古代の人はいくつかの新鮮な食品を乾燥させることで貯蔵期間を延長できることを知っていたが、その後、食品中の水の含有量は食品の安定性と安全性と直接関連しておらず、水の「状態」、あるいは食品中の水の「可用性」が食品の安定性と安全性と関連していることを発見し、それによって水分活性の概念を導入した。
水分活性は食品中の水の蒸気圧と同温度での純水の蒸気圧の比である。Awで表して、それは食品中の水分子結合の強度を説明していないで、ただ1つの系の平均的な性質の表現です。
水分活性は食品の品質制御における重要な指標であり、食品の鮮度保持品質と微生物腐敗との関係を考慮する際に、極めて有用である。
強調しなければならないのは、水分活性は相対平衡湿度とは異なり、食品水分活性は食品の内在的な性質を示し、食品の構成構造と関係があり、相対平衡湿度は食品平衡時の大気の性質と関係があることである。
01、
水分活性と微生物の関係
食品中の水活性は食品中の微生物の繁殖、代謝（産毒を含む）、耐性及び生存に影響を与えることができるため、水分活性は食品の腐敗を引き起こす有害微生物と関係があるだけでなく、食品を発酵させるために必要な有益微生物にも同様に影響を与える。
①微生物繁殖への影響
Aw値は微生物の胞子発芽に影響するだけでなく、菌の成長、繁殖にも影響を与える。食品に関連する微生物の多くはAw値が高い場合に成長するのがよく、低いAw値で成長する必要があるのは少数だけだ。
そのため、Aw値を下げると、食品中に繁殖可能な微生物の種類が減少し、各種類の微生物のAw値に対する要求が異なり、細菌の水分活性に対する要求が最も高く、Aw>0.9の時に成長繁殖することができる、次に酵母菌であり、Aw>0.87を要求し、再びカビであり、Awが0.0.8の時に繁殖を開始した。また、同じ属で異なる微生物のAw要求も全く同じではない。
表1微生物の成長に必要な最低水分活性
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異なる微生物種の繁殖の最小Aw値は知られているが、これらの数値の多くは実験室条件で得られたものであり、すなわちAw値のみを制御し、残りの成長条件はすべて最適値に近い条件で得られた。このような条件は食品にとって達成するのが難しいため、文献データは参考になる限界値である。
脱吸着（乾燥）法で得られた食品は、吸着（再水化）法で得られた食品に比べ、前者の微生物の低Awに対する耐性が後者より強いことから、吸着過程は食品の安定性を改善することができるが、このようにして得られた食品の価格は比較的高いことが分かった。
また、グリセリンが存在する場合、いくつかの微生物は低いAw値で成長、二生、胞子形成することができ、そのAw値はNaCIやスクロースを湿潤剤とするよりずっと低く、この点は中湿度食品にとって非常に意義がある。
食塩とショ糖を湿潤剤とすると、多くの食品腐敗を引き起こすグラム陰性菌の限界Aw値は0.95、グラム陽性菌は0.90、黄色ブドウ球菌にとっては、嫌気性の場合は閾値0.9、空気中では0.86であり、Aw値が0.60未満の場合は、高浸透耐性酵母や早生カビを含めてすべての微生物が抑制される。
②微生物代謝活性への影響低下
Aw値は微生物の成長速度を低下させることができ、さらに、食品腐敗速度、食品毒素及び微生物代謝活性も低下するが、異なる代謝過程を中止するために必要な水活性値は異なる。例えば、細菌が胞子を形成するために必要なAw値は、それらが成長する値よりも高い。実際、胞子の双生過程はその成長の閾値の下で発生することができる。
毒素の発生は人体の健康と最も関係のある微生物代謝活動である。クロストリジウムが成長した場合には毒素形成があり、その成長と毒素形成の最低Aw値を維持することができ、A類は0.95、B類は0.94、E類は0.97である。これらの数値は湿潤剤としてNaClを用いた場合に測定され、湿潤剤としてグリセリンを用いた場合、数値はさらに低い。
黄色ブドウ球菌の成長と腸毒素の形成もAwと関係があり、NaClの濃度を増加させると、細菌の成長と腸毒素の形成を抑制でき、腸毒素の抑制効果がより強い。腸毒素Bに対するAw値の低下の影響は、腸毒素Aに対する影響より大きい。
多くのカビから発生する毒枝菌素は少なくとも200種類あるため、Awとカビの成長及び毒素発生との関係は複雑であり、一般的に毒カビの成長に必要な水活性値はその毒素形成に必要な水活性値よりも低いと考えられている。また、代謝水の発生により、成長したカビは成長環境のAw値を増加させることができる。したがって、生毒細菌やカビの存在する食品においては、毒素の存在は極めて可能であり、
③微生物の耐熱性への影響
加熱は食品中の微生物を抑制または殺すための一般的な有効な方法であり、異なる微生物とその胞子の耐熱性が異なる。
細菌の熱抵抗性を決定する諸因子の中で、熱溶媒の物性、化学組成、Aw値などは重要であり、一般的に、細菌胞子の熱抵抗性はAw値の低下に伴って増強され、Awが0.2 ~ 0.4の範囲で最も強い。例えば栄養微生物では、懸濁媒体のAw値を低下させ、熱抵抗性が顕著に増加し、この効果はNaClを湿潤剤として使用する際に顕著である。高濃度溶液中の細菌の熱抵抗性は希薄溶液中よりも低いことがある。溶質自体が加熱中に細胞の熱破壊を強めるためである。
④微生物の生存能力への影響
成長できない微生物は次第に死んでいく。したがって、食物のAw値が微生物成長の最低値を下回ると、微生物の数は徐々に減少する。低Awの場合、グラム陽性菌はグラム陰性菌より生存能力が高い。
冷凍食品（Aw<0.10）では、微生物の数はAw値の低下とともに増加し、この現象は一定の湿度を有する食品では珍しい。タンパク質、非還元糖またはグリセリンなどの保護物質は、食品貯蔵中の細菌の数を増加させることができる。非エステル化脂肪酸や鮮度保持剤などは細菌の死を加速させることができる。また、低いpH値、低酸素と暗光、高湿などにより、乾性食品中の微生物が大量に死亡した。
サルモネラ菌、黄色ブドウ球菌、Cl.Sotulinum食品毒性微生物の生存とAwとの関係に関する研究により、細菌胞子の発芽は栄養細菌の繁殖に必要なAw値より低いことが証明された。そのため、Aw値の低い食品では（胞子の発芽は許容されるが、栄養細菌は成長できない）胞子数が低下し、貯蔵中に無菌になることもある。
食物に含まれる寄生虫の生存は、冷凍または乾燥中に殺すことができる低Aw値にも影響される。肉中の乾燥中のヒルガオの生存状況を研究したところ、発酵ソーセージではAw値が0.949 ~ 0.931の場合、これらの寄生虫は失活し、生ハムではAwは0.948 ~ 0.904であることが観察された。
以上より、適切な条件（Aw値、pH値、湿度、鮮度保持剤など）を選択することにより、微生物を減少または殺すことができ、食品の安定性と安全性を高めることができると結論した。
02、
食品の水分活性度
低水分食品（Aw＝0.0〜0.6）と中水分食品（Aw＝0.6〜0.9）では、Aw値を下げることで食品の安定性と安全性を高めることができるが、高水分食品では（Aw＝0.9〜1.0）、この現象は明らかではない。Aw値は伝統的な食品の鮮度保持に役立つだけでなく、現代の新しい食品の鮮度保持にも役立つ。
食品中のAw値を低下させるには、乾燥脱水、濃縮、または湿潤剤の添加などの方法が一般的である。食品を乾燥または濃縮すると、残留した水に溶質が蓄積し、Aw値を下げることができる。伝統的な食品に使用される湿潤剤は主にNaClとスクロースであり、両者は同じ割合で食品に添加され、NaC 1がAw値を下げる能力はスクロースの3倍である。
新規食品に使用される湿潤剤は主にグリセリン、ソルビトール、乳酸塩、プロペニルエチレングリコールなどである。食品に含水量の低い成分、例えばデンプン、粉ミルク、豆蛋白などを加えることでもAw値を下げることができ、肉製品においても脂肪の添加量を増やすことでAw値を減少させることができる。脂肪中の水の含有量は5 ~ 10%しかなく、肉中の含水量は70 ~ 75%に達するためである。
Awは乾燥食品や湿潤剤を加えた食品の鮮度保持期間、安定性、安全性に促進作用があるが、食品に与える影響の程度には差がある。
新鮮な牛乳、肉、魚、野菜、果物などの高水分食品は、グラム陰性やグラム陽性の細菌に感染しやすく、カビが急速に成長しやすく、微量の塩分を含む食品、例えば牛肉ソーセージなどにも発生し、予防の方法は冷蔵や加熱処理である。
Aw=0.95 ~ 0.90の範囲内の食品、例えば焙煎食品、発酵したチーズ、塩バター、発酵ソーセージ、生ハム、漬物、濃縮枯子汁などに対して棚期を延長することができる。
これらの食品は乾燥と塩化ナトリウム、ショ糖の添加などの方法によって鮮度を維持することができ、高水分食品が発酵すると、pH値、競合菌群及び空気浸透量などが食品の安定性により大きな役割を果たす。
中水分食品、例えば陳チーズ、ハードソーセージ、熟ハム、塩漬け魚、ジャム、果汁グミ、ドライフルーツなどの製品、これらの製品の鮮度保持方法は、適量の食塩または砂糖を加えて乾燥することである。中水分食品の腐敗は主に耐候性カビまたは耐高浸透酵母によるものであるが、耐塩性細菌による腐敗は少ないため、これらの食品にソルビン酸、二酸化硫黄などを加えることで腐敗菌群を抑制することができる。
低水分食品は、Aw値が高い順に配列されている：チョコレート、キャンディ、ハチミツ、ココア、ケーキ、粉ミルク、小麦粉、乾燥野菜など、これらの食品の中で細菌が成長しにくい。これらの製品は乾燥後に低いAw値に達しますが、脱水しすぎないようにしてください。湿潤剤は以上の食品の安定性に一定の役割を果たしているが、多くの場合脱水が決定的な役割を果たしている。
03、
障害効果及び食品防腐への応用
ほとんどの食品の安定性、安全性は低いAw値に完全に依存しておらず、他にも影響要素があり、実際の仕事では、Aw値と他の要素を総合的に考慮しなければならない。
食品工業において、「障害効果」とは食品の貯蔵品質に影響する総合要素を指し、これらの要素は加熱、冷却、水分活性、酸性度、脱酸素、防腐剤及び競争菌群などを含み、「障害効果」から「障害技術」の概念が派生した。
食品防腐の目的を達成するために、1つの方法を採用して上述の諸要素の中の1つの問題を解決して、往々にして理想的な効果を達成できなくて、“障害技術”はいくつかの方法を総合的に使用して、例えば加熱処理、pH値と脱酸素を調節して、防腐剤を添加して、適切な水活度を選択するなど、その中の1つの方法の使用程度と使用量はすべて単独で使用する限界基準に達していないが、各種の方法が協力して作用するため、最終的に鮮度保持効果は比較的
食品の発酵または貯蔵過程における微生物の活動は静的ではなく動的であるため、この微生物予測は食品の防腐にとっても重要である。
食品の内在的障害を考慮する場合、食品貯蔵期の腐敗細菌（例えば真空包装された肉製品中）または食品毒性細菌（例えばソーセージ中）の成長曲線、および低水分食品（乾燥または冷凍製品中）中の食品毒性細菌の残存曲線を理解しなければならない。新型食品研究および開発作業中、障害効果と予測微生物学は製品設計および品質制御に使用でき、食品の危険分析と臨界制御点を制定する。
障害効果は通常、中水分含有食品と高水分食品の開発、例えば中水分含有肉製品に応用され、加工過程で緩和加熱を採用し、同時に塩化ナトリウムまたはショ糖を加えてAw値を下げ、適切に乾燥し、総合処理を経た後、完成品には極めて少ない微生物しか含まれていない。
肉加工後の再感染を防止することは肉の防腐の重要な問題であり、Awを0.69以下に調整し、肉中に存在するミラード反応生成物の作用を加えることで、貯蔵過程でのカビの成長を抑制でき、しかもサルモネラ菌とブドウ球菌を急速に死亡させることができる。
冷凍環境で貯蔵されていない高水分肉製品は、F-spp（すなわち加熱によって製造された棚安定製品）、Aw-sppとpH-sppのいくつかのタイプに分けることができ、これらのすべての製品にとってAw値は同様に重要であり、Aw値を0.97または0.96に調整し、pH値を<6.5に調整し、F-spp高圧滅菌ソーセージ（F>0.4）は低い酸化還元起電力を持つことができ、貯蔵過程で無菌になることができ、残った胞子は芽するが無性繁殖微生物は成長しないため、死亡する。
Aw−sppは加工中に78℃まで加熱するだけで、Aw値は0.95未満であり、少量の細菌胞子が残存し、腐敗毒性微生物だけがブロックされている。
pH−spp中のpHを5.4〜5.6に調整し、緩和加熱過程（80℃）を伴い、損傷した細菌胞子と不活性な細菌による製品再感染を防止するために、これらの過程は包装後に行われた。発酵ソーセージにも障害技術が使用されており、例えば亜硝酸塩、脱酸素、競合菌群の添加、pH値とAw値の調整加熱など、製品の安定性と安全性を確保することができる。障害技術は肉製品の加工に広く応用されている。
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