Applicazioni dell'attività dell'acqua nella valutazione della qualità dello zucchero
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I produttori di zucchero spesso devono affrontare problemi di agglomerazione e formazione di grumi durante lo stoccaggio e il trasporto. Questi cambiamenti irreversibili riducono la scorrevolezza, scontentano i clienti e causano costose perdite quando lo zucchero sfuso deve essere rielaborato o scartato.
Tradizionalmente, il contenuto di umidità è stato utilizzato per monitorare la stabilità. Tuttavia, l'umidità da sola non è sufficiente a spiegare il comportamento dello zucchero in condizioni reali. L'attività dell'acqua (aw) fornisce una visione più chiara e predittiva del rischio di agglomerazione.
Perché l'attività dell'acqua è importante
- Umidità vs. attività dell'acqua: il contenuto di umidità è la quantità totale di acqua presente, ma non indica come questa si comporta. L'attività dell'acqua è l'energia dell'acqua, legata all'umidità relativa di equilibrio (ERH). Poiché lo zucchero si indurisce quando esposto a variazioni dell'umidità relativa, l'aw è il vero fattore determinante.
- Deliquescenza: il saccarosio cristallino è stabile fino a circa l'82-83% di ERH (aw ≈ 0,82), come mostrato nella Figura 1. Al di sopra di questo valore, il saccarosio inizia a dissolversi o a deliquescere.
- Agglomerazione: l'agglomerazione e la formazione di grumi possono verificarsi a valori inferiori di aw/RH e sono influenzate da diversi fattori, tra cui la temperatura e le variazioni dell'umidità di conservazione.
- Capacità predittiva: il monitoraggio dell'attività dell'acqua consente ai team addetti al controllo qualità di individuare i problemi prima che si verifichino aggregazioni visibili, cosa che il solo contenuto di umidità non è in grado di fare.
Come avviene l'agglomerazione
Gli studi indicano quattro fasi:
- Pendolare – Cristalli secchi e fluidi.
- Funicolare – Sottili pellicole d'acqua; le particelle iniziano ad aderire.
- Capillare – I ponti d'acqua crescono; il flusso si riduce.
- Drop – Agglomerazione irreversibile dovuta a dissoluzione/ricristallizzazione (Figura 2).
Fattori chiave:
- Le particelle di polvere fine assorbono più acqua.
- Le variazioni di temperatura e umidità relativa favoriscono la formazione di condensa.
- La pressione di stoccaggio comprime le particelle, aumentando i ponti d'acqua.
Una volta che si formano dei grumi, non è più possibile eliminarli: la fluidità originale va persa.
Utilizzo delle isoterme di assorbimento dell'umidità
Le isoterme di assorbimento dell'umidità mostrano come lo zucchero assorbe o rilascia acqua a diversi livelli di umidità e temperatura. Le isoterme dinamiche del punto di rugiada (DDI) ad alta risoluzione rivelano i punti critici di stabilità.
Applicazioni:
- Stabilità: individuare i punti di agglomerazione e/o deliquescenza (Figure 1 e 2).
- Imballaggio: scegliere pellicole barriera che mantengano l'umidità al di sotto dei punti di transizione indesiderati o entro un intervallo specifico per ridurre al minimo o impedire la formazione di grumi.
- Conservazione: definire intervalli di umidità relativa e temperatura sicuri.
- Spedizione: prevedere i rischi derivanti da porti umidi, climi tropicali o condensa nei container.
Il costo dell'agglomerazione
- Il 5-10% dello zucchero mondiale subisce un grave assorbimento d'acqua, che causa agglomerati, problemi di manipolazione e reclami.
- Lo zucchero incrostato sviluppa una sollecitazione di taglio 3-4 volte superiore, rendendo molto difficili le operazioni di scarico e confezionamento.
- Per una grande raffineria, un singolo silo intasato (50.000-100.000 tonnellate) può significare una perdita di milioni di dollari.
Consigli pratici per i team QA/QC
- Utilizzare misuratori di attività dell'acqua per controllare i lotti prima dello stoccaggio o della spedizione.
- Convalidare le scelte di imballaggio con i dati dell'isoterma di assorbimento dell'umidità.
- Monitorare l'essiccazione del silo per confermare l'equilibrio di sicurezza prima della spedizione.
- Riduci i reclami dei clienti assicurandoti che lo zucchero rimanga sciolto.
Conclusione
L'attività dell'acqua non è solo una misura accademica, ma è un punto di controllo essenziale nella qualità dello zucchero. In combinazione con le isoterme di assorbimento dell'umidità, fornisce le basi scientifiche per guidare il confezionamento, lo stoccaggio e la spedizione.
Ignorare l'attività dell'acqua porta a irregolarità irreversibili, perdita di profitti e compromissione della fiducia. Il controllo dell'attività dell'acqua salvaguarda la qualità del prodotto e la reputazione del marchio.
Informazioni di contatto
Contatta direttamente gli scienziati di AQUALAB:
Zachary Cartwright, PhD
Responsabile scientifico alimentare
[email protected]
Mary Galloway
Direttore di laboratorio
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