Contenuto di umidità 101: Che cos'è il contenuto di umidità e come viene utilizzato?

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 falegnami agli scienziati petroliferi, vogliano sapere: quanta acqua c'è in questo materiale?

È una domanda semplice. Sembrerebbe che dovrebbe avere una risposta 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 penetra in un materiale, spesso non fuoriesce facilmente, il che rende difficile rimuoverla e misurarla. Altri metodi, come la misurazione dell'umidità senza rimuoverla dal materiale ospite, presentano una serie di altre sfide.

Il metodo di misurazione da utilizzare dipende da due fattori: il grado di precisione richiesto e i compromessi che si è disposti ad accettare.

• Se sei uno scienziato petrolifero che studia quantità infinitesimali di acqua nel petrolio o nella plastica, potresti essere disposto a dedicare il tempo (e il denaro) necessari alla titolazione.
• Se sei un falegname o un imprenditore edile sul posto di lavoro e devi decidere se un pezzo di legno è adatto, potresti essere disposto a rinunciare alla precisione di laboratorio in cambio della praticità di un dispositivo portatile che fornisce una stima approssimativa dei livelli di umidità.
• Se lavori nel settore alimentare o nella produzione di cannabis, potresti preferire una soluzione intermedia, come la perdita di peso per essiccazione, che offre una misurazione relativamente precisa in un lasso di tempo ragionevole.

Gli esempi sopra riportati sono solo alcuni dei possibili utilizzi delle misurazioni del contenuto di umidità, ma i compromessi sono simili indipendentemente dal settore industriale. Qualunque sia il metodo scelto, occorre prestare attenzione alle numerose idee errate su ciò che il contenuto di umidità può e non può rivelare. Una semplice regola da ricordare è che il contenuto di umidità è una misura "quantitativa".

Ad esempio, il contenuto di umidità è un parametro importante per misurare la resa. Molti prodotti vengono venduti a peso, quindi, dato che l'acqua è un ingrediente poco costoso (e pesante), misurare e gestire il contenuto di umidità può avere un impatto enorme sui profitti.

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

Cosa non ti dice il contenuto di umidità? Praticamente nulla riguardo a parametri di "qualità" quali consistenza, sicurezza microbica, migrazione dell'umidità e deterioramento dei nutrienti. Questi fattori chiave è meglio lasciarli a un'altra misurazione: l'attività dell'acqua.

Attività dell'acqua 101: Che cos'è l'attività dell'acqua (Aw) e come viene utilizzata?

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 risiede il punto di forza dell'attività dell'acqua.

Se osservata troppo 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 gli scopi della maggior parte delle persone.

1. L'attività dell'acqua misura quanto l'acqua sia energetica e disponibile. Alcune sostanze trattengono una grande quantità di acqua, ma quest'ultima è bloccata in posizione da legami molecolari. Ciò la rende meno in grado di fuoriuscire o interagire con il mondo circostante: definiremmo questa situazione come bassa attività dell'acqua, anche se potrebbe esserci una grande quantità di acqua presente. Può verificarsi anche il contrario: alcuni materiali trattengono pochissima acqua, che è anche molto accessibile.
2. L'acqua cerca l'equilibrio. Se lasci un biscotto morbido all'aperto in un clima secco, l'atmosfera a bassa attività dell'acqua assorbirà l'umidità dal biscotto ad alta attività dell'acqua, 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 umidità tra loro. In sostanza, l'attività dell'acqua può indicare in quale direzione l'acqua vuole muoversi.
3. I livelli energetici dell'acqua influiscono su molte previsioni importanti. 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 di capacità e gli strumenti a specchio raffreddato. I sensori di capacità sono spesso economici, ma a scapito dell'accuratezza e della precisione. I dispositivi a specchio raffreddato sono più accurati e sono generalmente considerati lo standard nell'industria alimentare. Altri metodi più di nicchia includono sensori elettrolitici resistivi e 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, piuttosto che la quantità. Per questo motivo, è stata ampiamente adottata nell'industria alimentare, farmaceutica e della cannabis.

Quale dovresti usare?

Dipende da ciò che si desidera ottenere. Nessuna delle due misurazioni è semplicemente migliore dell'altra. Misurano concetti molto diversi e ciascuna offre grandi vantaggi in ambienti diversi.

Se stai cercando di determinare il peso giusto del prodotto per massimizzare il profitto, il contenuto di umidità dovrebbe essere il tuo punto di riferimento. Se il tuo obiettivo è mantenere uno snack croccante o friabile per mesi sugli scaffali dei negozi, o capire come inserire la gelatina all'interno di un dolcetto senza che questo diventi molliccio, scegli l'attività dell'acqua.‍

Per approfondire gli aspetti scientifici alla base di queste due misurazioni, consulta la nostra knowledge base —>

Poiché il contenuto di umidità influisce sulla consistenza, alcuni potrebbero dirvi che è l'unica misura necessaria per monitorare sia la quantità che la qualità. Tuttavia, chi prova questo approccio si rende presto conto che è inefficiente e quasi impossibile gestire la crescita microbica e altre questioni relative alla qualità utilizzando solo il contenuto di umidità.

Isoterme di assorbimento dell'umidità: come interagiscono il contenuto di umidità e l'attività dell'acqua

L'attività dell'acqua e il contenuto di umidità sono importanti separatamente, ma collegando i due fattori è possibile scoprire esattamente come risolvere una lunga serie di misteri legati all'umidità.

Talvolta denominate "mappe dell'umidità", le isoterme di assorbimento dell'umidità rappresentano graficamente come cambiano il contenuto di umidità e i livelli di attività dell'acqua quando l'umidità viene assorbita e desorbita da un materiale mantenuto a temperatura costante.

In parole più semplici: un isotermo mostra i cambiamenti sia nel contenuto di umidità che nell'attività dell'acqua sullo stesso grafico.

Ogni sostanza ha un'isoterma diversa e la relazione tra contenuto di umidità e attività dell'acqua non è lineare e può essere complessa e imprevedibile, almeno fino a quando non la si vede rappresentata su un grafico isoterma.

In passato, le isoterme non erano particolarmente pratiche, poiché per creare un singolo grafico era necessario un mese o più di lavoro in laboratorio: il processo prevedeva l'inserimento dei campioni in essiccatori e la loro pesatura ripetuta per giorni o settimane per ottenere un singolo punto dati. Le nuove tecnologie hanno automatizzato il processo e contribuito a rendere le isoterme più accessibili e pratiche.

Oggi vengono spesso utilizzati nell'industria alimentare per individuare con precisione i livelli esatti in cui si verificano cambiamenti quali agglomerazione, formazione di grumi e perdita di consistenza, prevedere come un prodotto reagirà alle modifiche della formulazione, stimarne la durata di conservazione e molto altro ancora. Sono inoltre spesso utilizzati per analizzare legno, materiali da costruzione e tessuti.

Trarre le proprie conclusioni

Il contenuto di umidità e l'attività dell'acqua hanno punti di forza diversi. Visualizzarli insieme come un'isoterma rivela informazioni più preziose rispetto a quelle fornite da ciascuno di essi singolarmente.

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

Se hai bisogno di aiuto per decidere quale sia la soluzione più adatta a te o quale strumento ti serve, contattaci. I nostri esperti saranno lieti di aiutarti.

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