上海喆圖科學儀器有限公司
基于恒溫恒濕培養箱的低水分食品臨界水分活度測定及防霉保質期預測研究
檢測樣品：餅干
檢測項目：水分活度
方案概述：探究低水分食品在不同相對濕度環境下的吸濕特性及其對霉菌生長的影響，確定其安全儲存的臨界水分活度，并預測貨架期。
摘要：
目的：探究低水分食品在不同相對濕度環境下的吸濕特性及其對霉菌生長的影響，確定其安全儲存的臨界水分活度，并預測貨架期。方法：利用恒溫恒濕培養箱構建5個濕度梯度環境，對樣品進行為期28天的加速儲藏實驗。通過定期測定樣品水分活度、水分含量變化及觀察霉菌生長情況，繪制生長曲線。結果：樣品在相對濕度75%（RH）以上環境中出現明顯霉變，而在70%（RH）以下環境中保持物理性狀穩定且無微生物檢出。結論：該產品的臨界水分活度為0.75，建議包裝阻隔性應能確保產品在儲存期內表面Aw低于0.70，以確保食品安全。
1. 引言
低水分食品（如烘焙食品、干制水產品、方便面等）因其口感酥脆、便于攜帶而深受消費者喜愛。然而，這類產品在生產加工后若未進行嚴格的防潮包裝，極易在流通環節吸收環境水分。當產品表面的水分活度超過微生物生長的臨界值時，霉菌便會迅速繁殖，導致產品變質。
傳統的保質期預測往往依賴于經驗，缺乏定量數據支持。恒溫恒濕培養箱能夠精確模擬不同氣候條件下的溫濕度環境，為研究產品的吸濕特性及微生物生長界限提供了理想的實驗手段。本研究旨在通過模擬實驗，測定某低水分食品的臨界水分活度，為其包裝材料選擇及儲存條件的制定提供科學依據。
2. 材料與方法
2.1 實驗材料與儀器
樣品：某品牌酥性餅干（初始水分含量2.5%，初始水分活度 awaw0.25）。
供試菌種：混合霉菌孢子懸液（包含黑曲霉、青霉等常見環境霉菌）。
主要儀器：
恒溫恒濕培養箱
水分活度儀（精度±0.001awaw）。
電熱鼓風干燥箱。
超凈工作臺。
2.2 實驗方法
2.2.1 樣品預處理與接種
為了模擬最嚴苛的污染場景，將樣品在超凈工作臺中噴灑適量的混合霉菌孢子懸液（濃度約106106 CFU/mL），晾干表面浮水后備用。
2.2.2 濕度梯度的設定與分組
利用恒溫恒濕培養箱設定溫度恒定為 25°C±1°C25°C±1°C（模擬常溫儲存環境），設置5個不同的相對濕度（RH）梯度進行分組實驗：
A組： 60% R.H
B組： 65% R.H
C組： 70% R.H
D組： 75% R.H
E組： 80% R.H
對照組（CK）：密封干燥保存（R.H < 30%）
每組放置3個平行樣品。
2.2.3 吸濕平衡與儲藏觀察
將樣品置于培養箱內的不同擱板上，確保箱內空氣充分循環。每隔24小時取出樣品快速稱重，直至連續兩次稱重質量變化小于0.01g，視為達到吸濕平衡。
達到平衡后，繼續在恒溫恒濕條件下培養。每日定時觀察樣品表面感官變化，并記錄出現肉眼可見霉菌菌落的時間。
2.2.4 指標測定
水分活度（awaw）：使用水分活度儀測定平衡后的樣品表面awaw。
水分含量：采用105°C恒重法測定。
霉變情況：記錄“霉變起始時間”，并觀察菌落生長直徑。
3. 結果與分析
3.1 不同濕度條件下樣品的水分活度平衡情況
實驗結果顯示，隨著培養箱設定相對濕度（RH）的升高，樣品的平衡水分活度（awaw）呈正相關增長。
A組（60% RH）與 B組（65% RH）樣品在平衡后，手感仍較酥脆，awaw分別穩定在 0.58 和 0.62。
C組（70% RH）樣品表面略顯發軟，awaw上升至 0.68。
D組（75% RH）與 E組（80% RH）樣品明顯軟化，失去脆性，awaw分別達到 0.73 和 0.78。
*表1：不同相對濕度下樣品的平衡水分活度*
| 組別 | 環境RH(%) | 平衡后樣品awaw | 樣品感官狀態 |
| A | 60 | 0.58 | 酥脆，無變化 |
| B | 65 | 0.62 | 酥脆，無變化 |
| C | 70 | 0.68 | 微軟，無變化 |
| D | 75 | 0.73 | 發軟，無霉變 |
| E | 80 | 0.78 | 嚴重軟化，無霉變 |
3.2 霉菌生長臨界點的判定
在為期28天的持續觀察中，各組的霉變情況如下：
A、B、C組（RH ≤≤ 70%）：在整個觀察期內，樣品表面均未見肉眼可見的霉菌生長，感官狀態保持穩定。說明在該濕度范圍內，雖然樣品有吸濕現象，但水分活度尚未達到供試霉菌的生長閾值。
D組（RH = 75%）：培養至第12天，在樣品邊緣及縫隙處觀察到白色菌絲；第16天菌絲變綠（確認為霉菌），樣品出現明顯霉味。
E組（RH = 80%）：培養至第7天即出現明顯菌斑，且生長迅速，第10天已覆蓋樣品表面積約30%。
3.3 臨界水分活度的確定
綜合3.1和3.2的數據可知：
當樣品表面 aw<0.70aw<0.70 時（對應環境RH 70%），霉菌不生長，且物理品質（酥脆度）雖有輕微下降但可接受。
當樣品表面 aw≥0.73aw≥0.73 時（對應環境RH 75%），霉菌在第12天左右開始爆發。
結論：該產品的臨界水分活度介于 0.70 至 0.73 之間。為了安全起見，取其下限，確定該產品的安全臨界水分活度為 0.70。
4. 討論
本研究表明，恒溫恒濕培養箱是測定食品臨界水分活度的有效工具。實驗中觀察到，D組（awaw0.73）雖然霉變時間比E組晚，但一旦環境濕度突破臨界點，防霉能力會急劇下降。
在實際生產中，許多低水分食品的霉變往往并非出廠時菌落總數超標，而是因為包裝材料的阻隔性差，導致產品在梅雨季節或高濕倉庫中吸濕，表面局部awaw超過臨界值（0.70）所致。
因此，基于本研究結果，建議企業采取以下措施：
包裝升級：選用透濕率更低的高阻隔包裝材料（如含鋁箔復合袋），并添加高效干燥劑，確保包裝內部微環境RH長期低于60%。
儲運控制：在夏季梅雨季節，倉庫應配備除濕設備，確保環境相對濕度不超過65%。
配方優化：考慮在允許范圍內添加允許使用的防霉劑（如丙酸鈣），適當提高其對濕度的耐受力。
5. 結論
通過恒溫恒濕培養箱模擬環境實驗，測定了目標低水分食品的吸濕特性及霉菌生長界限。結果顯示，該產品在25°C下的安全臨界水分活度為0.70。若環境濕度導致產品表面水分活度超過此值，將面臨極大的霉變風險。本研究為產品的包裝設計、保質期設定及儲運標準的制定提供了定量的科學依據。
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