Contenuto di umidità e attività dell'acqua: Scegliere la misura giusta

Contenuto di umidità 101: cos'è il contenuto di umidità e come si usa?

L'acqua è ovunque. Nel cibo che mangiamo, nell'aria che respiriamo e negli oggetti che ci circondano, e influenza in modo significativo le caratteristiche fisiche di tutti questi elementi. Non c'è da stupirsi che i lavoratori, dai carpentieri agli scienziati del petrolio, vogliano saperlo: Quanta acqua c'è in questo materiale?

È una domanda semplice. Sembra che debba avere una soluzione semplice. Purtroppo, è molto difficile ottenere una risposta chiara e precisa.

La sfida principale (anche se ce ne sono molte) consiste nel misurare solo l'umidità, ignorando il resto del materiale. Una volta che l'acqua si fa strada in un materiale, spesso non ne esce facilmente, rendendo difficile la sua rimozione e misurazione. Altri metodi, come la misurazione dell'umidità senza rimuoverla dal materiale che la ospita, presentano una serie di altre sfide.

La scelta del metodo di misurazione da utilizzare dipende da due fattori: quanto è necessario essere precisi e quali compromessi si è disposti a fare.

• Se siete uno scienziato del petrolio che studia quantità infinitesimali di acqua nel petrolio o nella plastica, potreste essere disposti a spendere le ore (e i dollari) necessari per la titolazione.
• Se siete un falegname o un appaltatore che sta cercando di decidere se un pezzo di legno è adatto, potreste essere disposti a scambiare la precisione di laboratorio con la facilità di un rapido dispositivo portatile che approssima i livelli di umidità.
• Se lavorate nel settore alimentare o della produzione di cannabis, potreste volere una via di mezzo, come l'essiccazione a perdita, una misura di precisione relativamente elevata in un tempo ragionevole.

Gli esempi sopra riportati sono ben lontani da tutti gli utilizzi della misurazione del contenuto di umidità, ma i compromessi sono simili a prescindere dal settore. Qualunque sia il metodo scelto, bisogna fare attenzione alle molte idee sbagliate su ciò che il contenuto di umidità può o non può dire. Una semplice regola da ricordare è che il contenuto di umidità è una misura "quantitativa".

Ad esempio, il contenuto di umidità è una misura preziosa della resa. Molti prodotti sono venduti in base al peso e, poiché l'acqua è un ingrediente così economico (e pesante), la misurazione e la gestione del contenuto di umidità possono avere un impatto notevole sui profitti.

Il contenuto di umidità fornisce anche informazioni sulla consistenza, poiché livelli crescenti di umidità forniscono mobilità e abbassano la temperatura di transizione vetrosa.

Cosa non vi dirà il contenuto di umidità? Non ci dice molto su parametri di "qualità" come la consistenza, la sicurezza microbica, la migrazione dell'umidità e il deterioramento dei nutrienti. Questi fattori chiave sono meglio lasciati a un'altra misurazione: l'attività dell'acqua.

Attività dell'acqua 101: cos'è l'attività dell'acqua (Aw) e come si usa?

La semplice quantità di acqua presente in una sostanza non fornisce un quadro completo dell'impatto che l'acqua avrà sul prodotto. È qui che risiedono i punti di forza dell'attività dell'acqua.

Vista da vicino, l'attività dell'acqua può sembrare un concetto molto complesso. Fortunatamente, non è necessario conoscere la termodinamica e le oscure equazioni che ne dimostrano il funzionamento. I seguenti principi di alto livello sono sufficienti per la maggior parte delle persone.

1. L'attività dell'acqua misura l'energia e la disponibilità dell'acqua. Alcune sostanze contengono una grande quantità di acqua, ma l'acqua è bloccata da legami molecolari. Questo la rende meno capace di filtrare o di interagire con il mondo circostante: si tratta di una bassa attività idrica, anche se potrebbe essere presente una grande quantità d'acqua. Può accadere anche l'inverso: Alcuni materiali contengono pochissima acqua che è anche molto accessibile.
2. L'acqua vuole l'equilibrio. Se si lascia un biscotto morbido all'aperto in un clima secco, l'atmosfera a bassa attività idrica attira l'umidità dal biscotto ad alta attività idrica, cercando di creare un equilibrio. D'altra parte, due materiali con lo stesso livello di attività dell'acqua, ad esempio una torta e la glassa che la ricopre, non scambieranno l'umidità l'uno con l'altro. In sostanza, l'attività dell'acqua può dire in quale direzione l'acqua vuole muoversi.
3. I livelli energetici dell'acqua contribuiscono a molte preziose previsioni. Ad esempio, quali microrganismi cresceranno su una sostanza, come cambierà la sua consistenza nel tempo, quando si decomporrà, come reagirà con altre sostanze e molto altro ancora.

L'attività dell'acqua può essere misurata in diversi modi: i due più diffusi sono i sensori capacitivi e gli strumenti a specchio freddo. I sensori di capacità sono spesso poco costosi, anche se a scapito dell'accuratezza e della precisione. I dispositivi a specchio refrigerato sono più precisi e sono generalmente considerati lo standard dell'industria alimentare. Altri metodi più di nicchia sono i sensori elettrolitici resistivi e i laser a diodi sintonizzabili.

A differenza del contenuto di umidità, l'attività dell'acqua è più utile per gestire la qualità e la sicurezza di una sostanza o di un prodotto, non la quantità. Per questo motivo, è stata ampiamente adottata nell'industria alimentare, farmaceutica e della cannabis.

Quale utilizzare?

Dipende da cosa si sta cercando di ottenere. Nessuna delle due misure è semplicemente migliore dell'altra. Misurano concetti molto diversi e ciascuna offre grandi vantaggi in ambienti diversi.

Se state cercando di ottenere il giusto peso del prodotto per massimizzare il profitto, il contenuto di umidità dovrebbe essere il vostro punto di riferimento. Se il vostro obiettivo è mantenere un alimento croccante o friabile per mesi sullo scaffale del negozio, o come mettere la gelatina all'interno di una torta senza che la torta si inzuppi, scegliete l'attività dell'acqua.

Per approfondire la scienza che sta alla base di queste due misurazioni, esplorate la nostra base di conoscenze ->

Poiché il contenuto di umidità influisce sulla consistenza, alcuni potrebbero dire che è l'unica misura necessaria per monitorare sia la quantità che la qualità. Tuttavia, chi tenta questo approccio impara presto che è inefficiente e quasi impossibile gestire la crescita microbica e altri problemi legati alla qualità usando solo il contenuto di umidità.

Isoterme di assorbimento dell'umidità: Come il contenuto di umidità e l'attività dell'acqua lavorano insieme

L'attività dell'acqua e il contenuto di umidità sono preziosi separatamente, ma collegarli può rivelare esattamente come risolvere un lungo elenco di misteri legati all'umidità.

A volte chiamate "mappe dell'umidità", le isoterme di assorbimento dell'umidità mostrano come il contenuto di umidità e i livelli di attività dell'acqua cambiano quando l'umidità viene adsorbita e desorbita da un materiale tenuto a temperatura costante.

In parole più semplici: un'isoterma mostra le variazioni del contenuto di umidità e dell'attività dell'acqua sullo stesso grafico.

Ogni sostanza ha un'isoterma diversa e la relazione tra il contenuto di umidità e l'attività dell'acqua non è lineare e può essere complessa e imprevedibile, finché non la si vede mappata su un'isoterma.

In passato, le isoterme non erano particolarmente pratiche, a causa del mese o più di lavoro di laboratorio necessario per creare un singolo grafico: il processo prevedeva di mettere i campioni in essiccatori e pesarli ripetutamente per giorni o settimane per ottenere un singolo punto di dati. Le nuove tecnologie hanno automatizzato il processo e contribuito a rendere le isoterme più accessibili e pratiche.

Oggi sono spesso utilizzati nell'industria alimentare per individuare i livelli esatti in cui si verificano cambiamenti come la formazione di croste e grumi e la perdita di consistenza, per prevedere la risposta di un prodotto alle modifiche della formulazione, per stimare la durata di conservazione e molto altro ancora. Vengono utilizzati anche per analizzare il legno, i materiali da costruzione e i tessuti.

Tracciare le proprie conclusioni

Il contenuto di umidità e l'attività dell'acqua hanno forze diverse. Visualizzandoli insieme sotto forma di isoterma, si ottengono informazioni più preziose di quelle che uno dei due fornisce da solo.

In molti casi, non esiste una misura unica per tutti: tutto dipende dall'applicazione. Spetta all'utente decidere.

Se avete bisogno di aiuto per decidere quale sia la soluzione giusta per voi o quale strumento vi serve, contattateci. I nostri esperti sono ansiosi di ascoltarvi.

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