Wprowadzenie do aktywności wody (aw): Przewodnik dla początkujących na temat roli aktywności wody w produkcji żywności

Jak na tani składnik, woda może wywołać mnóstwo kosztownych problemów – rozwój mikroorganizmów, pleśń, utratę tekstury, zbrylanie i powstawanie grudek, jełczenie oraz utratę witamin. Najlepszym sposobem na zrozumienie wody w produkcie jest nauka pomiaru aktywności wody.

Czym jest aktywność wody?

Aktywność wody: tu wszystko kręci się wokół energii. A_w to stosunek ciśnienia par samej żywności, gdy znajduje się ona w stanie całkowitej, niezakłóconej równowagi z otaczającym środowiskiem powietrznym.

Weź szklankę wody i suchą gąbkę. Zanurz róg gąbki w szklance wody. Woda przepłynie ze szklanki do gąbki.

Aktywność wody to siła, która powoduje przemieszczanie się wody do gąbki. Aby to lepiej zrozumieć, pomyśl, czym woda w gąbce różni się od wody w szklance.

Woda w szklance jest wolna, ale woda w gąbce zdecydowanie taka nie jest. Jest związana wiązaniami wodorowymi, siłami kapilarnymi oraz siłami Van der Waalsa–Londona. Nazywa się to efektami matrycowymi. Woda w gąbce ma niższy stan energetyczny niż woda w szklance. Woda wpłynie do gąbki, ale aby ją z powrotem odzyskać, musimy wykonać pracę, wyciskając gąbkę.

Woda w gąbce charakteryzuje się niższą prężnością par, niższą temperaturą krzepnięcia i wyższą temperaturą wrzenia niż woda w szklance. Różnią się w sposób, który możemy zmierzyć i ocenić ilościowo.

Energię wody można również zmniejszyć poprzez rozcieńczenie jej substancjami rozpuszczonymi. Nazywa się to efektami osmotycznymi. Ponieważ przywrócenie wody do jej czystego, wolnego stanu wymaga wykonania pracy, obniża to również aktywność wody. Całkowita zmiana energii jest sumą efektów matrycowych i osmotycznych.

Wykorzystaj matematykę do pomiaru a_w wody

Jeśli zamkniemy próbkę w szczelnym pojemniku, wilgotność względna powietrza w przestrzeni nadpowierzchniowej osiągnie stan równowagi z aktywnością wody w próbce. W stanie równowagi obie wartości będą sobie równe, a mierząc wilgotność względną przestrzeni nadpowierzchniowej, możemy poznać aktywność wody w próbce. Jest to najbardziej wiarygodna odpowiedź na pytanie, jak mierzyć aktywność wody.

Metody wtórne: higrometry, czujniki pojemnościowe

Podobnie jak wczesne mierniki aktywności wody, większość nowoczesnych przyrządów wykorzystuje elektryczne czujniki higrometryczne – pojemnościowe lub rezystancyjne – do pomiaru wilgotności w przestrzeni nadpowierzchniowej nad próbką.

Mierniki te stosują metody wtórne: wiążą sygnał elektryczny z wilgotnością względną i muszą być kalibrowane za pomocą znanych wzorców soli.

W przypadku tych czujników wilgotność względna w stanie równowagi (ERH) jest równa aktywności wody w próbce tylko wtedy, gdy temperatury próbki i czujnika są takie same. Dokładne pomiary wymagają dobrej kontroli lub pomiaru temperatury. Czujniki pojemnościowe charakteryzują się prostą konstrukcją i są często stosowane w stosunkowo niedrogich miernikach aktywności wody.

Jak mierzyć aktywność wody – punkt rosy jako metoda pierwotna

Najlepsze metody odpowiadające na pytanie, jak mierzyć aktywność wody (a_w), to metody pierwotne wykorzystujące stosunek p /p0.

P0 (ciśnienie pary nasyconej) zależy wyłącznie od temperatury próbki (co ilustruje dołączony wykres), dlatego możliwe jest zmierzenie p0 poprzez pomiar temperatury próbki. P (ciśnienie parowania wody w próbce) można zmierzyć, mierząc ciśnienie parowania wody w uszczelnionej przestrzeni nad próbką. Najdokładniejszym sposobem pomiaru tego ciśnienia, opierającym się na podstawowych prawach fizycznych, jest pomiar punktu rosy powietrza.

Rysunek 1. Ciśnienie pary nasyconej można zmierzyć poprzez pomiar temperatury próbki (ciśnienie pary nasyconej to funkcja temperatury)

Metoda pierwotna oznacza pomiar bezpośredni bez konieczności kalibracji

Głównymi zaletami metody punktu rosy (lub chłodzonego lustra) są szybkość i dokładność. Czujnik punktu rosy z chłodzonym lustrem to pierwotna metoda pomiarowa oparta na fundamentalnych zasadach termodynamiki. Mierniki aktywności wody z chłodzonym lustrem wykonują bardzo dokładne pomiary (±0,003 a_w), zazwyczaj w około 5 minut. Ponieważ pomiar opiera się na wyznaczeniu temperatury, kalibracja nie jest konieczna. Użytkownicy powinni zmierzyć roztwór wzorcowy soli, aby zweryfikować poprawne działanie urządzenia. W przypadku niektórych zastosowań szybkość tej metody pozwala producentom na monitorowanie aktywności wody w produkcie bezpośrednio na linii produkcyjnej (at-line).

Skuteczne narzędzie pomiarowe dla działów QA/QC oraz prac nad recepturą

Aktywność wody to termodynamiczna miara energii wody w produkcie. Dlaczego Twoja firma powinna dowiedzieć się, jak mierzyć aktywność wody? Parametr ten jest bezpośrednio powiązany z podatnością produktów spożywczych na rozwój drobnoustrojów. Wiąże się on również bezpośrednio z wieloma reakcjami chemicznymi, które decydują o końcu okresu trwałości żywności. Ponieważ jest mierzony w skali ze znanym wzorcem, doskonale nadaje się na specyfikację bezpieczeństwa i jakości.

Opanuj podstawy

Poznaj najważniejsze zagadnienia związane z aktywnością wody zebrane w tym 20-minutowym webinarium. Dowiesz się z niego:

• Czym jest aktywność wody
• Czym różni się od zawartości wilgoci
• Dlaczego kontroluje rozwój drobnoustrojów
• Jak zrozumienie aktywności wody może pomóc w kontrolowaniu wilgotności produktu.