Hoạt Độ Nước (WATER ATIVITY) trong công Nghiệp Thực Phẩm

chào các bạn,
các bạn đã từng nghe đến hoạt độ nước chưa? --> khái niệm này đối với dân điện tự động của mình có lẽ rất nhiều mới mẽ. nhưng đối với các bạn bên hóa thực phẫm thì không có gì là xa lạ.
nên mình mạo mụi mở topic này, mục đích trước hết là cung cấp thêm thông tin cho các bạn tự động về lĩnh vực này và thiết bị điện nào thực hiện điều này.
bởi vì mình là dân điện nên vấn đề chủ đạo của topic này là thiết bị điện. nếu có sơ sót thông tin thì mong các đóng góp thêm nhé.
http://img542.imageshack.us/img542/1091/112gu.jpg

mình sẽ tuần tự theo chủ đề sau:
1> Tổng qua về hoạt độ nước:
2> Tầm quan trọng của hoạt độ nước trong công nghệ thực phẩm
3> Phương pháp để kiểm soát hoạt độ nước trong thực phẩm
4> Tại sao chúng ta phải đo lường hoạt độ nước
5> Giải pháp của ROTRONIC

Hoạt độ nước là gỉ? --> nhìn vào cái tên thì các bạn cũng biết nó liên quan đến cái gỉ --> đó là nước. nước tồn tại hầu hết trong tất cả các thực phẩm của chúng ta. còn tại sao gọi là hoạt độ thì các bạn xem định nghĩa của nó nhé!
Hoạt Độ Nước:
Hoạt độ nước (aw) hay độ ẩm tương đối cân bằng (ERH) là thông số đặc trưng cho lượng nước tự do tồn tại trong sản phẩm, được xác định bằng tỷ lệ áp suất hơi bay hơi của nước trong sản phẩm với áp suất bay hơi của nước tinh khiết ở cùng điều kiện nhiệt độ. Và được tính toán theo công thức: aw = p / ps
Trong đó: p là áp suất hơi nước trên bề mặt vật thể. Ps là áp suất hơi nước tinh khiết ở cùng nhiệt độ.

Giá trị hoạt độ nước nằm trong khoảng từ 0 ~ 1.
ERH = 100 x aw

Như trong khái niệm trên thì hoạt độ nước có phần nào đó liên quan đến độ ẩm --> điều này giải thích vì sau sensor đo độ ẩm và hoạt độ nước thì liên quan với nhau hay nói đúng hơn là cùng một loại. nếu đo được hoạt độ nước thì chắc chắc phải đo được độ ẩm.
Nói như thể không có nghỉ là giống nhau hoàn toàn. Hoạt đô nước thường bị nhầm lẩn với hàm lượng ẩm. Hàm lượng ẩm của một sản phẩm được định nghĩa là phần trăm khối lượng nước chứa trong sản phẩm với khối lượng khô của sản phẩm đó.
Thực tế chứng tỏ rằng khi nghiên cứu điều kiện tối ưu thì hàm ẩm tuyệt đối không phải là yếu tố quyết định. Hoạt độ nước là chỉ tiêu đánh giá độ tiếp nhận nước của sản phẩm với môi trường xung quanh.
Aw luôn có xu hướng đạt trạng thái căn bằng với môi trường khí xung quanh. Nước sẽ chuyển dịch từ nơi có aw cao đến nơi có aw thấp, và chuyển dịch cho đến khi đạt được trạng thái căn bằng. hiện tượng này gọi là chuyển vị nước.
Ở điều kiện cân bằng, mối tương quan giửa phần trăm nước và hoạt độ nước có thể biểu diển bằng đường cong: đường hấp thụ đẳng nhiệt. Với mổi giá trị hoạt độ nước, đường đẳng nhiệt hấp thụ chỉ ra một giá trị hàm lượng ẩm tương ứng tại nhiệt độ không đổi. mổi một sản phẩm có đường đẳng nhiệt hấp thụ tương ứng.
http://img22.imageshack.us/img22/139...gdangnhiet.png

Tầm quan trọng của hoạt độ nước trong công nghệ thực phẩm:
Trong công nghiệp thực phẩm, nước được xem là rất quan trọng đối với việc ổ định chất lượng sản phẩm. Trong đó hoạt độ nước là yếu tố quyết định hơn các yếu tố khác như nhiệt độ, pH…
Hoạt độ nước là yếu tố quyết định đến thay đổi hương vị, màu sắc, hương thơm, khả năng bị ngộ độc thực phẩm và hư hỏng (thời hạn sử dụng), mất Vitamin…
Hoạt độ nước kiểm soát quá trình hủy hoại thực phẩm, kiềm hảm sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc. Hầu hết các vi khuẩn không phát triển với aw < 0.91 và các nấm mốc ngừng hoạt động khi aw < 0.8.
Đồng thời hoạt độ nước đóng vai trò quyết định độ hoạt động của enzyme và Vitamin của thực phẩm, tác động đến hiệu nghiệm của dược phẩm.
Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến các quá trình thực phẩm:
 Ảnh hưởng đến phản ứng oxy hóa chất béo
0.3 < aw< 0.5 : phản ứng Oxy hóa chất béo giảm
 Ảnh hưởng đến phản ứng sẩm màu phi enzyme
Chất lượng của sản phẩm không bao hàm giá trị dinh dưỡng mà còn bao hàm cả giá trị cảm quan đó là màu sắc của sản phẩm. Màu sắc thực phẩm thích hợp sẽ giúp cơ thể đồng hóa thực phẩm dễ dàng hơn. Chính vì thế mà trong kỹ thuật sản xuất thực phẩm người ta không chỉ bảo vệ màu sắc tự nhiện mà có thêm các màu sắc mới tạo ra nhằm thích hợp với tính chất và trạng thái của thực phẩm.
Phản ứng sẩm màu xảy ra đối với các sản phẩm có hàm ầm trung bình và thấp aw > 0.5.
 Ảnh hưởng đến phản ứng enzym
Hoạt động của phẩn ứng enzyme thường bắt đầu khi aw > 0.45
Trong đa số các trường hợp khi aw <= 0.3 thì ngăn chặn được quá trình biến tính enzyme.
 Ảnh hưởng đến sự phát triển Vi Sinh Vật
Vi sinh vật có vai trò rất to lớn trong ngành công nghệ thực phẩm. Nhờ có vi sinh vật mà người ta có thể sản xuất có thức phẩm lên men như sửa chua, rượu, bia và các thực phẩm lên men có giá trị dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, trong quá trình chế biến bảo quản thực phẩm người ta luôn cố gắng hạn chế sự phát triển của chúng. Bởi vì, vi sinh vật là nhân tố chính gây nên ngộ đọc thực phẩm, làm giảm tính cảm quan và chất lượng của thực phẩm. Hoạt độ nước đóng vai trò hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.
 Ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của thực phẩm
 Ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng

Kiểm soát hoạt độ nước trong sản phẩm:
Aw có thể kiểm soát bằng cách sử dụng các chất phụ gia (chất giử ẩm), bằng cách chọn vật liệu đóng gói thích hợp, bằng cách duy trì điều kiện ủ và bảo quản thích hợp…
Hoạt động nước và vi sinh vật:
Hoạt độ nước cũng cho thấy lượng nước có thể cho các vi sinh vật. Mổi một loài vi sinh vật (vi khuẩn, nấm móc, nấm men) có một giá trị hoạt độ nước tối thiểu mà dưới giá trị này các vi sinh vật này không tăng trưởng hay không tồn tại…

Tại sao phải đo lường hoạt độ nước?
xác định Sự chuyễn dịch nước
Lấy một ví dụ, vào một buổi sáng vì sợ trể giờ làm bạn quên đóng nắp hộp ngũ cốc. Và khi bạn trở về nhà chiều hôm đó bạn sẽ nhận ra rằng các hạt ngũ cốc đã mềm nhũng và không còn giòn nửa.
Hầu hết các ngũ cốc sẽ mất đi độ giòn khi aw > 0.4. Trong trường hợp này, độ ẩm tương đối của môi trường nơi bạn để hộp ngũ cốc trên 40 % rh. Nước sẽ dịch chuyễn từ không khí (nơi có độ ẩm cao) vào ngũ cốc (nơi có aw thấp).
Trong công nghiệp thực phẩm có hai trường hợp chính mà chuyễn dịch nước là nguyên nhân tạo ra:
Trường hợp thứ nhất là khi các sản phẩm hoàn chỉnh chứa các thành phần khác nhau, mổi thành phần có mức aw khác nhau.
Rất quan trọng khi đo lường aw chứ không phải hàm lượng ẩm vì hàm lượng ẩm không giúp quá trình chuyển dịch nước tạo ra.
Nếu chúng ta lấy ví dụ về chiết bánh pho mát, pho mát có aw = 0.95, trong khi đó bánh qui có aw = 0.3. Nước sẽ dịch chuyễn từ pho mát vào bánh qui tạo thành vùng nhảo cho bánh quy và pho mát bị khô đi.
Một giải pháp cho vấn đề này là cho thêm vào chất giử ẩm (đường, muối…) chất giử ẩm sẽ giảm aw nhưng không giảm hàm lượng ẩm
Tùy vào sản phẩm mà có thể giảm aw bằng phương pháp khử nước hay làm lạnh (đóng băng).
Thứ hai là lưu trữ sản phẩm hoàn chỉnh với môi trường không khí. Tùy thuộc vào aw của sản phẩm và độ ảm tương đối của không khí mà quá trình chuyễn dịch nước được diễn ra.
Giải pháp chính để tránh quá trình chuyễn dịch nước trong trường hợp này là sử dụng bao bì không thấm và bảo quản ở điều kiện thích hợp.
xác định Hoạt độ nước kiểm soát vi sinh vật
Như đã đề cập ở trên thì hoạt độ nước Aw chỉ thị một lượng nước trong tổng lượng nước chứa trong sản phẩm có thể dành cho vi sinh vật.
Mổi một vi sinh vật có một giá trị aw tối thiểu mà thấp hơn giá trịnh này thì quá trình phát triển của nó không xảy ra nửa (quá trình phát triển không xảy ra không có nghĩa là không tồn tại vi sinh vật)
Bằng cách đo lường aw trong thực phẩm có thể xác định được vi sinh vật nào sẽ phát triển.
Cục quản lý dược và thực phẩm Mỹ FDA đã thông qua các khái niệm của aw để thiết lập các giới hạn độ ẩm cho một loại thực phẩm được xem dể nhiểm vi khuẩn và nấm mốc.
Thông thường thì aw được mô tả là lượng nước “tự do” trong sản phẩm và hàm lượng ẩm, lượng nước lien kết trong sản phẩm. Mặc dù, đây không phải là mô tả khoa học của aw, một cách dể hiểu là về mặt nước liên kết về mặt hóa học không nhiểm vi sinh vật còn nước tự do thì có.

Giải pháp của Rotronic
Hoạt độ nước hay độ ẩm tương đối cân bằng được định nghĩa như là phần trăm độ ẩm tương đối tạo ra trong điều kiện căn bằng với mẩu sản phẩm trong không gian kín và nhiệt độ cố định.
ERH = 100 x aw
Vì vậy, aw có thể được đo lường bằng cảm biến độ ẩm với điều kiện đo như định nghĩa bên trên được thỏa.
Điều kiện cho việc đo lường hoạt độ nước:
Buồng đo chống rò rỉ: hệ thống kín.
Tỷ lệ thể tích: không khí/ sản phẩm. thể tích không khí càng nhỏ càng nhỏ càng tốt. thể tích không khí nhỏ đạt cân bằng nhanh hơn thể tích không khí lớn hơn.
Nhiệt độ đồng nhất: Bất kỳ sự chênh lệch nhiệt độ giửa cảm biến, buồng đo và mẩu là kết quả của sai số. Aw càng cao thì sai số càng lớn (0.8aw ở 25 degC với 1oC chênh lệch sẽ tạo sai số 0.05aw.
Nhiệt độ cần phải được giử không đổi.
Thời gian căn bằng: để đọc chính xác giá trị hoạt độ thì cần phải đạt quá trình căn bằng. aw càng cao thì thời gian đọc càng lâu.
Rotronic cung cấp bộ sản phẩm đo lường hoạt độ nước hoàn chỉnh.

ROTRONIC cho ứng dụng đo hoạt độ nước.
đễ đo được hoạt độ nước thì bạn cần phải có đầu đo (đầu đo này củng giống như đầu đo độ ẩm nhưng được chế tạo để chuyên đo hoạt độ nước.
http://img90.imageshack.us/img90/3364/124eb.jpg
Phù hợp với nhiều nguyên vật liệu trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Loại sensor với độ chính xác cao.
Tầm đo: 0 ~ 1 aw, 0 ~ 100 %RH, -40 ~ 85 oC
Kết nối: với các thiết bị hiển thị và cầm tay thông qua chuẩn Uart, vời cáp dài 1 mét.
Độ chính xác tại 23 oC: ± 0.008 aw/0.8 %RH/± 0.1K
Nguồn cấp: đươc cấp nguồn bằng thiết bị hiển thị như Hygrolab C1, cầm tay HP23-AW-A
Màn lọc lưới thép không rỉ với kích thước 20~25µm

một cải tiến công nghệ cho đầu dò trên --> tiện lợi cho người dùng là tích hợp sẳn cổng USB cho phép kết nối trực tiếp với máy tính. tiện lợi cho việc lưu trử, báo cáo, phân tích dữ liệu...
http://img849.imageshack.us/img849/8745/123kam.jpg

các kiểu sensor trên thường đo với nhúm mấu đặt trong một cái cốc. Rotronic củng phát triển sản phẩm cho phép đo trực tiếp vật liệu dạng hạt đống như đường, muối, hạt đậu, cà phê, ngủ cốc, gạo, bột mì.... thường dùng với thiết bị cầm tay cho phép kiểm tra ngay tại hiện trường.
http://img27.imageshack.us/img27/6416/127bvt.jpg
http://img715.imageshack.us/img715/4527/125rd.jpg
http://img11.imageshack.us/img11/5475/151wze.jpg

nếu như bạn đã từng sữ dụng sản phẩm này trước đây muốn chuyển sang dùng USB để kết nối trực tiếp với máy tính chỉ cần mua thêm cable chuyển đổi từ UART sang USB nửa.