如何準(zhǔn)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(huì)影響產(chǎn)品中微生物繁殖、化學(xué)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(jì)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(yàn)的重要指標(biāo)。

就食品檢測而言，大多是依據(jù)國標(biāo)《GB 5009.238-2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品水分活度的測定》，此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了“康衛(wèi)氏皿擴(kuò)散法"和“水分活度儀擴(kuò)散法"測定食品中的水分活度。傳統(tǒng)的康衛(wèi)氏皿擴(kuò)散法，操作步驟繁瑣，至少需要24小時(shí)，耗時(shí)較長；而水分活度儀擴(kuò)散法可以在很短的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果，目前，此方法已被應(yīng)用于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室。

水分活度儀擴(kuò)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(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)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(shí)，在一定溫度下純水的飽和蒸汽壓（Po）是一定的，從而計(jì)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(jì)法（電容或電阻傳感器法）、冷卻鏡面露點(diǎn)法。

1.電子濕度計(jì)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，得出一個(gè)平衡相對濕度值，當(dāng)樣品溫度和傳感器溫度達(dá)到一致時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)鹽溶液進(jìn)行校準(zhǔn)，水分進(jìn)入傳感器后，需要在傳感器里達(dá)到充分平衡，此過程一般需要15分鐘到1小時(shí)不等，才能使最終數(shù)值穩(wěn)定。

電子濕度計(jì)測量水分活度的優(yōu)勢是設(shè)計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，但在其使用過程需要校準(zhǔn)，檢測時(shí)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(hù)費(fèi)用高昂。

2.冷卻鏡面露點(diǎn)法，在冷卻鏡面露點(diǎn)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(gè)冷卻鏡面露點(diǎn)傳感器和一個(gè)紅外溫度傳感器。露點(diǎn)傳感器測量空氣的露點(diǎn)溫度，紅外傳感器測量樣品的溫度。當(dāng)樣品的水分活度和空氣的相對濕度達(dá)到平衡時(shí)，氣體中的水蒸氣隨著鏡面的溫度逐漸降低而達(dá)到飽和時(shí)，開始析出凝析物，此時(shí)所測量到的鏡面溫度即為該大氣壓下氣體的露點(diǎn)，通過露點(diǎn)溫度和樣品溫度計(jì)算水分活度。倉內(nèi)有一個(gè)風(fēng)扇，幫助加速達(dá)到平衡，并控制露點(diǎn)傳感器的邊界層阻力。

 冷卻鏡面露點(diǎn)方法在于檢測的速度和精度，該方法是基于基礎(chǔ)熱力學(xué)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(dá)到（+0.0030Aw），而且這種測量方法一般無需校準(zhǔn)。如果有問題，可以很容易地接觸到鏡面并對鏡面進(jìn)行清潔，維護(hù)非常簡單。

冷卻鏡面露點(diǎn)方法是經(jīng)AOAC國際認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)方法，為廣大食品科學(xué)研究人員和檢驗(yàn)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(zhǔn)的穩(wěn)定性、線性及使用的方便程度。

影響水分活度值的重要參數(shù)

如何準(zhǔn)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(gè)非常重要的參數(shù)，即“溫度"，國標(biāo)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(shí)，待測樣品也需要恢復(fù)到20~25℃再進(jìn)行檢測，這樣檢測出來的結(jié)果才能更準(zhǔn)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(shí)間，而且環(huán)境溫度的不均勻性，可能導(dǎo)致實(shí)際測試條件無法達(dá)到國標(biāo)要求，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)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(dá)到檢測溫度（如25℃），幫助客戶在樣品環(huán)境溫度下快速、準(zhǔn)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(chǔ)存溫度和包裝條件提供有效的判斷依據(jù)，特別適用于高校科研機(jī)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(diǎn)傳感器"，分辨率高達(dá)0.0001aw，準(zhǔn)確性0.003aw，滿足儀器全量程測量范圍。在實(shí)際檢測時(shí)，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(zhǔn)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(dá)到溫度（如25℃），縮短檢測時(shí)間，提高樣品的準(zhǔn)確性。