Hoạt Độ Nước Là Gì? Khái Niệm Hoạt Độ Nước Trong Thực Phẩm

Hoạt độ nước (aw – Water Activity) hoặc độ ẩm tương đối ở trạng thái cân bằng (ERH – Equilibrium Relative Humidity) là một thông số quan trong trong việc kiểm tra chất lượng của các sản phẩm hoặc vật liệu nhạy cảm với độ ẩm. Trong bài viết này, hãy cùng Thiết bị Hiệp Phát tìm hiểu rõ hơn về khái niệm hoạt độ nước cũng như tầm quan trọng của chỉ số này trong các ngành công nghiệp sản xuất.

Hoạt độ nước là gì ?

Hoạt độ nước là chỉ số đo lượng nước tự do, có sẵn trong thực phẩm, dược phẩm, vật liệu, quyết định khả năng phát triển của vi sinh vật (vi khuẩn, nấm mốc), cũng như tốc độ các phản ứng hóa học/sinh hóa, ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền sản phẩm. Giá trị hoạt độ nước aw nằm trong khoảng từ 0 (hoàn toàn khô) đến 1 (nước tinh khiết), nước càng tự do (aw cao) thì vi sinh vật càng dễ phát triển.

Công thức tính toán hoạt độ nước

Aw = P/Ps

Trong đó:

P là Áp suất hơi nước của sản phẩm ở trạng thái cân bằng.

Ps là Áp suất hơi nước của nước tinh khiết ở cùng nhiệt độ.

Giá trị aw luôn nằm trong khoảng 0 đến 1. Cả 2 tham số áp suất trên đều phụ thuộc vào nhiệt độ nên giá trị aw sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Nói về định nghĩa đúng theo U.S.Food and Drug Administration:

Hoạt độ nước (aw) của thực phẩm là tỷ lệ giữ áp suất hơi của chính thực phẩm khi ở trạng thái cân bằng và áp suất hơi của nước cất trong đIều kiện giống hệt nhau. Hoạt độ nước 0.8 có nghĩa là áp suất hơi bằng 80% của nước nguyên chất. Hoạt độ nước tăng theo nhiệt độ. Điều kiện độ ẩm của sản phẩm có thể đo dưới dạng độ ẩm tương đối ở trạng thái cân bằng (ERH) được biểu thị bằng phần trăm hoặc hoạt độ nước biểu thị dưới dạng số thập phân”)

Hoạt độ nước

Tại sao phải đo hoạt độ nước ?

Ảnh hưởng đến quá trình sinh sôi của vi sinh vật

• Vi khuẩn: Cần aw tối thiểu khoảng 0.91.
• Nấm: Cần aw thấp hơn, khoảng 0.7.
• < 0.6: Ức chế hầu hết vi sinh vật.

Xác định hoạt độ nước sẽ cho biết lượng nước có sẵn về mặt sinh học đối với vi sinh vật. Mỗi loài vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc,…) có giá trị hoạt độ nước tối thiếu để không thể phát triển. Dưới đây là Bảng tổng hợp khả năng sinh sôi của vi sinh vật với giá trị hoạt độ nước tương ứng:

Tại sao phải đo hoạt độ nước?

Ảnh hưởng đến các phản ứng hóa học của mẫu

• Ảnh hưởng đến quá trình hóa nâu (Maillard), oxy hóa chất béo, phân hủy vitamin và enzyme. 

• Giá trị hoạt độ nước thay đổi ảnh hưởng đến Màu sắc, Mùi vị, Giá trị dinh dưỡng, Hàm lượng protein và Vitamin, Thời hạn sử dụng, Bảo quản và đóng gói, Độ hoà tan trong thực phẩm

Tại sao phải đo hoạt độ nước

Ứng dụng của chỉ số hoạt độ nước trong thực tế là gì?

Hoạt độ nước đóng vai trò quan trọng với chất lượng sản phẩm trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

• Trong ngành công nghiệp thực phẩm: Kiểm soát sự hư hỏng, kéo dài thời hạn sử dụng (VD: mật ong có aw thấp nên khó hỏng)
• Trong ngành công nghiệp sản xuất dược phẩm: Đảm bảo độ ổn định, an toàn cho các loại dược phẩm. 
• Trong lĩnh vực nông nghiệp: Theo dõi được sự ổn định của vi sinh vật, hoá học và enzym trong sản phẩm (đặc biệt là hạt giống)
• Trong các ngành công nghiệp sản xuất khác: Theo dõi được Độ ổn định về kích thước của các vật liệu (ví dụ như giấy), Độ bền kéo và độ dàn hồi, Độ bền áp suất và nén, Tính kết dính và chảy của các sản phẩm dạng bột, Độ bám dính của lớp phủ

Quý khách hàng cũng có thể tham khảo thêm bài viết hoạt độ nước trong sản xuất dược phẩm

Tầm Quan Trọng Của Kiểm Soát Hoạt Độ Nước Trong Sản Xuất Dược Phẩm Theo USP//EP

Giá trị hoạt độ nước quy định của 1 số loại thực phẩm phổ biến

Kiểm soát hoạt độ nước như thế nào?

Hoạt độ nước trong sản phẩm được kiểm soát bằng cách sử dụng các chất phụ gia khác nhau (chất giữ ẩm), bằng cách sử dụng các vật liệu đóng gói đạt yêu cầu hoặc duy trì các điều kiện bảo quản tốt nhất. Một trong những cách xác định hoạt độ nước trong sản phẩm phổ biến đó là sử dụng máy đo hoạt độ nước.

Nguyên tắc đo Hoạt độ nước của Rotronic?

Nguyên tắc đo hoạt độ nước

Rotronic đo hoạt độ nước bằng cảm biến điện dung màng mỏng. Điện dung của cảm biến thay đổi dựa trên số lượng phân tử nước trong không khí (buồng đo mẫu). Rotronic sử dụng nguyên tắc tương tự để đo độ ẩm tương đối: 0…. 1 aw = 0 …. 100% RH. Cảm biến độ ẩm HygroMer AW1 có độ ổn định lâu dài và độ chính xác cao.

Hướng dẫn nguyên tắc đo hoạt độ nước

Nguyên tắc đo hoạt độ nước là gì

Tham khảo cách đo hoạt độ nước trong 5 phút với máy đo hoạt độ nước của Rotronic:

Làm thế nào để đảm bảo các phép đo hoạt độ nước là chính xác?

Tất cả các đầu dò đều được cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn của nhà máy ở 3 điểm độ ẩm và 1 điểm nhiệt độ. Các thiết bị tham chiếu hiệu chuẩn/hiệu chỉnh được chứng nhận ISO 17025.

Cách hiệu chỉnh đầu dò đo hoạt độ nước

Hiệu chuẩn và hiệu chỉnh đầu dò đo hoạt độ nước như thế nào?

Rotronic khuyến cáo đầu dò cần hiệu chuẩn 12 tháng/ lần. Nhưng tuỳ thuộc vào quy trình vận hàng tiêu chuẩn (SOP) riêng của khách hàng, sẽ xác định khoảng thời gian hiệu chuẩn của riêng khách hàng.

Để thực hiện hiệu chuẩn/hiệu chỉnh đầu dò đo hoạt độ nước, có thể sử dụng các phương án sau:

– Sử dụng các dung dịch chuẩn của Rotronic: giá trị rộng từ 0.5, 5, 10, 11, 20, 35, 50, 60, 65, 75, 80 và 95%RH. Mỗi hộp dung dịch chuẩn được cung cấp kèm giấy chứng nhận hiệu chuẩn ISO 17025

– Buồng tạo nhiệt độ và độ ẩm chuẩn Hygrogen2 buồng tạo này sẽ điều chỉnh nhiệt độ từ 0 … 60°C và độ ẩm từ 5 … 95%RH.

Hiệu chỉnh đầu dò đo hoạt độ nước

Một số khái niệm khác liên quan đến giá trị hoạt độ nước

Sự di chuyển của nước trong sản phẩm

Hoạt độ nước của sản phẩm sẽ luôn cố gắn đạt trạng thái cân bằng với môi trường khí quyển xung quanh. Nước tự do sẽ di chuyển từ vùng có hoạt độ nước cao sang vùng có hoạt độ nước thấp và đến khi nào đạt trạng thái cân bằng. 

Công thức tính độ ẩm tương đối ở trạng thái cân bằng ERH = 100 x aw

Cân bằng tĩnh là gì?

Can bằng tĩnh là một tập hợp điều kiện trong đó sản phẩm và bầu môi trường xung quanh có cùng mức hoạt độ nước

• Sản phẩm và môi trường cùng ở một  nhiệt độ
• Áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường giống như trong sản phẩm

Như vậy chúng ta đã thấy rằng, hoạt độ nước là một phần của tổng hàm lượng nước trong sản phẩm; đặc biệt nó là nước tự do. Tuy nhiên, Sản phẩm cũng tồn tại nước dạng liên kết. Nước liên kết thường được đo hồng ngoại hoặc mất đi khi sấy khô: đây gọi là hàm lượng ẩm (moisture).

Hoạt độ nước và Độ ẩm có mối quan hệ như thế nào?

• Hoạt độ nước (aw): Đo nước tự do, sẵn có cho vi sinh vật.
• Độ ẩm (Moisture content): Đo tổng lượng nước (cả tự do và liên kết) trong vật liệu, thường bằng phương pháp sấy hoặc tia hồng ngoại.

Ở trạng thái cân bằng, mối quan hệ giữa phần trăm độ ẩm và hoạt độ nước có thể biểu diễn bằng một đường cong: đường đẳng nhiệt hấp phụ. Mỗi sản phẩm sẽ có một đường đẳng nhiệt hấp phụ riêng.

Nhờ đường đẳng nhiệt hấp phụ, độ ẩm của sản phẩm có thể được xác định bằng cách đo hoạt độ nước. Điều này có lợi vì các phép đo hoạt độ nước rất nhanh chóng (04 đến 06 phút) và không phá huỷ mẫu. Đường đẳng nhiệt hấp phụ (thường không tuyến tính) và được xác định bằng thực nghiệm đối với từng sản phẩm và ở các nhiệt độ khác nhau.

Mối quan hệ giữa độ ẩm và hoạt độ nước

Nên đo gì khi bảo quản sản phẩm: Hoạt độ nước hay độ ẩm ?

Nên đo hoạt độ nước (aw) khi

• Đánh giá an toàn và thời hạn sử dụng thực phẩm: Vì vi sinh vật chỉ phát triển với nước tự do (nước có hoạt độ cao).
• Kiểm soát chất lượng: Dự đoán tính kết dính, độ chảy của bột, độ giòn của sản phẩm khô, và các phản ứng hóa học (như oxy hóa, màu sắc).
• Dược phẩm: Đảm bảo độ ổn định, độ cứng và độ hòa tan của viên nén.
• Nông sản: Ngăn ngừa nảy mầm không mong muốn.

Nên đo độ ẩm khi

• Xác định tổng lượng nước: Cần biết tổng khối lượng nước trong nguyên liệu (ví dụ: sấy khô).
• Kiểm soát môi trường chung: Giữ độ ẩm không khí lý tưởng (40-70%) để bảo vệ thiết bị điện tử, tài liệu. 

Nhược điểm của việc đo hàm lượng ẩm

• Hàm lượng ẩm sẽ không cho bạn biết có bao nhiêu nước tự do trong sản phẩm để xác định vi sinh vật
• Không cung cấp thông tin về cách di chuyển của nước vào hoặc ra sản phẩm
• Đo hàm lượng ẩm sẽ phá huỷ mẫu
• Kỹ thuật đo lường tốn kém và tốn nhiều thời gian
• Hàm lượng ẩm không bị ảnh hưởng bởi khâu chuẩn bị mẫu

Tại sao hoạt độ nước quan trọng hơn trong kiểm soát an toàn thực phẩm?

• Trực tiếp đo nước tự do, từ đó dự báo được sự phát triển của vi sinh vật
• Không phá huỷ mẫu
• Đo lường nhanh chóng và đơn giản
• Đo lường sự khác biệt trong việc chuẩn bị mẫu (quan trọng đối với các sản phẩm bị hư hỏng do tiếp xúc với môi trường bên ngoài như viên nén, hầu hết các sản phẩm thực phẩm và hạt giống)

Ví dụ minh hoạt về hoạt độ nước và độ ẩm trong bảo quản thực phẩm

Bánh quy và bánh mì đều có độ ẩm khoảng 10%, nhưng:

• Bánh quy: aw = 0.3-0.4 (rất ổn định, không có vi sinh vật phát triển)
• Bánh mì: aw = 0.94-0.97 (có thể bị nấm mốc sau vài ngày)

Ví dụ: sử dụng hoạt độ nước để kiểm tra thời hạn sử dụng

Đối với các sản phẩm thực phẩm đặc biệt không có sẵn dữ liệu về giá trị hoạt độ nước công bố thì thời hạn sử dụng không thể đánh giá chỉ bằng cách đo hoạt độ nước. Ngoài ra, quy trình sản xuất cps thể thay đổi, tinh chỉnh để tạo ra sự tốt nhất giữa giá thành sản phẩm và thời hạn sử dụng. Trong ví dụ, sản phẩm A được sản xuất thành bốn lô, mỗi lô được kiểm tra hoạt độ nước và theo dõi thời gian sử dụng.

Kết luận: Thử nghiệm chứng minh rằng để đáp ứng thời hạn sử dụng 3 tháng thì sản phẩm A được sản xuất với giá trị hoạt độ nước nhỏ hoặc bằng 0.88 AW.

Nhiệt độ có ảnh hưởng tới giá trị hoạt độ nước hay không?

Hoạt độ nước nhạy cảm với nhiệt độ. Chỉ có thể thực hiện phép đo khi mẫu sản sản phẩm, buồng đo mẫu và các cảm biến đo lường ở nhiệt độ ổn định. Nhiều tiêu chuẩn yêu cầu các phép đo phải được thực hiện ở một nhiệt độ cụ thể.

Trong các tình huống không thể kiểm soát được nhiệt độ môi trường hoặc khi bạn muốn kiểm tra mẫu ở nhiệt độ khác xa với nhiệt độ môi trường xung quanh => nên sử dụng hệ thống kiểm soát nhiệt độ.

Hy vọng rằng bài viết trên đây đã giúp quý khách hàng hiểu rõ hơn về khái niệm hoạt độ nước, cũng như giải pháp đo hoạt độ nước trong thực phẩm hiệu quả. Công Ty TNHH Thiết bị Hiệp Phát hiện đang là nhà phân phối ủy quyền các dòng máy đo hoạt độ nước hãng Rotronic – Thụy Sỹ. Nếu quý khách hàng có nhu cầu tìm mua các dòng thiết bị đo hoạt độ nước, đừng ngần ngại liên hệ với Hiệp Phát qua SĐT: 0387.050.470 – Ms. Thúy Vân hoặc Email: sales2@thietbihiepphat.com để được hỗ trợ kịp thời.