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如何準確測量水分活度值？
閱讀：1261 發(fā)布時間：2021-11-19如何準確測量水分活度值？
水分活度（Water Activity，簡稱Aw，又稱水活性）是反應(yīng)產(chǎn)品中(食品、藥品、飼料等)平衡狀態(tài)下自由水分的多少，自由水會影響產(chǎn)品中微生物繁殖、化學特性和酶的穩(wěn)定性，對于易變質(zhì)的產(chǎn)品來說，測量其水分活度尤為重要。利用水分活度的測試，控制微生物的生長，計算食品和藥品的保質(zhì)期，已逐漸成為食品，醫(yī)藥，生物制品，糧食，飼料，肉制品等行業(yè)中檢驗的重要指標。
就食品檢測而言，大多是依據(jù)國標《GB 5009.238-2016 食品安全國家標準 食品水分活度的測定》，此標準規(guī)定了“康衛(wèi)氏皿擴散法"和“水分活度儀擴散法"測定食品中的水分活度。傳統(tǒng)的康衛(wèi)氏皿擴散法，操作步驟繁瑣，至少需要24小時，耗時較長；而水分活度儀擴散法可以在很短的時間內(nèi)得到結(jié)果，目前，此方法已被應(yīng)用于大多數(shù)實驗室。
水分活度儀擴散法就是把被測樣品置于密閉的空間內(nèi)，在保持恒溫的條件下，使樣品與周圍空氣的蒸汽壓達到動態(tài)平衡，這時就可以以氣體空間的水蒸汽壓作為樣品蒸汽壓的數(shù)值（P），同時，在一定溫度下純水的飽和蒸汽壓（Po）是一定的，從而計算出被測樣品的水分活度（Aw=P/Po）。目前水分活度儀主要的測試方法有：電子濕度計法（電容或電阻傳感器法）、冷卻鏡面露點法。
1.電子濕度計法（電容或電阻傳感器法），此方法是利用電阻或電容傳感器來測量相對濕度。傳感器通過電容或電阻的變化，儀器將電信號和濕度信號進行轉(zhuǎn)換，得出一個平衡相對濕度值，當樣品溫度和傳感器溫度達到一致時，平衡相對濕度數(shù)值上等于樣品水分活度。而且，每次使用前傳感器必須用標準鹽溶液進行校準，水分進入傳感器后，需要在傳感器里達到充分平衡，此過程一般需要15分鐘到1小時不等，才能使最終數(shù)值穩(wěn)定。
電子濕度計測量水分活度的優(yōu)勢是設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)小型化和集成化，但在其使用過程需要校準，檢測時間長，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差，測量精度受測量方法的局限，精度較低。而且傳感器易受污染，保養(yǎng)維護費用高昂。
2.冷卻鏡面露點法，在冷卻鏡面露點系統(tǒng)里，先將待測樣品放入樣品杯內(nèi)，再將樣品杯密封在樣品倉內(nèi)，倉內(nèi)有一個冷卻鏡面露點傳感器和一個紅外溫度傳感器。露點傳感器測量空氣的露點溫度，紅外傳感器測量樣品的溫度。當樣品的水分活度和空氣的相對濕度達到平衡時，氣體中的水蒸氣隨著鏡面的溫度逐漸降低而達到飽和時，開始析出凝析物，此時所測量到的鏡面溫度即為該大氣壓下氣體的露點，通過露點溫度和樣品溫度計算水分活度。倉內(nèi)有一個風扇，幫助加速達到平衡，并控制露點傳感器的邊界層阻力。
冷卻鏡面露點方法在于檢測的速度和精度，該方法是基于基礎(chǔ)熱力學原則測量相對濕度的主要方法，由于測量是在溫度測量的基礎(chǔ)上，可以在五分鐘之內(nèi)測量精度達到（+0.0030Aw），而且這種測量方法一般無需校準。如果有問題，可以很容易地接觸到鏡面并對鏡面進行清潔，維護非常簡單。
冷卻鏡面露點方法是經(jīng)AOAC國際認證的首要的測量水分活度的方法，并且是可以溯源到國家國際標準的方法。如eFAst-Lab 水分活度儀就是采用可溯源的冷卻鏡面露點方法，是美國USP和FDA推薦使用的方法，能夠在5分鐘內(nèi)快速測量樣品的水分活度。對一些用戶而言，可以快速讀數(shù)并進行在線監(jiān)測水分活度。這種方法可以追溯到NIST以及國家標準方法，為廣大食品科學研究人員和檢驗人員廣泛應(yīng)用。
兩種測量方法的區(qū)別：
兩種測量方法的差別性主要體現(xiàn)在精度、測量速度、可重復(fù)性、校準的穩(wěn)定性、線性及使用的方便程度。
測量方法 | 電容或電阻傳感器法 | 冷凝鏡面露點法 |
測量范圍 | 0.6~0.9aw | 0.0500~1.000aw |
精度 | ±0.01~0.02aw | ±0.0030aw |
測量速度 | 15~90 min | 3~5 min |
校準 | 需用標準鹽容液進行校準 | 一般無需校準 |
維護 | 傳感器易受污染,保養(yǎng)維護費用高昂 | 可以很容易地接觸到鏡面并對鏡面進行清潔，維護簡單 |
認證 | 國標 | 國標、中國藥典、ISO、AOAC國際認證、美國USP、FDA |
影響水分活度值的重要參數(shù)
如何準確測量水分活度值呢？除了選用合理的檢測方法之外，也要注意一個非常重要的參數(shù)，即“溫度"，國標中明確要求“在溫度20~25℃，相對濕度50%~80%的條件下測定"。由于不同季節(jié)，不同場所，環(huán)境溫度及樣品溫度有所差異，而溫度對飽和鹽溶液影響較大，因此溫度對水分活度儀的測試結(jié)果影響也較大。
由此，在檢測過程中，要保證環(huán)境溫度在20~25℃，同時，待測樣品也需要恢復(fù)到20~25℃再進行檢測，這樣檢測出來的結(jié)果才能更準確。常規(guī)的水分活度儀，在回溫的過程中，樣品只能單純的依靠環(huán)境溫度的熱傳遞，一般需要比較長的恢復(fù)時間，而且環(huán)境溫度的不均勻性，可能導致實際測試條件無法達到國標要求，導致測量結(jié)果不準確。
現(xiàn)在市面上有一種可控溫型水分活度儀，可以使盛放樣品的測量倉迅速達到檢測溫度（如25℃），幫助客戶在樣品環(huán)境溫度下快速、準確的測定結(jié)果。另外，可以有效測定不同溫度條件下樣品的水分活度，幫助客戶了解溫度對水分活度的影響程度，為產(chǎn)品的儲存溫度和包裝條件提供有效的判斷依據(jù)，特別適用于高?？蒲袡C構(gòu)及大型企業(yè)的研發(fā)工作。
意大利Steroglass斯特洛WaterLab水分活度儀，測量原理為“鏡面冷卻露點傳感器"，分辨率高達0.0001aw，準確性0.003aw，滿足儀器全量程測量范圍。在實際檢測時，只需稱量3-5g菌粉樣品放入樣品杯內(nèi)，5min左右即可快速得到準確測定結(jié)果。溫度控制范圍：15-50℃，它可以使倉內(nèi)菌粉的溫度迅速達到溫度（如25℃），縮短檢測時間，提高樣品的準確性。
