縱觀水分活度50多年的發(fā)展里程，有大量的文獻(xiàn)來描述測(cè)量水分活度的方法和手段。本文并不是對(duì)水分活度測(cè)量的文獻(xiàn)綜述，而是對(duì)水分活度測(cè)量一些關(guān)鍵的方法和儀器做重點(diǎn)介紹。在Scott的發(fā)現(xiàn)之前，已經(jīng)有許多較早的水分活度測(cè)量方法，比如對(duì)大氣相對(duì)濕度測(cè)量方法的改進(jìn)，以及對(duì)土壤水勢(shì)測(cè)量技術(shù)的引入等。問題是在于沒有可以把儀器直接放入食品中來測(cè)量水分活度的設(shè)備。相反，水分活度是通過直接或間接測(cè)量水蒸汽分壓或者其他和水蒸汽分壓的一些參數(shù)來得到的。不同的水分活度測(cè)量方法和儀器在準(zhǔn)確性、重復(fù)性、測(cè)量速度、校正穩(wěn)定性、線性以及使用便利性方面差別很大。

      Sott在關(guān)于水分活度和微生物生長(zhǎng)的關(guān)系的開拓性研究中采用了雙溫度平衡裝置，如圖1所示。1947年Stokeszui早采用了這個(gè)方法和裝置，利用它來測(cè)量飽和鹽溶液的水分活度，飽和鹽溶液的水分活度參考值到現(xiàn)在還在使用。由于Scott用這個(gè)方法和飽和鹽溶液水分活度參考表，已經(jīng)表明如果有一個(gè)水分活度測(cè)量的參考方法，這個(gè)方法就很有可能是雙溫度平衡技術(shù)。盡管這并不是一個(gè)快速的測(cè)量技術(shù)，但是它可以通過的溫度控制來得到準(zhǔn)確的水分活度值。水分活度在兩個(gè)不同溫度下，通過溫濕度表中的蒸汽壓比例計(jì)算得到。

圖1 雙溫度平衡裝置

      另一個(gè)早期的方法是使用壓力測(cè)量法對(duì)食品的蒸汽壓進(jìn)行直接測(cè)量。1943年Makower和Myers介紹了用于測(cè)量食品水分活度的這種技術(shù)，但是它錯(cuò)誤地等同了所有水分的蒸汽壓。圖2描述了蒸汽壓測(cè)量的裝置。通過良好的技術(shù)和的溫度控制，這些儀器有一個(gè)相對(duì)高的精度（0.002 aw）。而且這個(gè)儀器價(jià)格相對(duì)便宜，但是使用非常滿發(fā)以及非常容易破碎。

圖2 蒸汽壓測(cè)量裝置 Troller, JA & Christian JHB 1978, Water Activity and Food, Academic Press, NY pp13-47.

      多年以來，基于食品或者其他參考材料的水分吸附等溫線這類技術(shù)來測(cè)量水分活度。這些方法包括：等壓平衡，圖形插值和鹽浸漬濾紙法等等。這些技術(shù)的一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)在于所需要的儀器和耗材價(jià)格便宜。只需要一個(gè)干燥器，鹽和天平。圖3所示為等壓平衡室的示意圖。但是他們需要很長(zhǎng)的平衡時(shí)間，因此不用于常規(guī)或者質(zhì)量控制測(cè)試。這些年來，這些技術(shù)已經(jīng)得到了很大的改進(jìn)，但是還是需要1至24個(gè)小時(shí)來測(cè)量水分活度。

圖3 等壓平衡室

       在60年代和70年代初，已經(jīng)有食品公司利用水分活度技術(shù)開始研發(fā)中等水分的食品。于測(cè)量食品水分活度的商業(yè)化儀器也開始出現(xiàn)，這些儀器包括：毛發(fā)或高分子濕度計(jì)、凝固點(diǎn)冷凝、熱電偶濕度計(jì)、電子濕度計(jì)以及鏡面冷凝露點(diǎn)（請(qǐng)參考儀器和傳感器的插圖側(cè)欄）。這些早期的儀器的平衡仍然很慢（需要1至24小時(shí)），測(cè)量范圍也有限，準(zhǔn)確性差。電子濕度計(jì)傳感器技術(shù)在70年代和80年代得到了改進(jìn)，測(cè)量時(shí)間縮短到大約30分鐘，準(zhǔn)確性為±0.015 aw。直到1987年，Decagon Devices公司推出了Aqualab鏡面冷凝露點(diǎn)水分活度儀，測(cè)量時(shí)間縮短到了5分鐘，準(zhǔn)確性達(dá)到了0.003 aw，從此水分活度的測(cè)量更適用于質(zhì)控和工藝控制。

      在2000年，近紅外光譜（NIR）應(yīng)用于水分活度，近紅外用于測(cè)量食品中的水分含量，脂肪，蛋白以及碳水化合物和灰分。然而，用NIR測(cè)量水分活度是一個(gè)非常新的概念。NIR水分活度測(cè)量包括一臺(tái)光譜儀和化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，首先需要對(duì)特定產(chǎn)品進(jìn)行建模，然后利用模型來快速預(yù)測(cè)樣品的水分活度。Decagon已經(jīng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了商業(yè)化，Decagon公司的科學(xué)家對(duì)許多不同類型的食品進(jìn)行了測(cè)量，并且準(zhǔn)確性達(dá)到了0.01 aw。利用近紅外技術(shù)測(cè)量水分活度的潛在優(yōu)勢(shì)是：1)NIR測(cè)量水分活度幾乎是瞬時(shí)，大大減少了測(cè)量時(shí)間。2) NIR方法可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，比如在線分析。3)NIR測(cè)量樣品中的水，而不是樣品在氣體中平衡的水分。

      隨著技術(shù)的發(fā)展，水分活度的測(cè)量時(shí)間已經(jīng)有極大的縮短。在50年前有文獻(xiàn)報(bào)道利用熱電偶濕度計(jì)測(cè)量水分活度時(shí)，平衡時(shí)間需要1個(gè)星期。早期的機(jī)械濕度計(jì) 需要一天甚至更長(zhǎng)時(shí)間來測(cè)量食品中的水分活度。20年前Decagon公司的SC10A熱電偶濕度計(jì)用于測(cè)量食品中的水分活度需要20分鐘的熱平衡時(shí)間以及1-2分鐘的測(cè)量時(shí)間。同時(shí)可以測(cè)9個(gè)樣品。隨著材料和傳感器技術(shù)的改進(jìn)，Aqualab露點(diǎn)水分活度儀只需要2-5分鐘，而利用NIR技術(shù)測(cè)量時(shí)間只需要6秒鐘。

      未來會(huì)發(fā)展什么技術(shù)呢？