この記事の要点
- 水分活性とは、食品中の水のうち微生物が実際に使える『自由な水』の割合を示す指標です。
- はちみつの水分活性が低いのは水が少ないからではなく、糖が水分子を強く抱え込み自由に動けなくしているためです。
- 濃い糖の環境では菌の側からも水が奪われる浸透圧が働き、二重の理由で微生物が増えにくくなります。
- 水分活性が低いことと無菌であることは別物で、吸湿による発酵や芽胞の存在は起こり得ます。
水分活性とはなにか——「水の量」ではなく「水の自由さ」
はちみつが腐りにくいと聞くと、多くの人はまず「水分が少ないから」と考えます。それは半分正しいのですが、正確な答えではありません。腐りにくさを決めているのは水の量そのものではなく、水分活性という別の指標だからです。水分活性とは、食品に含まれる水のうち、微生物が実際に利用できる状態にある水の割合を示す数値です。同じだけ水を含んでいても、その水が菌にとって「使える水」なのか「使えない水」なのかで、腐りやすさはまったく変わってきます。
同じ水分でも腐りやすさが違うのはなぜか
たとえば野菜や果物と、乾物やはちみつを比べると、含まれる水分量の差以上に腐りやすさの差が大きいことに気づきます。これは、食品中の水が均質な「水たまり」のようなものではなく、周囲の分子とどれだけ強く結びついているかによって性質が変わるためです。水分量という数字だけを見ていても、この違いは説明できません。
自由水と結合水——菌が使えるのは「自由な水」だけ
食品中の水は、大きく自由水と結合水に分けて考えることができます。自由水とは、糖やたんぱく質などの分子に強くとらわれず、比較的自由に動き回れる水を指します。結合水とは、それらの分子と強く結びつき、身動きが取れなくなっている水のことです。微生物が増殖のために利用できるのは、このうち自由水だけです。はちみつの水分活性が低いのは、含まれる水のほとんどが結合水として糖に捕まってしまい、菌が使える自由水がわずかしか残っていないためだと理解すると、話の筋が見えてきます。
糖が水を抱え込むしくみ
はちみつの水分活性が低くなる直接の原因は、糖が水分子を強く引きつけて離さないという分子レベルの性質にあります。水を追い出しているのではなく、水を捕まえて自由を奪っている、というイメージのほうが実態に近いといえます。
糖は水と手をつなぎたがる分子
はちみつの主成分である果糖とブドウ糖は、いずれも分子の中に水と結びつきやすい部分を多く持っています。糖の分子が水分子と手をつなぐように結びつくことを、化学の言葉では水和と呼びます。糖の濃度が高くなるほど、水分子の周りには糖が密に存在するようになり、一つひとつの水分子が糖から手を離して自由に動く余地が小さくなっていきます。
はちみつの中では、水のほとんどが糖に捕まっている
はちみつは糖の濃度が非常に高い液体で、水分子の大半が果糖やブドウ糖と結びついた状態にあります。結びついた水は分子としての形は保っていても、微生物から見れば「そこにあるのに使えない水」になってしまいます。水分量そのものは決して極端に少ないわけではないのに水分活性が低い、という一見矛盾した性質は、この糖と水の結びつきによって成り立っています。果糖とブドウ糖の比率が決める、味と結晶のしやすさで触れているように、糖の種類や比率は水との結びつき方にも影響します。
菌が育たなくなるまで——浸透圧という追い打ち
水分活性の低さは、菌にとって単に「使える水が足りない」というだけの問題では終わりません。もう一段階、浸透圧による追い打ちが加わることで、菌が生き延びること自体が難しくなっていきます。
菌も生きものだから水がいる
微生物も生命活動を維持するために水を必要とします。細胞の中で物質を溶かし、反応を進めるための場として水が働いているため、周囲に自由水がほとんどない環境では、菌は増殖に必要な水を確保できず、活動を続けにくくなります。
濃い糖の海では、菌は逆に水を吸い出されてしまう
さらに、濃度の高い糖の液体に菌の細胞が置かれると、浸透圧という物理現象が働きます。濃度の異なる液体が薄い膜を挟んで接すると、水は濃度を均そうとして薄い側から濃い側へ移動しようとします。菌の細胞内部よりもはちみつのほうがはるかに糖の濃度が高いため、菌の細胞内の水がむしろ外へ引き出されてしまう方向に働くのです。使える水が足りないうえに、自分の中の水まで奪われる。この二重の壁が、はちみつの中で多くの微生物が増殖しにくい理由になっています。
この状態をつくったのはミツバチ——花の蜜からの長い道のり
羽ばたきで水分を飛ばし、蜜へと変えていくミツバチの仕事
はちみつの水分活性が低いのは偶然の産物ではなく、ミツバチという昆虫の営みの結果です。花の蜜は本来、はちみつほど糖度が高いわけではなく、ミツバチが手を加えることで初めてこの状態にたどり着きます。
蜜を濃くする——翅の風で水を飛ばす
セイヨウミツバチをはじめとするミツバチは、集めてきた花の蜜を巣の中に運び込んだのち、翅を震わせて風を送り、蜜に含まれる余分な水分を蒸発させていくとされています。花の蜜がはちみつへと姿を変えていく過程では、この水分を飛ばす работа が糖の濃度を大きく引き上げる役割を果たしています。詳しい成分変化については花の蜜がはちみつになるまでの成分の変化で扱っています。
糖を細かくする——ショ糖を果糖とブドウ糖に分ける意味
同時に、ミツバチが持つ酵素の働きによって、花の蜜に含まれるショ糖の多くが果糖とブドウ糖という、より小さな糖に分解されていきます。糖の分子が細かくなることは、水分子と結びつく相手の数が増えることにもつながり、結果として水を抱え込む力がいっそう強まります。水分を飛ばすことと糖を細かく分けること、この二つの働きが重なって、水分活性の低いはちみつという食品ができあがっていると考えられています。
「腐らない」にも条件がある——低い水分活性でも起こること
ここまでの説明だけを聞くと、はちみつは何をしても傷まないと思われるかもしれませんが、それは正確ではありません。水分活性が低いことは「微生物が増えにくい」という条件つきの性質であって、無菌であることや、何が起きても変化しないことを意味するわけではありません。
フタを開けたまま湿気を吸えば、発酵は起こりうる
はちみつは周囲の湿気を吸いやすい性質を持っています。フタを開けたまま置いたり、湿度の高い環境で保管したりすると、外から水分を取り込んで濃度が下がり、水分活性が上がってしまうことがあります。そうなると、耐浸透圧性酵母と呼ばれる、濃い糖の環境でも生きられる特殊な酵母が働き出し、発酵が進んでしまう場合があります。腐りにくさは、はちみつそのものの性質だけでなく、保存の仕方によっても左右されるということです。保存場所の基本ははちみつの保存場所の決め方と常温保存の基本にまとめています。
結晶化は劣化ではない——水分活性との意外な関係
低温で保管したはちみつが白く固まることがありますが、これは劣化ではなく、含まれるブドウ糖が結晶として析出する自然な現象です。結晶化そのものが水分活性を大きく変えるわけではありませんが、結晶化の進み方や見た目の変化について詳しく知りたい方は白く固まるのは劣化ではない——結晶化のしくみと戻し方を参照してください。
芽胞は生き残る——1歳未満の赤ちゃんに与えてはいけない理由
水分活性の低さは、菌が「増えること」を妨げますが、すでに存在する菌や、その芽胞と呼ばれる休眠状態の構造まで消し去るわけではありません。ボツリヌス菌の芽胞は非常に丈夫で、はちみつの中で増殖はしなくても、生き残ってしまう可能性があります。腸内環境が未発達な1歳未満の赤ちゃんの体内では、この芽胞が発芽して増えることがあるとされ、消費者庁や厚生労働省は1歳未満の乳児にはちみつを与えないよう周知しています。大人にとっての安全性と、乳児にとっての安全性は分けて考える必要があります。詳しくは1歳未満の赤ちゃんにはちみつを与えてはいけない理由で解説しています。
台所の中の水分活性——ジャム・塩蔵・干物と同じ原理
糖も塩も、水の自由さを奪うという点では同じ原理
水分活性という考え方は、はちみつだけの特殊な話ではありません。台所にある身近な保存食の多くが、同じ原理の上に成り立っています。
砂糖漬けと塩蔵は同じことをしている
ジャムは果物を大量の砂糖で煮詰めることで、塩蔵や砂糖漬けは食材を塩や砂糖に漬け込むことで、それぞれ水分活性を下げています。塩も砂糖も、水分子を引きつけて自由水を減らすという点では同じ役割を果たしており、干物が乾燥によって水分そのものを減らすのとは少し異なる道筋で、結果として似た保存性にたどり着いていると考えられます。
はちみつの保存で気をつけるのは「水を近づけない」こと
この原理を踏まえると、はちみつを保存するうえで気をつけるべきことも見えてきます。使った後のスプーンに水滴が付いていないか、フタをしっかり閉めているか、湿気の多い場所に置いていないか。数字を測る必要はなく、「この状態のはちみつに、余分な水を近づけていないか」という視点で見直すだけで十分です。糖度の測り方についてははちみつの糖度はどう測るのか——屈折計と熟成の見きわめで扱っています。はちみつが腐らないと言われる理由の全体像ははちみつはなぜ腐らないのか——糖度・水分活性・酸性度の全体像にまとめていますので、あわせてご覧ください。
よくある質問
Q：水分活性と水分量はどう違うのですか？ 水分量は食品に含まれる水の総量を示す数値であるのに対し、水分活性はその水のうち、微生物が実際に利用できる「自由な水」がどれくらいの割合を占めるかを示す考え方です。水分子の一部は糖などと強く結びついて結合水となり、菌が使えない状態になります。量が同じでも、自由水と結合水の比率が違えば腐りやすさは変わってきます。
Q：水分活性が低いなら、はちみつは絶対に腐らないのですか？ 水分活性が低いことは微生物が増えにくいという条件であって、絶対に変化しないことを意味するわけではありません。フタを開けたままにするなどして湿気を吸うと水分活性が上がり、耐浸透圧性酵母による発酵が起こる場合があります。また、増殖しないことと菌がまったく存在しないことは別で、芽胞のような形で菌が残っている可能性もあります。保存状態が保たれていることが前提になります。
Q：腐らないのに、なぜ赤ちゃんに与えてはいけないのですか？ はちみつの中でボツリヌス菌が「増えない」ことと、その芽胞が「存在しうる」ことは別の話だからです。水分活性の低さは増殖を妨げますが、すでにある芽胞まで消し去るわけではありません。腸内環境が発達していない1歳未満の乳児の体内では、この芽胞が発芽してしまうおそれがあるとされ、消費者庁や厚生労働省が1歳未満の乳児にはちみつを与えないよう注意を呼びかけています。
六角門は、京都で養蜂を軸にした健康ブランドの立ち上げを準備しています。まだ蜜蜂を迎える前の段階で、巣箱もはちみつも手元にはありませんが、水分活性のようなしくみを一つずつ調べ、言葉にしていく作業を重ねています。これから確かめていきたいことはまだ数多くあり、このブログはその過程の記録でもあります。
水分活性の数字はどう読むのか——「平衡」という見方
水分活性は、もう少し厳密には「その食品が示す水蒸気圧を、同じ温度の純粋な水の水蒸気圧で割った比」として定義されます。純粋な水が1で、水が動きにくい食品ほど0に近づく、という0〜1の物差しです。「自由な水の割合」という説明は、この定義を直感的に言い換えたものだと捉えるのが良いかなと思います。
この定義を知っておくと、判断に使える見方がひとつ増えます。水分活性に100を掛けた値は、その食品が水を吸いも吐きもせずに落ち着く空気の相対湿度(平衡相対湿度)にあたります。つまり、はちみつが湿気を吸うかどうかは「湿度が高いか低いか」という絶対的な話ではなく、「周りの空気の相対湿度が、はちみつ自身の平衡相対湿度より上か下か」で決まる、ということです。
- 周りの空気のほうが湿っている → はちみつは水を吸う方向に動く
- 周りの空気のほうが乾いている → はちみつは水を手放す方向に動く
水分活性の低い食品ほど、ごく普通の室内の空気でも「自分より湿っている」ことになりやすいので、フタを開けっぱなしにしたときの影響が出やすい、と考えると筋が通ると思います。
なお、製品としてのはちみつの基準は、水分活性ではなく水分量で決められているのが一般的です。国際的な食品規格であるコーデックスのはちみつ規格では、水分は原則20%以下とされています(一部の蜜源には別の基準があります)。水分活性は専用の測定器がないと測れないので、現場では水分量や糖度を代わりの目安にしている、という関係かなと思います。
発酵が始まったかどうかの見分け方——結晶化や気泡と取り違えやすい点
「湿気を吸うと発酵することがある」と知っていても、実際の瓶を前にして発酵なのかどうかを判断するのは意外と難しいと思います。一般に、発酵のサインとして挙げられるのは次のようなものです。
- 表面に細かい泡が出て、数日たっても消えずに増えていく
- 酸っぱいにおいや、お酒のようなにおいがする
- フタを開けるときにガスが抜ける音がする、フタが膨らんでいる
- 以前よりさらさらして、味に酸味が立つ
つまずきやすいのは、泡だけで判断してしまうことです。瓶詰めや攪拌のときに入った空気が表面に集まって白い膜のように見えることがあり、これは発酵とは別の現象とされています。結晶化したはちみつの表面や瓶の内側に白い筋や斑点が出るのも、多くは結晶と空気によるものだと言われています。
見分けるときは、見た目ひとつではなく「におい」と「時間による変化」を組み合わせるのが現実的かなと思います。泡が増え続けるか、においが変わってきたか、の2点です。においや味に明らかな違和感がある場合は、無理に食べないほうが良いと思います。
はちみつに「何かを漬ける」と、前提が変わる
ここまでの話は、あくまで瓶の中身がはちみつだけの場合です。レモンや生姜、果物のような水分の多い食材を漬けると、話が変わってきます。
濃い糖は、菌の細胞だけでなく食材からも水を引き出します。漬けてしばらくすると瓶の中がさらさらしてくるのは、食材の水がはちみつ側に移ったためです。見た目ははちみつでも、中身は「水で薄まったはちみつ」になっていて、水分活性は元より上がっていると考えるのが自然だと思います。
そのため、はちみつ漬けを「はちみつだから常温で長くもつ」と考えるのは、取り違えやすい点かなと思います。一般的には、次のように別の食品として扱うのが無難です。
- 清潔で、よく乾いた容器と道具を使う
- 冷蔵庫で保存し、早めに使い切る
- 泡やにおいの変化が出ていないか、使うたびに確認する
ナッツやドライフルーツのように水分の少ない食材なら影響は小さいと考えられますが、食材が表面から出て空気に触れているとそこから傷むことがあるので、全体が浸かっているかどうかは見ておいたほうが良いと思います。
漬ける食材がどれくらい水を持ち込むのか。保存性を考えるときは、はちみつそのものの性質より、こちらが判断の軸になるのかなと思います。