Składniki lotne a aktywność wody: wybór właściwego czujnika

Nie ma ścisłej definicji naukowej związku lotnego, jednak ogólnie rzecz biorąc, jest to każda substancja, która łatwo paruje i w temperaturze pokojowej lub niższej przechodzi w stan gazowy. Związki lotne występują naturalnie w przyprawach i produktach spożywczych oraz w wielu substancjach stosowanych w przetwórstwie spożywczym i farmaceutycznym.

Istnieją cztery powszechnie akceptowane typy czujników aktywności wody. Każdy z nich mierzy aktywność wody w unikalny sposób oraz różni się zdolnością do precyzyjnego pomiaru w obecności zakłócających lotnych związków organicznych (LZO).

• Czujniki punktu rosy są zazwyczaj najszybsze i najdokładniejsze, jednak mogą napotykać trudności w obecności związków lotnych ze względu na ich skraplanie się na schłodzonym zwierciadle.
• Czujniki pojemnościowe radzą sobie z problemem skraplania, jednak zazwyczaj dostarczają dane o niższej precyzji i wymagają dłuższego czasu pozyskiwania danych, a ponadto mogą ulec zatruciu przez niektóre związki (wykazano np. zakłócający wpływ niektórych alkoholi).
• Rezystancyjne czujniki elektrolityczne wymagają filtrów, które chronią je przed związkami lotnymi i poprawiają dokładność odczytów. Do ochrony przed różnymi związkami lotnymi potrzebne są odmienne filtry, co często znacząco wydłuża czas trwania pomiaru.
• Czujnik oparty na dostrojonym laserze diodowym (TDL) został zaprojektowany specjalnie z myślą o pomiarze aktywności wody w obecności związków lotnych. Jest to najbardziej niezawodne i najdokładniejsze urządzenie do tego celu.

Aby pomóc w wyborze najlepszego urządzenia do danej sytuacji, laboratorium R&D METER Food przetestowało ponad 20 często używanych składników zawierających różne stężenia związków lotnych. Wszystkie składniki przetestowano za pomocą wyżej wymienionych czujników.

Dołożyliśmy wszelkich starań, aby do tych testów użyć standardowych, powszechnie stosowanych składników, warto jednak pamiętać, że wydajność czujników może się różnić w zależności od sposobu produkcji i/lub przetwarzania składników. W niniejszym raporcie przedstawiono najkorzystniejsze i najmniej korzystne scenariusze, jeśli ma to zastosowanie. Rekomendacje dotyczące urządzeń opierają się na typowych przypadkach użycia.

Przebieg przeprowadzonych testów

Przed uruchomieniem jakichkolwiek próbek wszystkie urządzenia zostały skalibrowane i zweryfikowane przy użyciu zestawu znanych wzorców a_w. Reprezentatywna próbka każdego składnika została przeanalizowana w co najmniej trzech niezależnych przyrządach na dany typ czujnika. Każda próbka była badana do momentu, gdy urządzenie wskazało trzy odczyty mieszczące się w specyfikacji czujnika (dokładność Δa_w: punkt rosy ±0,003, pojemnościowy ±0,015 oraz TDL ±0,005).

Przyprawy użyte w tym badaniu pochodziły z szybko rotującego działu żywności luzem w sklepie spożywczym. Olejki eteryczne pozyskano od dostawcy produktów ekologicznych posiadającego certyfikat USDA i oznaczonono jako przeznaczone do użytku wewnętrznego. Pozostałe użyte dodatki do żywności spełniały wymagania odczynników analitycznych ACS.

Wszystkie przyprawy i olejki eteryczne mierzono w postaci nierozcieńczonej, bezpośrednio z opakowania. Pozostałe dodatki do żywności rozcieńczono wodą w celu przetestowania zakresu stężeń masowych. Nie stosowano żadnych substratów – ogólnie rzecz biorąc, dodatkowe substraty mogą obniżać lotność próbki.

Zebrane dane zostały poddane analizie w celu ustalenia, czy związki lotne zakłócają pomiary aktywności wody.

Biorąc pod uwagę wydajność czujnika TDL w obecności związków lotnych, uznano go za najbardziej precyzyjny i przyjęto jako wzorzec do porównania pozostałych urządzeń. Korzystając ze specyfikacji naszych czujników, dopuszczalny błąd Δa_w przyjęto jako błąd dopuszczalny. Deklarowana specyfikacja czujnika TDL wynosi Δa_w ±0,005, w związku z czym maksymalny dopuszczalny błąd między dwoma czujnikami TDL stanowi sumę błędów, czyli Δa_w ±0,01.

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.

Wnioski – i sposób ich interpretacji

Te punkty danych zostały zebrane z próbek, z którymi przeciętny konsumenci ma do czynienia na co dzień. Świeże przyprawy i zioła, pochodzące bezpośrednio od producenta, mogą charakteryzować się wyższym stężeniem interferujących związków lotnych i dawać odmienne wyniki. Ponadto zawartość związków lotnych w ziołach i przyprawach może się znacznie różnić w zależności od gatunku, sposobu obsługi i przetwarzania, a także warunków i czasu przechowywania.

Zalecenia dotyczące czujników zamieszczone w poniższej tabeli podzielono na trzy kategorie:

• Czujnik punktu rosy – jeśli dany składnik może być dokładnie mierzony przy każdym stężeniu, najlepszym wyborem jest czujnik punktu rosy.
• Czujnik pojemnościowy – jeśli próbka jest na tyle lotna, że przy dużych stężeniach może powodować problemy z czujnikiem punktu rosy, ale zachowuje się dobrze przy niższych stężeniach, zaleca się zastosowanie instrumentu dwublokowego lub czujnika pojemnościowego.
• Laser diodowy dostrojony w czasie rzeczywistym (TDL) – jeśli składnik powoduje niedokładne odczyty nawet przy niskich stężeniach, zaleca się użycie czujnika TDL.

‍

‍

‍