휘발성 성분 및 수분 활성도: 적합한 센서 선택

휘발성 화합물에 대한 엄격한 과학적 정의는 없지만, 일반적으로 실온 이하에서 쉽게 증발하여 기체가 되는 모든 물질을 말합니다. 휘발성 물질은 향신료와 식품에 자연적으로 존재하며, 식품 및 의약품 가공에 사용되는 많은 물질에서도 발견됩니다.

일반적으로 인정받는 수분 활성도 센서에는 네 가지 유형이 있습니다. 각 센서는 수분 활성도를 측정하는 고유한 방식을 가지고 있으며, 간섭을 일으키는 휘발성 화합물(VC)이 존재하는 환경에서 정확하게 측정하는 능력도 각기 다릅니다.

• 이슬점 센서는 일반적으로 가장 빠르고 정확하지만, 휘발성 화합물이 존재할 경우 냉각된 거울 표면에 이러한 화합물이 함께 응결되어 측정 정확도에 문제가 발생할 수 있습니다.
• 정전용량 센서는 결로 문제를 해결할 수 있지만, 일반적으로 데이터 수집 시간이 길어지면서 정확도가 떨어지며, 특정 화합물에 의해 성능이 저하될 수 있습니다(일부 알코올이 간섭을 일으키는 것으로 밝혀졌습니다).
• 저항형 전해 센서는 휘발성 화합물로부터 센서를 보호하고 측정값의 정확도를 높이기 위해 필터가 필요합니다. 각기 다른 휘발성 화합물을 차단하려면 서로 다른 필터가 필요하며, 이로 인해 측정 시간이 상당히 길어지는 경우가 많습니다.
• 가변 파장 다이오드 레이저(TDL) 센서는 휘발성 화합물이 존재하는 환경에서 수분 활성을 측정하기 위해 특별히 설계되었습니다. 이 센서는 이러한 용도로는 가장 신뢰할 수 있고 정확한 측정 기기입니다.

고객님의 상황에 가장 적합한 기기를 선택하실 수 있도록, METER 식품 연구개발실에서는 다양한 농도의 휘발성 화합물을 함유한 20종 이상의 자주 사용되는 원료를 테스트했습니다. 모든 원료는 위에 나열된 센서들을 사용하여 테스트되었습니다.

이번 테스트에서는 표준적이고 널리 사용되는 원료를 사용하기 위해 최선을 다했으나, 원료의 제조 및/또는 가공 방식에 따라 센서 성능이 달라질 수 있다는 점을 유의하시기 바랍니다. 본 보고서에서는 해당되는 경우 최상의 시나리오와 최악의 시나리오를 제시할 것입니다. 장비 추천 사항은 일반적인 사용 사례를 바탕으로 합니다.

이 테스트를 수행한 방법

시료를 분석하기 전에 모든 기기를 교정하고, 일련의 알려진_aw 표준값을 기준으로 검증했습니다. 각 성분의 대표 시료를 센서당 최소 3대의 개별 기기로 분석했습니다. 각 시료는 기기가 센서 사양 범위 내(_Δaw 정확도: 이슬점 ±0.003, 정전용량 ±0.015, TDL ±0.005)의 측정값을 3회 제공할 때까지 분석했습니다.

이 연구에 사용된 향신료는 식료품점의 회전율이 높은 대량 식품 코너에서 구입한 것입니다. 에센셜 오일은 미국 농무부(USDA) 유기농 인증 공급업체에서 조달하였으며, 내부 사용용으로 표시되어 있었습니다. 그 외 사용된 식품 첨가물은 모두 ACS 시약 등급이었습니다.

모든 향신료와 에센셜 오일은 희석하지 않은 상태로 포장 용기에서 직접 계량하여 사용했습니다. 그 외의 식품 첨가물은 다양한 질량 농도를 테스트하기 위해 물로 희석했습니다. 기질은 사용하지 않았는데, 일반적으로 기질을 추가하면 시료의 휘발성이 떨어질 수 있기 때문입니다.

수집된 데이터를 검토하여 휘발성 화합물이 수분 활성도 측정 결과에 영향을 미치고 있는지 여부를 확인했다.

휘발성 화합물이 존재하는 환경에서 TDL 센서의 성능을 고려하여, 이 센서를 가장 정확한 것으로 간주하고 다른 기기들을 비교하기 위한 기준으로 삼았다. 당사의 센서 사양을 바탕으로, 허용 오차로_Δaw를 적용하였다. TDL 센서의 명시된 사양은_Δaw ± 0.005이므로, 두 TDL 센서 간의 최대 허용 오차는 오차의 합인_Δaw ± 0.01이 된다.

Generally speaking, a Δa_w < 0.01 corresponds to a difference between instruments of 1-2% and is within the normal instrumental error. An error between Δa_w ± 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.

연구 결과 – 그리고 우리가 이를 어떻게 해석했는지

이 데이터는 일반 소비자가 흔히 접할 수 있는 샘플을 통해 수집된 것입니다. 생산자로부터 직접 구입한 신선한 향신료나 허브의 경우, 간섭을 일으키는 휘발성 화합물의 농도가 더 높을 수 있어 동일한 결과가 나오지 않을 수 있습니다. 또한 허브와 향신료의 휘발성 화합물 함량은 종류, 취급 및 가공 방식, 보관 조건과 유통 기한에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

아래 표에 제시된 센서 권장 사항은 세 가지 범주로 나뉩니다:

• 이슬점 센서 – 모든 농도에서 성분을 정확하게 측정할 수 있다면, 이슬점 센서가 최선의 선택입니다.
• 정전용량 센서 – 시료의 휘발성이 매우 높아 고농도에서는 이슬점 센서에 문제를 일으킬 수 있으나 저농도에서는 정상적으로 작동하는 경우, 듀얼 블록 방식의 계측기나 정전용량 센서를 사용하는 것이 좋습니다.
• 가변 다이오드 레이저(TDL) – 해당 성분이 낮은 농도에서도 측정값의 오차를 유발하는 경우, TDL 센서를 사용하는 것이 좋습니다.

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