Активность воды

Активность воды (aw) - это частичное давление пара воды в веществе, деленное на парциальное давление пара воды в стандартном состоянии. В области науки о продуктах питания стандартное состояние чаще всего определяется как парциальное давление пара чистой воды при той же температуре. Используя это конкретное определение, чистая дистиллированная вода имеет активность воды ровно единицу. При повышении температуры a w обычно увеличивается, за исключением некоторых продуктов с кристаллической солью или сахаром.

. Более высокие a w вещества имеют тенденцию поддерживать больше микроорганизмы.

Вода мигрирует из областей с высоким a w в области с низким a w. Например, если мед (aw≈ 0,6) подвергается воздействию влажного воздуха (aw≈ 0,7), мед впитывает воду из воздуха. Если салями (aw≈ 0,87) подвергается воздействию сухого воздуха (a w ≈ 0,5), салями высыхает, что может сохранить или испортить его.

• 1 Формула
• 2 Использование
  • 2.1 Дизайн пищевых продуктов
  • 2.2 Безопасность пищевых продуктов
• 3 Измерение
  • 3.1 Резистивные электролитические гигрометры
  • 3.2 Емкостные гигрометры
  • 3.3 Роса точечные гигрометры
  • 3.4 Уравновешивание
• 4 Влагосодержание
• 5 Использование для контроля влажности
• 6 Выбранные значения a w
• 7 Ссылки
• 8 Внешние ссылки

Определение a w:

$aw\; \equiv \; p\; /\; p\; \ast \; \{\backslash \; displaystyle\; a\_\; \{w\}\; \backslash \; Equiv\; p\; /\; p\; *\}$

где p - парциальное давление пара воды в растворе, а p * - парциальное давление пара чистой воды при той же температуре.

Альтернативное определение:

$aw\; \equiv \; lwxw\; \{\backslash \; displaystyle\; a\_\; \{w\}\; \backslash \; Equiv\; l\_\; \{w\}\; x\_\; \{w\}\}$

, где l w - коэффициент активности воды и x w - мольная доля воды в водной фракции.

Отношение к относительной влажности : относительная влажность воздуха в равновесии с образцом называется равновесной относительной влажностью (ERH).

$ERH\; =\; aw\; \times \; 100\%\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{ERH\}\; =\; a\_\; \{w\}\; \backslash \; times\; 100\; \backslash \%\}$

Расчетный срок хранения без плесени в днях при 21 ° C:

$MFSL\; =\; 10\; 7,91\; -\; 8,1\; aw\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{MFSL\}\; =\; 10\; ^\; \{7.91-8.1a\_\; \{w\}\}\}$

Активность воды является важным фактором при разработке пищевых продуктов и безопасности пищевых продуктов.

Дизайн пищевых продуктов

Дизайнеры продуктов питания используют активность воды для создания продуктов длительного хранения. Если уровень активности воды в продукте ниже определенного, рост плесени подавляется. Это приводит к более длительному сроку хранения..

Значения активности воды также могут помочь в ограничении в пищевом продукте, изготовленном из различных ингредиентов. Если изюм с более высокой активностью воды упакован с хлопьями отрубей с более низкой активностью воды, вода из изюма со временем перемещается к хлопьям отрубей, делая изюм твердыми, а хлопья отрубей - влажными. Разработчики пищевых рецептов используют активность воды, чтобы предсказать, насколько миграция влаги влияет на их продукт.

Безопасность пищевых продуктов

Активность воды во многих случаях используется в качестве критической контрольной точки для программ анализа опасностей и критических контрольных точек (HACCP). Образцы пищевых продуктов периодически берутся с производственной зоны и тестируются, чтобы убедиться, что значения активности воды находятся в пределах указанного диапазона качества и безопасности пищевых продуктов. Измерения могут быть выполнены всего за пять минут и проводятся регулярно на большинстве крупных предприятий пищевой промышленности.

В течение многих лет исследователи пытались приравнять потенциал роста бактерий к содержанию воды. Они обнаружили, что ценности не были универсальными, а были специфичными для каждого пищевого продукта. В. Дж. Скотт впервые установил, что рост бактерий коррелирует с активностью воды, а не с содержанием воды, в 1953 году. Твердо установлено, что рост бактерий подавляется при определенных значениях активности воды. На этих значениях основаны правила Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для пищевых продуктов со средней влажностью.

Снижение активности воды в пищевом продукте не следует рассматривать как: Исследования сухого молока показывают, что жизнеспособные клетки могут существовать при гораздо более низких значениях активности воды, но никогда не растут. Со временем уровень бактерий снижается.

Значения активности воды получаются либо с помощью резистивного электролита, емкостного, либо точки росы гигрометра.

резистивного электролитические гигрометры

Резистивные электролитические гигрометры используют чувствительный элемент в виде жидкого электролита, удерживаемого между двумя небольшими стеклянными стержнями за счет капиллярной силы. Электролит изменяет сопротивление, если он поглощает или теряет водяной пар. Сопротивление прямо пропорционально относительной влажности воздуха, а также активности воды в образце (после установления равновесия пар-жидкость ). Это соотношение можно проверить с помощью проверки или калибровки с использованием смесей с соленой водой, которые обеспечивают четко определенную и воспроизводимую влажность воздуха в измерительной камере.

Датчик не имеет физически заданного гистерезиса, как это известно из емкостных гигрометров и датчиков, и не требует регулярной очистки, поскольку его поверхность не является эффективным чувствительным элементом. Летучие вещества, в принципе, влияют на характеристики измерения - особенно те, которые диссоциируют в электролите и тем самым изменяют его сопротивление. Такого влияния можно легко избежать, используя фильтры химической защиты, которые поглощают летучие соединения до того, как попадут на датчик.

Гигрометры емкости

Гигрометры емкости состоят из двух заряженных пластин, разделенных полимерной мембраной диэлектриком. По мере того, как мембрана адсорбирует воду, ее способность удерживать заряд увеличивается, и измеряется емкость. Это значение примерно пропорционально активности воды, определенной с помощью калибровки конкретного датчика..

Емкостные гигрометры не подвержены влиянию большинства летучих химикатов и могут быть намного меньше, чем другие альтернативные датчики. Они не требуют очистки, но менее точны, чем гигрометры точки росы (+/- 0,015 a w). Они должны проходить регулярные проверки калибровки, и на них может влиять остаточная вода в полимерной мембране (гистерезис).

гигрометры точки росы

Температура, при которой роса образуется на чистой поверхности, напрямую связана с давлением пара воздух. Гигрометры точки росы работают, помещая зеркало над закрытой камерой для образца. Зеркало охлаждается до тех пор, пока температура точки росы не будет измерена с помощью оптического датчика . Затем эта температура используется для определения относительной влажности камеры с использованием диаграмм психрометрии.

Этот метод теоретически является наиболее точным (+/- 0,003 a w) и часто самым быстрым. Датчик требует очистки, если на зеркале скапливается мусор.

Уравновешивание

В любом методе парожидкостное равновесие должно происходить в камере для пробы. Это происходит с течением времени или может быть поддержано добавлением вентилятора в камеру. Тепловое равновесие также должно иметь место, если не измеряется температура образца.

Активность воды связана с содержанием воды в нелинейной зависимости, известной как изотерма сорбции влаги кривая. Эти изотермы зависят от вещества и температуры. Изотермы можно использовать для прогнозирования стабильности продукта с течением времени при различных условиях хранения.

Имеется чистое испарение из раствора, активность воды которого превышает относительную влажность окружающей среды. Имеется чистое поглощение воды раствором, активность воды которого меньше относительной влажности окружающей среды. Следовательно, в замкнутом пространстве можно использовать раствор для регулирования влажности.

.

.

• Reineccius, Gary (1998). Справочник ароматов. Берлин: Springer. ISBN 978-0-8342-1307-4.
• Феннема, О.Р., изд. (1985). Пищевая химия (2-е изд.). Нью-Йорк: Marcell Dekker, Inc., стр. 46–50.
• Bell, L.N.; Лабуза, Т. (2000). Практические аспекты измерения и использования изотермы сорбции влаги (2-е изд.). Иган, Миннесота: AACC Egan Press.

• Изотопный эффект
• Измерение
• [1]
• Зачем измерять активность воды?, Syntilab
• Как измерять активность воды?, Syntilab