Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12758:2019 ISO 18787:2017 Thực phẩm - Xác định hoạt độ nước

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12758:2019

ISO 18787:2017

THỰC PHẨM - XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ NƯỚC

Foodstuffs - Determination of water activity

Lời nói đầu

TCVN 12758:2019 hoàn toàn tương đương ISO 18787:20171);

TCVN 12758:2019 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F13 Phương pháp phân tích và lấy mẫu biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

THỰC PHẨM - XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ NƯỚC

Foodstuffs - Determination of water activity

CẢNH BÁO - Khi áp dụng tiêu chuẩn này có thể liên quan đến các vật liệu, thiết bị và các thao tác nguy hiểm. Tiêu chuẩn này không đưa ra được tất cả các vấn đề an toàn liên quan đến việc sử dụng chúng. Người sử dụng tiêu chuẩn này phải tự thiết lập các thao tác an toàn thích hợp và xác định khả năng áp dụng các giới hạn quy định trước khi sử dụng tiêu chuẩn.

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này thiết lập các nguyên tắc cơ bản và quy định các yêu cầu đối với các phương pháp xác định hoạt độ nước (a_w) của các sản phẩm thực phẩm trong dải đo từ 0 đến 1.

Tiêu chuẩn này cũng có thể áp dụng cho thức ăn chăn nuôi.

Các nguyên tắc đo được dựa trên phép đo điểm sương hoặc dựa trên phép xác định sự thay đổi độ dẫn điện của chất điện ly hoặc độ thẩm điện môi (điện thẩm) của polyme.

Phương pháp này không áp dụng cho các sản phẩm được bảo quản dưới điểm đóng băng (tương đương với nhiệt độ mà tại đó các tinh thể băng xuất hiện trong sản phẩm), không áp dụng cho các sản phẩm nhũ tương nước trong chất béo, cũng như các sản phẩm dạng tinh thể như đường, muối hoặc chất khoáng.

Đối với các sản phẩm có chứa các hợp chất dễ bay hơi, như ancol thì có thể chỉnh thiết bị để áp dụng phương pháp này.

Kết quả của các nghiên cứu thử nghiệm liên phòng đã được thực hiện được nêu trong Phụ lục B.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 4851 (ISO 3696), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Hoạt độ nước (water activity)

a_w

Tỷ lệ giữa áp suất hơi nước riêng phần ở trạng thái cân bằng của sản phẩm được phân tích với áp suất hơi nước bão hòa ở trạng thái cân bằng của nước tinh khiết tại cùng nhiệt độ.

Trong đó:

pF(T) là áp suất hơi nước riêng phần ở trạng thái cân bằng của sản phẩm được phân tích ở nhiệt độ T (giữ không đổi trong quá trình đo);

P_s (T) là áp suất hơi nước bão hòa ở trạng thái cân bằng của nước tinh khiết ở cùng nhiệt độ T.

CHÚ THÍCH 1: Hoạt độ nước là một đại lượng không thứ nguyên trong khoảng từ 0 (tương ứng với mẫu khô hoàn toàn) đến 1 (tương ứng với nước tinh khiết không có muối).

CHÚ THÍCH 2: Độ ẩm tương đối tại điểm cân bằng bằng 100 lần hoạt độ nước.

3.2

Dung dịch bão hòa (saturated solution)

Dung dịch trong đó lượng chất tan không hòa tan tiếp vào dung dịch.

4  Nguyên tắc đo

4.1  Hai nguyên tắc đo được sử dụng để xác định hoạt độ nước được nêu trong 4.2 và 4.3.

4.2  Đo điểm sương. Mẫu được đặt trong buồng đo kín có chứa gương có thể thay đổi nhiệt độ (sử dụng môđun nhiệt điện Peltier). Gương được làm mát cho đến khi xuất hiện hơi nước ngưng tụ trên bề mặt. Kỹ thuật đo hoạt độ nước này dựa trên thực tế là không khí có thể được làm mát đến điểm bão hòa mà không làm thay đổi hàm lượng nước. Tại điểm cân bằng, độ ẩm tương đối trong buồng đo bằng với hoạt độ nước của mẫu. Nhiệt độ chính xác được xác định (nhiệt độ điểm sương hoặc điểm sương) khi xuất hiện hơi nước ngưng tụ. Nhiệt độ bề mặt của mẫu cũng được ghi lại. Hoạt độ nước được xác định ở hai nhiệt độ này.

4.3  Xác định sự thay đổi độ dẫn điện của chất điện ly (dịch chuyển ion) hoặc độ điện thẩm của polyme (dịch chuyển điện tích bởi các lưỡng cực). Các cảm biến này đo độ ẩm tương đối của không khí xung quanh mẫu. Độ ẩm tương đối bằng hoạt độ nước chỉ khi nhiệt độ cảm biến bằng nhiệt độ mẫu. Đo điện trở của muối hút ẩm (phụ thuộc vào hàm lượng nước).

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng các nguyên tắc khác để đo hoạt độ nước, ví dụ:

- đo sự thay đổi độ dài của sợi dây hoặc

- xác định điểm đóng băng trong hệ thống mở mà không thiết lập trạng thái cân bằng.

Những nguyên tắc này được coi là các phương pháp thay thế nhưng vẫn cần được xác nhận hiệu lực.

5  Thiết bị, dụng cụ

Sử dụng các thiết bị, dụng cụ phòng thử nghiệm thông thường và cụ thể như sau.

5.1  Thiết bị đo hoạt độ nước

Thiết bị này phải có các đặc tính sau:

- độ tuyến tính của tín hiệu trong dải hiệu chuẩn (một số thiết có thể thể hiện một số dải tuyến tính từ 0 đến 1. Trong trường hợp này, phòng thử nghiệm phải tính đến thông tin này để chọn các dung dịch chuẩn);

- cuvet đo phù hợp với các nguyên tắc đo nêu trong Điều 4;

- hệ thống điều chỉnh nhiệt độ cuvet đo hoặc có thể được cài đặt trong hộp tĩnh nhiệt để đảm bảo nhiệt độ 25 °C ± 1 °C;

- độ phân giải nội tại của thiết bị ít nhất 0,0001 đơn vị a_w;

- màn hình hiển thị ít nhất 0,001 đơn vị a_w;

- xác định điểm đo cuối cùng khi thiết bị đạt đến trạng thái ổn định với biên độ cực đại là 0,000 3, bằng ba phép đo liên tiếp hoặc bằng độ ổn định sau 1 min;

- khi có thể, thiết bị giúp loại bỏ nhiễu do các hợp chất dễ bay hơi có trong mẫu (ví dụ: các bộ lọc đặc hiệu).

Thiết bị phải hoạt động trong các điều kiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất về bảo trì thiết bị.

5.2  Bình định mức một vạch, loại A.

5.3  Cân, có thể cân chính xác đến 1 mg, có thể đọc đến 0,1 mg.

5.4  Dụng cụ đồng hóa, phù hợp với mẫu, nếu cần, ví dụ: chày đập, máy nghiền có dao, dao cắt.

5.5  Cốc đong, phù hợp với thiết bị và được trang bị nắp đậy, nếu cần. Đối với mỗi mẫu sử dụng một cốc mới. Nếu cốc được sử dụng lại, thì cần phải làm sạch (đặc biệt là chất béo), làm khô và còn nguyên vẹn (không bị cong vênh, nứt, trầy xước, v.v ..).

6  Thuốc thử

Sử dụng tất cả các thuốc thử loại tinh khiết phân tích. Nước được sử dụng phải đáp ứng yêu cầu trong TCVN 4851 (ISO 3696).

6.1  Muối

Muối có độ tinh khiết hơn 99 %, được sử dụng để chuẩn bị các dung dịch trong Phụ lục A.

6.2  Dung dịch chuẩn

Các dung dịch bão hòa (xem Phụ lục A) được chuẩn bị bằng cách sử dụng muối (6.1) hoặc các dung dịch bán sẵn trên thị trường. Độ không đảm bảo đo của các dung dịch này phải được công bố.

Đối với thời hạn sử dụng, tham khảo thông tin do nhà sản xuất cung cấp các dung dịch bán sẵn trên thị trường. Có thể bảo quản các dung dịch bão hòa trong lọ kín ở nhiệt độ môi trường nếu đảm bảo được độ bão hòa và độ tinh khiết.

6.3  Than hoạt tính (tùy chọn).

7  Lấy mẫu

Việc lấy mẫu các sản phẩm khác nhau phải được thực hiện theo các tiêu chuẩn cụ thể, nếu có (xem Tài liệu tham khảo). Trong mọi trường hợp, cần phải phù hợp với mục tiêu của phép đo và tính đại diện của sản phẩm hoặc phần sản phẩm cần đo hoạt độ nước.

8  Cách tiến hành

8.1  Bảo quản mẫu

Các biện pháp bảo quản được chọn (ví dụ: nhiệt độ, vật chứa, độ ẩm, thời gian) không được gây ra những thay đổi về hóa học và vật lý đối với giá trị aw của sản phẩm. Phòng thử nghiệm có thể tham khảo các tiêu chuẩn hoặc tài liệu cụ thể về vấn đề này, nếu có hoặc theo thỏa thuận với khách hàng.

Mọi thay đổi hóa học, ví dụ: thay đổi độ ẩm và thay đổi vật lý, như đóng băng, tạo thành tinh thể muối hoặc tinh thể đường có thể dẫn đến thay đổi a_w của sản phẩm.

Một số sản phẩm có thể được bảo quản ở nhiệt độ âm và không được coi là đông lạnh vì không có dạng tinh thể băng.

Sử dụng các vật chứa kín khí (ví dụ: túi nhôm kín, lon, lọ có nắp phù hợp).

8.2  Chuẩn bị mẫu thử

Nếu hoạt độ nước của mẫu thử không đồng nhất, thì cần đồng hóa mẫu theo quy trình chuẩn bị thích hợp để có thể đo hoạt độ nước. Phòng thử nghiệm có thể sử dụng các tiêu chuẩn cụ thể, nếu thích hợp. Việc chuẩn bị là không có ích nếu hoạt độ nước không đồng nhất. Phần mẫu thử có thể được lấy từ mẫu phòng thử nghiệm nhận được.

Nếu cần bước chuẩn bị, thì phòng thử nghiệm phải đảm bảo rằng việc chuẩn bị và điều kiện môi trường không làm tăng (ví dụ: trong trường hợp sản phẩm có khả năng trao đổi ẩm với môi trường) hoặc giảm độ ẩm (ví dụ: xay xát quá mức, có thể dẫn đến làm nóng mẫu).

Việc chuẩn bị mẫu thuộc trách nhiệm của phòng thử nghiệm.

Tùy thuộc vào mục tiêu, phòng thử nghiệm có thể tiến hành phân tích:

- trong vùng được xác định trước của sản phẩm;

VÍ DỤ: Trong trường hợp các sản phẩm thịt khô (giăm bông) được đặc trưng bởi gradient hoạt độ nước giữa các khu vực bên trong và bên ngoài do quá trình làm khô, hoạt độ nước có thể được xác định ở bên trong và bên ngoài, hoặc thậm chí tại các điểm phân bố trên mặt cắt ngang, để bao gồm tất cả các thành phần bằng cách chọn các điểm đo một cách hệ thống.

- đối với các sản phẩm hỗn hợp (ví dụ: bánh sandwich) đo trên các thành phần riêng lẻ hoặc bề mặt tiếp xúc;

- đối với các sản phẩm khô cần thời gian để đạt đến trạng thái cân bằng hoạt độ nước; điều này phải được xem xét trước khi phân tích.

Trong những trường hợp như vậy, các quy định này phải được chỉ ra trong báo cáo thử nghiệm.

8.3  Phần mẫu thử

Phần mẫu thử được lấy từ mẫu đã chuẩn bị hoặc chưa chuẩn bị (8.2), theo hướng dẫn của nhà sản xuất (ví dụ: rót đầy cốc). Phần mẫu thử phải được lấy càng nhanh càng tốt để giảm thiểu tiếp xúc với độ ẩm trong phòng thử nghiệm, đặc biệt đối với các sản phẩm có khả năng trao đổi ẩm với môi trường.

8.4  Bảo quản trước khi đo (tùy chọn)

Sau bước chuẩn bị, phải thực hiện phép đo trong vòng tối đa 4 h.

Phần mẫu thử phải được bảo quản trong bao bì kín khí (có nắp đậy kín khí) hoặc phủ lớp màng kín để tránh tiếp xúc với độ ẩm môi trường.

Phải bảo quản ở nhiệt độ môi trường hoặc nhiệt độ đo để tránh mọi thay đổi hoạt độ nước trong mẫu. Cần bảo quản mẫu trực tiếp trong cốc đo.

Để giảm thời gian đo, cần đảm bảo phần mẫu thử ở nhiệt độ gần với 25 °C.

8.5  Phép đo

Để thực hiện phép đo, cần tuân thủ các khuyến nghị của nhà sản xuất, sử dụng thiết bị đo hoạt độ nước (5.1) ở nhiệt độ 25 °C.

CHÚ THÍCH: Trong một số trường hợp, phép đo có thể được thực hiện ở nhiệt độ khác với 25 °C với mục tiêu giám sát công nghệ cụ thể. Bộ thử nghiệm (cuvet và cảm biến, dung dịch chuẩn có giá trị tham chiếu tương ứng, v.v...) và sau đó mẫu phải được đưa về nhiệt độ đã chọn.

Trước mỗi dãy phân tích, thiết bị phải được kiểm tra bằng chất chuẩn, tốt nhất là gần với các giá trị của mẫu được phân tích. Nếu có độ lệch trung bình so với giá trị đích lớn hơn 0,005, thì thực hiện điều chỉnh (xem 8.6).

Trong mỗi dãy phân tích, độ ổn định của phép đo phải được kiểm tra xác nhận bằng các dung dịch chuẩn (6.2).

Một số loại thiết bị có thể có hiệu ứng mang sang đáng kể khi phân tích liên tục các mẫu có hoạt độ nước khác nhau. Để giảm thiểu hiệu ứng này, các điều kiện thực hiện cần phải được điều chỉnh cho phù hợp, bao gồm

- đợi khoảng 15 min giữa hai lần đo sau khi mở nắp dụng cụ,

- phân tích than hoạt tính dạng hạt giữa hai mẫu (dung dịch này cũng có ích trong trường hợp có nhiễu do các chất dễ bay hơi) và

- phân tích mẫu từ mức hoạt độ nước thấp nhất đến cao nhất.

Nếu phương pháp sử dụng nguyên tắc xác định sự thay đổi về khả năng dẫn điện của chất điện ly hoặc điện thẩm của polyme (4.3) được sử dụng, thì hoạt độ nước có thể bị thay thế bằng hiệu ứng trễ. Với mục đích này, cuvet đo phải được thông gió đủ lâu để bắt đầu thực hiện phép đo tiếp theo ở mức số đọc càng thấp càng tốt (ví dụ: độ ẩm môi trường).

Để phân tích các sản phẩm dễ nát vụn, tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất (sử dụng bộ lọc, tốc độ thông gió). Phải kiểm tra độ sạch của bộ cảm biến (đối với các thiết bị sử dụng nguyên lý đo điểm sương).

8.6  Hiệu chuẩn, điều chỉnh và kiểm tra xác nhận

Việc hiệu chuẩn phải được thực hiện với ít nhất hai chất chuẩn bao trùm các giá trị a_w của các mẫu cần đo.

Trên cơ sở kết quả hiệu chuẩn, việc kiểm tra xác nhận tại một điểm được thực hiện có tính đến sai số dung sai tối đa là ± 0,005.

Nếu vượt quá giá trị này, thực hiện điều chỉnh theo hướng dẫn của nhà sản xuất và thực hiện kiểm tra xác nhận sau khi điều chỉnh tại điểm trung gian với sai số dung sai tối đa là ± 0,005.

Phòng thử nghiệm phải đảm bảo độ tuyến tính trong dải hiệu chuẩn.

Khi vượt ra ngoài dải hiệu chuẩn, thì phòng thử nghiệm có thể thực hiện hiệu chuẩn mở rộng.

9  Tính và biểu thị kết quả

Kết quả phải được biểu thị đến hai chữ số thập phân.

10  Độ chụm

10.1  Độ lặp lại

Chênh lệch tuyệt đối giữa hai kết quả thử riêng rẽ độc lập, thu được khi sử dụng cùng một phương pháp trên vật liệu thử giống hệt nhau, trong cùng một phòng thử nghiệm, do cùng một người thực hiện, sử dụng cùng một thiết bị, trong một khoảng thời gian ngắn, không quá 5 % các trường hợp vượt quá 0,01.

10.2  Độ tái lập

Chênh lệch tuyệt đối giữa hai kết quả thử riêng rẽ độc lập, thu được khi sử dụng cùng một phương pháp trên vật liệu thử giống hệt nhau, trong các phòng thử nghiệm khác nhau, do những người thực hiện khác nhau, sử dụng các thiết bị khác nhau, không quá 5 % các trường hợp vượt quá 0,02.

11  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải ghi rõ:

a) mọi thông tin cần thiết để nhận biết đầy đủ về mẫu thử;

b) phương pháp lấy mẫu đã sử dụng, nếu biết (và phần có tính đến trong phép đo: tổng hoặc một phần của sản phẩm);

c) phương pháp thử đã dùng, viện dẫn tiêu chuẩn này;

d) mọi chi tiết thao tác không được quy định trong tiêu chuẩn này hoặc được xem là tùy chọn cùng các chi tiết bất thường có thể ảnh hưởng đến kết quả;

e) kết quả thử nghiệm thu được;

f) nếu kiểm tra độ lặp lại thì nêu kết quả cuối cùng thu được.

Phụ lục A

(Quy định)

Hoạt độ nước của dung dịch muối bão hòa ở 25 °C

Bảng A.1 - Hoạt độ nước của dung dịch muối bão hòa ở 25 °C

Phụ lục B

(Tham khảo)

Nghiên cứu thử nghiệm liên phòng

Hai nghiên cứu cộng tác thử nghiệm liên phòng đã được thực hiện, mỗi nghiên cứu gồm ba mẫu thử:

- nghiên cứu thứ nhất gồm 15 phòng thử nghiệm từ 5 quốc gia trên 3 mẫu từ S1 đến S3 (phomat cứng nghiền, pate gan và mật ong) đã được tổ chức vào tháng 9 năm 2015;

- nghiên cứu thứ hai gồm 13 phòng thử nghiệm tự 5 quốc gia trên 3 mẫu từ S4 đến S6 (cà phê nhân, sữa bột và ngũ cốc dành cho trẻ sơ sinh) đã được tổ chức vào tháng 5 năm 2016.

Các kết quả thu được được biểu thị bằng đơn vị hoạt độ nước.

Các thử nghiệm được thực hiện trên các mẫu thử do ACTALIA Cecalait, Poligny, Pháp, chuẩn bị, phân phối cũng được thực hiện các phân tích thống kê theo TCVN 6910-1 (ISO 5725-1) và TCVN 6910-2 (ISO 5725-2) để đưa ra dữ liệu độ chụm nêu trong Bảng B.1.

Bảng B.1 - Kết quả nghiên cứu thử nghiệm liên phòng được biểu thị bằng đơn vị hoạt độ nước

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] TCVN 9027 (ISO 24333), Ngũ cốc và sản phẩm ngũ cốc - Lấy mẫu

[2] TCVN 6400 (ISO 707), Sữa và sản phẩm sữa - Hướng dẫn lấy mẫu

[3] Robinson R.A. and Stokes R.H. Electrolyte Solutions. Butterworth: London, 1965

[4] OIML R 121: Table of relative humidity for saturated salt solutions

[5] FONTANA A. J. Appendix A: Water Activity of Saturated Salt Solutions. In: Water Activity in Foods: Fundamentals and Applications (eds Barbosa CANOVASG.V., Fontana a.J., Schmidt S.J., Labuza T.P.). Blackwell Publishing Ltd: Oxford, UK, 2007

[6] TCVN 6910-1 (ISO 5725-1), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo - Phần 1: Nguyên tắc và định nghĩa chung

[7] TCVN 6910-2 (ISO 5725-2), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo - Phần 2: Phương pháp cơ bản xác định độ lặp lại và độ tái lập của phương pháp đo chuẩn