Ingredienti volatili e attività dell'acqua: Come scegliere il giusto sensore aw

Ingredienti volatili e attività dell'acqua: Scegliere il sensore giusto | AQUALAB

Ingredienti volatili e attività dell'acqua: Come scegliere il giusto sensore aw

Quando si misura l'attività dell'acqua (nota anche come
aw, RH, ERH o pressione di vapore) di un prodotto, alcuni ingredienti - composti volatili - possono causare problemi. Alcuni sensori di attività dell'acqua sono più protetti di altri contro i composti volatili. Quindi, di quanta protezione avete bisogno?

Non esiste una definizione scientifica rigorosa di composto volatile, ma in generale si tratta di qualsiasi sostanza che evapora facilmente e diventa un gas a temperatura ambiente o inferiore. I volatili sono naturalmente presenti nelle spezie e negli alimenti e in molte sostanze utilizzate nella lavorazione dei prodotti alimentari e farmaceutici.

Esistono quattro tipi di sensori di attività dell'acqua generalmente accettati. Ognuno di essi ha un modo unico di misurare l'attività dell'acqua e varia nella sua capacità di misurare accuratamente in presenza di composti volatili (VC) interferenti. 

  • I sensori di punto di rugiada sono generalmente i più veloci e accurati, ma possono avere difficoltà in presenza di composti volatili a causa della co-condensazione dei VC sullo specchio refrigerato.
  • I sensori di capacità sono in grado di superare il problema della condensazione, ma in genere forniscono dati di minore precisione con tempi di acquisizione più lunghi e possono essere avvelenati da alcuni composti (è stato dimostrato che alcuni alcoli interferiscono).
  • I sensori elettrolitici resistivi necessitano di filtri per proteggersi dai composti volatili e migliorare le letture. Per proteggersi dai diversi composti volatili sono necessari filtri diversi, che spesso rallentano notevolmente i tempi di lettura.
  • Il sensore laser a diodi sintonizzabili (TDL) è stato progettato specificamente per misurare l'attività dell'acqua in presenza di composti volatili. È lo strumento più affidabile e preciso per questo scopo. 

Per aiutarvi a scegliere lo strumento migliore per la vostra situazione, il laboratorio di R&S alimentare METER ha testato oltre 20 ingredienti di uso frequente contenenti varie concentrazioni di composti volatili. Tutti gli ingredienti sono stati testati con i sensori sopra elencati. 

Per questi test abbiamo fatto del nostro meglio per utilizzare ingredienti standard e largamente diffusi, ma è bene notare che le prestazioni del sensore possono variare a seconda del modo in cui gli ingredienti vengono prodotti e/o lavorati. In questo rapporto vengono presentati gli scenari migliori e peggiori, quando possibile. Le raccomandazioni degli strumenti si basano su casi d'uso tipici.

Come abbiamo eseguito questi test

Prima di eseguire qualsiasi campione, tutti gli strumenti sono stati calibrati e verificati rispetto a una serie di standardaw noti. Un campione rappresentativo di ciascun ingrediente è stato analizzato in un minimo di tre strumenti singoli per sensore. Ogni campione è stato analizzato finché lo strumento non ha fornito tre letture entro le specifiche del sensore (accuratezza Δaw: punto di rugiada ±0,003, capacità ±0,015 e TDL ±0,005).

Le spezie utilizzate in questo studio sono state prese da una sezione di alimenti sfusi a rotazione rapida di un negozio di alimentari. Gli oli essenziali sono stati acquistati da un fornitore biologico USDA e contrassegnati per uso interno. Gli altri additivi alimentari utilizzati erano tutti di grado ACS reagente.

Tutte le spezie e gli oli essenziali sono stati misurati non diluiti direttamente dalla confezione. Gli altri additivi alimentari sono stati diluiti con acqua per testare una gamma di concentrazioni di massa. Non sono stati utilizzati substrati: in generale, substrati aggiuntivi possono ridurre la volatilità del campione.

I dati raccolti sono stati esaminati per determinare se i composti volatili interferissero o meno con le misurazioni dell'attività dell'acqua.

Date le prestazioni del sensore TDL in presenza di composti volatili, è stato considerato il più accurato e fissato come standard per il confronto con gli altri strumenti. Utilizzando le specifiche del nostro sensore, l'additivo Δaw è stato considerato come errore accettabile. Le specifiche dichiarate per il sensore TDL sono Δaw ± 0,005 e pertanto l'errore massimo accettabile tra due sensori TDL è la somma degli errori, ovvero 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.

I risultati e la loro interpretazione

Questi dati sono stati raccolti da campioni che i consumatori tipici possono incontrare. Spezie ed erbe fresche, magari provenienti direttamente da un produttore, possono avere concentrazioni più elevate di composti volatili interferenti e non produrre gli stessi risultati. Inoltre, il contenuto di composti volatili di erbe e spezie può variare notevolmente a seconda della specie, della manipolazione e della lavorazione, nonché della conservazione e dell'età.

Le raccomandazioni per i sensori riportate nella tabella seguente sono suddivise in tre categorie: 

  • Sensore del punto di rugiada - Se un ingrediente può essere letto con precisione a tutte le concentrazioni, un sensore del punto di rugiada è la scelta migliore.
  • Sensore capacitivo - Se il campione è sufficientemente volatile da causare problemi con il sensore del punto di rugiada ad alte concentrazioni, ma si comporta bene a concentrazioni inferiori, si consiglia uno strumento a doppio blocco o un sensore capacitivo.
  • Laser a diodi sintonizzabili (TDL) - Se l'ingrediente causa letture imprecise anche a basse concentrazioni, si consiglia un sensore TDL.

Spezie ed erbe essiccate

 
IngredienteRisultati del test† e profilo di volatilitàRaccomandazione del sensore
Pimento, macinato

Il sensore di rugiada legge in media 0,014 (3%) in più rispetto al TDL. Questo valore è al di fuori dell'intervallo di precisione accettabile.


Fino al 6% della massa è costituito da olio essenziale. Il componente principale è l'eugenolo.1

Capacità

A basse concentrazioni, un sensore del punto di rugiada dovrebbe essere sufficientemente preciso. Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di pimento, può essere utile un sensore di capacità. Se il pimento fresco è un componente importante, si dovrebbe prendere in considerazione un TDL.

Basilico

Il sensore di rugiada legge in media 0,025 (6%) in più rispetto al TDL. Questo dato è molto al di fuori dell'intervallo di accuratezza accettabile.


Fino al 2% della massa è olio essenziale. Il componente principale è il linalolo.2 Molte variazioni tra le specie.

TDL

Il TDL è più indicato per i campioni con quantità sostanziali di basilico.

Pepe nero, macinato

Il sensore di rugiada fornisce un errore di specchio contaminato.


Lo 0,4%-7% della massa è costituito da olio essenziale. Il componente principale è la piperina.3

TDL

Il TDL è migliore per i campioni con quantità sostanziali di pepe nero macinato fresco.

Cayenna, macinataIl sensore di rugiada rileva 0,007 (2%) in più rispetto al TDL. La differenza è inferiore alla soglia di errore combinato.

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione.

Cannella, macinata

Il sensore di rugiada rileva 0,01 (2%) in più rispetto al TDL. La differenza si trova alla soglia di errore combinato.


La cinnamaldeide è uno dei principali componenti dell'olio essenziale4

Capacità

In caso di basse concentrazioni, un sensore del punto di rugiada dovrebbe essere sufficientemente preciso. Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di cannella, può essere utile un sensore di capacità.

Chiodi di garofano, interi

Il sensore di rugiada rileva 0,03 (8%) in più rispetto al TDL. Questo valore è molto al di fuori dell'intervallo di accuratezza accettabile.


Il 45-90% dell'olio essenziale è costituito da eugenolo.5

TDL

Il TDL è più indicato per i campioni con quantità sostanziali di chiodi di garofano.

Semi di coriandolo, macinati

Il sensore di rugiada rileva 0,02 (5%) in più rispetto al TDL. Questo valore è molto al di fuori dell'intervallo di accuratezza accettabile.


Lo 0,5-2,5% della massa è costituito da olio essenziale. Il componente principale è il linalolo.6

TDL

Il TDL è migliore per i campioni con quantità sostanziali di coriandolo macinato.

Cumino, macinato

Il sensore di rugiada rileva 0,01 (2%) in più rispetto al TDL. La differenza si trova alla soglia di errore combinato.


Fino al 3% della massa è costituito da olio essenziale. Il componente principale è la cuminaldeide.7

Capacità

A basse concentrazioni, un sensore del punto di rugiada dovrebbe essere sufficientemente preciso. Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di cumino, può essere utile un sensore di capacità.

Aglio, in polvereIl sensore di rugiada rileva 0,01 (3%) in più rispetto al TDL. La differenza è alla soglia di errore combinato.

Capacità

In caso di basse concentrazioni, un sensore del punto di rugiada dovrebbe essere sufficientemente preciso. Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di aglio in polvere, può essere utile un sensore di capacità.

Zenzero, polvere

Il sensore di rugiada rileva 0,01 (3%) in più rispetto al TDL. La differenza è alla soglia di errore combinato.


Fino al 3% del peso dello zenzero fresco è costituito da olio essenziale. Si tratta principalmente di zingerone, shogaoli e gingeroli.8 Le specie variano molto e la tecnica di essiccazione gioca un ruolo importante nella determinazione dei composti presenti.

Capacità

In caso di basse concentrazioni, un sensore del punto di rugiada dovrebbe essere sufficientemente preciso. Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di polvere di zenzero, può essere utile un sensore di capacità.

Peperoncino medio in polvereIl sensore di rugiada rileva un valore di 0,005 (1%) superiore al TDL. Questo valore è inferiore alla soglia di errore combinato.

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione.

Noce moscata, macinata

Il sensore di rugiada rileva 0,014 (3%) in più rispetto al TDL. La differenza è superiore alla soglia di errore combinato.


Fino all'1,4% della massa è olio essenziale, principalmente miristicina.9

Capacità

A basse concentrazioni, un sensore del punto di rugiada dovrebbe essere sufficientemente preciso. Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di noce moscata, può essere utile un sensore di capacità. 

Il TDL è migliore per i campioni con quantità sostanziali di noce moscata macinata.

Cipolla, in polvereIl sensore di rugiada rileva 0,003 (1%) in più rispetto al TDL. Questo valore è inferiore alla soglia di errore combinato.

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione.

Origano

Il sensore di rugiada rileva 0,01 (3%) in più rispetto al TDL. La differenza è alla soglia di errore combinato.


Oltre 60 composti, principalmente carvacrolo e timolo.10 Molte variazioni di specie.

Capacità

A basse concentrazioni, un sensore del punto di rugiada dovrebbe essere sufficientemente preciso. Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di origano, può essere utile un sensore di capacità.

Paprika, macinataIl sensore di rugiada rileva 0,008 (2%) in più rispetto al TDL. La differenza è inferiore alla soglia di errore combinato.

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione. 

Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di paprika, può essere utile un sensore di capacità.

Salvia

Il sensore di rugiada rileva 0,02 (5%) in più rispetto al TDL. Questo valore è molto al di fuori dell'intervallo di accuratezza accettabile.


Numerosi composti tra cui α-umulene, β-pinene, eucaliptolo e canfora.11

TDL

Il TDL è più indicato per i campioni con quantità sostanziali di salvia.

Paprika affumicata, macinataIl sensore di rugiada rileva 0,008 (2%) in più rispetto al TDL. La differenza è inferiore alla soglia di errore combinato.

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione.

Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di paprika affumicata, può essere utile un sensore di capacità.

Pepe bianco, macinato

Il sensore di rugiada rileva 0,005 (1%) in più rispetto al TDL. La differenza è inferiore alla soglia di errore combinato.

I grani di pepe bianco si differenziano da quelli neri per il fatto che vengono messi a bagno in acqua e la loro buccia viene rimossa, il che significa che molti dei composti volatili vengono persi.

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione. 

Se si utilizzano occasionalmente livelli più elevati di pepe bianco, può essere utile un sensore di capacità.

Altri additivi alimentari

IngredienteRisultati del test† e profilo di volatilitàRaccomandazione del sensore
Acido ascorbico

A tutte le concentrazioni l'acido ascorbico può essere letto con precisione da un sensore del punto di rugiada.

M.P. 190-192 °C, nessuna pressione di vapore apprezzabile a 25 °C

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione.

 

Acido acetico

Con una massa dell'1% o inferiore, l'acido acetico si avvicina alla soglia di errore combinata. Al 3% di massa l'acido acetico supera la soglia di errore. L'acido acetico al 100% (glaciale) non è consigliato per l'immissione nello strumento e può causare danni permanenti ai sensori e alle superfici.

Si raccomanda una pulizia accurata dopo l'esecuzione di campioni contenenti qualsiasi concentrazione di acido acetico.

B.P. 118 °C

Dipendente dalla concentrazione

Dew point sensor gives good accuracy if acetic acid is kept at <1% by mass. 

Se la massa percentuale di acido acetico raggiunge occasionalmente diversi punti percentuali, può essere utile un sensore di capacità.

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

 

Acido citrico

L'acido citrico non interferisce con i sensori del punto di rugiada a concentrazioni fino al 100%.

M.P. 156 °C

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione.

 

Etanolo

Con una massa dell'1% o inferiore, l'etanolo si avvicina alla soglia di errore combinata. Al 3% di massa l'etanolo supera la soglia di errore.

B.P. 78 °C

Dipendente dalla concentrazione

Dew point sensor gives good accuracy if ethanol is kept at <1% by mass. 

A concentrazioni dell'1-5%, un sensore capacitivo può essere utilizzato occasionalmente. L'esposizione prolungata all'etanolo rischia di avvelenare il sensore di capacità, causando una deriva irreversibile e rendendo necessaria la sostituzione del sensore.

A concentrazioni superiori al 5% di etanolo, il TDL è l'unica raccomandazione.

Glicerina

La glicerina non interferisce con i sensori del punto di rugiada a concentrazioni fino al 100%.

Pressione di vapore di 0,003 mmHg a 50 ºC

Punto di rugiada
Isopropanolo

All'1% di massa o meno l'isopropanolo si avvicina alla soglia di errore combinata. Al 3% di massa l'isopropanolo supera la soglia di errore.

B.P 83 °C

Dipendente dalla concentrazione

Dew point sensor gives good accuracy if isopropanol is kept at <1% by mass. 

Se la massa percentuale di isopropanolo raggiunge occasionalmente diversi punti percentuali, un sensore di capacità può essere utile.

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

Acido malico

L'acido malico non interferisce con i sensori del punto di rugiada a concentrazioni fino al 100%.

M.P. 130 ºC

Punto di rugiada
Glicole propilenico

Solo a partire da concentrazioni del 5% in massa il glicole propilenico inizia a interferire con un sensore del punto di rugiada.

B.P. 188 °C

Dipendente dalla concentrazione

Dew point sensor gives good accuracy if propylene is kept at <3% by mass. 

Se la percentuale di massa di glicole propilenico raggiunge occasionalmente diversi punti percentuali, un sensore di capacità può essere utile.

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

Acido lattico

A concentrazioni fino al 42,5% in massa, l'acido lattico può essere letto con precisione da un sensore del punto di rugiada. L'acido lattico all'85% non è raccomandato per essere immesso in uno strumento e può causare danni permanenti ai sensori e alle superfici.

B.P. 122 °C

Punto di rugiada

Il sensore del punto di rugiada offre una buona precisione fino a concentrazioni del 42,5% in massa.

 

Oli essenziali

IngredienteRisultati del test† e profilo di volatilitàRaccomandazione del sensore
Olio di cannella, distillato a vapore cinnamomum zeylanicum

Il sensore del punto di rugiada legge in media 0,12 in più rispetto al TDL, ben al di fuori dell'intervallo di precisione accettabile.


90% cinnamaldeide, B.P. 248 °C.4

TDL

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

Olio di chiodi di garofano, distillato a vapore eugenia caryophyllata

Contaminazione del sensore del punto di rugiada.


Il 45-90% dell'olio essenziale è costituito da eugenolo.5

TDL

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

Olio di limone, spremuto a freddo

Contaminazione del sensore del punto di rugiada.


Limonene (40%) e pinene (25%) sono i componenti dominanti.12

TDL

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

Olio di menta piperita, distillato a vapore mentha piperita

Contaminazione del sensore del punto di rugiada.


I costituenti principali sono il mentolo (41%) e il mentone (23%).13

TDL

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

Olio di rosmarino, distillato a vapore rosmarino officinale

Contaminazione del sensore del punto di rugiada.


I componenti principali sono l'α-pinene e l'eucaliptolo.14

TDL

Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri.

 

Caffè, tè, ecc.

IngredienteRisultati del test† e profilo di volatilitàRaccomandazione del sensore
Caffè

Dipende molto dalla freschezza del campione. Il sensore del punto di rugiada spesso rileva in modo coerente, ma a causa della variabilità dei campioni potrebbe non essere sempre affidabile.


Il caffè contiene numerosi composti volatili che variano in concentrazione a seconda della varietà, della tostatura e della manipolazione del campione.15

Altamente variabile 

Se si intende misurare costantemente un'ampia varietà di campioni di caffè fresco, è probabile che un TDL offra la massima precisione. Se si misura occasionalmente il caffè, può essere sufficiente un sensore del punto di rugiada, ma uno strumento con un sensore di capacità sarà più affidabile.

Tè nero speziatoI tè speziati contengono spesso oli essenziali aggiunti alle foglie di tè che possono causare interferenze con il sensore del punto di rugiada.

Variabile

Se si sa di dover misurare costantemente un'ampia varietà di campioni di tè speziato, è probabile che un TDL offra la massima precisione. Se si misurano occasionalmente tè speziati, può essere sufficiente un sensore del punto di rugiada, ma uno strumento con un sensore di capacità sarà più affidabile.

Tè neroLe foglie di tè da sole possono essere misurate con precisione con un sensore del punto di rugiada.Punto di rugiada
Tè verdeLe foglie di tè da sole possono essere misurate con precisione con un sensore del punto di rugiada.Punto di rugiada
Tè nero al limoneI tè speziati contengono spesso oli essenziali aggiunti alle foglie di tè che possono causare interferenze con il sensore del punto di rugiada.Variabile
Tè nero alla mentaI tè speziati contengono spesso oli essenziali aggiunti alle foglie di tè che possono causare interferenze con il sensore del punto di rugiada.Variabile
Grigio scuroI tè speziati contengono spesso oli essenziali aggiunti alle foglie di tè che possono causare interferenze con il sensore del punto di rugiada.Variabile
Miscela di bevande a base di cicoriaGli estratti di radice di cicoria sono noti per contenere molti composti aromatici e componenti ad alta volatilità.16TDL


Il set di dati completo è disponibile su richiesta. Contattateci per discuterne.

Sintesi e conclusioni in base alla categoria di ingredienti

Spezie ed erbe secche

Le erbe e le spezie presentate in questo rapporto rientrano in tre categorie per quanto riguarda le loro prestazioni:

  • Non interferenti: cayenna, peperoncino medio, cipolla. La cosa migliore è un sensore del punto di rugiada.
  • A seconda della concentrazione: pimento, cannella, cumino, aglio, zenzero, noce moscata, origano, paprika, paprika affumicata, pepe bianco. Se si usa non diluito, è meglio un TDL, ma a basse concentrazioni va bene anche un sensore del punto di rugiada. Un sensore di capacità è un buon compromesso.
  • Altamente interferenti: basilico, pepe nero, chiodi di garofano, coriandolo, salvia. Un TDL è il modo migliore per misurare in modo affidabile queste erbe e spezie, a meno che non siano significativamente diluite.

Le spezie e le erbe utilizzate in questo rapporto non sono state diluite o adulterate: spetta all'utente finale stabilire se questo rappresenta o meno i propri campioni.

 

Oli essenziali

L'olio di chiodi di garofano, l'olio di menta piperita, l'olio di limone e l'olio di rosmarino hanno avuto tutti dei sensori del punto di rugiada che si sono guastati a causa della contaminazione dello specchio. L'olio di cannella ha potuto essere misurato in un sensore del punto di rugiada, ma ha dato una lettura significativamente più alta della lettura media del TDL.

Se si vuole determinare l'aw degli oli essenziali, il TDL è l'unico sensore affidabile, dato il basso contenuto d'acqua e l'alta volatilità di queste miscele.

 

Altri additivi alimentari

I composti presentati in questo rapporto rientrano in due categorie: 

  • Non interferenti: Acido ascorbico, acido citrico, acido lattico, acido malico, glicerina. Un sensore del punto di rugiada funziona bene per le concentrazioni tipiche negli alimenti.
  • Dipendente dalla concentrazione: Acido acetico, etanolo, isopropanolo, glicole propilenico. Lo strumento migliore è il TDL, ma può essere sufficiente anche un sensore di capacità.

Esistono numerosi casi d'uso per ciascuno di questi componenti e spetta all'utente finale determinare lo strumento più adatto alle proprie esigenze. 

Ad esempio, l'aceto bianco distillato contiene in genere il 5% di acido acetico e se si deve determinare regolarmente l'aw per questo tipo di campione, si può prendere in considerazione un TDL. Se si utilizzano campioni contenenti aceto diluito, un sensore capacitivo può funzionare bene. Se si sa di avere dell'aceto, ma si tratta di una piccola percentuale del campione, può essere sufficiente un sensore del punto di rugiada.

 

Caffè, tè, ecc.

Il caffè è spesso problematico per un sensore del punto di rugiada, ma è molto variabile. Esiste una variazione da tostatura a tostatura e tra le varietà, ma anche tra campioni appena macinati e campioni preconfezionati. Se siete produttori o torrefattori di caffè e siete interessati a determinare ilpunto di rugiada del vostro prodotto, la scelta migliore è uno strumento con sensore TDL. 

I tè possono essere misurati con precisione con un sensore di punto di rugiada, purché non siano aromatizzati con composti altamente volatili, come nel caso di alcuni tè speziati. Se si producono tè speziati, è necessario un TDL per determinare con precisioneil punto di rugiada in presenza di oli essenziali.

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