물 활동

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식품안전
조건.
식인성 질환 모범 제조 관행(GMP) 위험 분석 및 임계 제어 지점(HACCP) 위험 분석 및 위험 기반 예방 관리(HARPC) 임계 제어점
임계 요인
뚱뚱한 톰 pH 물 활동(aw)
세균성 병원균
클로스트리디움보툴리누스 대장균 리스테리아 살모넬라균 비브리오콜레라과 크로노박터 spp
바이러스성 병원체
엔테로바이러스 A형 간염 노로바이러스 로타바이러스
기생 병원균
크립토스포리듐 엔타메바 히스토리티카 자르디아 트리치넬라
v t

물 활성(a_w)은 용액 내 물의 부분 증기 압력을 표준 상태의 부분 증기 압력으로 나눈 값이다. 식품과학 분야에서 표준상태는 같은 온도에서 순수한 물의 부분적인 증기압으로 가장 흔히 정의된다. 이 특별한 정의를 사용하면, 순수한 증류수는 정확히 하나의 물 활동을 가진다. 온도가 증가함에 따라 a는_w 일반적으로 증가하며, 결정 소금 또는 설탕이 함유된 일부 제품은 제외된다.

물질이_w 높을수록 더 많은 미생물을 지탱하는 경향이 있다.

물은 높은 a 지역에서_w 낮은 a 지역으로_w 이동한다. 예를 들어 꿀(a_w 0.6)이 습한 공기(a_w 0.7)에 노출되면 꿀은 공기 중의 물을 흡수한다. 살라미(a0_w.87)가 건조한 공기(a0_w.5)에 노출되면 살라미( sal dries0.87)가 마르기 때문에 살라미( salami)가 보존되거나 상할 수 있다.

공식

a의_w 정의:

${\displaystyle a_{w}\equiv p/p*}$

여기서 p는 용액과 평형을 이루는 부분 수증기 압력이고, p*는 같은 온도에서 순수한 물의 부분 증기 압력이다.

대체 정의:

${\displaystyle a_{w}\equiv l_{w}x_{w}}}$

여기서 l는_w 물의 활성계수이고 x는_w 수성분수 내 물의 몰 분율이다.

상대 습도와의 관계: 표본과 평형을 이루는 공기의 상대습도(RH)를 평형 상대습도(ERH)라고도 한다.^[1]

${\displaystyle \mathrm {ERH} =a_{w}\time 100\%}$

21°C에서 일 단위의 MFSL(Mold-Free 쉘프 수명):

${\displaystyle \mathrm {MFSL} =10^{7.91-8.1a_{w}}$^[2]

사용하다

물 활동은 식품 디자인 및 식품 안전의 중요한 특징이다.

식품 디자인

식품 디자이너들은 선반형 식품을 만들기 위해 물 활동을 이용한다. 제품이 특정 물 활동 이하로 유지되면 곰팡이 성장이 억제된다. 이것은 더 긴 저장 수명을 낳는다.

물 활동 값은 또한 다른 성분으로 만들어진 식품 내의 수분 이동을 제한하는 데 도움을 줄 수 있다. 더 높은 수역의 건포도에 더 낮은 수역의 밀기울 조각이 포장되어 있으면, 건포도의 물은 시간이 지남에 따라 밀기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울기울 식품 형성기는 수분 이동량이 그들의 제품에 얼마나 많은 영향을 미치는지 예측하기 위해 물 활동을 이용한다.

식품안전

물 활동은 많은 경우에 위해도분석 및 중요 제어 지점(HACCP) 프로그램의 중요 제어 지점으로 사용된다. 식품의 샘플은 주기적으로 생산 지역에서 채취하여 수질 및 안전에 대한 수질 활동 값이 지정된 범위 내에 있는지 확인하기 위해 시험한다. 측정은 5분 이내로 할 수 있으며, 대부분의 주요 식품 생산 시설에서 정기적으로 이루어진다.

여러 해 동안, 연구원들은 박테리아 성장 잠재력과 수분 함량을 동일시하려고 노력했다. 그들은 그 가치들이 보편적인 것이 아니라 각각의 식품에 특정한 것이라는 것을 발견했다. W. J. Scott는 1953년에 박테리아의 성장이 물 함량이 아닌 물 활동과 관련이 있다는 것을 처음으로 규명했다. 특정 물 활동 값에서 박테리아의 성장이 억제된다는 것은 확고히 확립되어 있다. 미국 식품의약국(FDA)의 중간 수분 식품 규제는 이러한 가치에 근거한다.

식품의 물 활동을 낮추는 것을 킬 스텝으로 보아서는 안 된다. 분유에 관한 연구는 생존 가능한 세포가 훨씬 낮은 물 활동 가치로 존재할 수 있지만 결코 자라지 않는다는 것을 보여준다.^{[citation needed]} 시간이 지남에 따라 박테리아 수치가 감소한다.

측정

물 활성 값은 저항성 전해액, 캐패시턴스 또는 이슬점 희량계를 통해 얻는다.

저항성 전해질 Hygrometer

저항성 전해질 히그로미터는 모세관 힘에 의해 두 개의 작은 유리 막대 사이에 있는 액체 전해액의 형태로 감지 요소를 사용한다. 전해질은 수증기를 흡수하거나 손실하면 저항력이 변한다. 저항은 상대적인 공기 습도 및 표본의 물 활동에도 정비례한다(한 번 증기-액체 평형이 확립되면). 이 관계는 측정 챔버에서 잘 정의되고 재현 가능한 공기 습도를 제공하는 소금물 혼합물을 사용한 검증 또는 교정을 통해 확인할 수 있다.

이 센서는 캐패시턴스 이력계와 센서에서 알 수 있듯이 물리적으로 주어진 이력(hysteresis)을 가지고 있지 않으며, 표면이 효과적인 감지 요소가 아니기 때문에 정기적인 청소가 필요하지 않다. 휘발유는 원칙적으로 측정 성능, 특히 전해질에서 분리되어 저항력을 변화시키는 측정 성능에 영향을 미친다. 그러한 영향은 센서에 도착하기 전에 휘발성 화합물을 흡수하는 화학적 보호 필터를 사용하면 쉽게 피할 수 있다.

캐패시턴스 이력계

캐패시턴스 히그로미터는 고분자막 유전체로 분리된 두 개의 충전판으로 구성된다. 막이 물을 흡착하면 충전을 억제할 수 있는 능력이 높아지고 정전용량도 측정된다. 이 값은 센서별 보정에 의해 결정되는 물 활동에 대략 비례한다.

캐패시턴스 히그로미터는 대부분의 휘발성 화학 물질에 영향을 받지 않으며 다른 대체 센서보다 훨씬 작을 수 있다. 청소할 필요는 없지만 이슬점 히그로미터(+/- 0.015_w a)보다 정확도가 떨어진다. 정기적인 교정 검사를 받아야 하며 폴리머 막의 잔류수(히스테레시스)에 의해 영향을 받을 수 있다.

이슬점 히그로미터

깨끗한 표면에 이슬이 맺히는 온도는 공기의 증기압력과 직결된다. 이슬점 Hygrometer는 닫힌 샘플 챔버 위에 거울을 놓음으로써 작동한다. 거울은 광학 센서를 통해 이슬점 온도가 측정될 때까지 냉각된다. 이 온도는 심리학 차트를 사용하여 챔버의 상대 습도를 구하는 데 사용된다.

이 방법은 이론적으로 가장 정확하고 (+/- 0.003_w a)이며 종종 가장 빠르다. 거울에 이물질이 쌓이면 센서를 청소해야 한다.

등진동

두 가지 방법 중 하나를 사용할 경우 샘플 챔버에서 증기-액체 평형이 발생해야 한다. 이는 시간이 지남에 따라 발생하거나 챔버에 팬이 추가되어 도움을 줄 수 있다. 표본 온도를 측정하지 않는 한 열 평형도 이루어져야 한다.

수분함량

물 활동은 수분 흡착 등기 곡선으로 알려진 비선형 관계에서 수분 함량과 관련이 있다. 이러한 이소체는 물질과 온도에 따라 다르다. 다른 저장 조건에서 시간에 따른 제품 안정성을 예측하는 데 다른 기능을 사용할 수 있다.

습도 조절에 사용

주변의 상대습도보다 물 활동이 큰 용액에서 순증발이 발생한다. 주변의 상대습도보다 물 활성도가 낮은 용액에 의한 순흡수가 있다. 따라서 밀폐된 공간에서는 습도를 조절하는 용액을 사용할 수 있다.^[3]

선택한_w 값

태양 행성 거주성

물은 현재 지구상에 알려진 모든 형태의 생명체에 필요하다. 물이 없으면 미생물 활동이 불가능하다. 일부 미생물을 건조상태(예: 동결건조 후)에서 보존할 수 있다고 해도 물이 없으면 성장이 불가능하다.

미생물은 또한 발달하기에 충분한 공간이 필요하다. 고도로 압축된 벤토나이트와 깊은 점토성형에서 미생물 활동은 공간 부족과 박테리아로 영양소의 이동으로 제한되며, 그들의 신진대사에 의해 생성되는 독소의 제거는 모공수내의 확산에 의해 제어된다. 그래서, "공간과 물 제한"은 깊은 퇴적물에서 미생물 활동의 두 가지 제한 요인이다.^[11] 미생물 활동(예를 들어 황산염 감소세균)에 의해 움직이는 해저 바로 아래 퇴적물의 초기 생물학적 다이오메네시스(biotic diagenesis)는 응집 정도가 너무 중요해져 미생물 생성이 불가능해질 때 종말을 고한다.^[12]

행성 표면과 그 대기에서는 공간 제한이 적용되지 않으므로, 궁극적인 제한 요소는 물 가용성과 물 활동이다.

대부분의 극소성 미생물은 활동하기에 충분한 물을 필요로 한다. 그들의 발전을 위한 물 활동의 문턱은 약 0.6이다. 지구 이외의 다른 행성에도 같은 규칙이 적용되어야 한다. 금성 행성의 대기에서 인산(PH₃)의 감질나게 검출된 후, 이 분자의 형성을 설명하기 위한 알려져 있고 그럴듯한 화학적 메커니즘이 없는 상태에서, 금성 대기에서 중단되는 미생물의 존재가 의심되어 인산염의 미생물 형성에 대한 가설이 제기되어 왔다.카디프 대학의 그리브스 외 연구진(2020)은 미생물 생명에 대해 허용 가능한 온도 범위를 가진 특정 고도에서 금성 구름에 생존 가능한 창이 있을 가능성을 예측했다.^[13]

퀸즈 벨파스트 생물과학대학의 홀스워스 외 연구진(2021년)은 양호한 기온 조건이 만연할 수 있는 금성 대기권 높은 고도에서 구름 속의 극소형 미생물의 생명을 지탱하는 데 필요한 조건을 연구했다. 이미 대부분의 미생물의 생존을 위한 주요 난제를 나타내는 구름 속에 황산이 존재한다는 것 외에도, 그들은 금성 대기는 미생물의 생물을 수용하기 위해 건조하기 매우 어렵다는 결론에 도달했다. 실제로 홀스워스 외 연구진(2021년)은 알려진 극단성애자의 경우 0.585 한계 이하의 두 자릿수인 0.004의 물 활동을 측정했다.^[14] 그래서 금성 구름에서의 물 활성도가 100배 낮아서 지구에서 알려진 0.6의 문턱값으로 금성 대기에서 인산염의 생물학적 기원을 설명하기 위해 그리브스 외(2020)가 예상한 가설은 배제된다.

공간 탐사에 의한 금성 대기의 직접적인 측정은 금성이 지구상에 알려진 가장 극단적인 형태의 생명체일지라도 살기 좋은 세계를 만들기 위해 매우 가혹한 조건들을 가리킨다. 건조된 금성 대기의 극히 낮은 물 활성도는 생명에 대한 매우 제한적인 인자를 나타내며, 혹독한 온도와 압력 조건 또는 황산의 존재보다 훨씬 더 심각하다.

현재 우주 생물학자들은 생명체에 필요한 다른 조건들도 동일한 환경에서 충족된다면 대기 중에 충분한 물 활동이 만연할 수 있는 목성 구름에서 더 유리한 조건들을 만날 수 있다고 생각한다(^[15][16]독성 없는 매체에서 충분한 영양소와 에너지의 공급).

참조

추가 판독값

• Reineccius, Gary (1998). Sourcebook of Flavors. Berlin: Springer. ISBN 978-0-8342-1307-4.
• Fennema, O.R., ed. (1985). Food Chemistry (2nd ed.). New York: Marcell Dekker, Inc. pp. 46–50.
• Bell, L.N.; Labuza, T.P. (2000). Practical Aspects of Moisture Sorption Isotherm Measurement and Use (2nd ed.). Egan, MN: AACC Egan Press.

외부 링크

• 동위원소 효과
• 측정
• http://ac.els-cdn.com/^{[데드링크]}
• 왜 물 활동을 측정해야 하는가?, 신틸랍
• 물 활동을 측정하는 방법, 신틸랍