水分活度和挥发性成分-METER Group, Inc. USA 北京办事处

介绍

Meter Group 生产具有三种水分活度传感器的仪器：露点传感器、电容传感器和可调谐二极管激光 (TDL) 传感器。每个传感器都有一种独特的测量水分活度 (aw) 的方法，并且每个传感器在存在干扰性挥发性化合物 (VC) 的情况下准确测量的能力各不相同。传统上，露点传感器是最快和最准确的传感器，但在存在 VC 的情况下可能会遇到困难，因为它们会共同凝结在冷镜上。电容传感器能够克服冷凝问题，但这种类型的传感器通常精度较低，数据采集时间较长，并且可能会被某些化合物中毒（一些酒精已被证明会干扰）。TDL 传感器专门设计用于在存在其他挥发性化合物的情况下测量水分活度，是用于此目的的旗舰仪器。本指南将涵盖您在开发食谱或配方时可能遇到的食品或其他消耗品中的许多常见成分。本指南的目的是帮助最终用户选择最能满足他们在广泛使用案例中确定水活度需求的仪器。虽然本报告中介绍的许多样品都含有挥发性化合物或本身就是挥发性的，但仪器性能会因这些化合物或成分的处理而有很大差异。将在适用时展示最佳和最坏情况，并根据典型用例提出仪器建议。

程序

在运行任何样品之前，所有仪器都根据一组已知的 aw 标准进行校准和验证。每个传感器至少使用三个单独的仪器分析每种成分的代表性样品。运行每个样品，直到仪器给出传感器规格内的三个读数（Δaw 精度：露点 ±0.003、电容 ±0.015 和 TDL ±0.005）。

本研究中使用的香料取自一家杂货店快速旋转的散装食品区。精油来自美国农业部的有机供应商并标记为内部使用。使用的其他食品添加剂均为 ACS 试剂级。

所有香料和精油都是直接从包装中测量的，未经稀释。其他食品添加剂用水稀释以测试一系列质量浓度。没有使用底物——一般来说，额外的底物可以减少样品的挥发性。

结果

审查收集的数据以确定挥发性化合物是否干扰水活度测量。鉴于 TDL 传感器在存在挥发性化合物时的性能，它被认为是最准确的，并被设定为比较其他仪器的标准。使用我们的传感器规格，附加 Δaw 被视为可接受的误差。规定的 TDL 传感器规格为 Δaw ± 0.005，因此两个 TDL 传感器之间的最大可接受误差是误差之和，即 Δaw ± 0.01。一般来说，Δaw < 0.01 对应于仪器之间 1-2% 的差异，并且在正常仪器误差范围内。Δaw ± 0.01 和 0.02（3% 和 5%）之间的误差表明可能存在一些干扰，并且高于 0。

下表给出了三个级别的建议。如果一种成分在所有浓度下都具有良好的性能，那么露点传感器是最佳选择（无干扰）。如果样品的挥发性足以导致露点传感器在高浓度下出现问题，但在较低浓度下表现良好，则建议使用双块仪器（取决于浓度）。如果该成分即使在低浓度下也导致读数不准确，则建议使用 TDL 传感器（高度干扰）。

这些数据点代表消费者会遇到的样本。可能直接来自生产商的新鲜香料和香草可能含有较高浓度的干扰性挥发性化合物，并且无法达到与我们的样品相同的准确度水平。此外，草药和香料的挥发性化合物含量可能因植物种类、处理和加工、储存和年龄的不同而有很大差异。在香料的挥发性特征中发现了对潜在挥发性化合物的文献综述。

成分名称	实验结果† 和波动率概况	仪器推荐
	干香料和香草
五香粉，地面	露水传感器读数平均比 TDL 高 0.014 (3%)。这超出了可接受的精度范围。高达 6% 的质量是精油。主要成分是丁香酚。1	电容在低浓度下，露点传感器应该足够准确。如果偶尔使用更高水平的五香粉，那么电容传感器可能会有所帮助。如果新鲜五香粉是主要成分，则应考虑 TDL。
罗勒	露水传感器读数平均比 TDL 高 0.025 (6%)。这远远超出了可接受的精度范围。高达 2% 的质量是精油。主要成分是芳樟醇。2品种间差异很大。	TDL TDL 最适合含有大量罗勒的样品。
黑胡椒，磨碎	露水传感器给出污染镜错误。质量的0.4%-7%是精油。主要成分是胡椒碱。3	TDL TDL 最适合含有大量新鲜黑胡椒粉的样品。
卡宴，地面	露水传感器读数比 TDL 高 0.007 (2%)。差值低于组合误差阈值。	露点露点传感器提供良好的精度。
肉桂，地面	露水传感器读数比 TDL 高 0.01 (2%)。差异在组合误差阈值处。肉桂醛是精油的主要成分。4	电容在低浓度下，露点传感器应该足够准确。如果偶尔使用更高水平的肉桂，那么电容传感器可能会有所帮助。
丁香，整个	露水传感器读数比 TDL 高 0.03 (8%)。这远远超出了可接受的精度范围。 45-90% 的精油是丁香酚。5	TDL TDL 最适合含有大量丁香的样品。
芫荽籽，磨碎	露水传感器读数比 TDL 高 0.02 (5%)。这远远超出了可接受的精度范围。质量的 0.5-2.5% 是精油。主要成分是芳樟醇。6	TDL TDL 最适合含有大量芫荽粉的样品。
孜然，地面	露水传感器读数比 TDL 高 0.01 (2%)。差异在组合误差阈值处。高达 3% 的质量是精油。主要成分是孜然醛。7	电容在低浓度下，露点传感器应该足够准确。如果偶尔使用更高水平的孜然，那么电容传感器可能会有所帮助。
蒜粉	露水传感器读数比 TDL 高 0.01 (3%)。差异在组合误差阈值处。	电容在低浓度下，露点传感器应该足够准确。如果偶尔使用更高水平的大蒜粉，那么电容传感器可能会有所帮助。
姜粉	露水传感器读数比 TDL 高 0.01 (3%)。差异在组合误差阈值处。高达 3% 的新鲜生姜重量是精油。这些主要是姜油酮、姜烯酚和姜酚。8种类繁多，干燥技术对存在哪些化合物起着重要作用。	电容在低浓度下，露点传感器应该足够准确。如果偶尔使用更高水平的姜粉，那么电容传感器可能会有所帮助。
中辣椒，粉	露水传感器读数比 TDL 高 0.005 (1%)。这低于组合误差阈值。	露点露点传感器提供良好的精度。
肉豆蔻，磨碎	露水传感器读数比 TDL 高 0.014 (3%)。差值高于组合误差阈值。高达 1.4% 的质量是精油，主要是肉豆蔻素。9	电容在低浓度下，露点传感器应该足够准确。如果偶尔使用更高水平的肉豆蔻，那么电容传感器可能会有所帮助。 TDL 最适合含有大量肉豆蔻粉的样品。
洋葱粉	露水传感器读数比 TDL 高 0.003 (1%)。这低于组合误差阈值。	露点露点传感器提供良好的精度。
牛至	露水传感器读数比 TDL 高 0.01 (3%)。差异在组合误差阈值处。超过 60 种化合物，主要是香芹酚和百里酚。10大量的物种变化。	电容在低浓度下，露点传感器应该足够准确。如果偶尔使用更高水平的牛至，那么电容传感器可能会有所帮助。
辣椒粉，地面	露水传感器读数比 TDL 高 0.008 (2%)。差值低于组合误差阈值。	露点露点传感器提供良好的精度。如果偶尔使用更高水平的辣椒粉，那么电容传感器可能会有所帮助。
智者	露水传感器读数比 TDL 高 0.02 (5%)。这远远超出了可接受的精度范围。许多化合物，包括α-蒎烯、β-蒎烯、桉树脑和樟脑。11	TDL TDL 最适合含有大量鼠尾草的样品。
烟熏辣椒粉，地面	露水传感器读数比 TDL 高 0.008 (2%)。差值低于组合误差阈值。	露点露点传感器提供良好的精度。如果偶尔使用更高水平的烟熏辣椒粉，那么电容传感器可能会有所帮助。
白胡椒，磨碎	露水传感器读数比 TDL 高 0.005 (1%)。差值低于组合误差阈值。白胡椒粒与黑胡椒粒的不同之处在于，它们浸泡在水中并去除了皮，这意味着许多挥发性化合物会丢失。	露点露点传感器提供良好的精度。如果偶尔使用更高水平的白胡椒，那么电容传感器可能会有所帮助。
	其他食品添加剂
抗坏血酸	露点传感器可以准确读取所有浓度的抗坏血酸。 MP 190-192 °C，在 25 °C 时没有明显的蒸气压	露点露点传感器提供良好的精度。
醋酸	在 1% 质量或低于乙酸时，接近组合误差阈值。在 3% 质量的乙酸超过错误阈值。不建议将 100% 醋酸（冰醋酸）放入仪器中，否则会对传感器和表面造成永久性损坏。运行包含任何浓度乙酸的样品后，建议进行彻底清洁。血压 118 °C	如果乙酸保持在 <1%（按质量计），则依赖于浓度的露点传感器可提供良好的准确度。如果乙酸的质量百分比偶尔会达到几个百分比，那么电容传感器可能会有所帮助。 TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
柠檬酸	柠檬酸在浓度高达 100% 时不会干扰露点传感器。熔点 156 °C	露点露点传感器提供良好的精度。
乙醇	在 1% 质量或以下的乙醇接近组合误差阈值。3% 质量的乙醇超过错误阈值。血压 78 °C	如果乙醇保持在 <1%（按质量计），则依赖于浓度的露点传感器可提供良好的精度。在 1-5% 的浓度下，偶尔可以使用电容传感器。长时间暴露在乙醇中可能会导致电容传感器中毒，导致不可逆的漂移，因此需要更换传感器。当乙醇浓度大于 5% 时，TDL 是唯一的建议。
甘油	甘油在浓度高达 100% 时不会干扰露点传感器。 50 ºC 时的蒸气压为 0.003 mmHg。	露点
异丙醇	在 1% 质量或低于异丙醇时，接近组合误差阈值。3% 质量的异丙醇超过了误差阈值。血压 83 °C	如果异丙醇保持在 <1%（按质量计），则依赖于浓度的露点传感器可提供良好的精度。如果异丙醇的质量百分比偶尔会达到几个百分比，那么电容传感器可能会有所帮助。 TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
苹果酸	浓度高达 100% 的苹果酸不会干扰露点传感器。熔点 130 ºC	露点
丙二醇	只有高于 5% 质量浓度的丙二醇才会开始干扰露点传感器。血压 188 °C	如果丙烯保持在 <3%（按质量计），则依赖于浓度的露点传感器可提供良好的精度。如果丙二醇的质量百分比偶尔会达到几个百分比，那么电容传感器可能会有所帮助。 TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
乳酸	露点传感器可以准确读取浓度高达 42.5%（按质量计）的乳酸。不建议将 85% 的乳酸放入仪器中，否则会对传感器和表面造成永久性损坏。血压 122 °C	露点露点传感器可提供高达 42.5% 质量浓度的良好精度。
	精油
肉桂油，蒸汽蒸馏 cinnamomum zeylanicum	露点传感器的读数平均比 TDL 高 0.12，远远超出可接受的精度范围。 90% 肉桂醛，BP 248 °C.4	TDL TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
丁香油，蒸汽蒸馏丁香油	露点传感器污染。 45-90% 的精油是丁香酚。5	TDL TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
柠檬油，冷压	露点传感器污染。柠檬烯 (40%) 和蒎烯 (25%) 的主要成分。 12	TDL TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
薄荷油，蒸汽蒸馏薄荷	露点传感器污染。主要成分是薄荷醇 (41%) 和薄荷酮 (23%).13	TDL TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
迷迭香油，蒸汽蒸馏迷迭香	露点传感器污染。主要成分是α-蒎烯和桉树脑。 14	TDL TDL 是几乎纯挥发性化合物的唯一建议。
	咖啡、茶等
咖啡	很大程度上取决于样品的新鲜度。露点传感器的读数通常一致，但由于样品的可变性可能并不总是可靠的。咖啡含有多种挥发性化合物，其浓度随品种、烘焙和样品处理的不同而变化。 15	高度可变如果您要始终如一地测量各种新鲜咖啡样品，那么 TDL 可能会提供最高的准确度。如果偶尔测量咖啡，那么露点传感器可能就足够了，但带有电容传感器的仪器会更可靠。
五香红茶	五香茶通常会在茶叶中添加精油，这会干扰露点传感器。	变量如果您知道您将始终如一地测量各种五香茶样品，那么 TDL 可能会提供最高的准确度。如果偶尔测量五香茶，那么露点传感器可能就足够了，但带有电容传感器的仪器会更可靠。
红茶	茶叶本身可以通过露点传感器准确测量。	露点
绿茶	茶叶本身可以通过露点传感器准确测量。	露点
柠檬红茶	五香茶通常会在茶叶中添加精油，这会干扰露点传感器。	多变的
薄荷红茶	五香茶通常会在茶叶中添加精油，这会干扰露点传感器。	多变的
格雷伯爵茶	五香茶通常会在茶叶中添加精油，这会干扰露点传感器。	多变的
菊苣混合饮料	众所周知，菊苣根提取物含有许多芳香化合物和高挥发性成分。 16	TDL

结论

干香料和香草

本报告中介绍的草药和香料的性能分为三类：无干扰、浓度依赖性和高度干扰。为本报告测量的香料和香草没有以任何方式稀释，最终用户可以确定这是否代表他们自己的样品。

不干扰：辣椒，中辣椒，洋葱。露点传感器是最好的。

浓度依赖性：五香粉、肉桂、小茴香、大蒜、生姜、肉豆蔻、牛至、辣椒粉、烟熏辣椒粉、白胡椒。如果使用未稀释的，TDL 是最好的，但在低浓度时，露点传感器也可以工作。电容传感器是一个很好的折衷方案。

高度干扰：罗勒、黑胡椒、丁香、香菜、鼠尾草。TDL 是可靠测量这些草药和香料的最佳方法，除非它们被显着稀释。

精油

丁香油、薄荷油、柠檬油、迷迭香油都有露点传感器因镜子污染而失效。肉桂油能够在露点传感器中测量，但它给出的读数明显高于平均 TDL 读数。

如果您想确定精油的 aw，考虑到这些混合物的低含水量和高挥发性，TDL 是唯一可靠的传感器。

其他食品添加剂

本报告中介绍的化合物就其性能而言分为两类：非干扰性和浓度依赖性。这些组件中的每一个都有许多用例，最终用户可以确定哪种仪器最适合他们的需求。例如，蒸馏白醋通常含有 5% 的乙酸，如果您需要定期确定此类样品的 aw，那么您可能需要考虑 TDL。如果您使用含有稀释醋的样品，则电容传感器可能会很好地工作。如果您知道自己有醋，但它只占样品的一小部分，那么露点传感器可能就足够了。

非干扰：抗坏血酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸、甘油。露点传感器适用于食品中的典型浓度。

浓度依赖性：乙酸、乙醇、异丙醇、丙二醇。本报告中介绍的化合物就其性能而言分为两类：非干扰性和浓度依赖性。这些组件中的每一个都有许多用例，最终用户可以确定哪种仪器最适合他们的需求。例如，蒸馏白醋通常含有 5% 的乙酸，如果您需要定期确定此类样品的 aw，那么您可能需要考虑 TDL。如果您使用含有稀释醋的样品，则电容传感器可能会很好地工作。如果您知道自己有醋，但它只占样品的一小部分，那么露点传感器可能就足够了。

非干扰：抗坏血酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸、甘油。露点传感器适用于食品中的典型浓度。

浓度依赖性：乙酸、乙醇、异丙醇、丙二醇。TDL 是最好的仪器，但电容传感器仪器也可能足够。

咖啡、茶等

咖啡对于露点传感器来说通常是有问题的，但它是高度可变的。从烘焙到烘焙和品种之间存在差异，而且在新鲜研磨的样品与预包装样品之间也存在差异。如果您是咖啡生产商或烘焙商，并且对确定产品的 aw 感兴趣，那么最好的选择是带有 TDL 传感器的仪器。

茶可以用露点传感器准确测量，只要它们没有用高挥发性化合物调味，例如在一些加香料的茶中。如果您是五香茶的生产商，则需要 TDL 才能在存在精油的情况下准确确定w 。

挥发性成分和 A w的支持信息

审查收集的数据集以确定挥发性化合物是否干扰水活度测量。鉴于 TDL 传感器在存在挥发性化合物时的性能，它被认为是最准确的，并被设定为比较其他仪器的标准。使用我们的传感器规格，附加 Δaw 被视为第一级——一个 TDL 上的可接受误差为 Δaw ± 0.005，两个之间的误差为 Δaw ± 0.01。一般来说，低于 0.01 的 Δaw 对应于仪器之间 1-2% 的差异。3-5% 表明可能存在一些干扰，超过 5% 时读数显着不同并且高于阈值的两倍 (Δaw ± 0.02)，可能是由于干扰性挥发性化合物。

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