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除了抗菌劑和抗氧化劑，控制水分活性是影響微生物和組織敗壞另一個主要因素。通過測量控制溫度下密封容器中食品樣品相對空氣濕度，水分活性指食品中結(jié)合水的緊密程度。數(shù)學上用aw=P/Po=%ERH/100表示，其中aw指給定溫度下樣品的水分-水蒸氣壓P和純水壓Po的比。乘以100，水分活性就轉(zhuǎn)換成容器中空氣的均衡相對濕度ERH。
水分活性是水分作為溶劑和參與化學和生化反應的可用性的衡量。大多數(shù)食品腐敗菌能生長的最低aw是0.90，而對于酵母和霉菌最低限制是0.61。aw的水平對孢子形成，發(fā)芽和毒素的產(chǎn)生程度都有直接的影響。除了微生物安全問題，水分活性還影響化學和酶的活性，褐變，淀粉降解，油脂氧化，維生素損失，蛋白質(zhì)變性等。而這些因素都影響食品的風味，組織，顏色和其它活性。
在設(shè)定食品水分活性的同時，食品開發(fā)者也必須考慮如何維持它。高水分活性的食品一開始濕潤，柔嫩和有嚼勁，但是如果水分活性不期下降，食品將變得粗硬而走味。而如果低水分活性和松脆是食品的最初特性，儲存過程中水分活性的提高會導致黏濕而味差的產(chǎn)品，水分活性的提高也可能使干混合物結(jié)團塊，使流動性和混合性變差。
水分活性描述了特定環(huán)境中食品的ERH和化學變化的關(guān)系，高分子科學則描述了水分和溫度對食品組織結(jié)構(gòu)的變化。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)表示聚合體的關(guān)鍵點。將聚合體冷卻低于該溫度，它變得硬而易碎，而如果維持在Tg以上，聚合體以柔韌而彈性的狀態(tài)存在。一些聚合體和食品在高于Tg時應用，另一些則反之�？伤軇ɡ缢┑暮恳彩怯绊懢酆象w玻璃/橡膠狀態(tài)的因素。Tg是非晶態(tài)聚合物的特性，規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)則用熔點描述。不過事情并非如此簡單，食品往往不以完全的非晶態(tài)或晶體系統(tǒng)存在—它可以有Tg也可以有熔點。熔點和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都能由差示掃描量熱分析（Differential Scanning Calorimetry，DSC）計算。
總之，Tg描述了聚合體移動的容易程度—低Tg聚合體移動的相對較容易，高Tg則不移動（它們要求更高的溫度和/或可塑劑）。移動的能力被溫度，可塑劑含量和系統(tǒng)內(nèi)移動分子的大小影響—所有的這些都描述了系統(tǒng)的自由體積。
貨架期控制
但是這如何應用到貨架控制呢？一個簡單的應用例子便是無蔗糖硬質(zhì)糖果。許多這類硬質(zhì)糖果幾乎完全由麥芽糖醇糖漿或氫化淀粉水解物（HSH）組成。麥芽糖醇糖漿含有超過50%的二糖麥芽糖醇，其余部分由單糖山梨糖醇和大分子量的多羥基化合物。氫化淀粉水解物HSH含有低于50%的麥芽糖醇，有更多比例的高分子量多羥基化合物。麥芽糖醇甜度是蔗糖的90%，因此這類糖果的甜度來自麥芽糖醇部分和其它加入的高強度甜味劑。無蔗糖的糖果儲存時會由于水分平衡變化（糖果中水分的提高）和自由體積的增大產(chǎn)生冷變形過程（cold flow）。多年來，這個問題的解決辦法便是將每個糖果單獨包裹或應用異麥芽酮糖醇（Isomalt），一種較低溶解度和保濕的聚合體。
另一個解決辦法，便是保持高含量的麥芽糖醇，提高更高分子量的聚合物比例，盡量降低中間聚合度DP3-10的聚合物和山梨糖醇。國外已經(jīng)有成功的例子：將超過90%的麥芽糖醇溶液和極高分子量的HSH協(xié)同處理，提供麥芽糖醇糖漿很高的甜度和高穩(wěn)定性。這種盡量減少系統(tǒng)中自由體積,控制冷變形的概念能夠被應用到任何含有高分子量物質(zhì)分布的糖漿中。
如果對Tg設(shè)計一個溫度vs固形物含量的計劃，加工后和在貨架期產(chǎn)品存在的狀態(tài)必須事先預測好。要生產(chǎn)酥脆的烘焙產(chǎn)品，它必須焙烤到低于Tg，配料和包裝的設(shè)計需要保證產(chǎn)品溫度/固形物百分比保持在Tg一下。在軟曲奇和蛋糕產(chǎn)品，保持高于Tg同時維持水分活性低于0.6才能取得理想的結(jié)果。這通�？梢酝ㄟ^平衡具有保濕劑的更高分子量的碳水化合物實現(xiàn)，如具有降低水分活性和保持水分多重功效的甘油和山梨糖醇。
形成外層
在不同成分配方的產(chǎn)品時，要記住重要的一點，這些不同成分層次的水分活性經(jīng)過一段時間會達到平衡。果醬果凍接觸烘焙硬皮時，假如果醬的水分活性不降低而硬皮的卻升高接近平衡，最終會產(chǎn)生黏濕的外皮。食用薄膜或其它厭水性屏障也應當考慮。
雙重質(zhì)地的軟曲奇就是如何平衡水分活性和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的一個例子。這種曲奇的內(nèi)層和外層的水分活性必須取得平衡以使得水分遷移經(jīng)可能減少，但同時爽脆的外層脆皮和松軟的內(nèi)部中心是所期望的。由于蔗糖的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高于果糖的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，蔗糖是外層面團的增甜糖，而果糖是內(nèi)部面團的甜味劑。如果曲奇被烘焙到低于外層面團的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，但是高于內(nèi)部面團的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，那么外層就處于玻璃態(tài)（蔗糖重結(jié)晶），而內(nèi)層則保持柔軟有彈性。如果外層的水分活性與內(nèi)層水分活性相同，那么水分遷移就不會發(fā)生來提高外層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
最后，一款產(chǎn)品的外層也能作為一層屏障，一個典型的例子便是巧克力涂層。如果應用得當并且注意力集中在產(chǎn)品涂層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)上，柔韌的內(nèi)層就能有更長的貨架期。
但是并不是所有類型的巧克力能提供同樣的長期品質(zhì)。據(jù)美國威斯康辛大學食品工程大學的教授Richard Hartel指出，“有數(shù)種可可脂應用在巧克力生產(chǎn)中。馬來西亞和印度尼西亞的可可脂較硬，而巴西和其它南美的可可脂被認為更軟，當被壓榨時更易結(jié)白霜。當可可脂在巧克力生產(chǎn)中結(jié)晶，甘油三酸酯聚集成一個有規(guī)律的晶格。乳脂改變這種結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)巧克力，我們正試圖將之形成適當?shù)木罱Y(jié)構(gòu)或者多晶形物。白霜發(fā)生在當巧克力從我們產(chǎn)生的多晶形物轉(zhuǎn)變成更穩(wěn)定的多晶形物的時候。我們認為當添加了乳脂，我們就能防止巧克力轉(zhuǎn)變成更穩(wěn)定的多晶形物。”
通過提取乳脂的更高熔點片斷并將之添加到巧克力中，Hartel能穩(wěn)定來自所有產(chǎn)地的巧克力。他指出，更高熔點的乳脂片斷更類似可可脂，而且乳脂實際上更便宜并且是巧克力標準分類的一部分。
“根據(jù)FDA的規(guī)定，巧克力是指可可脂、可可固形物、糖、牛奶配料和卵磷脂，” Hartel說。“那是所有你能添加到巧克力中的配料。如果應用其它配料，例如植物油，產(chǎn)品就應當被標示為模擬巧克力或巧克力味。”
無論應用在巧克力、肉類還是其它食品產(chǎn)品中，對于貨架穩(wěn)定的加工處理和新興技術(shù)的回顧證明，新興技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展使得食品科學領(lǐng)域更令人感興趣。在今后的發(fā)展中，相關(guān)的技術(shù)將顯著改變貨架期和加工食品的質(zhì)量。
包裝
包裝也能降低食品的氧化。選擇合適包裝的辦法非常關(guān)鍵，貨架期兩周或兩個月的產(chǎn)品包裝有求都有所不同。真空包裝，空氣改性包裝，以及新型活性包裝（將防腐劑如BHA和BHT直接添加包裝材料中）都是方法。而通過限制食品與機器桌等接觸的表面形成生物膜，也是一個方向。
奧瑞岡州立大學（Oregon State University）研究發(fā)現(xiàn)，乳酸鏈球菌素或溶菌酶作為有效的消毒殺菌劑能通過抑制生物膜的形成。克萊姆森大學(Clemson University)的研究者還將的添加乳酸鏈球菌肽和月桂酸以大豆為基質(zhì)塑料薄膜作為午餐肉包裝，結(jié)果顯示能控制李斯特菌Listeria。進一步研究還顯示，應用這種由大豆衍生的塑料作為聚乙烯包裝的復合層，能使生產(chǎn)商利用聚乙烯的彈性和耐性。
加工處理
除了化學和天然防腐劑可控制食品貨架期，合適的加工處理方法也必須配合采用。這些通常受到實用性和花費的限制。常用的方法包括：巴氏消毒，蒸餾，冷凍，輻射，酸化，干燥或用其它一些新技術(shù)。
根據(jù)食品類型，許多方法都可以應用：食品輻照Food irradiation(如肉類處理)，高溫處理UHT(如液態(tài)奶)，微濾microfiltration(如液態(tài)奶處理)，脈沖電場PEF技術(shù)和高壓處理HPP技術(shù)(如果汁，牛奶，液態(tài)雞蛋)，流體動壓hydrodynamic pressure(HDP)(如肉類處理)。
