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水分与水活度,水活度仪

  • 发布时间:2017-07-27
  • 发布者: admin
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水分与水活度,水活度仪

什么是水分含量?
       水分含量是指固体物质中水占总质量的百分比。食物中存在的水大致可以分为两类,游离水和结合水。
       游离水(或称自由水)是指组织、细胞中容易结冰、也能溶解溶质的这一部分水。因为只有游离水分才能被细菌、酶和化学反应所触及,因此,又称其为有效水分,可用水分活度进行估量。游离水大致可以分为三类:滞化水、毛细管水和自由流动水。
       结合水(或称束缚水)是以氢键与食品的有机成分相结合的水分,如葡萄糖、乳糖、柠檬酸等晶体中的结晶水或明胶、果胶所形成冻胶中的结合水。它与一般水不一样,在食品中结合水不易结冰(冰点-40度)、不能作为溶质的溶剂,也不能被微生物所利用,但它对食品的风味起着重要的作用。结合水较难分离,如果将其强行除去,则会改变食品的风味和质量。
水活度概念
       根据现代食品科学研究指出:用水分活性(Water Activity-Aw)指导生产和贮藏具有重要的实践意义,因为水分活度既能反映食品中水分存在状态,又能揭示食品质量变化和微生物繁殖对其水分可利用的程度。因此,近年来国外的食品水分多不用百分比表示,而改用水分活性或平衡相对湿度(Equilibrium Relative Humidity ERH)表示。
水分活性的定义:在一温度下,溶液状的水分或食品中水分的蒸汽压与相同一温度下纯水的蒸汽压的比值,即:Aw=P/P0=ERH/100
P为食品中水的蒸汽分压,P0为纯水的蒸汽压。纯水的P与P0是一致的,所以纯水Aw值为1。而食品中的水分由于有一部分与某些可溶性成分共存(以结合水的形式存在),它的蒸汽压P总是小于纯水的蒸汽压P0,所以食品的Aw均小于1。
水活性与水分含量的关系?
        食品的水分含量越高,水活性越大;但两者并不存在简单的正比关系。
       水分活度反映了食品中水分的存在状态,即水分与其他非水组分的结合程度或游离程度。结合程度越高,则水分活度值越低;结合程度越低,则水分活度值越高。在同种食品中一般水分含量越高,其水分活度值越大,但不同种食品即使水分含量相同水分活度往往也不同。
水分活度还有其物理意义,就是表征食物生物组织和食品中能参与各种生理作用的水分含量与总的含水量之间的定量关系。 水活度反应的是产品中游离水数量的多少,水活度越高,则产品中游离水含量越多,微生物越容易生长。微生物只能利用产品中的游离水,而结合水则不能利用。
水分活度与微生物生长的关系
        水分活度与微生物生长的关系可以概括为以下几个方面:  (1) 水分活度(而不是水分含量)决定微生物生长所需要水的下限值。大多数细菌在水分活度0.91以下停止生长, 大多数霉菌在水分活度0.8以下停止生长。尽管有一些适合在干燥条件下生长的真菌可在水分活度为0.65左右生长, 但一般把水分活度0.7~0.75作为微生物生长的下限。 ( 2) 环境条件影响微生物生长所需的水分活度。一般而言, 环境条件越差(如营养物质、pH、压力及温度等) , 微生物能够生长的水分活度下限越高。  (3) 水分活度能改变微生物对热、 光线和化学物质的敏感性。一般来说, 在高水分活度时微生物最敏感, 在中等水分活度时最不敏感。  (4) 微生物产生毒素所需的最低水分活度比微生物生长所需的最低水分活度高。因此, 通过水分活度来控制微生物生长的一些食品中,虽然可能有微生物生长, 但不一定有毒素的产生。
        研究水分活度与食品的关系,不但可以预测食物的货架期,指出腐败的原因,而且还可以利用这些知识找出控制食物腐败的方法。水分活度是确定贮藏期限的一个重要因素。当温度、酸碱度和其他几个因素影响产品中的微生物快速生长的时候,水分活度可以说是控制腐败最重要的因素。通过测量水分活度,可以预知哪些微生物将会或不会成为潜在的腐败因素。
食品的腐败与食品中的水分含量有关,但腐败程度并不与水分含量成比例,而水分活度的大小更能说明食品发生腐败的问题。水分活度越大,食品内自由水含量越多,更易受微生物感染;食品中水分活度越小,食品越稳定,较少出现腐败变质的问题。所以,降低水分活度是延长食品保质期的手段之一。常采用的方法之一是干制,干制后水分含量低,水分活度也小;另一种常用的方法是加糖、盐腌制,蔗糖和食盐都是亲水物质,它们极易与水结合,使自由水转变成束缚水,水分活度也随之降低。
水活性与微生物生长
水活性值            微生物
1.00 - 0.91        多数细菌
0.91 - 0.87        多数酵母菌
0.87 - 0.80        多数霉菌
0.80 - 0.75        多数嗜盐细菌
0.75 - 0.65        干性霉菌
0.65 - 0.60        耐渗透压酵母菌
当水分活度低于0.60时,绝大多数微生物无法生长。
水活度如何测定
        测定食品的水分活度时,可采用水分活度测定仪。其工作原理是把被测食品置于密封的空间内,在保持恒温的条件下,使食品与周围空气的蒸汽压达到平衡,这时就可以以气体空间的水蒸汽压作为食品蒸汽压的数值。同时,在一定温度下纯水的饱和蒸汽压是一定的,所以可以应用上述水分活度定义的公式,计算出被测食品的水分活度。由此可见,测定食品水分活度的方法实际上就是利用空气与食品的充分接触,达到空气中水蒸气分压和食品中水蒸气压的平衡,把食品中水蒸气压以空气的水蒸气分压来表示。因此在数值上食品的水分活度等于空气的平衡相对湿度。例如面粉、大米的Aw为0.65,用平衡相对湿度值表示则为65%,在平衡相对湿度的条件下贮藏食品,其水分含量即是它的平衡水分。在ERH65%条件下贮藏面粉、大米,其平衡水分在14%左右。这个含水量不仅符合产品质量标准的要求,而且也能达到安全贮藏。必须指出,食品的水分活度与空气的平衡相对湿度是两个不同的概念,前者表示食品中的水分被束缚的程度,后者表示空气被水蒸气饱和的程度。因此,用水分活度来指导食品的生产和贮藏,具有更科学和直接的指导作用。
水活度仪有哪种
        水分活度仪的二种不同类型具有商业用途。当一个用改变电阻或电容的传感器测量相对湿度时,另一个使用冷冻镜面露点技术。每种都有各自的优点和缺点,表现在精确性,可重复性,测量的速度,校准的稳定性,线性和使用的便利性。
哪个传感器能更好地测量产品的水分活度?冷冻镜面露点法的主要优点是准确性,速度,操作简便和精确度。AquaLab的测量范围是从0.030到1.000aw,重复性为±0.001aw,分辨率为±0.001aw, 精确性为±0.003aw,最具代表性的是测量时间少于五分钟。电容传感器的好处的价格低廉,但是不像冷冻镜面露点技术一样准确或快速。电容仪器测量水分活度的范围是0到1.00 aw ,重复性为±0.005aw,分辨率为±0.001aw,精确性为±0.015aw。
水活度仪进口品牌有AquaLab系列水活度仪,瑞士NOVASINA水分活度仪、瑞士ROTRONIC公司HygroPalm便携式水分活度仪等,德图水活度仪。其中DECAGON公司生产的仪器最高精确度已达到0.0001aw,最短测量时间只有5min,但这些产品价格昂贵令中小企业望而却步。
水活度仪也有国产产品,以下介绍一款国产水活度仪
HD-5型水分活度测量仪主要技术指标
1. 工作环境:温度 -10℃~50℃
              湿度 0~95%RH
2. 显示方式:大屏幕液晶显示 128×64 DOTS
3. 测量范围: 温度 -10~50℃
              水分活度 0~1.000aw
4. 测量精度:温度 ±0.3℃
              水分活度 ±0.012aw(@23℃±5℃)    
5. 活度重复性:±0.008aw
6. 测量时间:①定时:5~40分钟
              ②自动测量
7. 分辨率: 水分活度:0.001aw  温度:0.1℃
8. 数据处理:①专用软件可连接电脑进行操作,适合Windows操作系统
              ②计算机控制测量可以显示测量数据、曲线,并保存数据
              ③计算机控制测量自动根据设定品名保存结果数据
9.  可记录5000组测量数据
10.  校正方式:多点联合校正、单点校正
11. 测量点数:1点
12. 接口: RS232接口或USB接口
13. 配置:微型打印机
14. 打印功能:①测量结束打印
               ②实时打印
15. 供电电压:100~230VAC 50Hz/60Hz
16. 功    耗:小于10W
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