Guida completa per i produttori alimentari alle Attività dell'acqua aw)

Perché Attività dell'acqua?

L'utilità Attività dell'acqua come parametro di valutazione della qualità e della sicurezza è stata suggerita quando è diventato evidente Contenuto di umidità non fosse in grado di spiegare adeguatamente le fluttuazioni nella crescita microbica. Il concetto Attività dell'acqua aw) è da decenni uno strumento di riferimento per microbiologi e tecnologi alimentari. È il criterio più comunemente utilizzato per valutare la sicurezza e la qualità.

Attività dell'acqua: è tutta una questione di energia

Che cos'è " Attività dell'acqua"?

Prendi un bicchiere d'acqua e una spugna asciutta. Immergi l'angolo della spugna nel bicchiere d'acqua. L'acqua passerà dal bicchiere alla spugna.

Attività dell'acqua la forza che fa sì che l'acqua penetri nella spugna. Per comprenderla meglio, pensa a come l'acqua nella spugna sia diversa dall'acqua nel bicchiere.

L'acqua nel bicchiere è libera, ma quella nella spugna è tutt'altro che libera. È vincolata da legami idrogeno, forze capillari e forze di van der Waals-London. Questi fenomeni sono noti come effetti di matrice. L'acqua nella spugna si trova in uno stato energetico inferiore rispetto a quella nel bicchiere. L'acqua scorrerà nella spugna, ma per farla uscire dovremo compiere un lavoro, strizzando la spugna.

L'acqua contenuta nella spugna ha una pressione di vapore inferiore, un punto di congelamento più basso e un punto di ebollizione più alto rispetto all'acqua contenuta nel bicchiere. Sono diverse in modi che possiamo misurare e quantificare.

L'energia dell'acqua può essere ridotta anche diluendola con sostanze disciolte. Si tratta dei cosiddetti effetti osmotici. Poiché è necessario un lavoro per riportare l'acqua al suo stato puro e libero, ciò riduce anche Attività dell'acqua. La variazione totale di energia è data dalla somma degli effetti matrici e osmotici.

Attività dell'acqua la qualità e la sicurezza degli alimenti

Unire i cracker con un contenuto d’acqua del 20% e il ripieno di formaggio con un contenuto d’acqua del 30%. Una ricetta che porta a cracker mollicci? Non se i due ingredienti hanno la stessa Attività dell'acqua. Bisogna evitare la formazione di grumi e l’agglomerazione in un lotto di spezie? Basta far corrispondere le attività dell’acqua dei componenti e il problema è risolto.

La degradazione delle vitamine dipende Attività dell'acqua. Lo stesso vale per l'ossidazione dei lipidi, la croccantezza, la consistenza gommosa, la morbidezza e molti altri fattori di qualità. Contenuto di umidità la quantità di acqua presente in un prodotto, ma nulla più. Non è in grado di prevedere nessuno di questi altri aspetti relativi alla qualità e alla sicurezza.

Previsione della sicurezza e della stabilità

Attività dell'acqua della sicurezza e della stabilità in relazione alla crescita microbica, alle velocità delle reazioni chimiche e biochimiche e alle proprietà fisiche. La figura 1 illustra la stabilità in termini di limiti di crescita microbica e velocità delle reazioni di degradazione in funzione Attività dell'acqua.

Misurando e controllando le Attività dell'acqua, è possibile:

• Prevedere quali microrganismi saranno potenziali fonti di deterioramento e infezione
• Mantenere la stabilità chimica dei prodotti
• Ridurre al minimo le reazioni di imbrunimento non enzimatico e le reazioni spontanee di ossidazione autocatalitica dei lipidi
• Prolunga l'attività degli enzimi e delle vitamine
• Ottimizzare le proprietà fisiche dei prodotti in termini di migrazione dell'umidità, consistenza e durata di conservazione

Come viene Attività dell'acqua ?

Se racchiudiamo un campione in un contenitore sigillato, l'umidità relativa dell'aria nello spazio di testa raggiungerà l'equilibrio con Attività dell'acqua campione. All'equilibrio, i due valori saranno uguali e potremo misurare l'umidità relativa dello spazio di testa per determinare Attività dell'acqua campione. Questa è la risposta più affidabile alla domanda su come misurare Attività dell'acqua.

Metodi secondari: igrometri, sensori di capacità

Come Attività dell'acqua primi Attività dell'acqua , la maggior parte degli strumenti moderni utilizza sensori igrometrici a capacità elettrica o a resistenza per misurare l’umidità nello spazio di testa sopra il campione.

Questi misuratori utilizzano metodi secondari: mettono in relazione un segnale elettrico con l'umidità relativa e devono essere calibrati con standard salini noti.

Con questi sensori, l'ERH è uguale al valore Attività dell'acqua del campione Attività dell'acqua fintanto che le temperature del campione e del sensore sono uguali. Per ottenere misurazioni accurate è necessario un buon controllo o una buona misurazione della temperatura. I sensori a capacità hanno un design semplice e sono spesso utilizzati in Attività dell'acqua relativamente economici.

Il punto di rugiada è un metodo primario

I metodi migliori per rispondere alla domanda su come misurare Attività dell'acqua quelli primari che utilizzano il rapporto p / p₀.P₀ (la pressione di vapore di saturazione) dipende esclusivamente dalla temperatura del campione (come illustrato nel grafico allegato), pertanto è possibile determinare p₀ misurando la temperatura del campione. P (la pressione di vapore dell’acqua nel campione) può essere misurata rilevando la pressione di vapore dell’acqua nello spazio di testa sigillato sopra il campione. Il modo più accurato per misurare tale pressione di vapore, e che si basa sui principi fondamentali, consiste nel misurare il punto di rugiada dell’aria.

Il metodo primario consiste nella misurazione diretta, senza calibrazione.

I principali vantaggi del metodo del punto di rugiada (o punto di rugiada a specchio raffreddato) sono la rapidità e la precisione. Il sensore del punto di rugiada a specchio raffreddato rappresenta un metodo di misurazione primario basato su principi termodinamici fondamentali. Attività dell'acqua a specchio raffreddato effettuano misurazioni altamente precise (±0,_{003 aw}), in genere in circa 5 minuti. Poiché la misurazione si basa sulla determinazione della temperatura, non è necessaria alcuna calibrazione. Gli utenti dovrebbero misurare una soluzione salina standard per verificare il corretto funzionamento dello strumento. Per alcune applicazioni, la rapidità di questo metodo consente ai produttori di effettuare il monitoraggio in linea Attività dell'acqua di un prodotto.

L'AQUALAB 4TE utilizza il Punto di rugiada a specchio raffreddato , che, come dimostrato dalla letteratura scientifica, è il Attività dell'acqua più veloce e preciso disponibile sul mercato. Guarda il video per scoprire come funziona.

Le normative governative raccomandano l'uso delle " Attività dell'acqua"

La Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha inserito Attività dell'acqua normative di sicurezza. Tali normative definiscono in dettaglio i requisiti e le prassi specifici volti a garantire che i prodotti siano realizzati in condizioni igieniche e siano puri, genuini e sicuri. Si prega di utilizzare la tabella sottostante come riferimento alle normative di sicurezza del governo statunitense che raccomandano l’uso dell Attività dell'acqua”.

Attività dell'acqua la durata di conservazione

Senza una durata di conservazione precisa e specifica per ogni prodotto, potresti finire per scartare prodotti scaduti che in realtà sono ancora buoni. Oppure vendere prodotti non scaduti che in realtà sono avariati. Potresti spendere troppo per un imballaggio che non valorizza il tuo prodotto. Oppure rinunciare a una durata di conservazione significativamente più lunga che un imballaggio migliore potrebbe garantire. Il punto è che non ne hai la certezza, perché stai operando alla cieca.

Allora perché non si effettuano più test sulla durata di conservazione?

In genere, ciò è dovuto al fatto che un vero e proprio test di durata di conservazione è un'impresa ardua. Esso comporta infatti complesse interazioni tra umidità, temperatura e modalità di deterioramento del prodotto.

Sono molti i fattori che potrebbero rendere il vostro prodotto non sicuro o sgradevole al palato: muffa, proliferazione microbica, irrancidimento, alterazioni della consistenza o del sapore, perdita di vitamine. La maggior parte delle aziende non dispone delle competenze necessarie per effettuare internamente test completi sulla durata di conservazione, e affidarsi a un laboratorio esterno è costoso.

Esiste un’alternativa scientificamente valida a questo tipo di test sulla durata di conservazione. Si tratta della durata di conservazione, semplificata tramite Attività dell'acqua. Questo metodo fornisce tutti i dati necessari per prevedere la durata di conservazione del prodotto sulla base di un esperimento che chiunque, anche una piccola startup, può permettersi di condurre.

Durata di conservazione e Attività dell'acqua

In che modo Attività dell'acqua la gestione della durata di conservazione?

1. Elimina le distrazioni. Quando conosci le Attività dell'acqua, saprai quali modalità di guasto rappresentano un problema per quel prodotto.
2. Semplifica la previsione. È possibile utilizzare il Attività dell'acqua insieme a un altro metodo di misurazione (la scelta del quale dipende dalla specifica modalità di guasto) per condurre un esperimento semplice e interno che consentirà di prevedere con precisione la durata di conservazione.
3. Standardizza la produzione. È possibile impostare una Attività dell'acqua che consente di ottenere la durata di conservazione ottimale in ogni lotto.

I dati relativi alla durata di conservazione possono fornire informazioni preziose per aiutarti a prevenire il deterioramento dei prodotti, prevedere e prolungare la durata di conservazione, scegliere l'imballaggio più conveniente e molto altro ancora.

Fattori che determinano la durata di conservazione

Sono tre i fattori principali che influenzano la durata di conservazione: le proprietà microbiche, i cambiamenti chimici e il deterioramento fisico. Tutti questi fattori sono legati Attività dell'acqua.

Crescita microbica

I microrganismi presentano un Attività dell'acqua limite Attività dell'acqua al di sotto del quale non crescono. È Attività dell'acqua, e non Contenuto di umidità, a determinare il limite inferiore dell'acqua "disponibile" per la crescita microbica. Poiché batteri, lieviti e muffe necessitano di una certa quantità di acqua "disponibile" per la propria crescita, la progettazione di un prodotto con Attività dell'acqua inferiore a quello critico costituisce un mezzo efficace per controllarne la proliferazione.

L'acqua può essere presente in un prodotto, anche in quantità elevate, ma se il suo livello energetico è sufficientemente basso, i microrganismi non riescono a sfruttarla per sostenere la propria crescita. Questa condizione "desertica" crea uno squilibrio osmotico tra i microrganismi e l'ambiente circostante. Di conseguenza, i microrganismi non riescono a proliferare.

La formazione di muffa e la proliferazione microbica rappresentano le minacce più pericolose per la durata di conservazione. Il controllo Attività dell'acqua inibire o impedire la proliferazione microbica, prolungare la durata di conservazione e consentire la conservazione in sicurezza di alcuni prodotti senza refrigerazione. Utilizzando tabelle ben definite, è possibile stabilire un Attività dell'acqua per il proprio prodotto e utilizzarlo nei test di durata di conservazione.

Degradazione chimica

Attività dell'acqua la velocità delle reazioni chimiche di deterioramento poiché l’acqua agisce come solvente, può essere essa stessa un reagente oppure può modificare la mobilità dei reagenti attraverso la viscosità. Ad esempio, le reazioni di imbrunimento non enzimatiche aumentano all’aumentare Attività dell'acqua un massimo compreso tra 0,6 e 0,7_aw, mentre l’ossidazione dei lipidi è ridotta al minimo tra circa 0,2 e 0,3_aw. La stabilità chimica ottimale si riscontra generalmente in prossimità del Contenuto di umidità monostrato, come determinato dalle isoterme di assorbimento dell’umidità.

Deterioramento fisico

Gli ambienti con umidità elevata e (più raramente) bassa possono influire Attività dell'acqua di un prodotto, causando cambiamenti indesiderati nella consistenza o nelle proprietà fisiche del prodotto e riducendone la durata di conservazione. Tra i problemi riscontrati vi sono la perdita di croccantezza nei prodotti secchi, l’agglomerazione e la formazione di grumi nelle polveri, nonché la durezza o la gommosità nei prodotti umidi. Individuare Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua il proprio prodotto può richiedere alcune ricerche, ma Attività dell'acqua notevolmente questo processo.

Imballaggio, spedizione e stoccaggio

Attività dell'acqua durante il trasporto e lo stoccaggio possono influire profondamente sulla durata di conservazione. Attività dell'acqua dalla temperatura, e le temperature di trasporto e stoccaggio possono influire Attività dell'acqua della confezione. Test semplificati sulla durata di conservazione possono aiutarti a individuare il confezionamento ottimale e a valutare l'effetto delle condizioni di trasporto e stoccaggio sulla durata di conservazione del tuo prodotto.

Le isoterme individuano il punto Attività dell'acqua tue Attività dell'acqua

Prevedere i cambiamenti dei prodotti nel tempo

I produttori alimentari devono sapere quanto tempo ci vorrà prima che il loro prodotto sviluppi muffa, si inzuppi, diventi stantio, irrancidisca, si agglomeri, si raggrumi, cristallizzi e diventi inaccettabile per il consumatore. Isoterma di sorbimento dell'umidità uno strumento potente per prevedere e prolungare la durata di conservazione di un prodotto. Consente di:

• Trova i punti critici Attività dell'acqua in cui si verificano cambiamenti quali la formazione di croste, la formazione di grumi e la perdita di consistenza
• Prevedere come il prodotto reagirà alle modifiche degli ingredienti e della formulazione
• Stimare con precisione la durata di conservazione
• Creare modelli di miscelazione
• Eseguire i calcoli relativi all'imballaggio
• Trova il valore monostrato (dove un prodotto è più stabile)

Isoterme: il Santo Graal della formulazione

Isoterma di sorbimento dell'umidità un grafico che mostra come varia Attività dell'acqua _aw) man mano che l’acqua viene assorbita e rilasciata da un prodotto mantenuto a temperatura costante. Questa relazione è complessa e unica per ogni prodotto. Attività dell'acqua aumenta Attività dell'acqua sempre Contenuto di umidità , ma la relazione non è lineare. Infatti, le isoterme di assorbimento dell’umidità hanno una forma a S (sigmoidale) per la maggior parte degli alimenti e una forma a J per gli alimenti che contengono sostanze cristalline o hanno un elevato contenuto di grassi.

Metodo artigianale poco pratico

Il metodo classico per tracciare un'isoterma consiste nel collocare il campione in un essiccatore contenente una soluzione salina con Attività dell'acqua nota, Attività dell'acqua il peso del campione smette di variare. Successivamente, il campione viene pesato per determinare il contenuto d'acqua. Ogni campione corrisponde a un punto sulla curva isoterma.

Poiché il processo richiede molto tempo, le curve venivano tradizionalmente costruite utilizzando cinque o sei punti dati con equazioni di adattamento delle curve come GAB o BET.

Un modo più veloce per creare isotermiche

La creazione manuale delle isoterme di assorbimento dell’umidità è un’operazione meticolosa. Il metodo necessitava di automazione. Il metodo utilizzato inizialmente — e ancora oggi impiegato dalla maggior parte degli strumenti di assorbimento del vapore — è denominato DVS, ovvero Sorbimento dinamico del vapore”. Un campione viene esposto a un flusso d’aria a umidità controllata, mentre una microbilancia misura le minime variazioni di peso man mano che il prodotto assorbe o rilascia acqua. Una volta raggiunto l’equilibrio, lo strumento passa dinamicamente al livello di umidità preimpostato successivo. Le prove durano da due giorni a diverse settimane.

Il metodo DVS funziona bene per studiare la cinetica di assorbimento, ovvero cosa succede a un prodotto quando viene esposto a determinati livelli di umidità e quanto velocemente assorbe o rilascia acqua. Tuttavia, il metodo DVS non è molto utile per creare una curva isotermica ad alta risoluzione, poiché ogni fase di equilibrio produce un solo punto sulla curva isotermica.

Le isoterme DDI rivelano ciò che prima non era visibile

Il metodo dell’isoterma del punto di rugiada dinamico (DDI) è stato ideato per risolvere questo problema. Esso genera isoterme ad alta risoluzione che mostrano i dettagli delle curve di adsorbimento e desorbimento, acquisendo un’istantanea sia Attività dell'acqua Contenuto di umidità ogni 5 secondi) mentre il campione viene esposto ad aria umidificata o essiccata. I grafici DDI contengono centinaia di punti dati e mostrano dettagli prima non visibili, come i punti critici in cui si verificano fenomeni quali agglomerazione, formazione di grumi, deliquescenza e perdita di consistenza.

Come vengono create le isotermiche

AQUALAB VSA fornisce automaticamente grafici isotermici DDI e DVS rapidi e ad alta risoluzione che cambiano il modo in cui comprendi il tuo prodotto. Le doppie modalità di test e il sofisticato software di modellazione trasformano i tuoi dati nelle soluzioni di cui hai bisogno per produrre, monitorare, conservare e spedire un ottimo prodotto.

Trasforma i dati isotermici in soluzioni

Il VSA è dotato di un software di modellazione intuitivo e completo. Il Moisture Analysis Toolkit ti mostra come trasformare i tuoi dati in soluzioni utilizzando modelli predittivi collaudati dalla ricerca. Troverai tutti i modelli di cui hai bisogno in un unico posto, organizzati in un programma di facile utilizzo.  Identificate l'umidità critica per la transizione vetrosa, valutate le prestazioni dell'imballaggio, determinate l'igroscopicità, monitorate l'isteresi, prevedete il deterioramento del rivestimento, individuate la suscettibilità all'agglomerazione e molto altro ancora.

Le isoterme individuano Attività dell'acqua critici Attività dell'acqua

Nonostante l'uso di doppie confezioni e l'adozione di rigide linee guida per la conservazione a temperatura controllata, un produttore di latte spray essiccato continuava ad avere problemi di agglomerazione.

Quando la transizione vetrosa diventa un problema

Quando il latte viene essiccato a spruzzo, la rapida evaporazione lascia gli zuccheri in uno stato vetroso. Il lattosio vetroso presenta proprietà completamente diverse rispetto al lattosio cristallino. A causa della loro scarsa mobilità, le particelle non si aggregano né formano grumi mentre la polvere si trova in uno stato vetroso. La struttura cristallina rappresenta uno stato di energia inferiore, pertanto ci saranno sempre alcune molecole in fase di transizione dallo stato vetroso a quello cristallino. I problemi sorgono quando la velocità di transizione raggiunge un punto di svolta.

Attività dell'acqua il tasso di transizione

Con un valore_{di aw} pari a 0,30, potrebbero volerci diversi anni prima che tutto il lattosio si cristallizzi. Con_{un valore di aw pari a} 0,40, potrebbe volerci un mese. Al di sopra di 0,43, la transizione avverrà nel giro di poche ore. Una volta che il lattosio si è cristallizzato, il latte in polvere subisce un cambiamento irreversibile. La sua capacità di trattenere l'acqua cambia radicalmente, non si scioglie più e il sapore non è più lo stesso. In sostanza, è rovinato.

Le isoterme DDI prevedono il punto di transizione vetrosa

Il punto di transizione vetrosa per polveri come il latte spray essiccato può essere determinato utilizzando un'isoterma DDI ad alta risoluzione. Le isoterme tradizionali si basano su modelli per riempire l'isoterma tra i punti misurati. Le isoterme DDI misurano centinaia di punti e possono identificare transizioni come il punto di transizione vetrosa per il latte spray essiccato in polvere.

Il valore di picco sul grafico della derivata seconda dell'isoterma identifica il valore critico di cambiamento di fase come 0,43_aw.

Test accurati e regolari sulla linea con valori di controllo migliori hanno aiutato il produttore a migliorare il tasso di accettazione delle spedizioni.

Creare modelli di miscelazione

Un produttore di dolci stava mettendo a punto una ricetta per una torta ripiena di crema. Gli ingredienti della ricetta erano la glassa (circa il 7% di umidità), il ripieno di crema (12%) e l'impasto della torta (15%). In precedenza, la migrazione dell'umidità durante il periodo di conservazione aveva causato problemi di consistenza, quali l'impasto raffermo, la glassa gommosa e il ripieno di crema liquefatto che si diffondeva nell'impasto.

Osserva come l'umidità si sposta tra i componenti

Le isoterme di assorbimento dell'umidità relative a ciascun ingrediente hanno mostrato che la glassa — l'ingrediente più secco — presentava Attività dell'acqua più elevata, Attività dell'acqua 0,79. Le attività dell'acqua della crema e del pan di spagna erano simili: rispettivamente 0,66 e 0,61.

Previsione Attività dell'acqua prodotto finale

La trasformazione delle isoterme in grafici chi ha permesso di prevedere Attività dell'acqua prodotto finale pari a 0,67, un valore che garantisce la sicurezza microbica del panello.

Evita spiacevoli sorprese

Il pasticcere ha poi proceduto a cuocere e degustare con successo la torta a Attività dell'acqua equilibrio Attività dell'acqua 0,67.

Seleziona imballaggio

Le bevande in polvere monodose sono un segmento di mercato in crescita. L'imballaggio rappresenta oltre il 50% del costo delle materie prime di questo prodotto. L'obiettivo principale dell'imballaggio è quello di mantenere la bevanda al di sotto del valore critico_{di aw per tutta} la durata di conservazione prevista del prodotto.

I calcoli relativi al confezionamento partono da un Attività dell'acqua critico Attività dell'acqua . La possibilità di ricavare un punto preciso dalle isoterme dinamiche del punto di rugiada (DDI) rende possibile questo tipo di calcolo relativo al confezionamento.

Questa curva mostra il punto di transizione vetrosa per una particolare formulazione di bevanda:

Attività dell'acquacritica — il punto di inflessione esatto — per questa miscela da bevanda è pari a 0,618 a 25 °C.

Calcolare la conduttanza del pacchetto

Utilizzando calcoli semplificati relativi al packaging (disponibili in Fundamentals of Isotherms e come strumento software), abbiamo valutato quattro diversi tipi di confezioni per questa bevanda in polvere: la confezione originale e tre possibili alternative. In condizioni di umidità eccessiva (25 °C, 75% di umidità), ecco i risultati:

Comprendere i cambiamenti nella formulazione

Un'azienda produttrice di alimenti per animali domestici ha modificato la formulazione per realizzare un prodotto privo di conservanti, la cui qualità è controllata tramite il parametro " Attività dell'acqua". Poco dopo il lancio del prodotto, l'azienda ha iniziato a ricevere resi a causa del deterioramento del prodotto.

Da una prima valutazione è emerso che le previsioni di deterioramento si basavano su Attività dell'acqua effettuati a una temperatura insolitamente bassa: 15 °C. Le isoterme calcolate a 15 °C, 25 °C e 40 °C hanno dimostrato che, se conservato in condizioni non ottimali (come spesso accade per gli alimenti per animali domestici), il deterioramento era probabile.

Le isoterme hanno fornito un quadro predittivo completo, consentendo al cliente di risolvere il problema con una nuova formulazione.

Indagare sui guasti dei prodotti

Dopo 13 stagioni senza problemi, un coltivatore di noci pecan ha visto il suo raccolto rifiutato a causa di problemi di muffa. È stata creata un'isoterma per indagare sul problema.

Per evitare la proliferazione microbica, le noci pecan devono essere essiccate fino a raggiungere un valore di 0,60_aw. Come mostra l’isoterma, 0,60_aw corrisponde al 4,8% di mc nelle noci pecan. L’isoterma delle noci pecan è inoltre piuttosto piatta in questa regione critica di controllo, pertanto una piccola variazione del Contenuto di umidità in una variazione significativa e potenzialmente pericolosa Attività dell'acqua.

Isotherm mostra che le specifiche erano impostate troppo basse

L'isoterma completa mostra che il processo adottato dal coltivatore di noci pecan non era adeguato a garantire la sicurezza e la qualità del suo raccolto. Il coltivatore ha misurato Contenuto di umidità perdita all'essiccamento. Poiché la sua specifica di rilascio era del 5% e la sua precisione era di ± 0,5%, il contenuto effettivo di acqua del raccolto essiccato avrebbe potuto variare dal 4,5% al 5,5%.

Qualsiasi cosa, dallo stoccaggio in condizioni di elevata umidità all'imballaggio inadeguato, potrebbe aver esposto le noci pecan ad attività idriche non sicure e causarne il deterioramento.

Studi che utilizzano isoterme dinamiche del punto di rugiada (DDI)

Allan, Matthew e Lisa J. Mauer. «Confronto tra metodi per la determinazione dei punti di deliquescenza di ingredienti monocristallini e miscele». Food Chemistry 195 (2016): 29-38. doi:10.1016/j.foodchem.2015.05.042.

Allan, Matthew, Lynne S. Taylor e Lisa J. Mauer. «Effetti degli ioni comuni sull'abbassamento del punto di deliquescenza nelle miscele di ingredienti cristallini». Food Chemistry 195 (2016): 2-10. doi:10.1016/j.foodchem.2015.04.063.

Barry, Daniel M. e John W. Bassick. "Sviluppo della tuta di fuga avanzata per l'equipaggio dello Space Shuttle della NASA". SAE Technical Paper Series, 1995. doi:10.4271/951545.

Bonner, Ian J., David N. Thompson, Farzaneh Teymouri, Timothy Campbell, Bryan Bals e Jaya Shankar Tumuluru. "Impatto del pretrattamento sequenziale con espansione delle fibre con ammoniaca (AFEX) e della pellettizzazione sulle proprietà di assorbimento dell'umidità delle stalle di mais." Drying Technology 33, n. 14 (2015): 1768-778. doi:10.1080/07373937.2015.1039127.

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Carter, Brady P., Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell e Arron H. Carter. " Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua isoterme dinamiche del punto di rugiada come indicatore della croccantezza nei biscotti a basso contenuto di umidità". *Journal of Food Measurement and Characterization* 9, n. 3 (2015): 463-70. doi:10.1007/s11694-015-9254-3.

Carter, Brady P., Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell e Arron H. Carter. " Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua isoterme dinamiche del punto di rugiada come indicatore della stabilità delle polveri premiscelate". Journal of Food Measurement and Characterization 9, n. 4 (2015): 479-86. doi:10.1007/s11694-015-9256-1.

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Appendice:

Attività dell'acqua . Contenuto di umidità

Spesso Attività dell'acqua ritiene che Attività dell'acqua una misura più complessa rispetto Contenuto di umidità. Tuttavia, effettuare Contenuto di umidità accurate e ripetibili Contenuto di umidità non è così semplice come sembra.

In teoria, Contenuto di umidità è semplice: basta determinare la quantità di acqua presente in un prodotto e confrontarla con il peso di tutti gli altri componenti del prodotto. In realtà, però, ottenere una percentuale accurata di acqua in un prodotto è un processo difficile e complesso. Ecco perché.

I diversi metodi di rendicontazione causano confusione

Contenuto di umidità espresso sia su base umida che su base secca. Per la base umida, la quantità di acqua viene divisa per il peso totale del campione (solidi più umidità). Per la base secca, la quantità di acqua viene divisa per il peso a secco (solo solidi). Purtroppo, Contenuto di umidità spesso riportato solo come percentuale, senza alcuna indicazione del metodo utilizzato. Sebbene sia facile effettuare la conversione tra base umida e base secca, possono sorgere confusione e potenziali problemi quando si effettuano confronti tra tenori di umidità riportati su basi diverse. Inoltre, Contenuto di umidità su base secca può effettivamente risultare in un valore percentuale superiore al 100%, causando ulteriore confusione.

I diversi metodi di misurazione rendono impossibile qualsiasi confronto.

L'AOAC elenca 35 diversi metodi per la misurazione Contenuto di umidità. Questi sono classificati come metodi di misurazione diretti o indiretti. I metodi diretti prevedono la rimozione dell'acqua dal prodotto (tramite essiccazione, distillazione, estrazione, ecc.) e la successiva misurazione della quantità di acqua mediante pesatura o titolazione. I metodi diretti forniscono i risultati più affidabili, ma sono solitamente laboriosi e richiedono molto tempo. Tra gli esempi figurano l’essiccazione in forno ad aria, l’essiccazione in forno sottovuoto, la liofilizzazione, la distillazione, il metodo Karl Fischer, l’analisi termogravimetrica, l’essiccazione chimica e la gascromatografia.

I metodi indiretti non rimuovono l'acqua dal campione. Consistono invece nel misurare una proprietà dell'alimento che varia al Contenuto di umidità . Questi metodi richiedono una calibrazione rispetto a un metodo primario o diretto. La loro accuratezza è limitata dall'accuratezza del metodo primario. I metodi indiretti sono solitamente rapidi e richiedono una preparazione minima del campione, ma sono meno affidabili rispetto ai metodi di misurazione diretta. Esempi di metodi di misurazione indiretti includono la rifrattometria, l’assorbimento IR, l’assorbimento NIR, l’adsorbimento a microonde, la capacità dielettrica, la conduttività e l’assorbimento ultrasonico.

A complicare ulteriormente il processo di misurazione Contenuto di umidità il fatto che un metodo di misurazione non fornisce necessariamente gli stessi risultati di un altro e che, di norma, il metodo di misurazione non viene indicato insieme al Contenuto di umidità .

Anche i metodi di misurazione diretta non forniscono risultati coerenti. Qualsiasi metodo che richieda il riscaldamento del campione (ad esempio, la perdita per essiccamento) può portare alla perdita di sostanze organiche volatili o alla decomposizione del campione (soprattutto per i campioni con un alto contenuto di zucchero). Ad esempio, se in un campione sono presenti sostanze organiche volatili o se il campione si decompone durante l'essiccazione, un'analisi Karl Fischer, che non è soggetta a perdita di sostanze volatili o decomposizione, darà risultati diversi rispetto a un'analisi della perdita di essiccamento.

La variabilità è difficile da evitare

Una soluzione a questi problemi consiste semplicemente nell’utilizzare un metodo coerente e nel confrontare solo valori ottenuti con lo stesso procedimento. Purtroppo, la coerenza nel metodo di misurazione per Contenuto di umidità non elimina comunque tutti i problemi. Si consideri, ad esempio, la perdita per essiccazione. Questo metodo sembra abbastanza semplice. Si pesa un campione e se ne registra il peso. Il campione viene quindi trasferito in un forno, lasciato essiccare e si misura il peso a secco. La quantità di acqua viene determinata sottraendo il peso a secco dal peso iniziale, e il Contenuto di umidità quindi calcolato come la quantità di acqua divisa per il peso a secco o per il peso totale, a seconda del metodo di rendicontazione.

Anche questo semplice metodo basato sulla perdita di peso all'essiccamento presenta numerose insidie in termini di variabilità. La più fondamentale è che il termine "secco" non ha un vero significato scientifico e non è mai stato definito con precisione. È invece necessario stabilire, per ciascun campione, un grado di secchezza arbitrario ma riproducibile. La "secchezza" viene spesso definita come il punto in cui cessa la perdita di peso. Tuttavia, i grafici termogravimetrici mostrano che la perdita di peso si stabilizza a temperature diverse a seconda dei prodotti. Inoltre, a seconda del prodotto, il tempo necessario per raggiungere la "secchezza" varia, e una temperatura che produce "secchezza" in un prodotto può causare la decomposizione in un altro. Ciò significa che ogni campione ha una temperatura del forno e un tempo di essiccazione ideali unici. Questa combinazione ideale di tempo/temperatura è disponibile in letteratura per alcuni prodotti, ma ce ne sono molti per i quali non è disponibile. È difficile sapere quale combinazione utilizzare per i prodotti non testati. Se non viene utilizzata la stessa combinazione di tempo/temperatura, i contenuti di umidità risultanti non dovrebbero essere confrontati.

Un'altra complicazione è che molti forni impostati su una determinata temperatura possono variare nel tempo fino a 15 °C rispetto a tale temperatura, mentre due forni impostati sulla stessa temperatura possono variare fino a 40 °C.

Altre fonti di variazione specifiche del metodo della perdita per essiccazione includono: la pressione di vapore nel forno, i metodi di preparazione del campione, la granulometria del campione, la pesatura del campione e il trattamento post-essiccazione. È interessante notare che, nonostante le potenziali insidie, quando in letteratura Contenuto di umidità riportato un Contenuto di umidità ottenuto con il metodo della perdita per essiccazione, esso viene immediatamente accettato come corretto. Inoltre, quando si effettuano confronti tra Contenuto di umidità e uno di questi è il metodo della perdita per essiccazione, si presume sempre che la misurazione ottenuta con tale metodo sia corretta.

Cosa significa "secco"?

Definire il concetto di “secco” sarebbe utile per eliminare alcune delle incongruenze legate alla misurazione dell’umidità. Il modo migliore per definire il “secco” sarebbe quello di identificare Attività dell'acqua a secco in stufa. In tal caso, il peso a secco sarebbe il peso del campione una volta raggiunta tale Attività dell'acqua a secco in forno. In condizioni ambientali standard di 25 °C e 30% di umidità relativa, un forno impostato a 95 °C creerebbe Attività dell'acqua a secco in forno Attività dell'acqua 0,01 aw all’interno della camera, supponendo che la pressione di vapore all’interno del forno sia uguale a quella dell’aria. Un forno che mantenesse condizioni tali per cui Attività dell'acqua sua Attività dell'acqua a secco Attività dell'acqua sempre Attività dell'acqua 0,01 aw, indipendentemente dalle condizioni ambientali, creerebbe una condizione scientificamente “secca”. In questo tipo di forno, qualsiasi prodotto potrebbe essere dichiarato secco quando il suo peso smettesse di variare. Attività dell'acqua sua Attività dell'acqua pari a 0,01 aw e il suo peso corrisponderebbe al peso a secco. La pressione di vapore e la temperatura del forno potrebbero essere regolate anche per impedire il rilascio di sostanze volatili, purché l’ Attività dell'acqua del forno fosse mantenuta a 0,01 aw. L’utilizzo di questo metodo eliminerebbe l’incoerenza derivante dall’uso di metodi di misurazione multipli e da una definizione poco chiara del termine “secco”.

Un'analisi dell'umidità più accurata

Contenuto di umidità informazioni preziose sulla resa e sulla quantità, rendendolo un parametro importante dal punto di vista economico.  Fornisce inoltre informazioni sulla consistenza, poiché livelli crescenti di umidità conferiscono fluidità e abbassano la temperatura di transizione vetrosa. Tuttavia, ottenere Contenuto di umidità corretti e coerenti Contenuto di umidità può risultare difficile, e una Contenuto di umidità non può essere presa alla lettera senza informazioni sui metodi utilizzati per ottenerla. Ulteriori problemi sorgono quando la quantità di acqua in un prodotto viene utilizzata per fornire informazioni che in realtà non riflette, relative alla consistenza, alla qualità o alla sicurezza microbica del prodotto.  In questi e in altri casi, Attività dell'acqua la misura più accurata. Per un’analisi completa dell’umidità, gli sviluppatori del settore alimentare e farmaceutico dovrebbero misurare sia il contenuto d’acqua che Attività dell'acqua. Inoltre, le isoterme di assorbimento dell’umidità possono essere utilizzate per individuare con precisione i punti in cui è possibile raggiungere e mantenere una durata di conservazione, una consistenza, una sicurezza e una qualità ottimali.

Una definizione scientifica delle Attività dell'acqua

Attività dell'acqua dai principi fondamentali della termodinamica e della chimica fisica. In quanto principio termodinamico, la definizione Attività dell'acqua soddisfare Attività dell'acqua requisiti. Tali requisiti sono: l'acqua pura (aw = 1,0) rappresenta lo stato di riferimento, il sistema è in equilibrio e la temperatura è definita.

Allo stato di equilibrio

μ = μo +RT ln (f/fo)

dove: μ (J mol-1) è il potenziale chimico del sistema, ovvero l'attività termodinamica o l'energia per mole di sostanza; μo è il potenziale chimico del materiale puro alla temperatura T (°K); R è la costante dei gas (8,314 J mol-1 K-1) ; f è la fugacità o la tendenza alla fuga di una sostanza; e fo è la tendenza alla fuga del materiale puro (van den Berg e Bruin, 1981). L'attività di una specie è definita come a = f/fo. Quando si tratta di acqua, viene assegnato un pedice alla sostanza.

_aw = f/fo

aw è l'attività dell'acqua, ovvero la tendenza dell'acqua a fuoriuscire dal sistema divisa per la tendenza a fuoriuscire dell'acqua pura senza raggio di curvatura. A fini pratici, nella maggior parte delle condizioni in cui si trovano gli alimenti, la fugacità è approssimata dalla pressione di vapore (f ≈ p), quindi

aw = f/fo ≅ p/po

In un sistema si raggiunge l'equilibrio quando μ è uguale in ogni punto del sistema. L'equilibrio tra la fase liquida e quella gassosa implica che μ sia uguale in entrambe le fasi. È proprio questo fatto che consente di determinare Attività dell'acqua campione misurando la fase gassosa.

Attività dell'acqua definita come il rapporto tra la pressione di vapore dell'acqua in un materiale (p) e la pressione di vapore dell'acqua pura (po) alla stessa temperatura. L'umidità relativa dell'aria è definita come il rapporto tra la pressione di vapore dell'aria e la sua pressione di vapore di saturazione. Quando si raggiunge l'equilibrio di vapore e di temperatura, Attività dell'acqua campione è pari all'umidità relativa dell'aria che circonda il campione in una camera di misura sigillata. Moltiplicando Attività dell'acqua 100 si ottiene Umidità relativa di equilibrio ERH) in percentuale.

aw = p/po = ERH (%) / 100

Attività dell'acqua una misura dello stato energetico dell'acqua in un sistema. Esistono diversi fattori che determinano Attività dell'acqua un sistema:

1. Gli effetti colligativi delle specie disciolte (ad esempio sale o zucchero) interagiscono con l'acqua attraverso legami dipolo-dipolo, ionici e idrogeno.
2. Effetto capillare, in cui la pressione di vapore dell'acqua sopra un menisco liquido curvo è inferiore a quella dell'acqua pura a causa dei cambiamenti nel legame idrogeno tra le molecole d'acqua.
3. Interazioni superficiali, in cui l'acqua interagisce direttamente con i gruppi chimici presenti negli ingredienti non disciolti (ad esempio amidi e proteine) attraverso forze dipolo-dipolo, legami ionici (HO o OH), forze di van der Waals (legami idrofobici) e legami idrogeno3–

È la combinazione di questi tre fattori in un prodotto alimentare che riduce l'energia dell'acqua e quindi riduce l'umidità relativa rispetto all'acqua pura. Questi fattori possono essere raggruppati in due grandi categorie: effetti osmotici ed effetti matriciali.

A causa dei diversi gradi di interazioni osmotiche e matriciali, Attività dell'acqua il continuum degli stati energetici dell’acqua in un sistema. L’acqua appare «legata» da forze in misura variabile. Si tratta di un continuum di stati energetici piuttosto che di una «legatura» statica. Attività dell'acqua talvolta definita come «acqua libera», «acqua legata» o «acqua disponibile» in un sistema. Sebbene questi termini siano più facili da concettualizzare, non riescono a definire adeguatamente tutti gli aspetti del concetto di Attività dell'acqua.

Attività dell'acqua dalla temperatura. La temperatura modifica Attività dell'acqua delle variazioni nella capacità di legame dell'acqua, nella dissociazione dell'acqua, nella solubilità dei soluti in acqua o nello stato della matrice. Sebbene la solubilità dei soluti possa essere un fattore determinante, il controllo deriva solitamente dallo stato della matrice. Poiché lo stato della matrice (stato vetroso vs. gommoso) dipende dalla temperatura, non deve sorprendere che la temperatura influenzi Attività dell'acqua alimenti. L’effetto della temperatura Attività dell'acqua un alimento è specifico per ciascun prodotto. Alcuni prodotti presentano un aumento Attività dell'acqua temperatura, altri una diminuzione dell’aw all’aumentare della temperatura, mentre la maggior parte degli alimenti ad alto contenuto di umidità presenta variazioni trascurabili con la temperatura. Non è quindi possibile prevedere nemmeno la direzione della variazione Attività dell'acqua della temperatura, poiché essa dipende dal modo in cui la temperatura influisce sui fattori che controllano Attività dell'acqua .

In quanto misura dell’energia potenziale, costituisce una forza motrice per il movimento dell’acqua dalle regioni ad alta Attività dell'acqua quelle a bassa Attività dell'acqua. Esempi di questa proprietà dinamica Attività dell'acqua : la migrazione dell’umidità negli alimenti a più compartimenti (ad esempio, un panino con cracker e formaggio), il movimento dell’acqua dal suolo alle foglie delle piante e la pressione turgorale cellulare. Poiché le cellule microbiche sono costituite da elevate concentrazioni di soluto circondate da membrane semipermeabili, l’effetto osmotico sull’energia libera dell’acqua è importante per determinare i rapporti idrici dei microrganismi e, di conseguenza, i loro tassi di crescita.

Una misura potente per il controllo qualità/garanzia qualità e la formulazione

Attività dell'acqua una misura termodinamica dell’energia contenuta nell’acqua presente in un prodotto. Perché la vostra azienda dovrebbe imparare a misurare Attività dell'acqua? Essa è direttamente correlata alla suscettibilità microbica dei prodotti alimentari. Inoltre, presenta una relazione diretta con molte delle reazioni che determinano la fine della durata di conservazione degli alimenti. Poiché viene misurata su una scala con uno standard noto, è particolarmente adatta a fungere da parametro di sicurezza e qualità.

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Domande frequenti

Quanto tempo occorre per misurare Attività dell'acqua?

I moderni strumenti per la misurazione del punto di rugiada, come l’AQUALAB 4TE, forniscono una Attività dell'acqua in circa cinque minuti con una precisione di +/- 0,003 aw; i sensori basati sulla capacità sono più veloci, ma richiedono una calibrazione periodica rispetto a un metodo primario. I tempi di prova di cinque minuti sono sufficientemente brevi da consentire controlli di qualità in corso d’opera alla maggior parte delle velocità di produzione.

Come posso ridurre il contenuto di " Attività dell'acqua un prodotto alimentare?

Attività dell'acqua ridotta aggiungendo umettanti — sale, zucchero, glicerolo o glicole propilenico — che legano le molecole d'acqua e ne riducono la pressione di vapore, oppure rimuovendo l'acqua dal prodotto, o ancora combinando entrambi gli approcci. Le isoterme di assorbimento illustrano in che modo ogni modifica della formulazione influisca Attività dell'acqua finale, rendendole essenziali per raggiungere un valore aw target senza ricorrere a tentativi ed errori.

Qual è il Attività dell'acqua oltre il quale gli alimenti devono essere conservati in frigorifero?

La FDA classifica i prodotti con un valore aw superiore a 0,85 come alimenti soggetti al controllo della temperatura per motivi di sicurezza (TCS), il che significa che richiedono la refrigerazione come misura di sicurezza. I prodotti con un valore aw pari o inferiore a 0,85 sono generalmente considerati a lunga conservazione per quanto riguarda la proliferazione di agenti patogeni, sebbene il rischio di formazione di muffe persista fino a un valore aw di 0,70.

È possibile che due ingredienti, pur essendo sicuri se presi singolarmente, diventino pericolosi se combinati tra loro?

Sì, se i componenti presentano attività dell'acqua diverse, l'acqua migrerà dal componente con attività dell'acqua più elevata a quello con attività dell'acqua più bassa fino al raggiungimento dell'equilibrio, e Attività dell'acqua finale a regime Attività dell'acqua risultare sufficientemente elevata da favorire la proliferazione di agenti patogeni. Allineare le attività dell'acqua dei componenti prima di miscelarli previene questo rischio di migrazione dell'umidità.

Attività dell'acqua in produzione o occorre ricorrere a un laboratorio?

Attività dell'acqua da banco Attività dell'acqua sono progettati per gli ambienti di produzione e non richiedono l'uso di un laboratorio: l'AQUALAB 4TE è ampiamente utilizzato in linea negli stabilimenti di produzione alimentare. Sono inoltre disponibili sensori in linea per il monitoraggio continuo durante la lavorazione, senza la necessità di prelevare singoli campioni.