수분 활성도는 소문자 a에 아래첨자 소문자 w를 붙여 쓴다. 물을 뜻하는 영어 water에서 따온 것이다: a_w. 이것은 0에서 1 사이의 무차원 수다. 흔히 백분율로, 평형 상대 습도 ERH로 쓴다: a_w = 0.7은 70 %에 해당한다.
수분 활성도와 식품의 함수율은 다른 수다. 함수율은 식품에 질량으로 물이 얼마나 들었는지를, 수분 활성도는 그 물이 얼마나 자유로운지를 말해 준다. 꿀에는 물이 약 17 %, 곡물에는 약 14 % 들어 있지만, a_w 는 두 경우 거의 같다. 당은 녹말만큼 단단히 물을 붙든다.
유리병 안에 빵 한 조각이 놓여 있고 병 바닥에는 물이 있다. 파란 물방울이 물에서 빵 속살로 올라간다. 글자 a_w 를 뚫고 빵 위에 곰팡이 집락 세 개가 자라나고, 거기서 포자가 피어오른다. 뚜껑 아래에서는 안개가 생겼다 사라진다. 오른쪽에서는 습도계 바늘이 눈금을 따라 움직여 빨간 표시 0.70에 닿는다. 여기서부터 초록색 곰팡이 영역이 시작된다.
단위 시트
균학 개정 2026-10수분 활성도 a_w
무차원량 · 시료 위 수증기압과 순수한 물 위 수증기압의 비
러스크는 몇 해를 가는데 빵은 왜 일주일 만에 곰팡이가 필까
신선한 빵 한 조각을 밀폐한 병에 넣는다. 닷새에서 이레 뒤면 초록색 얼룩이 생긴다. 같은 빵으로 만든 러스크는 같은 병에서 일 년을 두어도 변하지 않는다. 곰팡이 포자는 둘 다에 있다. 차이는 포자가 가져갈 수 있는 물뿐이다.
물을 쓸 수 있는 정도는 수분 활성도로 잰다 a_w. 식품 위의 수증기압을 같은 온도에서 순수한 물 위의 수증기압으로 나눈 값이다. 순수한 물에서는 a_w = 1이다. 신선한 빵은 약 0.96, 러스크는 약 0.3이다.
대부분의 곰팡이에게는 a_w 가 0.8 이상 필요하다. 가장 잘 견디는 곰팡이는 0.7 안팎에서 자라기 시작한다. 0.6 아래에서는 거의 아무것도 자라지 않는다. 그래서 곡물은 말려서 보관하고, 기록물 보관소는 공기 습도를 약 50 %로 유지하며, 잼은 설탕을 많이 넣어 졸인다.
01 · 정의
수증기압 · 등온선 · 성장 한계식품 속의 물은 자유수와 결합수로 나뉜다. 결합수는 녹말, 단백질, 당, 소금이 붙들고 있다. 붙드는 힘이 셀수록 식품 위 공기로 나가는 물 분자가 적다. 그래서 식품 위의 수증기압은 순수한 물 위보다 낮다. 이 둘의 비가 바로 수분 활성도다.
식품을 밀폐된 공간에 한동안 두면 그 위의 공기가 식품과 평형을 이룬다. 그러면 공기의 상대 습도는 a_w에 100을 곱한 값과 같아진다. 이 점이 이용된다: a_w 를 시료 위의 작은 챔버에서 습도계로 잰다.
식품의 함수율과 그 식품의 a_w 의 관계를 수착 등온선이라고 한다. 재료마다 다르다. 함수율 14 %의 곡물과 함수율 8 %의 종이가 같은 a_w를 가질 수 있다. 그런데 곰팡이에게 중요한 것은 바로 a_w다. 균이 물을 빨아들일 수 있는지를 결정하는 것이 이것이다.
첫 얼룩은 언제 나타나는가
위쪽은 시료가 든 유리병이다. 빵, 곡물, 책, 잼 중에서 고른다. 슬라이더로 병 속 공기의 습도를 정하고, 잼은 설탕 비율을 정한다. 시료는 서서히 공기와 평형을 이루고, 그 a_w 를 습도계가 보여 준다. 시간은 날 단위로 흐른다. 곰팡이 세 종류가 각자의 한계를 기다린다. 호건성 아스페르길루스는 0.70부터, 페니실륨은 0.80부터, 털곰팡이는 0.90부터 자란다. 시료의 a_w 가 한계보다 높아지면 포자가 발아하고 집락이 퍼진다. 파란색은 물, 초록색은 곰팡이, 빨간색은 한계를 나타낸다. 아래에는 세 가지 보기가 있다. “a_w 날짜별”은 시료의 활성도가 어떻게 변하고 집락이 언제 나타났는지를 보여 준다. “등온선”은 재료 속 물의 양을 각각의 a_w에서 보여 준다. “곰팡이까지의 시간”은 첫 집락이 나타날 때까지 며칠을 기다려야 하는지 보여 준다. 가로축은 a_w.
병은 빵 자신의 습기를 지킨다
밀폐한 병 안에서는 빵이 물을 내보낼 곳이 없다. 물이 조금 공기로 나가고, 공기는 금세 빵만큼 눅눅해져 약 95 %가 된다. 그 뒤로 빵은 거의 마르지 않고 곰팡이에게는 물이 충분하다. 병을 열거나 옆에 실리카겔을 두면 공기가 마르고 빵은 물을 내놓는다. 빵의 a_w 가 0.7 아래로 내려가면 곰팡이는 더 자라지 않는다. 이렇게 러스크가 된다.
02 · 환산
공기 습도 · 식품 · 미생물 한계수분 활성도에서 재료의 함수율로
입력하는 값은 a_w, 공기의 상대 습도, 또는 수증기압이다. 첫 번째 탭은 이 a_w 에서의 수증기압, 빵·곡물·종이의 함수율, 어떤 미생물이 자랄 수 있는지를 보여 준다. 두 번째 탭은 a_w 를 흔한 식품과 물건별로 모아 둔다. 세 번째 탭은 미생물의 성장 한계다.
시료의 a_w 는 온도에 따라 거의 변하지 않는다. 하지만 식으면 찬 벽 가까이의 공기가 이슬점에 이를 수 있다. 그러면 병의 유리나 보관소의 벽에 물이 맺히고, 거기서는 a_w 가 하나와 같아진다. 그래서 축축한 물건을 찬 벽 가까이에 두면 안 된다.
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04 · 측정 기기
센서 챔버 · 냉각 거울 · 수분계 · 로거수분 활성도는 시료 위의 공기로 잰다
수분 활성도 분석기
시료를 플라스틱 접시에 담아 작고 밀폐된 챔버에 밀어 넣는다. 챔버 속 공기는 몇 분 안에 시료와 평형을 이룬다. 정전 용량식 센서가 공기의 습도를, 온도계가 온도를 잰다. 기기는 a_w 와 그것을 잰 온도를 보여 준다. 이 방법은 ISO 18787 규격에 기술되어 있다.
냉각 거울
시료 위에 작은 거울이 있고 펠티에 소자가 이를 식힌다. 빛이 거울에서 반사되어 광검출기로 들어간다. 거울에 이슬이 맺히면 반사광이 약해지고, 기기는 그때의 거울 온도, 즉 이슬점을 기억한다. 이슬점과 시료 온도로 수증기압과 a_w를 계산한다. 가장 정확한 방법으로, ±0.003까지 간다.
곡물 수분계
곡물 저장 시설에서 재는 것은 a_w가 아니라 곡물의 함수율이다. 곡물을 두 극판 사이의 셀에 채우면 기기가 그 정전 용량을 잰다. 물이 정전 용량을 크게 바꾸기 때문이다. 등온선으로 함수율을 a_w로 환산한다. 밀의 함수율 14 %는 a_w 약 0.7에 해당하며(20 °C), 그래서 곡물을 13—14 %까지 말린다.
보관소의 로거
종이 자체는 주위 공기가 건조한 동안에는 거의 곰팡이가 슬지 않는다. 기록물 보관소와 도서관에서는 서가에 작은 로거를 두고 매시간 습도와 온도를 기록한다. 공기 습도가 오랫동안 65—70 %를 넘으면 종이도 같은 a_w에 이르고 책등에 얼룩이 생긴다. 서고는 습도를 약 45—55 %로 유지한다.
05 · 표기 규칙
소수 · 온도 · 함수율과의 차이a_w는 소수로, 온도와 함께 쓴다
수분 활성도는 0에서 1 사이의 수로, 소수점 아래 두세 자리까지, 단위 없이 쓴다. 옆에 잰 온도를 적는다. 식품의 함수율은 따로, 백분율로, 습량 기준인지 건량 기준인지 밝혀 쓴다.
수분 활성도는 소수이고, 72 %는 이미 평형 상태 공기의 상대 습도다. “0.72 %”는 두 표기를 뒤섞은 것이다. 14 %는 곡물의 함수율이지 활성도가 아니다. 한계 0.70이 적용되는 것은 a_w이지 재료의 함수율이 아니다. 기기는 소수점 아래 다섯 자리까지는 내지 않는다. 또 온도 없는 공기 습도는 불완전하다. 식으면 같은 공기에서도 이슬이 맺힐 수 있다.
06 · 이웃 단위
균학 · 압력 · 용액수분 활성도는 두 수증기압의 비라서 가장 가까운 이웃은 파스칼이다. 당과 소금은 용액의 농도를 통해 이를 낮추고, 농도는 리터당 몰로 잰다. 물이 충분할 때 곰팡이가 얼마나 빨리 자라는지는 균사체의 성장 자료표에 나와 있다.
07 · 역사 부문
보관소 · 머리카락 습도계에서 ISO 18787까지미생물에게 중요한 것이 물이 아니라 물의 활성도임을 어떻게 알았을까
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a_w는 평형에서만 의미가 있다
사람의 머리카락은 공기가 습해지면 늘어나고 마르면 줄어든다. 1783년의 소쉬르 습도계가 이를 이용한다. 머리카락을 작은 용수철로 당기고, 지렛대를 거쳐 바늘을 돌린다. 이 기기가 보여 주는 것은 공기의 습도이지 식품의 습도가 아니다. 그러나 식품이 곁의 밀폐된 공간에 오래 놓여 있으면 두 수는 일치한다.
핵심어는 ‘오래’다. 건조한 방에 막 놓은 신선한 빵은 물을 내놓아서 표면의 공기가 방보다 습하다. 이런 교환이 이어지는 동안 껍질과 속살 한가운데의 a_w 는 서로 다르다. 그래서 규격은 평형을 기다리고 온도를 일정하게 유지하라고 요구한다.
오른쪽은 평형이 없을 때 벌어지는 일이다. 센서 바늘은 먼저 방의 습도로 튀었다가 그다음에야 천천히 시료의 a_w 에 다가간다. 바늘이 멈춘 값을 기록한다.
산 한 방울이 즙의 색을 바꾸고, 소금은 불꽃에 색을 입히고, 물은 한 번 두드리면 언다. 그 아래에 Simetrium의 모든 페이지가 분야별, 가나다순으로 있다.
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