Ingredientes volátiles y actividad del agua: Cómo elegir el sensor aw adecuado
Ingredientes volátiles y actividad del agua: Elegir el sensor adecuado | AQUALAB
Cuando se mide la actividad del agua (también conocida como
aw, RH, ERH o presión de vapor) de un producto, ciertos ingredientes -compuestos volátiles- pueden causar problemas. Algunos sensores de actividad del agua están mejor protegidos contra los volátiles que otros. ¿Cuánta protección necesita?
No existe una definición científica estricta de compuesto volátil, pero en términos generales se trata de cualquier sustancia que se evapora fácilmente y se convierte en gas a temperatura ambiente o inferior. Los volátiles se encuentran de forma natural en especias y alimentos y en muchas de las sustancias utilizadas en la elaboración de alimentos y productos farmacéuticos.
Existen cuatro tipos generalmente aceptados de sensores de actividad del agua. Cada uno tiene una forma única de medir la actividad del agua, y cada uno varía en su capacidad de medir con precisión en presencia de compuestos volátiles (CV) interferentes.
- Los sensores de punto de rocío suelen ser los más rápidos y precisos, pero pueden tener problemas en presencia de compuestos volátiles debido a la co-condensación de los CV en el espejo refrigerado.
- Los sensores de capacitancia son capaces de superar el problema de la condensación, pero generalmente proporcionan datos de menor precisión con tiempos de adquisición de datos más largos, y pueden ser envenenados por ciertos compuestos (se ha demostrado que algunos alcoholes interfieren).
- Los sensores electrolíticos resistivos requieren filtros para protegerlos de los compuestos volátiles y mejorar las lecturas. Se necesitan diferentes filtros para protegerlos de los distintos compuestos volátiles, y suelen ralentizar considerablemente los tiempos de lectura.
- El sensor láser de diodo sintonizable (TDL ) se diseñó específicamente para medir la actividad del agua en presencia de compuestos volátiles. Es el instrumento más fiable y preciso para este fin.
Para ayudarle a elegir el mejor instrumento para su situación, el laboratorio de I+D de METER Food probó más de 20 ingredientes de uso frecuente que contenían diversas concentraciones de compuestos volátiles. Todos los ingredientes se probaron con los sensores mencionados anteriormente.
Hemos hecho todo lo posible por utilizar ingredientes estándar de uso generalizado para estas pruebas, pero cabe señalar que el rendimiento de los sensores puede variar en función de cómo se fabriquen y/o procesen los ingredientes. En este informe se presentan los mejores y los peores escenarios cuando procede. Las recomendaciones sobre los instrumentos se basan en casos de uso típicos.
Cómo realizamos estas pruebas
Antes de analizar cualquier muestra, todos los instrumentos se calibraron y verificaron con respecto a un conjunto de estándaresaw conocidos. Se analizó una muestra representativa de cada ingrediente en un mínimo de tres instrumentos individuales por sensor. Cada muestra se analizó hasta que el instrumento dio tres lecturas dentro de la especificación del sensor (precisión de Δaw: punto de rocío ±0,003, capacitancia ±0,015 y TDL ±0,005).
Las especias utilizadas en este estudio procedían de la sección de alimentos a granel de rotación rápida de un supermercado. Los aceites esenciales procedían de un proveedor ecológico de la USDA y estaban marcados para uso interno. Los demás aditivos alimentarios utilizados eran todos de grado reactivo ACS.
Todas las especias y aceites esenciales se midieron sin diluir directamente de su envase. Los demás aditivos alimentarios se diluyeron con agua para probar una gama de concentraciones en masa. No se utilizaron sustratos; en general, los sustratos adicionales pueden disminuir la volatilidad de la muestra.
Los datos recogidos se revisaron para determinar si los compuestos volátiles interferían o no en las mediciones de la actividad del agua.
Dado el rendimiento del sensor TDL en presencia de compuestos volátiles, se tomó como el más preciso y se fijó como norma para comparar los demás instrumentos. Utilizando las especificaciones de nuestro sensor, se tomó el aditivo Δaw como error aceptable. La especificación declarada del sensor para el TDL es Δaw ± 0,005 y, por tanto, el error máximo aceptable entre dos sensores TDL es la suma de los errores, o Δaw ± 0,01.
Generally speaking, a Δaw < 0.01 corresponds to a difference between instruments of 1-2% and is within the normal instrumental error. An error between Δaw ± 0.01 and 0.02 (3 and 5%) suggests some interference may be present, and above 0.02 (5%) the readings are significantly different and above twice the acceptable error, likely due to interfering volatile compounds.
Los resultados y su interpretación
Estos puntos de datos se recogieron de muestras que los consumidores típicos probablemente encontrarán. Las especias y hierbas frescas, quizás directamente de un productor, pueden tener mayores concentraciones de compuestos volátiles interferentes y no producir los mismos resultados. Además, el contenido de compuestos volátiles de las hierbas y especias puede variar mucho en función de la especie, la manipulación y el procesado, y el almacenamiento y la edad.
Las recomendaciones sobre sensores que figuran en el cuadro siguiente se dividen en tres categorías:
- Sensor de punto de rocío - Si un ingrediente puede leerse con precisión en todas las concentraciones, un sensor de punto de rocío es la mejor opción.
- Sensor de capacitancia - Si la muestra es lo suficientemente volátil como para causar problemas con el sensor de punto de rocío a altas concentraciones, pero se comporta bien a concentraciones más bajas, se recomienda un instrumento de doble bloque o un sensor de capacitancia.
- Láser de diodo sintonizable (TDL) - Si el ingrediente provoca lecturas inexactas incluso a bajas concentraciones, se recomienda un sensor TDL.
Especias y hierbas secas
| Ingrediente | Resultados de las pruebas† y perfil de volatilidad | Recomendación de sensores |
|---|---|---|
| Pimienta de Jamaica molida | El sensor de rocío lee una media de 0,014 (3%) por encima del TDL. Esto está fuera del rango de precisión aceptable.
| Capacitancia En concentraciones bajas, un sensor de punto de rocío debería ser suficientemente preciso. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de pimienta de Jamaica, puede ser útil un sensor de capacitancia. Si la pimienta de Jamaica fresca es un componente importante, debe considerarse la utilización de un TDL. |
| Albahaca | La lectura del sensor de rocío es por término medio 0,025 (6%) superior a la TDL. Esto está muy lejos del rango de precisión aceptable.
| TDL El TDL es mejor para muestras con cantidades importantes de albahaca. |
| Pimienta negra molida | El sensor de rocío da error de espejo contaminado.
| TDL TDL es mejor para muestras con cantidades sustanciales de pimienta negra recién molida. |
| Cayena molida | El sensor de rocío lee 0,007 (2%) más que el TDL. La diferencia está por debajo del umbral de error combinado. | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión. |
| Canela molida | El sensor de rocío lee 0,01 (2%) más que el TDL. La diferencia está en el umbral de error combinado.
| Capacitancia En concentraciones bajas, un sensor de punto de rocío debería ser suficientemente preciso. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de canela, puede ser útil un sensor de capacitancia. |
| Clavos enteros | La lectura del sensor de rocío es 0,03 (8%) superior a la TDL. Esto está muy lejos del rango de precisión aceptable.
| TDL TDL es mejor para muestras con cantidades sustanciales de clavo. |
| Semillas de cilantro molidas | El sensor de rocío lee 0,02 (5%) por encima del TDL. Esto está muy lejos del rango de precisión aceptable.
| TDL TDL es mejor para muestras con cantidades sustanciales de cilantro molido. |
| Comino molido | El sensor de rocío lee 0,01 (2%) más que el TDL. La diferencia está en el umbral de error combinado.
| Capacitancia En concentraciones bajas, un sensor de punto de rocío debería ser suficientemente preciso. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de comino, puede ser útil un sensor de capacitancia. |
| Ajo en polvo | El sensor de rocío lee 0,01 (3%) más que el TDL. La diferencia está en el umbral de error combinado. | Capacitancia En concentraciones bajas, un sensor de punto de rocío debería ser suficientemente preciso. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de ajo en polvo, puede ser útil un sensor de capacitancia. |
| Jengibre en polvo | El sensor de rocío lee 0,01 (3%) más que el TDL. La diferencia está en el umbral de error combinado.
| Capacitancia En concentraciones bajas, un sensor de punto de rocío debería ser suficientemente preciso. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de jengibre en polvo, puede ser útil un sensor de capacitancia. |
| Guindilla mediana, en polvo | El sensor de rocío lee 0,005 (1%) por encima del TDL. Esto está por debajo del umbral de error combinado. | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión. |
| Nuez moscada molida | El sensor de rocío lee 0,014 (3%) más que el TDL. La diferencia está por encima del umbral de error combinado.
| Capacitancia En concentraciones bajas, un sensor de punto de rocío debería ser suficientemente preciso. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de nuez moscada, puede ser útil un sensor de capacitancia. TDL es mejor para muestras con cantidades sustanciales de nuez moscada molida. |
| Cebolla en polvo | El sensor de rocío lee 0,003 (1%) por encima del TDL. Esto está por debajo del umbral de error combinado. | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión. |
| Orégano | El sensor de rocío lee 0,01 (3%) más que el TDL. La diferencia está en el umbral de error combinado.
| Capacitancia En concentraciones bajas, un sensor de punto de rocío debería ser suficientemente preciso. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de orégano, puede ser útil un sensor de capacitancia. |
| Pimentón molido | El sensor de rocío lee 0,008 (2%) más que el TDL. La diferencia está por debajo del umbral de error combinado. | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de pimentón, un sensor de capacitancia puede ser de ayuda. |
| Salvia | El sensor de rocío lee 0,02 (5%) por encima del TDL. Esto está muy lejos del rango de precisión aceptable.
| TDL TDL es mejor para muestras con cantidades sustanciales de salvia. |
| Pimentón ahumado molido | El sensor de rocío lee 0,008 (2%) más que el TDL. La diferencia está por debajo del umbral de error combinado. | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de pimentón ahumado, un sensor de capacitancia puede ser de ayuda. |
| Pimienta blanca molida | El sensor de rocío lee 0,005 (1%) más que el TDL. La diferencia está por debajo del umbral de error combinado. Los granos de pimienta blanca se diferencian de los de pimienta negra en que se remojan en agua y se les quita la piel, con lo que se pierden muchos de los compuestos volátiles. | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión. Si se utilizan ocasionalmente niveles más altos de pimienta blanca, un sensor de capacitancia puede ayudar. |
Otros aditivos alimentarios
| Ingrediente | Resultados de las pruebas† y perfil de volatilidad | Recomendación de sensores |
|---|---|---|
| Ácido ascórbico | En todas las concentraciones, el ácido ascórbico puede leerse con precisión mediante un sensor de punto de rocío. P.M. 190-192 °C, presión de vapor no apreciable a 25 °C | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión.
|
| Ácido acético | Con una masa del 1% o inferior, el ácido acético se acerca al umbral de error combinado. Al 3% de la masa, el ácido acético supera el umbral de error. No se recomienda introducir ácido acético al 100% (glacial) en un instrumento, ya que puede causar daños permanentes en los sensores y las superficies. Se recomienda una limpieza a fondo después de analizar muestras que contengan cualquier concentración de ácido acético. B.P. 118 °C | Depende de la concentración Dew point sensor gives good accuracy if acetic acid is kept at <1% by mass. Si el porcentaje en masa de ácido acético alcanza ocasionalmente varios porcentajes, un sensor de capacitancia puede ser de ayuda. TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros.
|
| Ácido cítrico | El ácido cítrico no interfiere con los sensores de punto de rocío en concentraciones de hasta el 100%. P.M. 156 °C | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión.
|
| Etanol | Con una masa del 1% o inferior, el etanol se acerca al umbral de error combinado. Con una masa del 3%, el etanol supera el umbral de error. B.P. 78 °C | Depende de la concentración Dew point sensor gives good accuracy if ethanol is kept at <1% by mass. A concentraciones del 1-5%, puede utilizarse ocasionalmente un sensor de capacitancia. Una exposición prolongada al etanol puede envenenar el sensor de capacitancia y provocar una deriva irreversible que obligue a sustituir el sensor. En concentraciones superiores al 5% de etanol, la única recomendación es un TDL. |
| Glicerina | La glicerina no interfiere con los sensores de punto de rocío en concentraciones de hasta el 100%. Presión de vapor de 0,003 mmHg a 50 ºC | Punto de rocío |
| Isopropanol | Con un 1% de masa o menos, el isopropanol se acerca al umbral de error combinado. Con un 3% de masa, el isopropanol supera el umbral de error. B.P 83 °C | Depende de la concentración Dew point sensor gives good accuracy if isopropanol is kept at <1% by mass. Si el porcentaje másico de isopropanol alcanza ocasionalmente varios porcentajes, un sensor de capacitancia puede ser de ayuda. TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros. |
| Ácido málico | El ácido málico no interfiere con los sensores de punto de rocío en concentraciones de hasta el 100%. P.M. 130 ºC | Punto de rocío |
| Propilenglicol | Sólo por encima de concentraciones del 5% en masa el propilenglicol empieza a interferir con un sensor de punto de rocío. B.P. 188 °C | Depende de la concentración Dew point sensor gives good accuracy if propylene is kept at <3% by mass. Si el porcentaje en masa de propilenglicol alcanza ocasionalmente varios porcentajes, un sensor de capacitancia puede ser de ayuda. TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros. |
| Ácido láctico | En concentraciones de hasta el 42,5% en masa, el ácido láctico puede leerse con precisión mediante un sensor de punto de rocío. No se recomienda introducir ácido láctico al 85% en un instrumento, ya que puede causar daños permanentes en los sensores y las superficies. B.P. 122 °C | Punto de rocío El sensor de punto de rocío ofrece una buena precisión hasta concentraciones del 42,5% en masa. |
Aceites esenciales
| Ingrediente | Resultados de las pruebas† y perfil de volatilidad | Recomendación de sensores |
|---|---|---|
| Aceite de canela, destilado al vapor cinnamomum zeylanicum | El sensor de punto de rocío lee 0,12 por encima del TDL de media, muy por encima del rango aceptable de precisión.
| TDL TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros. |
| Aceite de clavo, destilado al vapor eugenia caryophyllata | Contaminación del sensor de punto de rocío.
| TDL TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros. |
| Aceite de limón, prensado en frío | Contaminación del sensor de punto de rocío.
| TDL TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros. |
| Aceite de menta, destilado al vapor mentha piperita | Contaminación del sensor de punto de rocío.
| TDL TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros. |
| Aceite de romero, destilado al vapor rosmarinus officinalis | Contaminación del sensor de punto de rocío.
| TDL TDL es la única recomendación para compuestos volátiles casi puros. |
Café, tés, etc.
| Ingrediente | Resultados de las pruebas† y perfil de volatilidad | Recomendación de sensores |
|---|---|---|
| Café | Depende en gran medida de la frescura de la muestra. El sensor de punto de rocío suele dar lecturas constantes, pero debido a la variabilidad de las muestras puede no ser siempre fiable.
| Muy variable Si va a medir constantemente una amplia variedad de muestras de café fresco, es probable que un TDL ofrezca la mayor precisión. Si va a medir café ocasionalmente, un sensor de punto de rocío puede ser suficiente, pero un instrumento con un sensor de capacitancia será más fiable. |
| Té negro especiado | Los tés especiados suelen tener aceites esenciales añadidos a las hojas de té que pueden causar interferencias con el sensor de punto de rocío. | Variable Si sabe que va a medir constantemente una gran variedad de muestras de té especiado, es probable que un TDL le ofrezca la mayor precisión. Si mide ocasionalmente tés especiados, un sensor de punto de rocío puede ser suficiente, pero un instrumento con un sensor de capacitancia será más fiable. |
| Té negro | Las hojas de té por sí solas pueden medirse con precisión con un sensor de punto de rocío. | Punto de rocío |
| Té verde | Las hojas de té por sí solas pueden medirse con precisión con un sensor de punto de rocío. | Punto de rocío |
| Té negro al limón | Los tés especiados suelen tener aceites esenciales añadidos a las hojas de té que pueden causar interferencias con el sensor de punto de rocío. | Variable |
| Té negro a la menta | Los tés especiados suelen tener aceites esenciales añadidos a las hojas de té que pueden causar interferencias con el sensor de punto de rocío. | Variable |
| Gris conde | Los tés especiados suelen tener aceites esenciales añadidos a las hojas de té que pueden causar interferencias con el sensor de punto de rocío. | Variable |
| Bebida de achicoria | Se sabe que los extractos de raíz de achicoria contienen muchos compuestos aromáticos y componentes de gran volatilidad.16 | TDL |
El conjunto completo de datos está disponible previa solicitud. Póngase en contacto con nosotros.
Resumen y conclusiones por categoría de ingredientes
Especias y hierbas secas
Las hierbas y especias presentadas en este informe se dividen en tres categorías en cuanto a su rendimiento:
- Sin interferencias: cayena, guindilla mediana, cebolla. Lo mejor es un sensor de punto de rocío.
- Depende de la concentración: pimienta de Jamaica, canela, comino, ajo, jengibre, nuez moscada, orégano, pimentón, pimentón ahumado, pimienta blanca. Si se utiliza sin diluir, lo mejor es un TDL, pero a bajas concentraciones funcionará un sensor de punto de rocío. Un sensor de capacitancia es una buena solución intermedia.
- Altamente interferentes: albahaca, pimienta negra, clavo, cilantro, salvia. Un TDL es la mejor forma de medir con fiabilidad estas hierbas y especias, a menos que estén muy diluidas.
Las especias y hierbas utilizadas en este informe no han sido diluidas ni adulteradas; corresponde al usuario final determinar si representan o no sus propias muestras.
Aceites esenciales
Los sensores de punto de rocío de los aceites de clavo, menta, limón y romero fallaron debido a la contaminación del espejo. El aceite de canela pudo medirse en un sensor de punto de rocío, pero dio una lectura significativamente superior a la lectura media del TDL.
Si desea determinarla aw de los aceites esenciales, un TDL es el único sensor fiable dado el bajo contenido en agua y la alta volatilidad de estas mezclas.
Otros aditivos alimentarios
Los compuestos presentados en este informe se dividen en dos categorías:
- No interfiere: Ácido ascórbico, ácido cítrico, ácido láctico, ácido málico, glicerina. Un sensor de punto de rocío funcionará bien para las concentraciones típicas en los alimentos.
- Depende de la concentración: Ácido acético, etanol, isopropanol, propilenglicol. Un TDL es el mejor instrumento, pero un instrumento con sensor de capacitancia también puede ser suficiente.
Existen numerosos casos de uso para cada uno de estos componentes, y corresponde al usuario final determinar qué instrumento se adapta mejor a sus necesidades.
Por ejemplo, el vinagre blanco destilado suele contener un 5% de ácido acético y, si necesita determinar con regularidad laaw de este tipo de muestra, quizá deba considerar un TDL. Si utiliza muestras que contienen vinagre diluido, entonces un sensor de capacitancia puede funcionar bien. Si sabe que tiene vinagre, pero es un pequeño porcentaje de su muestra, entonces un sensor de punto de rocío puede ser suficiente.
Café, té, etc.
El café suele ser problemático para un sensor de punto de rocío, pero es muy variable. Hay variaciones de tueste a tueste y entre variedades, pero también entre muestras recién molidas frente a muestras preenvasadas. Si usted es un productor o tostador de café y está interesado en determinar elaw de su producto, entonces la mejor opción es un instrumento con un sensor de TDL.
Los tés pueden medirse con precisión con un sensor de punto de rocío siempre que no estén aromatizados con compuestos muy volátiles, como en algunos tés especiados. Si produce tés especiados, necesitará un TDL para determinar con precisiónaw en presencia de aceites esenciales.
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