水分活性は小文字の a に下付きの小文字 w を添えて書く。水を表す英語 water に由来する： a_w。0 から 1 までの無次元の数で、パーセントで書くときは平衡相対湿度 ERH と呼ぶことが多い： a_w = 0.7 は 70 % に当たる。
水分活性と食品の含水率は別の数である。含水率は食品に質量でどれだけ水があるかを表し、水分活性はその水がどれだけ自由かを表す。ハチミツの水分は約 17 %、穀物は約 14 % だが、 a_w はほぼ同じだ。糖は、でんぷんと同じ強さで水を抱え込む。
ガラス瓶にパンが一切れ入っていて、瓶の底には水がある。青いしずくが水面からパンの身へ昇っていく。文字 a_w を透かして、パンの上に三つのカビのコロニーが広がり、そこから胞子が立ちのぼる。ふたの下では霧が出たり消えたりする。右側では湿度計の針が目盛りを進み、赤い印 0.70 に達する。ここから緑色のカビの領域が始まる。
単位シート
菌類学 改訂 2026-10水分活性 a_w
無次元量 · 試料の上の蒸気圧と純水の上の蒸気圧の比
乾パンは何年ももつのに、パンは一週間でカビるのはなぜか
新しいパンを一切れ、密閉した瓶に入れる。五〜七日たつと、緑色の斑点が現れる。同じパンから作った乾パンは、同じ瓶に一年置いても変わらない。どちらにもカビの胞子はいる。違いは、胞子が使える水だけだ。
水の使いやすさは水分活性で測る a_w。これは食品の上の水蒸気圧を、同じ温度での純水の上の蒸気圧で割ったものだ。純水では a_w = 1。新鮮なパンでは約 0.96、乾パンでは約 0.3 である。
ほとんどのカビは a_w が 0.8 以上でないと育たない。最も強いものは約 0.7 から育ち始める。0.6 を下回ると、ほとんど何も育たない。だから穀物は乾かして保管し、書庫は空気の湿度を約 50 % に保ち、ジャムは砂糖をたっぷり入れて煮る。
01 · 定義
蒸気圧 · 等温線 · 成長の限界食品の中の水には自由水と結合水がある。結合水は、でんぷん、タンパク質、糖、塩に保持されている。強く保持されるほど、食品の上の空気に出ていく水分子は少なくなる。だから食品の上の蒸気圧は純水の上より低い。この二つの比が水分活性である。
食品を密閉した空間にしばらく置くと、その上の空気は食品と平衡に達する。すると空気の相対湿度は a_wに 100 を掛けた値に等しくなる。これが利用されている： a_w を、試料の上の小さな室で湿度計によって測る。
食品の含水率と、その a_w との関係を収着等温線という。材料ごとに異なる。含水率 14 % の穀物と含水率 8 % の紙が、同じ a_wをもつことがある。そしてカビにとって大事なのはまさに a_wである。菌が水を取り込めるかどうかを決めるのはこれだ。
最初の斑点はいつ現れるか
上にあるのは試料の入ったガラス瓶で、パン、穀物、本、ジャムから選ぶ。スライダーで瓶の中の空気の湿度を決める。ジャムでは砂糖の割合を決める。試料は少しずつ空気と平衡に達し、その a_w を湿度計が示す。時間は日単位で進む。三種のカビがそれぞれの限界を待っている。好乾性アスペルギルスは 0.70 から、ペニシリウムは 0.80 から、ムコールは 0.90 から育つ。試料の a_w が限界より高くなると、胞子が発芽し、コロニーが広がる。青は水、緑はカビ、赤は限界を示す。下には三つの表示がある。「a_w 日ごと」は、試料の活性がどう変わり、いつコロニーが現れたかを示す。「等温線」は、材料の中の水の量を、それぞれの a_wに対して示す。「カビまでの時間」は、最初のコロニーが出るまでの日数を示す。横軸は a_w.
瓶はパン自身の湿り気を保つ
密閉した瓶の中では、パンは水の行き場がない。少しの水が空気に出て、空気はすぐパンと同じくらい、約 95 % まで湿る。その後パンはほとんど乾かず、カビには十分な水がある。瓶を開けたり、そばにシリカゲルを置いたりすると、空気が乾き、パンは水を放す。そのパンの a_w が 0.7 を下回ると、カビは育たなくなる。こうして乾パンができる。
02 · 換算
空気の湿度 · 食品 · 微生物の限界水分活性から材料の含水率へ
入力する値は a_w、空気の相対湿度、または蒸気圧。一つ目のタブには、この a_w での蒸気圧、パン・穀物・紙の含水率、そして育つことのできる微生物が表示される。二つ目のタブは、 a_w を、ふだんの食品や物ごとに集めている。三つ目のタブは微生物の成長限界。
試料の a_w は温度によってほとんど変わらない。ただし冷やすと、冷たい壁のそばの空気が露点に達することがある。すると瓶のガラスや書庫の壁に水がつき、そこでの a_w は一に等しくなる。だから湿ったものを冷たい壁に寄せてはいけない。
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04 · 測定器
センサー室 · 冷却鏡 · 水分計 · ロガー水分活性は試料の上の空気で測る
水分活性測定器
試料をプラスチックの皿に入れ、小さな密閉室に差し込む。室内の空気は数分で試料と平衡に達する。静電容量式センサーが空気の湿度を、温度計が温度を測る。装置は a_w と、それを測った温度を表示する。方法は規格 ISO 18787 に記されている。
冷却鏡式
試料の上に小さな鏡があり、ペルチエ素子で冷やされる。光線は鏡で反射して光検出器に入る。鏡に露がつくと反射光が弱まり、装置はそのときの鏡の温度、つまり露点を記憶する。露点と試料の温度から、蒸気圧と a_wを計算する。最も正確な方法で、±0.003 まで達する。
穀物水分計
穀物倉庫で測るのは a_wではなく、穀物の含水率である。穀物を二枚の極板のあいだのセルに入れ、装置はその静電容量を測る。水は静電容量を大きく変える。等温線を使って、含水率を a_wに換算する。小麦では、含水率 14 % は a_w 約 0.7 に当たる（20 °C）。だから穀物は 13—14 % まで乾燥させる。
書庫のロガー
紙そのものは、まわりの空気が乾いているかぎり、ほとんどカビない。書庫や図書館では、棚に小さなロガーを置き、毎時間、湿度と温度を記録する。空気の湿度が長く 65—70 % を超えていると、紙も同じ a_wになり、背表紙に斑点が出る。書庫は湿度を約 45—55 % に保つ。
05 · 表記の規則
小数 · 温度 · 含水率との違いa_w は小数で、温度とともに書く
水分活性は 0 から 1 までの数で、小数点以下二、三桁、単位なしで書く。そばに、測ったときの温度を添える。食品の含水率は別に、パーセントで、湿量基準か乾量基準かを添えて書く。
水分活性は小数で表し、72 % はすでに平衡状態の空気の相対湿度だ。「0.72 %」は二つの書き方を混同している。14 % は穀物の含水率であって、活性ではない。限界 0.70 が当てはまるのは a_wであり、材料の含水率ではない。装置は小数点以下五桁までは出さない。また、温度のない空気の湿度は不完全だ。冷えれば、同じ空気でも露が出ることがある。
06 · 隣り合う単位
菌類学 · 圧力 · 溶液水分活性は二つの蒸気圧の比なので、いちばん近い隣はパスカルである。糖と塩は溶液の濃度を通じてこれを下げ、濃度はリットル当たりのモルで測る。水が足りているときにカビがどれだけ速く育つかは、菌糸体の成長の頁に出ている。
07 · 歴史の部
書庫 · 毛髪湿度計から ISO 18787 まで微生物に大事なのは水ではなく水の活性だと、どうして分かったか
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a_w は平衡でのみ意味をもつ
人の髪の毛は、空気が湿ると伸び、乾くと縮む。1783 年のソシュールの湿度計はこれを利用している。髪の毛を小さなばねで張り、てこを介して針を回す。示すのは空気の湿度で、食品の湿度ではない。しかし食品がそばの密閉空間に長く置かれていれば、二つの数は一致する。
鍵になる言葉は「長く」だ。乾いた部屋に置いたばかりの新鮮なパンは水を放し、表面の空気は部屋の空気より湿っている。この交換が続くあいだ、皮の部分と身の中心とでは a_w が違う。だから規格は、平衡を待ち、温度を一定に保つことを求めている。
右は、平衡がないときに起こることだ。センサーの針はまず部屋の湿度へ跳び、それからゆっくりと試料の a_w に近づく。針が止まった値を記録する。
酸を一滴たらすとジュースの色が変わり、塩は炎に色をつけ、水はひとたたきで凍る。その下に、Simetrium のすべてのページが分野別・五十音順に並ぶ。
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