古代的人就知道将一些新鲜食物干燥可以延长贮藏期，后来发现食品中水的含量并不与食品的稳定性和安全性直接相关，而是水的“状态”，或者说食品中水的“可用性”与食品的稳定性和安全性相关，从而引进了水分活度的概念。
水分活度是食品中水的蒸气压与同温下纯水的蒸气压的比值。用Aw来表示，它不说明食品中水分子键合的强度，只是一个体系的平均性质的表述。
水分活度是食品质量控制中的一个重要指标，在考虑一种食品的保鲜质量与微生物腐败之间的关系时，它是极其有用的。
必须强调的是，水分活度与相对平衡湿度不同，食品水分活度表明的是食品内在的性质，与食品的组成结构有关，而相对平衡湿度与食品平衡时大气的性质有关。
01、
水分活度与微生物的关系
食品中的水活性可以影响食品中微生物的繁殖、代谢（包括产毒）、抗性及生存，因此，水分活度不仅与引起食品腐败的有害微生物相关，而且对发酵食品所需要的有益微生物也同样有影响。
①对微生物繁殖的影响
Aw值不仅影响微生物的孢子萌发，而且对菌的生长、繁殖都有影响。大多数与食品有关的微生物在Aw值较高的情况下生长的比较好，只有少数需在较低Aw值下生长。
因此，如果降低Aw值，食品中可繁殖的微生物种类就会减少，各类微生物对Aw值要求不同，细菌对水分活度的要求最高，Aw>0.9时才能生长繁殖；其次是酵母菌，要求Aw>0.87，再次是霉菌，在Aw为.0.8时就开始繁殖。另外，同属而不同种的微生物对Aw要求也不完全相同。
表1 微生物生长必需的最低水分活
尽管人们知道不同微生物种类繁殖的最小Aw值，但这些数值多数是在实验室条件下得到的，即在仅控制Aw值，其余生长条件都接近最佳值的条件下得到的。这样的条件对于食品来说是很难达到，所以文献数据是一个供参考的极限值。由解吸附（干燥）法制得的食品与由吸附（再水化）法制得的食品相比，前者中的微生物对低Aw的耐受性比后者强，由此可知，吸附过程能够改善食品的稳定性，但这样制得的食品价格比较高。另外，当有甘油存在时，某些微生物能在较低Aw值情况下生长、双生及形成孢子，其Aw值比用NaCI或蔗糖作湿润剂要低得多、这一点对于中等湿度食品很有意义。如果用食盐和蔗糖作为湿润剂，多数引起食物腐败的革兰氏阴性菌的极限Aw值为0.95，革兰氏阳性菌为0.90；对于金黄色葡萄球菌来说，厌氧情况下阈值为0.9，在空气中则为0.86，在Aw值低于0.60的情况下，所有的微生物，包括耐高渗酵母和早生霉菌在内都会被抑制。②对微生物代谢活性的影响降低Aw值可以使微生物的生长速度降低，进而，食品腐败速度、食物毒素以及微生物代谢活性也会降低，但中止不同的代谢过程所需的水活性值不同。例如，对于细菌形成孢子所需的Aw值比它们生长的值要高。事实上，孢子的双生过程可以发生在其生长的阈值之下。毒素的产生是与人体健康最有关系的微生物代谢活动。有梭菌生长的情况下就有毒素形成，能够维持其生长和毒素形成的最低Aw值，A类为0.95，B类为0.94，E类为0.97。这些数值是用NaCl作为湿润剂的情况下测得的，若使用甘油作为湿润剂，数值还要低一些。金黄色葡萄球菌的增长和肠毒素的形成也与Aw有关，增加NaCl的浓度，可抑制细菌的生长和肠毒素的形成、对肠毒素的抑制效果更强。降低Aw值对肠毒素B的影响比对肠毒素 A 的影响大。由许多霉菌产生的毒枝菌素至少有200种，所以Aw与霉菌的生长及毒素产生的关系是很复杂的，一般认为生毒霉菌的生长所需的水活性值要比其毒素形成所需的水活性值低。另外，由于代谢水的产生，生长的霉菌可使生长环境的Aw值增加。因此，在有生毒细菌或霉菌存在的食品中，毒素的存在是极有可能的，③对微生物抗热性的影响加热是抑制或杀死食品中微生物的常用的有效方法，不同微生物及其孢子的抗热性不同。决定细菌的抗热性的诸因素中，热溶剂的物理性质、化学组成和Aw值等都是很重要的，一般来说，细菌孢子的抗热性随Aw值的降低而增强，在Aw为0.2~ 0.4的范围内最强。例如在营养微生物中，降低悬浮介质的Aw值、热抗性明显增加，这一效果在用NaCl作润湿剂时是很突出的。有时在高浓度溶液中细菌的热抗性比在稀溶液中低，因为溶质本身在加热过程中会加重细胞的热毁坏。④对微生物存活能力的影响不能生长的微生物会逐渐死亡。因此，如果食物的Aw值低于微生物生长的最低值，那么微生物的数量就会慢慢减少。在低Aw 的情况下，革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌的生存能力强。在冷冻食品中（Aw<0.10），微生物的数量随Aw值降低增加，这种现象在有一定湿度的食品中很少见。蛋白质、非还原糖或甘油等保护性物质可增加食品储藏过程中的细菌数量。非酯化脂肪酸或保鲜剂等则可加速细菌的死亡。此外，较低的pH值、低氧和暗光、高湿等，导致干性食品中微生物大量死亡。通过对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、Cl.Sotulinum食物毒性微生物的生存与Aw之间的关系的研究证明：细菌孢子的萌芽要比营养细菌繁殖所需的 Aw 值低。因此，在Aw 值较低的食品中（允许孢子的萌芽，但营养细菌却不能生长）孢子数会降低，这样的食品在储藏过程中甚至会变成无菌的。食物中带有的寄生虫的生存也受低Aw值的影响，这些寄生虫在冷冻或干燥过程中可被杀死。在研究肉中旋毛虫在干燥过程中的生存情况时观察到，在发酵香肠中当Aw值为0.949~0.931时，这些寄生虫就会失活，而在生火腿中Aw则应为0.948~0.904。从以上所述可以得出这样的结论：通过选择合适的条件（Aw值、pH值、湿度、保鲜剂等），可减少或杀死微生物、从而提高食品稳定性和安全性。02、食品的水分活度 在低水分食品（Aw=0.0～0.6）和中水分食品（Aw=0.6~0.9）中，降低Aw值可提高食品的稳定性和安全性，但在高水分食品中（Aw=0.9~1.0），这一现象不明显。Aw值不仅有助于传统食品的保鲜，而且对现代新型食品的保鲜也有帮助。降低食品中的Aw值，一般采用干燥脱水、浓缩或加入润湿剂等方法。食品经干燥或浓缩后，溶质就会在残留的水中积累，由此可降低Aw值。传统食品中使用的润湿剂主要是NaCl和蔗糖，二者以相同的比例加入到食品中，其中NaC1降低Aw值的能力是蔗糖的三倍。在新型食品中使用的湿润剂主要有甘油、山梨醇、乳酸盐、丙烯基乙二醇等。在食品中加入一些含水量低的组分，如淀粉、奶粉或豆蛋白等也可降低Aw值，在肉制品中，增加脂肪的加入量也会使Aw 值减少，因为脂肪中的水含量很少，仅有5~10%，而肉中含水量高达70~75%。Aw 对于干燥食品或加入润湿剂的食品的保鲜期、稳定性及安全性有促进作用，但对不同食品的影响程度有差别。高水分食品，如鲜牛奶、肉、鱼、蔬菜、水果等，很容易感染革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌或快速生长霉菌、类似的情况也发生在含微量盐分的食品中，如牛肉香肠等，预防的办法是冷藏或加热处理。对Aw=0.95~ 0.90范围内的食品如焙烤食品、发酵的奶酪、加盐黄油、发酵香肠、生火腿、腌菜及浓缩枯子汁等均可延长货架期。这些食品通过干燥和加入氯化钠、蔗糖等方法可保持鲜度，高水分食品发酵以后，pH值、竞争菌群以及空气渗入量等将对食品稳定性起更大的作用。中水分食品，如陈奶酪、硬香肠、熟火腿、腌鱼、果酱、果汁软糖及干果等制品、这些制品的保鲜方法是，加入适量的食盐或糖并进行干燥。中水分食品的腐败主要是由耐早性霉菌或耐高渗酵母引起的，而由耐盐的细菌引起的腐败却很少，因此，在这些食品中加入山梨酸、二氧化硫等可抑制腐败菌群。低水分食品，按Aw值由高到低的顺序排列主要有：巧克力、糖果、蜂蜜、可可、蛋糕、奶粉、面粉及菜干等、这些食品中细菌难以生长。这些产品经干燥后达到很低的Aw值，但应避免脱水过度。润湿剂对以上食品的稳定性起一定作用，但多数情况下脱水起着决定性的作用。03、障碍效应及其在食品防腐中的应用 大部分食品的稳定性、安全性不完全取决于低Aw值，还有一些其它的影响因素、在实际工作中，应将Aw值与其它因素综合考虑。在食品工业中，“障碍效应”是指影响食品贮存质量的综合因素，这些因素包括加热、冷却、水分活度、酸度、脱氧、防腐剂及竞争菌群等，由“障碍效应”而衍生出了“障碍技术”的概念。为了达到食品防腐的目的，采用一种方法解决上述诸因素中的一个问题，往往达不到理想的效果，“障碍技术”是综合使用几种方法，如加热处理、调节pH值和脱氧，加防腐剂、选择合适的水活度等，其中每一种方法的使用程度和使用量都达不到单独使用的极限标准，但由于各种方法协同起作用，最终保鲜效果比较理想。食品在发酵或储藏过程中微生物的活动不是静态的而是动态的，故此微生物预测对于食品防腐也是重要的。当考虑一种食品的内在障碍时，必须了解食物贮藏期腐败细菌（如在真空包装的肉制品中）或食物毒性细菌（如在香肠中）的生长曲线，以及食物毒性细菌在低水分食品（干燥或冷冻制品中）中的残存曲线，在新型食品研究及开发工作中，障碍效应和预测微生物学可用于产品设计及质量控制，制定出食品的危险分析和临界控制点。障碍效应通常应用于含中水分食品和高水分食品的开发，例如含中等水分的肉制品，在加工过程中采用缓和加热，同时加入氯化钠或蔗糖来降低 Aw 值，适当干燥，经综合处理后，成品中仅含有极少的微生物。防止肉加工后的再感染是肉防腐的关键问题，将Aw调至0.69以下、再加上肉中存在的米拉德反应产物的作用，可抑制在储藏过程中霉菌的生长，而且能使沙门氏菌和葡萄球菌快速死亡。不在冷冻环境储藏的高水分肉制品，可分为F-spp（即通过加热制得的货架稳定制品），Aw-spp和pH-spp几种类型，对于所有这些制品来说Aw值是同样重要的，将Aw值调至0.97或0.96，pH值调至<6.5，F-spp高压灭菌香肠（F>0.4）可具有较低的氧化还原电动势，在储藏过程中可以变成无菌的，因为残有的孢子虽然萌芽但无性繁殖微生物都不生长，因此而死亡。Aw-spp在加工过程中只需加热至78℃，Aw值小于0.95，也只有少量细菌孢子残存、腐败毒性微生物被阻滞。将pH-spp中的 pH 调整到5.4 ~ 5.6，并伴随缓和加热过程（80℃），为了防止被损伤的细菌孢子和非活化的细菌对产品再感染，这些过程都是在包装后进行的。发酵香肠也使用了障碍技术，如加入亚硝酸盐、脱氧、竞争菌群、调节pH值和Aw值加热等，可确保产品的稳定性和安全性。障碍技术在肉制品加工中已广泛应用。
尽管人们知道不同微生物种类繁殖的最小Aw值，但这些数值多数是在实验室条件下得到的，即在仅控制Aw值，其余生长条件都接近最佳值的条件下得到的。这样的条件对于食品来说是很难达到，所以文献数据是一个供参考的极限值。
由解吸附（干燥）法制得的食品与由吸附（再水化）法制得的食品相比，前者中的微生物对低Aw的耐受性比后者强，由此可知，吸附过程能够改善食品的稳定性，但这样制得的食品价格比较高。
另外，当有甘油存在时，某些微生物能在较低Aw值情况下生长、双生及形成孢子，其Aw值比用NaCI或蔗糖作湿润剂要低得多、这一点对于中等湿度食品很有意义。
如果用食盐和蔗糖作为湿润剂，多数引起食物腐败的革兰氏阴性菌的极限Aw值为0.95，革兰氏阳性菌为0.90；对于金黄色葡萄球菌来说，厌氧情况下阈值为0.9，在空气中则为0.86，在Aw值低于0.60的情况下，所有的微生物，包括耐高渗酵母和早生霉菌在内都会被抑制。
②对微生物代谢活性的影响降低
Aw值可以使微生物的生长速度降低，进而，食品腐败速度、食物毒素以及微生物代谢活性也会降低，但中止不同的代谢过程所需的水活性值不同。例如，对于细菌形成孢子所需的Aw值比它们生长的值要高。事实上，孢子的双生过程可以发生在其生长的阈值之下。
毒素的产生是与人体健康最有关系的微生物代谢活动。有梭菌生长的情况下就有毒素形成，能够维持其生长和毒素形成的最低Aw值，A类为0.95，B类为0.94，E类为0.97。这些数值是用NaCl作为湿润剂的情况下测得的，若使用甘油作为湿润剂，数值还要低一些。
金黄色葡萄球菌的增长和肠毒素的形成也与Aw有关，增加NaCl的浓度，可抑制细菌的生长和肠毒素的形成、对肠毒素的抑制效果更强。降低Aw值对肠毒素B的影响比对肠毒素 A 的影响大。
由许多霉菌产生的毒枝菌素至少有200种，所以Aw与霉菌的生长及毒素产生的关系是很复杂的，一般认为生毒霉菌的生长所需的水活性值要比其毒素形成所需的水活性值低。另外，由于代谢水的产生，生长的霉菌可使生长环境的Aw值增加。因此，在有生毒细菌或霉菌存在的食品中，毒素的存在是极有可能的，
③对微生物抗热性的影响
加热是抑制或杀死食品中微生物的常用的有效方法，不同微生物及其孢子的抗热性不同。
决定细菌的抗热性的诸因素中，热溶剂的物理性质、化学组成和Aw值等都是很重要的，一般来说，细菌孢子的抗热性随Aw值的降低而增强，在Aw为0.2~ 0.4的范围内最强。例如在营养微生物中，降低悬浮介质的Aw值、热抗性明显增加，这一效果在用NaCl作润湿剂时是很突出的。有时在高浓度溶液中细菌的热抗性比在稀溶液中低，因为溶质本身在加热过程中会加重细胞的热毁坏。
④对微生物存活能力的影响
不能生长的微生物会逐渐死亡。因此，如果食物的Aw值低于微生物生长的最低值，那么微生物的数量就会慢慢减少。在低Aw 的情况下，革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌的生存能力强。
在冷冻食品中（Aw<0.10），微生物的数量随Aw值降低增加，这种现象在有一定湿度的食品中很少见。蛋白质、非还原糖或甘油等保护性物质可增加食品储藏过程中的细菌数量。非酯化脂肪酸或保鲜剂等则可加速细菌的死亡。此外，较低的pH值、低氧和暗光、高湿等，导致干性食品中微生物大量死亡。
通过对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、Cl.Sotulinum食物毒性微生物的生存与Aw之间的关系的研究证明：细菌孢子的萌芽要比营养细菌繁殖所需的 Aw 值低。因此，在Aw 值较低的食品中（允许孢子的萌芽，但营养细菌却不能生长）孢子数会降低，这样的食品在储藏过程中甚至会变成无菌的。
食物中带有的寄生虫的生存也受低Aw值的影响，这些寄生虫在冷冻或干燥过程中可被杀死。在研究肉中旋毛虫在干燥过程中的生存情况时观察到，在发酵香肠中当Aw值为0.949~0.931时，这些寄生虫就会失活，而在生火腿中Aw则应为0.948~0.904。
从以上所述可以得出这样的结论：通过选择合适的条件（Aw值、pH值、湿度、保鲜剂等），可减少或杀死微生物、从而提高食品稳定性和安全性。
02、
食品的水分活度
在低水分食品（Aw=0.0～0.6）和中水分食品（Aw=0.6~0.9）中，降低Aw值可提高食品的稳定性和安全性，但在高水分食品中（Aw=0.9~1.0），这一现象不明显。Aw值不仅有助于传统食品的保鲜，而且对现代新型食品的保鲜也有帮助。
降低食品中的Aw值，一般采用干燥脱水、浓缩或加入润湿剂等方法。食品经干燥或浓缩后，溶质就会在残留的水中积累，由此可降低Aw值。传统食品中使用的润湿剂主要是NaCl和蔗糖，二者以相同的比例加入到食品中，其中NaC1降低Aw值的能力是蔗糖的三倍。
在新型食品中使用的湿润剂主要有甘油、山梨醇、乳酸盐、丙烯基乙二醇等。在食品中加入一些含水量低的组分，如淀粉、奶粉或豆蛋白等也可降低Aw值，在肉制品中，增加脂肪的加入量也会使Aw 值减少，因为脂肪中的水含量很少，仅有5~10%，而肉中含水量高达70~75%。
Aw 对于干燥食品或加入润湿剂的食品的保鲜期、稳定性及安全性有促进作用，但对不同食品的影响程度有差别。
高水分食品，如鲜牛奶、肉、鱼、蔬菜、水果等，很容易感染革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌或快速生长霉菌、类似的情况也发生在含微量盐分的食品中，如牛肉香肠等，预防的办法是冷藏或加热处理。
对Aw=0.95~ 0.90范围内的食品如焙烤食品、发酵的奶酪、加盐黄油、发酵香肠、生火腿、腌菜及浓缩枯子汁等均可延长货架期。
这些食品通过干燥和加入氯化钠、蔗糖等方法可保持鲜度，高水分食品发酵以后，pH值、竞争菌群以及空气渗入量等将对食品稳定性起更大的作用。
中水分食品，如陈奶酪、硬香肠、熟火腿、腌鱼、果酱、果汁软糖及干果等制品、这些制品的保鲜方法是，加入适量的食盐或糖并进行干燥。中水分食品的腐败主要是由耐早性霉菌或耐高渗酵母引起的，而由耐盐的细菌引起的腐败却很少，因此，在这些食品中加入山梨酸、二氧化硫等可抑制腐败菌群。
低水分食品，按Aw值由高到低的顺序排列主要有：巧克力、糖果、蜂蜜、可可、蛋糕、奶粉、面粉及菜干等、这些食品中细菌难以生长。这些产品经干燥后达到很低的Aw值，但应避免脱水过度。润湿剂对以上食品的稳定性起一定作用，但多数情况下脱水起着决定性的作用。
03、
障碍效应及其在食品防腐中的应用
大部分食品的稳定性、安全性不完全取决于低Aw值，还有一些其它的影响因素、在实际工作中，应将Aw值与其它因素综合考虑。
在食品工业中，“障碍效应”是指影响食品贮存质量的综合因素，这些因素包括加热、冷却、水分活度、酸度、脱氧、防腐剂及竞争菌群等，由“障碍效应”而衍生出了“障碍技术”的概念。
为了达到食品防腐的目的，采用一种方法解决上述诸因素中的一个问题，往往达不到理想的效果，“障碍技术”是综合使用几种方法，如加热处理、调节pH值和脱氧，加防腐剂、选择合适的水活度等，其中每一种方法的使用程度和使用量都达不到单独使用的极限标准，但由于各种方法协同起作用，最终保鲜效果比较理想。
食品在发酵或储藏过程中微生物的活动不是静态的而是动态的，故此微生物预测对于食品防腐也是重要的。
当考虑一种食品的内在障碍时，必须了解食物贮藏期腐败细菌（如在真空包装的肉制品中）或食物毒性细菌（如在香肠中）的生长曲线，以及食物毒性细菌在低水分食品（干燥或冷冻制品中）中的残存曲线，在新型食品研究及开发工作中，障碍效应和预测微生物学可用于产品设计及质量控制，制定出食品的危险分析和临界控制点。
障碍效应通常应用于含中水分食品和高水分食品的开发，例如含中等水分的肉制品，在加工过程中采用缓和加热，同时加入氯化钠或蔗糖来降低 Aw 值，适当干燥，经综合处理后，成品中仅含有极少的微生物。
防止肉加工后的再感染是肉防腐的关键问题，将Aw调至0.69以下、再加上肉中存在的米拉德反应产物的作用，可抑制在储藏过程中霉菌的生长，而且能使沙门氏菌和葡萄球菌快速死亡。
不在冷冻环境储藏的高水分肉制品，可分为F-spp（即通过加热制得的货架稳定制品），Aw-spp和pH-spp几种类型，对于所有这些制品来说Aw值是同样重要的，将Aw值调至0.97或0.96，pH值调至<6.5，F-spp高压灭菌香肠（F>0.4）可具有较低的氧化还原电动势，在储藏过程中可以变成无菌的，因为残有的孢子虽然萌芽但无性繁殖微生物都不生长，因此而死亡。
Aw-spp在加工过程中只需加热至78℃，Aw值小于0.95，也只有少量细菌孢子残存、腐败毒性微生物被阻滞。
将pH-spp中的 pH 调整到5.4 ~ 5.6，并伴随缓和加热过程（80℃），为了防止被损伤的细菌孢子和非活化的细菌对产品再感染，这些过程都是在包装后进行的。发酵香肠也使用了障碍技术，如加入亚硝酸盐、脱氧、竞争菌群、调节pH值和Aw值加热等，可确保产品的稳定性和安全性。障碍技术在肉制品加工中已广泛应用。
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