平衡相对湿度ERH原理在水分活度测量中的应用
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《中国食品添加剂》
Ch ina Food Add itives
2005 No16
平衡相对湿度 ERH原理在水分活度测量中的应用
柯仁楷 黄兴海
( 瑞士罗卓尼克上海代表处, 上海 200233)
摘 要: 目的: 介绍目前市场上水分活度测量 的主导产品和测量原理。
方法: 水分活度测量的平衡 相对湿度 ERH 原理。
以及水分活度在不同领 域的应用。
关键词: 水分含量; 水分活度; 平衡相对湿度 ; ERH; Aw; 水分活度仪; 数字化; 快速测量
中图分类号: T S2071 3
文献标识码: A
文章编号: 1006- 2513 ( 2005) 06- 0119- 04
Application of water activity measurement based on the ERH principle
结果: 方法简单、操作方便, 性价比高, 测量准确 ? 01 02。
结论: ERH 原理已成熟应用于水分活度 的测量, 产品 在食品、生物、医 药、卫生、检验检 疫、烟草、造
纸、园林等领域广泛应用。
本文 以瑞士 ROTRON IC公 司的水分 活度仪为例, 介绍目前市 场上水分 活度测量的 主导产品 和测量原理,
衡的大气的性质, 平衡的建立很费时, 对于大的 块状和颗粒状试样, 尤其温度较低 ( 低于 50e ) ,
平衡几乎是不可能的。因此, 该原理测定水分活
12 0
度的测量误差约为 ? 0102aw。只要测量水分活度 的仪器 在精度 上高 于 ? 0102aw, 就能 满足 测量 需要。
2 水分活度仪结构
表1
水分活度 11 00 ~ 01 91
微生物 多数细菌
在此范围内的食品
水 果 罐 头、 蔬 菜、 肉、 鱼、 熟香肠和面包等
01 91 ~ 01 87 多数酵母菌
发酵 香 肠、 松 蛋 糕、 干 酪、 人造奶油等
01 87 ~ 01 80 多数霉菌
豆类 食品、 水 果 蛋 糕、 自 制 火腿、重油蛋糕等
食品中的水分含量与食品的易腐性存在一定 的关系, 水分含量相同的不同类型的食品, 具有 不同的易腐性, 因而单一水分含量不是易腐性的 唯一可靠指标。食品中各种微生物的生长是由其 水分活度决定的, 水分活度决定了微生物在食品 中萌发的时间、生长速率和死亡率。不同的微生 物在食品中繁殖时对水分活度的要求不同, 当水 分活度 低于某 种微生 物所需 要的最 低水 分活 度 时, 这种微生物就不能生长。因此水分活度成为
Aw
U
ERH 10 0
平衡相对湿度法原理: 将被测试样置于一个
密闭的容器, 被测试样与密闭空间中的环境之间
进行水分子交换平衡, 待达到表现平衡 ( 试样恒
重 ) 后测定容器内的压力 ( 如用量压计测定 ) 或 相对湿度 ( 如用电子湿度计、露点仪测定 )。
Aw 是食品的内在品质, 而 ERH 是与食品平
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《中国食品添加剂》
Ch ina Food Add itives
ห้องสมุดไป่ตู้
2005 No16
研发具有广泛的应用。
如方便面的存贮中, 最重要的环节就是方便 面酱包的存贮, 尤其现在众多厂家纷纷推出高汤 面, 酱包要求更稀, 含水量更高, 又要较长的保 质期, 对酱的水活性的测量和控制是品质保证部 考虑的重要指标之一。 312 日用化工
下面以 ROTRON IC 的水分活度仪 H ygroLab 2 - AW - SET /40为例重点介绍平衡相对湿度 ERH 法测量水分活度的应用:
产品图例 1
水分活度仪由以下几个部分组成: 211 水分活度探头 AW-D IO
水分活度探头 AW-D IO 为仪器的感 测部分。 水分活度专用电容式湿度传感器 HYGROMER l WA - 1作为探头的敏感元件, 具有平衡更快, 稳 定可靠等特点。数字 化技术使的校准 更加方便, 改善了传统的 电位器校准带来的不便 和不稳定, 标定和校准的数据存 储在探头内部 的 EEPROM, 多点校准技术实现斜率和线性的数字校准, 数字 输出解决了模拟输出在传输过程中由于信号衰减 和干扰影响测量的准确性, 实现传感器探头和显 示仪表的完全互换。
KE R en-ka,i HUANG X ing-hai
( ROTRON IC Shanghai R epresentative O ffice, Shanghai 200233)
Abstrac t: T he paper introduces the pr inc iple o f w ater ac tiv ity, the popular instruments designed by ROTRON IC and the app lication of w ater activ ity. K ey word s: w ate r conten t; wa ter activ ity; equilibrium re la tive hum id ity; ERH; Aw; instrum ent o f w ate r activ ity; d ig ita;l Aw quick m easu re
Aw Qu ick软件包实现了水分活度的快速测量, 优 化的数学模型 准确地预测平衡后的水 分活度值, 使得测量在 4~ 6m in完成, 大大缩短了测量时间, 又不损失测量的精度。同时具有传统测量模式和 标准测量模式。传统测量模式自动完成检测, 当 平衡建立时, 自动捕捉显示并保存测量结果; 标 准测量模式则连续跟踪测量, 随平衡相对湿度的 改变而改变。
01 80 ~ 01 75 多数嗜盐细菌
果酱、加 柑 橘皮 丝 的 果 冻 等 乙醛、四氟乙烯等
01 75 ~ 01 65 干性霉菌
含有 约 10% 水 分 的 燕 麦 片、 棉花糖、果干等
含有 15% ~ 20% 水分的果 干、 01 65 ~ 01 60 耐渗透压酵母菌 太妃糖等
产品图例 2
如前所说, 被测试样与其密闭空间的大气的 平衡建立需要相当长的时间, 通常测量水分活度 需要 40 ~ 60m in。 H yg roP alm AW 1 - Se t/ 40 集 成
收稿日期: 2005 - 08- 24 作者简介: 柯仁楷 ( 1978- ) , 男, 工程师, 主要从事温度传感器水分活度仪的研究与应用。
1 19
《中国食品添加剂》
Ch ina Food Add itives
2005 No16
1 水分活度定义和测量方法
水分活度测量方法主要有扩散法、平衡相对
湿度法和冰点法。扩散法的原理: 样品在康威微
纯水逸度 f0 之比。
Aw
=
f f0
在室温低压下, f /f 0 与溶液或者食品中的 水
蒸气分压 p 和纯水的蒸气压的 p0 之比 ( 相对蒸气
压 RV P ) 近乎相等, f /f 0 与 p /p0 之间的差别小于
1% , 因而:
Aw
U
p p0
根据相对湿度的定义, 当食品与它周围的环
境达到平衡时 ( 既不吸湿也不散湿 ) , Aw 与它周 围的环境百分平衡相对湿度 ERH 在数值上相等。
一个指示产品 稳定性和微生物安全的 重要参数, 水分活度已被列入涉及食品良好作业规划的一些 美国联邦法规中。它对食品的色、香、味、组织 结构以及食品的稳定性有着重要的影响, 各种微 生物的生命活动以及各种化学、生物化学变化都 需要一定的水分活度值, 所以水分活度值对食品 保存具有重要的意义。水分活度、水活性、水活 度、 Aw 属于 同一 概念, 由于 作者 的喜 好 不同, 在不 同 的 参 考 书 中 叫 法 不 一 致, 不 需 要 加 以 区别。
降低水分活度的最简单的办法就是降低食品 的水分含 量, 但 降低 水分 含量, 影响 了食 品的 色、香、味和组织结构。很多情况下, 人们总是 希望水分含量高, 水分活度低, 这样能防止食品 水分的流失, 保持良好的口感, 因此就要通过配 料等方法来抑制水分活度, 水分活度的测量为食 品研发和生产提供可靠的依据, 在食品的加工和
水分活度的测量和控制在日用化工领域的应 用也相当的 广泛, 日用 化妆品 要求 具有 高保 湿 性, 防止水分的挥发, 使用更加舒适, 更好地保 养皮肤, 因此希望水分含量高而水分活度低。
如香皂的研 发和 生产 要求 具有较 高的 含 水 量, 为防止香皂在空气中存放造成干裂, 要求香 皂具有高保湿性, 也就要求生产出来的香皂具有 低水活性, 研发人员会不断通过配方来抑制和控 制水活性, 因此在研发过程中对水活性的测量必 不可少。 313 水分含量的间接测量
3 典型应用
311 食品加工 水分活度的应用已经非常广泛, 在食品行业
的应用处处可见, 主要通过测量水分活度和控制 水分活度, 使水分活度低于某些微生物生长所需 要的最低水分活度, 使微生物生长的环境遭到破 坏, 这些微生物就不能生长繁殖, 从而抑制微生 物的生长, 提高食品的稳定性, 延长食品的保质 期。表 1给出部分微生物生长所需要的最低水分 活度供参考。
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器探头进行多个样品的同时测量。仪表具有趋势 指示和平衡指示。 214 相关附件
PS- 40取样杯: 方便取样和样品的保存, 防 止样品的交叉污染。
W P - 40测量舱: 密封和隔热 作用, 隔绝 样 品与外界环境的交换, 可选 W P - 40TH 循环水控 温测量舱。
更多地说还是一个经验测量, 在个别领域已经有 相关的数据表可以对照。
图3
量扩散皿的密封和恒温条件下, 分别在 Aw 值较
高和较低的标准饱和溶液中进行扩散平衡, 根据
样品质量的增加 (在较高 Aw 值标准溶液中平衡 ) 和减少 (在较低 Aw 值标准溶液中平衡 ) 求出样
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平衡相对湿度 ERH原理在水分活度测量中的应用
柯仁楷 黄兴海
( 瑞士罗卓尼克上海代表处, 上海 200233)
摘 要: 目的: 介绍目前市场上水分活度测量 的主导产品和测量原理。
方法: 水分活度测量的平衡 相对湿度 ERH 原理。
以及水分活度在不同领 域的应用。
关键词: 水分含量; 水分活度; 平衡相对湿度 ; ERH; Aw; 水分活度仪; 数字化; 快速测量
中图分类号: T S2071 3
文献标识码: A
文章编号: 1006- 2513 ( 2005) 06- 0119- 04
Application of water activity measurement based on the ERH principle
结果: 方法简单、操作方便, 性价比高, 测量准确 ? 01 02。
结论: ERH 原理已成熟应用于水分活度 的测量, 产品 在食品、生物、医 药、卫生、检验检 疫、烟草、造
纸、园林等领域广泛应用。
本文 以瑞士 ROTRON IC公 司的水分 活度仪为例, 介绍目前市 场上水分 活度测量的 主导产品 和测量原理,
衡的大气的性质, 平衡的建立很费时, 对于大的 块状和颗粒状试样, 尤其温度较低 ( 低于 50e ) ,
平衡几乎是不可能的。因此, 该原理测定水分活
12 0
度的测量误差约为 ? 0102aw。只要测量水分活度 的仪器 在精度 上高 于 ? 0102aw, 就能 满足 测量 需要。
2 水分活度仪结构
表1
水分活度 11 00 ~ 01 91
微生物 多数细菌
在此范围内的食品
水 果 罐 头、 蔬 菜、 肉、 鱼、 熟香肠和面包等
01 91 ~ 01 87 多数酵母菌
发酵 香 肠、 松 蛋 糕、 干 酪、 人造奶油等
01 87 ~ 01 80 多数霉菌
豆类 食品、 水 果 蛋 糕、 自 制 火腿、重油蛋糕等
食品中的水分含量与食品的易腐性存在一定 的关系, 水分含量相同的不同类型的食品, 具有 不同的易腐性, 因而单一水分含量不是易腐性的 唯一可靠指标。食品中各种微生物的生长是由其 水分活度决定的, 水分活度决定了微生物在食品 中萌发的时间、生长速率和死亡率。不同的微生 物在食品中繁殖时对水分活度的要求不同, 当水 分活度 低于某 种微生 物所需 要的最 低水 分活 度 时, 这种微生物就不能生长。因此水分活度成为
Aw
U
ERH 10 0
平衡相对湿度法原理: 将被测试样置于一个
密闭的容器, 被测试样与密闭空间中的环境之间
进行水分子交换平衡, 待达到表现平衡 ( 试样恒
重 ) 后测定容器内的压力 ( 如用量压计测定 ) 或 相对湿度 ( 如用电子湿度计、露点仪测定 )。
Aw 是食品的内在品质, 而 ERH 是与食品平
1 21
《中国食品添加剂》
Ch ina Food Add itives
ห้องสมุดไป่ตู้
2005 No16
研发具有广泛的应用。
如方便面的存贮中, 最重要的环节就是方便 面酱包的存贮, 尤其现在众多厂家纷纷推出高汤 面, 酱包要求更稀, 含水量更高, 又要较长的保 质期, 对酱的水活性的测量和控制是品质保证部 考虑的重要指标之一。 312 日用化工
下面以 ROTRON IC 的水分活度仪 H ygroLab 2 - AW - SET /40为例重点介绍平衡相对湿度 ERH 法测量水分活度的应用:
产品图例 1
水分活度仪由以下几个部分组成: 211 水分活度探头 AW-D IO
水分活度探头 AW-D IO 为仪器的感 测部分。 水分活度专用电容式湿度传感器 HYGROMER l WA - 1作为探头的敏感元件, 具有平衡更快, 稳 定可靠等特点。数字 化技术使的校准 更加方便, 改善了传统的 电位器校准带来的不便 和不稳定, 标定和校准的数据存 储在探头内部 的 EEPROM, 多点校准技术实现斜率和线性的数字校准, 数字 输出解决了模拟输出在传输过程中由于信号衰减 和干扰影响测量的准确性, 实现传感器探头和显 示仪表的完全互换。
KE R en-ka,i HUANG X ing-hai
( ROTRON IC Shanghai R epresentative O ffice, Shanghai 200233)
Abstrac t: T he paper introduces the pr inc iple o f w ater ac tiv ity, the popular instruments designed by ROTRON IC and the app lication of w ater activ ity. K ey word s: w ate r conten t; wa ter activ ity; equilibrium re la tive hum id ity; ERH; Aw; instrum ent o f w ate r activ ity; d ig ita;l Aw quick m easu re
Aw Qu ick软件包实现了水分活度的快速测量, 优 化的数学模型 准确地预测平衡后的水 分活度值, 使得测量在 4~ 6m in完成, 大大缩短了测量时间, 又不损失测量的精度。同时具有传统测量模式和 标准测量模式。传统测量模式自动完成检测, 当 平衡建立时, 自动捕捉显示并保存测量结果; 标 准测量模式则连续跟踪测量, 随平衡相对湿度的 改变而改变。
01 80 ~ 01 75 多数嗜盐细菌
果酱、加 柑 橘皮 丝 的 果 冻 等 乙醛、四氟乙烯等
01 75 ~ 01 65 干性霉菌
含有 约 10% 水 分 的 燕 麦 片、 棉花糖、果干等
含有 15% ~ 20% 水分的果 干、 01 65 ~ 01 60 耐渗透压酵母菌 太妃糖等
产品图例 2
如前所说, 被测试样与其密闭空间的大气的 平衡建立需要相当长的时间, 通常测量水分活度 需要 40 ~ 60m in。 H yg roP alm AW 1 - Se t/ 40 集 成
收稿日期: 2005 - 08- 24 作者简介: 柯仁楷 ( 1978- ) , 男, 工程师, 主要从事温度传感器水分活度仪的研究与应用。
1 19
《中国食品添加剂》
Ch ina Food Add itives
2005 No16
1 水分活度定义和测量方法
水分活度测量方法主要有扩散法、平衡相对
湿度法和冰点法。扩散法的原理: 样品在康威微
纯水逸度 f0 之比。
Aw
=
f f0
在室温低压下, f /f 0 与溶液或者食品中的 水
蒸气分压 p 和纯水的蒸气压的 p0 之比 ( 相对蒸气
压 RV P ) 近乎相等, f /f 0 与 p /p0 之间的差别小于
1% , 因而:
Aw
U
p p0
根据相对湿度的定义, 当食品与它周围的环
境达到平衡时 ( 既不吸湿也不散湿 ) , Aw 与它周 围的环境百分平衡相对湿度 ERH 在数值上相等。
一个指示产品 稳定性和微生物安全的 重要参数, 水分活度已被列入涉及食品良好作业规划的一些 美国联邦法规中。它对食品的色、香、味、组织 结构以及食品的稳定性有着重要的影响, 各种微 生物的生命活动以及各种化学、生物化学变化都 需要一定的水分活度值, 所以水分活度值对食品 保存具有重要的意义。水分活度、水活性、水活 度、 Aw 属于 同一 概念, 由于 作者 的喜 好 不同, 在不 同 的 参 考 书 中 叫 法 不 一 致, 不 需 要 加 以 区别。
降低水分活度的最简单的办法就是降低食品 的水分含 量, 但 降低 水分 含量, 影响 了食 品的 色、香、味和组织结构。很多情况下, 人们总是 希望水分含量高, 水分活度低, 这样能防止食品 水分的流失, 保持良好的口感, 因此就要通过配 料等方法来抑制水分活度, 水分活度的测量为食 品研发和生产提供可靠的依据, 在食品的加工和
水分活度的测量和控制在日用化工领域的应 用也相当的 广泛, 日用 化妆品 要求 具有 高保 湿 性, 防止水分的挥发, 使用更加舒适, 更好地保 养皮肤, 因此希望水分含量高而水分活度低。
如香皂的研 发和 生产 要求 具有较 高的 含 水 量, 为防止香皂在空气中存放造成干裂, 要求香 皂具有高保湿性, 也就要求生产出来的香皂具有 低水活性, 研发人员会不断通过配方来抑制和控 制水活性, 因此在研发过程中对水活性的测量必 不可少。 313 水分含量的间接测量
3 典型应用
311 食品加工 水分活度的应用已经非常广泛, 在食品行业
的应用处处可见, 主要通过测量水分活度和控制 水分活度, 使水分活度低于某些微生物生长所需 要的最低水分活度, 使微生物生长的环境遭到破 坏, 这些微生物就不能生长繁殖, 从而抑制微生 物的生长, 提高食品的稳定性, 延长食品的保质 期。表 1给出部分微生物生长所需要的最低水分 活度供参考。
《中国食品添加剂》
Ch ina Food Add itives
2005 No16
器探头进行多个样品的同时测量。仪表具有趋势 指示和平衡指示。 214 相关附件
PS- 40取样杯: 方便取样和样品的保存, 防 止样品的交叉污染。
W P - 40测量舱: 密封和隔热 作用, 隔绝 样 品与外界环境的交换, 可选 W P - 40TH 循环水控 温测量舱。
更多地说还是一个经验测量, 在个别领域已经有 相关的数据表可以对照。
图3
量扩散皿的密封和恒温条件下, 分别在 Aw 值较
高和较低的标准饱和溶液中进行扩散平衡, 根据
样品质量的增加 (在较高 Aw 值标准溶液中平衡 ) 和减少 (在较低 Aw 值标准溶液中平衡 ) 求出样
