水分活度在糖果生產(chǎn)中的重要性

水是糖果生產(chǎn)中最重要的成分之一。我們通常認(rèn)為水是非常普通的，但是并不完全了解它在糖果產(chǎn)品中的作用。我們都知道水在產(chǎn)品中的含量，但我們更需要了解它的形式和地位才能真正掌握其功能。

為了更好地了解糖果中水的作用，我們可以使用水分活度作為分析指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)可以幫助我們控制成品的質(zhì)構(gòu)、外觀、風(fēng)味和保證品質(zhì)。本報(bào)告將重點(diǎn)討論水分活度在糖果生產(chǎn)中的重要性。

多年來(lái)，我們都知道水分含量對(duì)糖果生產(chǎn)很重要。我們利用烘箱用干燥失重法來(lái)測(cè)量產(chǎn)品或配料中的水分含量。但是，這種測(cè)量并不是能很好地解釋為什么組分之間不兼容，為什么有些產(chǎn)品的保質(zhì)期短或者為什么有些糖果會(huì)變質(zhì)。測(cè)量糖果的水分活度有助于我們了解這些觀察結(jié)果。

糖果的水分活度可以通過(guò)測(cè)量保持糖果樣品的密閉容器中空氣的平衡濕度來(lái)確定。這種樣品的水分會(huì)在一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

當(dāng)液體或含水的固體至于密閉容器中時(shí)，分子從液相中逸出的速率是恒定的，水的蒸發(fā)與溫度有關(guān)。分子凝結(jié)的速率與蒸汽中的分子數(shù)成比例。當(dāng)蒸發(fā)速率等于冷凝速率時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡（圖1）。

水分活度（A_w）通過(guò)以下等式與相對(duì)濕度相關(guān)聯(lián)：(ERH)=(100)( A_w)。糖果的水分活度也定義為該糖果產(chǎn)生的蒸汽壓除以相同溫度下純水的蒸汽壓：A_w=VP_candy/VP_water。

水分活度（以及ERH）并不是一個(gè)新的概念。但這是一個(gè)不太好處理的分析工具。在過(guò)去，我們測(cè)量水分活度的基本方法是使用各種已知水分活度的飽和溶液的干燥器，樣品放置在干燥器的飽和溶液上方，樣品的水分會(huì)在幾天內(nèi)達(dá)到平衡。通過(guò)樣品的重量的變化來(lái)估算水分活度。這種技術(shù)非常耗時(shí)并且不太準(zhǔn)確。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們有實(shí)驗(yàn)室儀器可以在幾分鐘內(nèi)提供準(zhǔn)確的水分活度測(cè)量。一般可以在3-5分鐘內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量。水分活度儀的操作也僅需把樣品放入樣品杯中，直接開(kāi)始讀數(shù)即可。

為什么了解糖果或配料的水分活度很重要？

糖果中的水分活度可以分為兩類(lèi)，非活性水和自由水。水分活度是衡量糖果中水的緊密成都或者多少水可自由支持微生物活動(dòng)的度量，或者水分遷移到相鄰的組分。結(jié)合在糖果中的水部分與多糖中的羥基，蛋白質(zhì)中的羰基和氨基以及其他極性位點(diǎn)連接。

結(jié)合在糖果中的水部分與多糖（羰基）中的羥基、蛋白質(zhì)和其他極性位置的氨基相連接。

巧克力涂層

以巧克力涂層的葡萄干為例，葡萄干的水分含量約為15%，巧克力的水分含量為0.5%。然而，盡管水分差異很大，但巧克力涂層的葡萄干非常穩(wěn)定，水分不會(huì)從葡萄干進(jìn)入到巧克力中。

組分之間的水分遷移由水分活度預(yù)先確定。水分從高水分活度的組分遷移到低水分活度的組分，因此在開(kāi)發(fā)多組分食品之前，就應(yīng)該知道組分的水分活度值。雖然巧克力含水量低，但是它的水分活度相當(dāng)高，為0.50 aw。有的水它沒(méi)有緊緊束縛。葡萄干具有與巧克力相同的水分活度，這就是涂有巧克力的葡萄干穩(wěn)定的原因。水分不會(huì)從葡萄干遷移到巧克力涂層中。但是，山核桃的水分含量低于葡萄干，但水分活度約為0.65 aw。因此在涂上巧克力之前，山核桃應(yīng)該用防水層密封。

翻糖

我們看一下翻糖生產(chǎn)中水分活度的重要性。翻糖可以是最終產(chǎn)品或者作為配料。翻糖有兩個(gè)組分。翻糖具有糖漿相，其由玉米糖漿固體和溶解在水中的蔗糖組成，此外，翻糖也具有結(jié)晶糖，幸運(yùn)的是，晶體糖的體積很小，以至于口腔對(duì)其沒(méi)有感覺(jué)。但由于這些晶體無(wú)法再溶解，無(wú)論它們多么小，他們都對(duì)水分活度都沒(méi)有影響，對(duì)翻糖的穩(wěn)定性也沒(méi)有影響。

保質(zhì)期和對(duì)微生物敗腐的抵抗力取決于糖漿的濃度。已經(jīng)結(jié)晶的蔗糖對(duì)微生物的生長(zhǎng)沒(méi)有貢獻(xiàn)，已經(jīng)在翻糖中結(jié)晶的蔗糖降低了糖漿的濃度。測(cè)量翻糖中的總固體含量并不能充分描述翻糖的保持特性。我們也需要知道水分活度的大小。

老化后，溶解在翻糖液體中的蔗糖可能會(huì)從溶液中析出。這會(huì)降低液相的濃度，使翻糖更容易收到微生物敗腐的影響。因此，翻糖的水分活度會(huì)隨時(shí)間改變，特別是如果翻糖可以放在暖和的地方。溫度降低了糖漿的粘度并加速了結(jié)晶。

在環(huán)境中敗腐微生物無(wú)處不在。當(dāng)翻糖的水分活度上升到敗腐微生物的耐受范圍時(shí)，微生物活動(dòng)很快發(fā)生。敗腐微生物將軟糖分解成能量、水、二氧化碳、酒精和更多的有害物質(zhì)。最初的微生物活動(dòng)也提高了水分活度，這促使其他微生物也會(huì)開(kāi)始生長(zhǎng)。

如果測(cè)量翻糖的水分活度，那么就知道它是否穩(wěn)定。例如，使用小晶體快速生產(chǎn)的翻糖（例如翻糖機(jī)器）顯示出比使用干混合物或打漿臺(tái)制作的翻糖更低的水分活度。用不同濃度的玉米糖漿制作成的翻糖會(huì)有不同的水分活度值。在水分活度儀的幫助下，可以將配方與所需要的水分活度相匹配，以獲得佳最的穩(wěn)定性。

剛開(kāi)始時(shí)的更容易停止?jié)撛趩?wèn)題而不是糾正問(wèn)題。俗話說(shuō)“一盎司的預(yù)防抵得上一磅的治療”。防止問(wèn)題的成本不是重新加工或這破壞不良的成品。使用水分活度儀就像一個(gè)針對(duì)微生物敗腐的保險(xiǎn)單。

硬糖和焦糖

含有蛋白質(zhì)和簡(jiǎn)單碳水化合物的糖果在烹飪過(guò)程中易于發(fā)生非酶褐變反應(yīng)，這稱之為美拉德反應(yīng)，并且在制作焦糖時(shí)是一個(gè)所期望的反應(yīng)。

隨著水分活度的增加，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的形成增加。當(dāng)糖果質(zhì)量的水分活度在0.60到0.70 aw范圍時(shí)，所需要的褐變速度最快。

通常，褐變是通過(guò)在制造過(guò)程中控制加熱來(lái)完成的。正是在這個(gè)過(guò)程中，水分活度的控制也很重要。之后，固體含量增加到92到95%，這使成品水分活度為0.40到0.50 aw之間。

我們中的許多人都使用估算糖果中還原糖含量的方法來(lái)確定配方是否正確，其實(shí)使用水分活度會(huì)獲得更可靠的結(jié)果。如果糖果需要返工時(shí)，我們通過(guò)測(cè)試返工糖和成品糖的水分活度就可以知道返工糖中是否添加了過(guò)多的還原糖。這將避免制作低水分活度的糖果，其可具有短的保質(zhì)期。

多年來(lái)，我們經(jīng)常被問(wèn)到的一個(gè)問(wèn)題是，“我應(yīng)該使用多少糖漿？”另一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是，“我應(yīng)該使用什么樣的玉米糖漿？”這些是世界上許多部分的重要的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，因?yàn)橛衩滋菨{在許多地方的成本高于蔗糖。每個(gè)人的答案都很簡(jiǎn)單。人們需要添加一定量的玉米糖漿，這將提供滿意的質(zhì)構(gòu)（粘度）和所需要的水分活度。

同樣的答案也適用于所用的玉米糖漿類(lèi)型。如果成品硬糖的水分活度太低，使其易于從環(huán)境中快速吸收水分，則可以添加更多的玉米糖漿。通過(guò)改進(jìn)熬制來(lái)限制糖果中的倒轉(zhuǎn)量也將提高成品硬糖的水分活度并延長(zhǎng)保質(zhì)期。

果凍糖果

在制作淀粉果凍糖果時(shí)，需要足夠的游離水來(lái)是淀粉糊化。如果在熬制過(guò)程中產(chǎn)生不充分的淀粉糊化，則會(huì)導(dǎo)致凝固成不良的果凍。有的糖果公司通過(guò)使用更多的還原糖制作更柔軟的果凍糖來(lái)改變配方。配方的總固體含量沒(méi)有變化，但是糖、玉米糖漿和淀粉溶液沒(méi)有像原來(lái)配方那樣煮熟。即使最終溫度沒(méi)有變化，淀粉也沒(méi)有煮熟。

配方中的水分含量是相同的，但是并不是所有的水都能對(duì)淀粉糊化起作用。初始溶液的水分活度通過(guò)配方變化而降低，因此淀粉可利用的水分減少。當(dāng)改變果凍糖果的配方時(shí)，考慮可利用的水對(duì)生產(chǎn)始終如一的高品質(zhì)糖果非常重要。水分活度儀可以是確保有足夠能夠利用的水分的有用工作。

我們研究了五種制糖應(yīng)用中的水分活度：巧克力涂層、焦糖、硬糖、果凍糖和翻糖。在每種情況下，水分活度都被認(rèn)為是配方和工藝中的一個(gè)重要參數(shù)（圖2）。水分活度很還總要，今天，水分活度儀使用非常簡(jiǎn)單，而且儀器也非?？煽糠€(wěn)定。我們需要在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和生產(chǎn)成熟產(chǎn)品時(shí)考慮水分活度，它將對(duì)我們的工藝改善有非常大的用處。