Ingrédients volatils et activité de l'eau : Comment choisir le bon capteur d'aw
Ingrédients volatils et activité de l'eau : Choisir le bon capteur | AQUALAB
Lors de la mesure de l'activité de l'eau (également connue sous le nom de
aw, RH, ERH ou pression de vapeur) d'un produit, certains ingrédients - les composés volatils - peuvent poser des problèmes. Certains capteurs d'activité de l'eau sont mieux protégés que d'autres contre les composés volatils. Quel est donc le degré de protection dont vous avez besoin ?
Il n'existe pas de définition scientifique stricte d'un composé volatil, mais d'une manière générale, il s'agit de toute substance qui s'évapore facilement et devient un gaz à température ambiante ou à une température inférieure. Les composés volatils sont naturellement présents dans les épices et les aliments, ainsi que dans de nombreuses substances utilisées dans la transformation des aliments et des produits pharmaceutiques.
Il existe quatre types de capteurs d'activité de l'eau généralement acceptés. Chacun d'entre eux a une façon unique de mesurer l'activité de l'eau, et chacun varie dans sa capacité à mesurer avec précision en présence de composés volatils interférents (VC).
- Les capteurs de point de rosée sont généralement les plus rapides et les plus précis, mais ils peuvent rencontrer des difficultés en présence de composés volatils en raison de la co-condensation des VC sur le miroir réfrigéré.
- Les capteurs à capacité sont capables de surmonter le problème de la condensation, mais ils fournissent généralement des données de moindre précision avec des temps d'acquisition plus longs, et peuvent être empoisonnés par certains composés (il a été démontré que certains alcools interféraient).
- Les capteurs électrolytiques résistifs nécessitent des filtres pour les protéger des composés volatils et améliorer la lecture. Différents filtres sont nécessaires pour se protéger des différents composés volatils et ils ralentissent souvent considérablement les temps de lecture.
- Le capteur à diode laser accordable (TDL) a été spécialement conçu pour mesurer l'activité de l'eau en présence de composés volatils. Il s'agit de l'instrument le plus fiable et le plus précis à cet effet.
Pour vous aider à choisir l'instrument le mieux adapté à votre situation, le laboratoire de R&D alimentaire de METER a testé plus de 20 ingrédients fréquemment utilisés contenant diverses concentrations de composés volatils. Tous les ingrédients ont été testés avec les capteurs mentionnés ci-dessus.
Nous avons fait de notre mieux pour utiliser des ingrédients standard et largement répandus pour ces tests, mais il convient de noter que la performance des capteurs peut varier en fonction de la façon dont les ingrédients sont fabriqués et/ou traités. Ce rapport présente les scénarios les plus favorables et les plus défavorables, le cas échéant. Les recommandations relatives aux instruments sont basées sur des cas d'utilisation typiques.
Comment nous avons effectué ces tests
Avant de procéder à l'analyse des échantillons, tous les instruments ont été calibrés et vérifiés par rapport à un ensemble d'étalons d'aw connus. Un échantillon représentatif de chaque ingrédient a été analysé dans un minimum de trois instruments individuels par capteur. Chaque échantillon a été analysé jusqu'à ce que l'instrument donne trois lectures conformes aux spécifications du capteur (précision Δaw: point de rosée ±0,003, capacité ±0,015 et TDL ±0,005).
Les épices utilisées dans cette étude proviennent du rayon des produits en vrac à rotation rapide d'un magasin d'alimentation. Les huiles essentielles proviennent d'un fournisseur biologique de l'USDA et sont marquées pour un usage interne. Les autres additifs alimentaires utilisés étaient tous de qualité réactif ACS.
Toutes les épices et les huiles essentielles ont été mesurées non diluées, directement à partir de leur emballage. Les autres additifs alimentaires ont été dilués avec de l'eau pour tester une gamme de concentrations massiques. Aucun substrat n'a été utilisé - d'une manière générale, des substrats supplémentaires peuvent réduire la volatilité de l'échantillon.
Les données recueillies ont été examinées afin de déterminer si les composés volatils interféraient ou non avec les mesures de l'activité de l'eau.
Compte tenu des performances du capteur TDL en présence de composés volatils, il a été considéré comme le plus précis et fixé comme norme pour la comparaison des autres instruments. En utilisant les spécifications de notre capteur, l'additif Δaw a été considéré comme l'erreur acceptable. La spécification de capteur indiquée pour le TDL est Δaw ± 0,005 et, par conséquent, l'erreur maximale acceptable entre deux capteurs TDL est la somme des erreurs, soit 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.
Les résultats - et leur interprétation
Ces points de données ont été collectés à partir d'échantillons que les consommateurs typiques sont susceptibles de rencontrer. Les épices et les herbes fraîches, provenant peut-être directement d'un producteur, peuvent présenter des concentrations plus élevées de composés volatils interférents et ne pas produire les mêmes résultats. En outre, la teneur en composés volatils des herbes et des épices peut varier considérablement en fonction de l'espèce, de la manipulation et de la transformation, ainsi que du stockage et de l'âge.
Les recommandations relatives aux capteurs figurant dans le tableau ci-dessous sont divisées en trois catégories :
- Capteur de point de rosée - Si un ingrédient peut être lu avec précision à toutes les concentrations, un capteur de point de rosée est le meilleur choix.
- Capteur de capacité - Si l'échantillon est suffisamment volatil pour causer des problèmes avec le capteur de point de rosée à des concentrations élevées, mais qu'il se comporte bien à des concentrations plus faibles, il est recommandé d'utiliser un instrument à double bloc ou un capteur de capacité.
- Laser à diode accordable (TDL) - Si l'ingrédient provoque des lectures imprécises même à de faibles concentrations, il est recommandé d'utiliser un capteur TDL.
Épices et herbes séchées
| Ingrédient | Résultats des tests† et profil de volatilité | Recommandation concernant les capteurs |
|---|---|---|
| Piment de la Jamaïque, moulu | Le capteur de rosée affiche en moyenne 0,014 (3 %) de plus que le TDL. Cette valeur est en dehors de la plage de précision acceptable.
| Capacités En cas de faibles concentrations, un capteur de point de rosée devrait être suffisamment précis. Si des niveaux plus élevés de piment de la Jamaïque sont utilisés occasionnellement, un capteur de capacité peut être utile. Si le piment de la Jamaïque frais est un composant majeur, un TDL devrait être envisagé. |
| Basilic | Le capteur de rosée indique en moyenne 0,025 (6 %) de plus que le TDL. Cette valeur est très éloignée de la plage de précision acceptable.
| TDL Le TDL convient mieux aux échantillons contenant des quantités importantes de basilic. |
| Poivre noir moulu | Le capteur de rosée donne une erreur de miroir contaminé.
| TDL Le TDL est meilleur pour les échantillons contenant des quantités substantielles de poivre noir fraîchement moulu. |
| Cayenne, moulu | Le capteur de rosée indique 0,007 (2 %) de plus que le TDL. La différence est inférieure au seuil d'erreur combiné. | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision. |
| Cannelle moulue | Le capteur de rosée indique 0,01 (2 %) de plus que le TDL. La différence se situe au niveau du seuil d'erreur combiné.
| Capacités En cas de faibles concentrations, un capteur de point de rosée devrait être suffisamment précis. Si des niveaux plus élevés de cannelle sont utilisés occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
| Clous de girofle, entiers | Le capteur de rosée indique une valeur supérieure de 0,03 (8 %) à celle de la TDL. Cette valeur est très éloignée de la plage de précision acceptable.
| TDL Le TDL convient mieux aux échantillons contenant des quantités substantielles de clou de girofle. |
| Graines de coriandre, moulues | Le capteur de rosée affiche une valeur supérieure de 0,02 (5 %) à celle de la TDL. Cette valeur est très éloignée de la plage de précision acceptable.
| TDL La TDL est meilleure pour les échantillons contenant des quantités importantes de coriandre moulue. |
| Cumin, moulu | Le capteur de rosée indique 0,01 (2 %) de plus que le TDL. La différence se situe au niveau du seuil d'erreur combiné.
| Capacités En cas de faibles concentrations, un capteur de point de rosée devrait être suffisamment précis. Si des concentrations plus élevées de cumin sont utilisées occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
| Ail en poudre | Le capteur de rosée indique 0,01 (3 %) de plus que le TDL. La différence se situe au niveau du seuil d'erreur combiné. | Capacités En cas de faibles concentrations, un capteur de point de rosée devrait être suffisamment précis. Si des concentrations plus élevées de poudre d'ail sont utilisées occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
| Gingembre, en poudre | Le capteur de rosée indique 0,01 (3 %) de plus que le TDL. La différence se situe au niveau du seuil d'erreur combiné.
| Capacités En cas de faibles concentrations, un capteur de point de rosée devrait être suffisamment précis. Si des concentrations plus élevées de poudre de gingembre sont utilisées occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
| Piment moyen, en poudre | Le capteur de rosée indique 0,005 (1%) de plus que le TDL. Cette valeur est inférieure au seuil d'erreur combiné. | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision. |
| Muscade, moulue | Le capteur de rosée indique 0,014 (3 %) de plus que le TDL. La différence est supérieure au seuil d'erreur combiné.
| Capacités En cas de faibles concentrations, un capteur de point de rosée devrait être suffisamment précis. Si des concentrations plus élevées de noix de muscade sont utilisées occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. Le TDL est meilleur pour les échantillons contenant des quantités substantielles de noix de muscade moulue. |
| Oignon, en poudre | Le capteur de rosée indique 0,003 (1%) de plus que le TDL. Cette valeur est inférieure au seuil d'erreur combiné. | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision. |
| Origan | Le capteur de rosée indique 0,01 (3 %) de plus que le TDL. La différence se situe au niveau du seuil d'erreur combiné.
| Capacités En cas de faibles concentrations, un capteur de point de rosée devrait être suffisamment précis. Si des concentrations plus élevées d'origan sont utilisées occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
| Paprika, moulu | Le capteur de rosée indique 0,008 (2 %) de plus que le TDL. La différence est inférieure au seuil d'erreur combiné. | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision. Si des niveaux plus élevés de paprika sont utilisés occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
| Sage | Le capteur de rosée affiche une valeur supérieure de 0,02 (5 %) à celle de la TDL. Cette valeur est très éloignée de la plage de précision acceptable.
| TDL Le TDL est préférable pour les échantillons contenant des quantités importantes de sauge. |
| Paprika fumé, moulu | Le capteur de rosée indique 0,008 (2 %) de plus que le TDL. La différence est inférieure au seuil d'erreur combiné. | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision. Si des niveaux élevés de paprika fumé sont utilisés occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
| Poivre blanc moulu | Le capteur de rosée indique 0,005 (1%) de plus que le TDL. La différence est inférieure au seuil d'erreur combiné. Les grains de poivre blanc se distinguent des grains de poivre noir par le fait qu'ils sont trempés dans l'eau et dépouillés de leur peau, ce qui entraîne la perte d'une grande partie des composés volatils. | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision. Si des niveaux élevés de poivre blanc sont utilisés occasionnellement, un capteur de capacité peut s'avérer utile. |
Autres additifs alimentaires
| Ingrédient | Résultats des tests† et profil de volatilité | Recommandation concernant les capteurs |
|---|---|---|
| Acide ascorbique | À toutes les concentrations, l'acide ascorbique peut être lu avec précision par un capteur de point de rosée. M.P. 190-192 °C, pas de pression de vapeur appréciable à 25 °C | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision.
|
| Acide acétique | À 1 % de la masse ou moins, l'acide acétique se rapproche du seuil d'erreur combiné. À 3 % de la masse, l'acide acétique dépasse le seuil d'erreur. Il n'est pas recommandé d'introduire de l'acide acétique à 100 % (glacial) dans un instrument, car il peut endommager de façon permanente les capteurs et les surfaces. Il est recommandé de procéder à un nettoyage approfondi après avoir analysé des échantillons contenant une concentration quelconque d'acide acétique. B.P. 118 °C | Dépend de la concentration Dew point sensor gives good accuracy if acetic acid is kept at <1% by mass. Si le pourcentage massique d'acide acétique atteint occasionnellement plusieurs pour cent, un capteur de capacité peut s'avérer utile. Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs.
|
| Acide citrique | L'acide citrique n'interfère pas avec les capteurs de point de rosée à des concentrations allant jusqu'à 100 %. M.P. 156 °C | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision.
|
| Éthanol | À 1 % de la masse ou moins, l'éthanol se rapproche du seuil d'erreur combiné. À 3 % de la masse, l'éthanol dépasse le seuil d'erreur. B.P. 78 °C | Dépend de la concentration Dew point sensor gives good accuracy if ethanol is kept at <1% by mass. A des concentrations de 1-5%, un capteur capacitif peut être utilisé occasionnellement. Une exposition prolongée à l'éthanol risque d'empoisonner le capteur capacitif en provoquant une dérive irréversible qui nécessitera le remplacement du capteur. À des concentrations supérieures à 5 % d'éthanol, un TDL est la seule recommandation. |
| Glycérine | La glycérine n'interfère pas avec les capteurs de point de rosée à des concentrations allant jusqu'à 100 %. Pression de vapeur de 0,003 mmHg à 50 ºC | Point de rosée |
| Isopropanol | À 1 % de la masse ou moins, l'isopropanol se rapproche du seuil d'erreur combiné. À 3 % de la masse, l'isopropanol dépasse le seuil d'erreur. B.P 83 °C | Dépend de la concentration Dew point sensor gives good accuracy if isopropanol is kept at <1% by mass. Si le pourcentage massique d'isopropanol atteint occasionnellement plusieurs pour cent, un capteur de capacité peut s'avérer utile. Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs. |
| Acide malique | L'acide malique n'interfère pas avec les capteurs de point de rosée à des concentrations allant jusqu'à 100 %. M.P. 130 ºC | Point de rosée |
| Propylène glycol | Ce n'est qu'à partir d'une concentration de 5 % en masse que le propylène glycol commence à interférer avec un capteur de point de rosée. B.P. 188 °C | Dépend de la concentration Dew point sensor gives good accuracy if propylene is kept at <3% by mass. Si le pourcentage de masse de propylène glycol atteint occasionnellement plusieurs pour cent, un capteur de capacité peut être utile. Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs. |
| Acide lactique | À des concentrations allant jusqu'à 42,5 % en masse, l'acide lactique peut être lu avec précision par un capteur de point de rosée. Il n'est pas recommandé d'introduire de l'acide lactique à 85 % dans un instrument, car il peut endommager de manière permanente les capteurs et les surfaces. B.P. 122 °C | Point de rosée Le capteur de point de rosée offre une bonne précision jusqu'à des concentrations de 42,5 % en masse. |
Huiles essentielles
| Ingrédient | Résultats des tests† et profil de volatilité | Recommandation concernant les capteurs |
|---|---|---|
| Huile de cannelle, distillée à la vapeur cinnamomum zeylanicum | Le capteur de point de rosée indique en moyenne 0,12 de plus que le TDL, ce qui est bien en dehors de la plage de précision acceptable.
| TDL Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs. |
| Huile de clou de girofle, distillée à la vapeur eugénia caryophyllata | Contamination du capteur de point de rosée.
| TDL Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs. |
| Huile de citron, pressée à froid | Contamination du capteur de point de rosée.
| TDL Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs. |
| Huile de menthe poivrée, distillée à la vapeur d'eau mentha piperita | Contamination du capteur de point de rosée.
| TDL Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs. |
| Huile de romarin, distillée à la vapeur rosmarinus officinalis | Contamination du capteur de point de rosée.
| TDL Le TDL est la seule recommandation pour les composés volatils presque purs. |
Café, thés, etc.
| Ingrédient | Résultats des tests† et profil de volatilité | Recommandation concernant les capteurs |
|---|---|---|
| Café | Dépend fortement de la fraîcheur de l'échantillon. Le capteur de point de rosée affiche souvent des valeurs cohérentes, mais en raison de la variabilité des échantillons, il n'est pas toujours fiable.
| Très variable Si vous devez mesurer régulièrement une grande variété d'échantillons de café frais, il est probable qu'un TDL offrira la plus grande précision. Si vous mesurez occasionnellement du café, un capteur de point de rosée peut suffire, mais un instrument doté d'un capteur de capacité sera plus fiable. |
| Thé noir épicé | Les thés épicés contiennent souvent des huiles essentielles ajoutées aux feuilles de thé, qui peuvent interférer avec le capteur de point de rosée. | Variable Si vous savez que vous allez mesurer régulièrement une grande variété d'échantillons de thé épicé, il est probable qu'un TDL offrira la plus grande précision. Si vous mesurez occasionnellement des thés épicés, un capteur de point de rosée peut suffire, mais un instrument doté d'un capteur de capacité sera plus fiable. |
| Thé noir | Les feuilles de thé en elles-mêmes peuvent être mesurées avec précision à l'aide d'un capteur de point de rosée. | Point de rosée |
| Thé vert | Les feuilles de thé en elles-mêmes peuvent être mesurées avec précision à l'aide d'un capteur de point de rosée. | Point de rosée |
| Thé noir au citron | Les thés épicés contiennent souvent des huiles essentielles ajoutées aux feuilles de thé, qui peuvent interférer avec le capteur de point de rosée. | Variable |
| Thé noir à la menthe | Les thés épicés contiennent souvent des huiles essentielles ajoutées aux feuilles de thé, qui peuvent interférer avec le capteur de point de rosée. | Variable |
| Earl Grey | Les thés épicés contiennent souvent des huiles essentielles ajoutées aux feuilles de thé, qui peuvent interférer avec le capteur de point de rosée. | Variable |
| Mélange pour boisson à base de chicorée | Les extraits de racine de chicorée sont connus pour contenir de nombreux composés aromatiques et des composants à forte volatilité.16 | TDL |
† L'ensemble des données est disponible sur demande. Veuillez nous contacter pour en discuter.
Résumé et conclusions sur la base de la catégorie d'ingrédients
Épices et herbes séchées
Les herbes et épices présentées dans ce rapport se répartissent en trois catégories en ce qui concerne leurs performances :
- Non gênants : cayenne, piment moyen, oignon. Il est préférable d'utiliser un capteur de point de rosée.
- En fonction de la concentration : piment de la Jamaïque, cannelle, cumin, ail, gingembre, muscade, origan, paprika, paprika fumé, poivre blanc. En cas d'utilisation non diluée, il est préférable d'utiliser un TDL, mais à faible concentration, un capteur de point de rosée peut faire l'affaire. Un capteur de capacité est un bon compromis.
- Forte interférence : basilic, poivre noir, clous de girofle, coriandre, sauge. Un TDL est le meilleur moyen de mesurer de manière fiable ces herbes et épices, à moins qu'elles ne soient considérablement diluées.
Les épices et les herbes utilisées dans ce rapport n'ont pas été diluées ou falsifiées - c'est à l'utilisateur final de déterminer si cela représente ou non ses propres échantillons.
Huiles essentielles
Les capteurs de point de rosée des huiles de clou de girofle, de menthe poivrée, de citron et de romarin ont tous échoué en raison d'une contamination par le miroir. L'huile de cannelle a pu être mesurée par un capteur de point de rosée, mais elle a donné une valeur nettement supérieure à la valeur moyenne de la TDL.
Si vous cherchez à déterminer l'aw des huiles essentielles, un TDL est le seul capteur fiable étant donné la faible teneur en eau et la grande volatilité de ces mélanges.
Autres additifs alimentaires
Les composés présentés dans ce rapport se répartissent en deux catégories :
- N'interfère pas : Acide ascorbique, acide citrique, acide lactique, acide malique, glycérine. Un capteur de point de rosée fonctionnera bien pour les concentrations typiques dans les aliments.
- Dépend de la concentration : Acide acétique, éthanol, isopropanol, propylène glycol. Un TDL est le meilleur instrument, mais un capteur de capacité peut également suffire.
Il existe de nombreux cas d'utilisation pour chacun de ces composants, et c'est à l'utilisateur final de déterminer l'instrument qui répond le mieux à ses besoins.
Par exemple, le vinaigre blanc distillé contient généralement 5 % d'acide acétique et si vous devez déterminer régulièrement l'aw pour ce type d'échantillon, vous devrez peut-être envisager un TDL. Si vous utilisez des échantillons contenant du vinaigre dilué, un capteur de capacité peut faire l'affaire. Si vous savez que vous avez du vinaigre, mais qu'il ne représente qu'un faible pourcentage de votre échantillon, un capteur de point de rosée peut suffire.
Café, thé, etc.
Le café est souvent problématique pour un capteur de point de rosée, mais il est très variable. Il y a des variations d'une torréfaction à l'autre et d'une variété à l'autre, mais aussi entre les échantillons fraîchement moulus et les échantillons préemballés. Si vous êtes un producteur ou un torréfacteur de café et que vous souhaitez déterminer l'aw de votre produit, le meilleur choix est un instrument doté d'un capteur TDL.
Les thés peuvent être mesurés avec précision à l'aide d'un capteur de point de rosée tant qu'ils ne sont pas aromatisés avec des composés très volatils, comme c'est le cas pour certains thés épicés. Si vous produisez des thés épicés, un TDL est nécessaire pour déterminer avec précision le pointde rosée en présence d'huiles essentielles.
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