水分活度測量的發(fā)展歷史

Sott在關于水分活度和微生物生長的關系的開拓性研究中采用了雙溫度平衡裝置，如圖1所示。1947年Stokes最早采用了這個方法和裝置，利用它來測量飽和鹽溶液的水分活度，飽和鹽溶液的水分活度參考值到現(xiàn)在還在使用。由于Scott用這個方法和飽和鹽溶液水分活度參考表，已經表明如果有一個水分活度測量的參考方法，這個方法就很有可能是雙溫度平衡技術。盡管這并不是一個快速的測量技術，但是它可以通過精確的溫度控制來得到準確的水分活度值。水分活度在兩個不同溫度下，通過溫濕度表中的蒸汽壓比例計算得到。

圖1 雙溫度平衡裝置

另一個早期的方法是使用壓力測量法對食品的蒸汽壓進行直接測量。1943年Makower和Myers介紹了用于測量食品水分活度的這種技術，但是它錯誤地等同了所有水分的蒸汽壓。圖2描述了蒸汽壓測量的裝置。通過良好的技術和精確的溫度控制，這些儀器有一個相對高的精度（0.002 aw）。而且這個儀器價格相對便宜，但是使用非常滿發(fā)以及非常容易破碎。

圖2 蒸汽壓測量裝置 Troller, JA & Christian JHB 1978, Water Activity and Food, Academic Press, NY pp13-47.

多年以來，基于食品或者其他參考材料的水分吸附等溫線這類技術來測量水分活度。這些方法包括：等壓平衡，圖形插值和鹽浸漬濾紙法等等。這些技術的一個主要的優(yōu)勢在于所需要的儀器和耗材價格便宜。只需要一個干燥器，鹽和天平。圖3所示為等壓平衡室的示意圖。但是他們需要很長的平衡時間，因此不用于常規(guī)或者質量控制測試。這些年來，這些技術已經得到了很大的改進，但是還是需要1至24個小時來測量水分活度。

圖3 等壓平衡室

在60年代和70年代初，已經有食品公司利用水分活度技術開始研發(fā)中等水分的食品。專用于測量食品水分活度的商業(yè)化儀器也開始出現(xiàn)，這些儀器包括：毛發(fā)或高分子濕度計、凝固點冷凝、熱電偶濕度計、電子濕度計以及鏡面冷凝露點（請參考儀器和傳感器的插圖側欄）。這些早期的儀器的平衡仍然很慢（需要1至24小時），測量范圍也有限，準確性差。電子濕度計傳感器技術在70年代和80年代得到了改進，測量時間縮短到大約30分鐘，準確性為±0.015 aw。直到1987年，Decagon Devices公司推出了Aqualab鏡面冷凝露點水分活度儀，測量時間縮短到了5分鐘，準確性達到了0.003 aw，從此水分活度的測量更適用于質控和工藝控制。

在2000年，近紅外光譜（NIR）應用于水分活度，近紅外用于測量食品中的水分含量，脂肪，蛋白以及碳水化合物和灰分。然而，用NIR測量水分活度是一個非常新的概念。NIR水分活度測量包括一臺光譜儀和化學計量學軟件，首先需要對特定產品進行建模，然后利用模型來快速預測樣品的水分活度。Decagon已經對這項技術進行了商業(yè)化，Decagon公司的科學家對許多不同類型的食品進行了測量，并且準確性達到了0.01 aw。利用近紅外技術測量水分活度的潛在優(yōu)勢是：1)NIR測量水分活度幾乎是瞬時，大大減少了測量時間。2) NIR方法可以擴大應用范圍，比如在線分析。3)NIR測量樣品中的水，而不是樣品在氣體中平衡的水分。

隨著技術的發(fā)展，水分活度的測量時間已經有極大的縮短。在50年前有文獻報道利用熱電偶濕度計測量水分活度時，平衡時間需要1個星期。早期的機械濕度計 需要一天甚至更長時間來測量食品中的水分活度。20年前Decagon公司的SC10A熱電偶濕度計用于測量食品中的水分活度需要20分鐘的熱平衡時間以及1-2分鐘的測量時間。同時可以測9個樣品。隨著材料和傳感器技術的改進，Aqualab露點水分活度儀只需要2-5分鐘，而利用NIR技術測量時間只需要6秒鐘。

未來會發(fā)展什么技術呢？
AquaLab是美國專業(yè)的水分活度解決方案領導者，采用可溯源的鏡面冷凝露點方法，是美國USP和FDA推薦使用的方法，能夠在5分鐘內快速測量樣品的水分活度。目前全球有80%的用戶都選擇使用AquaLab水分活度儀。