Ingredienti volatili e attività dell'acqua: Scegliere il sensore giusto
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
| Ingrediente | Risultati del test† e profilo di volatilità | Raccomandazione 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.
| 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.
| 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.
| TDL Il TDL è migliore per i campioni con quantità sostanziali di pepe nero macinato fresco. |
| Cayenna, macinata | Il 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.
| 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.
| 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.
| 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.
| 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 polvere | Il 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.
| 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 polvere | Il 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.
| 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 polvere | Il 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.
| 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, macinata | Il 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.
| TDL Il TDL è più indicato per i campioni con quantità sostanziali di salvia. |
| Paprika affumicata, macinata | Il 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
| Ingrediente | Risultati del test† e profilo di volatilità | Raccomandazione 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
| Ingrediente | Risultati del test† e profilo di volatilità | Raccomandazione 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.
| 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.
| 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.
| 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.
| 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.
| TDL Il TDL è l'unica raccomandazione per i composti volatili quasi puri. |
Caffè, tè, ecc.
| Ingrediente | Risultati del test† e profilo di volatilità | Raccomandazione 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.
| 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 speziato | I 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 nero | Le foglie di tè da sole possono essere misurate con precisione con un sensore del punto di rugiada. | Punto di rugiada |
| Tè verde | Le foglie di tè da sole possono essere misurate con precisione con un sensore del punto di rugiada. | Punto di rugiada |
| Tè nero al limone | I 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 menta | I tè speziati contengono spesso oli essenziali aggiunti alle foglie di tè che possono causare interferenze con il sensore del punto di rugiada. | Variabile |
| Grigio scuro | I 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 cicoria | Gli estratti di radice di cicoria sono noti per contenere molti composti aromatici e componenti ad alta volatilità.16 | TDL |
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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