、味道、維生素、成分、香味的穩定性；黴菌的生成和微生物的生長特性都直接受水活性值影響。左邊的表格顯示了部分微生物生長所需要的最低水活性值。水活性的控制對產品的保質期非常重要。
如果我們能測出食物中水活性我們就能預知哪種微生物是導致食物腐敗的潛在原因，並能分檢出來。讓我們考慮一下水活性值為0.81的蛋糕，其保質期為21℃時24天。如果水活性提高到0.85，這些指標將降低為21℃時12天。這表明是水活性值決定了微生物生長率。
同樣的，水活性對製藥業也非常重要，它提供的數據表達了如下信息：藥片的內聚力，藥粉的粘結力，包衣的粘著性等等。
水活性與微生物生長
水活性值 微生物
1.00 - 0.91 多數細菌
0.91 - 0.87 多數酵母菌
0.87 - 0.80 多數黴菌
0.80 - 0.75 多數嗜鹽細菌
0.75 - 0.65 乾性黴菌
0.65 - 0.60 耐滲透壓酵母菌
HygroLab 2：
四通道台式表，水活性（Aw）、相對濕度（%RH）和溫度（℃）測量顯示，尤為適合環境試驗箱的校準，在計量行業套用廣泛。
主要功能:
·連線4通道ROTRONIC數字或模擬探頭
·露點、濕球溫度等所有濕度學參數換算
·基於軟體的探頭校準（單點或者多點校準）
可以以第一通道作為參考探頭對其他幾路做歸一化校準
·RS232通訊接口，用計算機運行HW3
·RS485匯流排接口，用於多台組成測量網路
·可選模擬輸出
·可選快速水活性測量軟體包HygroData Quick
快速水活性測量（Aw Quick快速測量模式），使大多數產品的測量在5分鐘左右甚至更短時間內完成測量，需要購買HW3軟體包。
訂貨代碼:
HygroLab 2
HygroData Lab：HW3軟體和RS232串口連線線
HygroData Quick:快速水活性Aw Quick測量軟體包
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多通道水活性快速分析儀
主要功能:
·連線4通道ROTRONIC數字探頭
·具有快速測量模式
通過最佳化的數學模型，在4...6分鐘即可獲得測量結果
·具有標準測量模式
連續的測量，隨平衡相對濕度的改變而改變
·具有傳統測量模式
到平衡建立時，停止測量，保持測量結果
·露點、濕球溫度等所有濕度學參數換算
·基於軟體的探頭校準（單點或者多點校準）
可以第一通道作為參考探頭做歸一化校準
·RS232通訊接口，用計算機運行HW3
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HW3軟體具有獲取實時測量數據、記錄測量過程、描繪測量曲線、軟體校準等強大的功能。
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詳細介紹請參考HW3軟體部分
什麼是水活性？
水活性是吸濕物質在很小的密閉容器內與周圍空間達到平衡時的相對濕度，用0...1.0aw表示。水活性測量主要用在食品行業，常用來檢測產品的保質期和質量。
什麼是平衡相對濕度（ERH）?
平衡相對濕度（ERH）是指吸濕物質與周圍環境水汽交換達到平衡時的相對濕度，用0...100%RH表示。平衡相對濕度典型套用在造紙和醫藥領域。同樣也套用到任何對濕氣敏感的產品中。
水活性與ERH？
水活性是指食品中的水分存在的狀態，即水分與食品的結合程度或者游離程度。結合程度越高，水活性越低，結合程度越低，水活性就越高。而平衡相對濕度（ERH）是指食品周圍空氣的狀態。特別要說的是，ROTRONIC產品為用戶提供了水活性（aw）和相對濕度（%RH）兩種單位。
什麼是水分含量？
水分含量是指固體物質中水占總質量的百分比。
水活性與水分含量的關係？
食品的水分含量越高，水活性越大；但兩者並不存在簡單的正比關係。在恆定溫度下，食品水分含量（%）對水活性（Aw）作圖得到水分等溫吸附線MSI（Moisture Sorption isotherms），如右圖，水分等溫吸附線一般是S型曲線。溫度固定，對於同一種材料，這個圖是唯一的，兩者之間的關係是對應的。但事實上，很多天然原料和食品的成分、化學性質都不可能完全一致，如果關心的是水的比例，則測量水分，如果關心物質對水的吸附和同外界的交換能力則測水活性，我們的水活性設備使用方便，不論在現場還是在實驗室。
為什麼要測量水活性？
水活性是藥品和食品行業重要的參數。它指產品中自由水的量，是酶和微生物生長的基礎數據。
水在產品中，比如食物，被限制在不同的成分中，如蛋白質、鹽、糖。這些化學綁定的水是不影響微生物的。綁定的水分越多，能夠蒸發的水汽就越少，所以產品里含水量多，並不等於它表面的水汽分壓就一定高，平衡相對濕度就一定大，微生物就一定更活躍。
水活性對產品穩定性影響很大（抵抗微生物，香味保持），對粉末結塊、化學品穩定，物理特性如紙張尺寸等都有重要影響。
食品安全
雖然在食物凍結後不能用水分活度來預測食物的安全性，但在未凍結時，食物的安全性確實與食物的水分活度有著密切的關係。水分活度是確定貯藏期限的一個重要因素。當溫度、酸鹼度和其他幾個因素影響產品中的微生物快速生長的時候，水分活度可以說是控制腐敗最重要的因素。總的趨勢是，水分活度越小的食物越穩定，較少出現腐敗變質現象。具體來說水分活度與食物的安全性的關係可從以下各個方面進行闡述：
a 從微生物活動與食物水分活度的關係來看：各類微生物生長都需要一定的水分活度，換句話說，只有食物的水分活度大於某一臨界值時，特定的微生物才能生長。一般說來，大多數細菌為0.94~0.99，大多數黴菌為0.80~0.94，大多數耐鹽菌為0.75，耐乾燥黴菌和耐高滲透壓酵母為0.60~0.65。
當水分活度低於0.60時，絕大多數微生物無法生長。
b 從酶促反應與食物水分活度的關係來看：水分活度對酶促反應的影響是兩個方面的綜合，一方面影響酶促反應的底物的可移動性，另一方面影響酶的構象。食品體系中大多數的酶類物質在水分活度小於0.85 時，活性大幅度降低，如澱粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。
但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度為0.3 甚至0.1 時也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。
c 從水分活度與非酶反應的關係來看：脂質氧化作用：在水分活度較低時食品中的水與氫過氧化物結合而使其不容易產生氧自由基而導致鏈氧化的結束，當水分活度大於0.4 水分活度的增加增大了食物中氧氣的溶解。加速了氧化，而當水分活度大於0.8 反應物被稀釋， 氧化作用降低。Maillard 反應：水分活度大於0.7 時底物被稀釋。水解反應：水分是水解反應的反應物，所以隨著水分活度的增大，水解反應的速度不斷增大。
測定方法
至今仍沒有通過放入食品內部而直接測定水分活性的裝置, 水活度採用間接的方法來測定, 其步驟是將試樣置於一個密閉的容器內, 待達到表觀平衡( 試樣恆重) 後測定容器內的壓力或相對濕度。主要套用的檢測方法和儀器有: 水分活度測定儀( 或被改進的新型水分活度自動檢測儀) 、擴散法、溶劑萃取法、公式模擬法及冰點法。
傳統的擴散法，是中國的國標方法。特點是精確度較高，但方法陳舊，耗時長，且操作複雜。國際上套用最廣的是鏡面冷凝露點儀器法，我國也在向國際標準看齊，近兩年，也即將要出台的糧食水活度和藥品水活度的儀器測定方法。新的水活度標準，採用現在套用最廣的Aqualab鏡面冷凝露點儀器法，在測量精確度和測量時間上將有很大的提高。精確度達到0.003，測定時間5min。這種儀器方法不但準確度和重複性更高，且操作簡便且耗時短。將更適合於生產線上的過程控制，達到快速精確檢測的目的。
