aw rotronicOkreślenie wartości parametru aktywności wody (Aw, z ang. Water Activity) jest ważną czynnością w przemyśle, w którym wilgotność ma wpływ na dany wyrób. Aktywność wody bada aktywną część zawartości wody (wodę wolną niezwiązaną). Inaczej można również powiedzieć, że jest to ciśnienie pary wodnej wytwarzanej przez wodę zawartą w produkcie higroskopijnym. Badanie aktywności wody jest niezwykle ważne ponieważ woda niezwiązana w danym wyrobie wpływa na jego stabilność mikrobiologiczną, chemiczną oraz enzymatyczną. Zarówno zbyt duża jak i zbyt mała zawartość niezwiązanej wolnej wody ma negatywny wpływ na produkt. Wynik Aw daje informacje nie tylko o ilości wolnej niezwiązanej wody ale również dostarcza wiele innych cennych informacji na przykład odnośnie kohezji, okresu trwałości, sypkości, charakterystyki przepływu proszków, charakterystyki przepływu tabletek czy adhezji powłok.

Woda potrzebna jest nie tylko człowiekowi ale również mikroorganizmom, którym aktywność wody dostarcza informację o ilości dostępnej dla nich wody. Każdy z mikroorganizmów posiada swoją minimalną wartość Aw, którą potrzebuje, aby móc prawidłowo się rozwijać.

Aktywność wody a wilgotność względna stanu równowagi ?

Tak naprawdę jeden jak i drugi parametr opisuje to samo, różnica polega na różnych metodach pomiarów. Aktywność wody wyrażona jest w skali 0…1, a jej jednostką jest Aw. Wilgotność względna stanu równowagi (ERH) wyrażona jest w skali 0…100 %.

Wzory wykorzystywane podczas obliczeń Aw oraz ERH

Aw = p/ps [Aw],

gdzie p jest to ciśnienie pary wodnej nad powierzchnią produktu, natomiast ps jest ciśnieniem pary wodnej nad powierzchnią czystej wody o temperaturze produktu).

ERH = Aw * 100 [%]

Informacja o aktywności wody jest istotną informacją przede wszystkim ze względów jakościowych. Określa ona stabilność produktu, przydatność do sprzedaży (stabilność mikrobiologiczną, i enzymatyczną), charakterystykę własności użytkowych, właściwości fizyko-chemiczne oraz stabilność chemiczną.

Wilgoć całkowita

Wilgoć całkowita jest często mylona z aktywnością wody. Wilgoć całkowita w ciele stałym wyraża zawartość masy wody (%) w masie całego materiału (suchej masy). Informacja ta w przeciwieństwie do aktywności wody wykorzystywana jest najczęściej do kontroli zawartości wody ze względów ilościowych.

Izoterma sorpcji

Mierząc aktywność wody (bądź wilgotność względną stanu równowagi) oraz wilgoć całkowitą, jesteśmy w stanie wykreślić krzywą charakteryzującą oba parametry. W stanie równowagi stosunek między wilgocią całkowitą (w stałej temperaturze) a Aw (ERH) wykreśla izoterma sorpcji. Poniższe zdjęcia przedstawiają przykładowe izotermy z wykorzystaniem pomiaru Aw oraz ERH.

 aw wilg

Izoterma z wykorzystaniem pomiaru Aw

 erh wilg

Izoterma z wykorzystaniem pomiaru ERH

Migracja wody

Każdy produkt dąży do tego, aby jego aktywność wody była w stanie równowagi ze środowiskiem, które go otacza. Dopóki stan ten nie zostanie osiągnięty następuje migracja wody z obszarów o wysokim Aw do obszarów o niższym.

Aktywność woda w codziennym życiu

Poniżej prezentujemy przykładowe produkty oraz ich wartości Aw*.

Zawartość aktywności wody w skali AwPrzykłady produktów
0.95Łatwo psująca się żywność (świeże i konserwowane owoce, warzywa, mięso, ryby) oraz mleko; gotowane wędliny; pieczywo; pokarmy zawierające do 4 uncji (w/w) sacharozy lub 7% NaCl
0.91Niektóre sery (cheddar, Swiss, Muenster, Provolone); wędliny (szynka); niektóre koncentraty soków owocowych; produkty zawierające 55% (w/w) sacharozy lub 12% NaCl,
0.87 Fermentowane kiełbasy (kiełbasa); biszkopty; suchy ser; margaryny; produkty zawierające 65% (w/w) sacharozy (nasycona) i 15% NaCl,
0.80 Większość koncentratów soków owocowych; mleko skondensowane, słodzone; syrop czekoladowy; syropy klonowe i owocowe; mąka; ryż; produkty zawierające 15-17% wilgoci; ciasto owocowe; szynka; kremówki;
0.75 Dżem, marmolada; marcepan; owoce przeszklone; niektóre ptasie mleczka
0.65 Płatki owsiane zawierające ~10% wilgotności; galaretki; melasa; cukier trzcinowy; niektóre suszone owoce; orzechy
0.60 

Suszone owoce zawierające 15-20% wilgoci; niektóre toffi i karmelki; miód

0.50 

Makaron, makaron zawierający ~12% wilgoci; przyprawy zawierające ~10%

0.30 Ciasteczka, krakersy, skórka chleba, inne produkty zawierające 3-5% wilgoci
0.03Pełne mleko w proszku zawierające 2-3% wilgoci; suszone warzywa zawierające ~5% wilgoci; płatki kukurydziane zawierające ~5% wilgoci; zupy instant; niektóre ciastka i krakersy

* Źródło danych: Water activity and Microbial stability, L.R. Beuchat

Urządzenia Rotronic

aw

Pomiar aktywności wody możliwy jest dzięki bogatej ofercie produktowej firmy Rotronic. W skład portfolio wchodzą zarówno sondy standardowe (HC2) , cylindryczne (HC2-AW) jak i bagnetowe (HC2-P05, HC2-HP28, HC-HP50). Sondy podłączone są do modułu laboratoryjnego: stacjonarnego (HygroLab C1, AwTherm) bądź miernika ręcznego (HP23-AW-A), co umożliwia bezproblemowe badanie Aw w każdym miejscu. Oprócz podstawowych elementów możliwy jest również wybór specjalnych akcesoriów takich jak podstawki (WP-40, WP-14-S, WP-40TH) zapewniające doskonałą izolację oraz stabilność temperaturową, pojemniki na próbki (PS-14, PS-40) o różnej wysokości, uchwyty (AW-KHS) umożliwiające dodatkowe uszczelnienie mechaniczne eliminując wpływ czynników zewnętrznych na otrzymane wyniki, wzorce wilgotności (EAxx-SCS), które umożliwiają regulację oraz kalibrację sond i urządzeń, a także oprogramowanie (HW4) z interfejsem USB, UART lub Ethernet.

Zastosowanie

Zestawy pomiarowe Aktywności wody, które proponuje firma Rotornic znajdują szerokie zastosowanie w wielu przemysłach takich jak przemysł spożywczy, farmaceutyczny, kosmetyczny ... Moduł laboratoryjny HygroLab C1 umożliwia podłączenie się do 4 sond w jednej chwili. Sondy cylidryczne jak i bagnetowe sprawdzają się podczas pomiaru aktywności wody w serach, mięsie, tytoniu, pokarmie dla zwierząt. Miernik ręczny HP23-AW-A znajduje zastosowanie przede wszystkim w miejscach zewnętrznych, terenowych. Ze względu na swoją budowę można go w prosty sposób przenosić z miejsca na miejsce. Miernik możne być traktowany jako mobilna jednostka laboratoryjna. Do pomiaru Aw w produktach sypkich oraz granulatach idealnym rozwiązaniem są sondy bagnetowe.


>> Więcej na temat pomiaru aktywności wody <<