Die Analyse des Feuchtigkeitsgehalts spielt in allen Bereichen der Lebensmittelindustrie eine wichtige Rolle, von der Wareneingangskontrolle, Qualitätskontrolle, Produktion und Lagerung bis hin zur Entwicklung neuer Produkte. Der Feuchtigkeitsgehalt bestimmt auch die Materialkosten und beeinflusst oft die finanzielle Marge der Fertigprodukte. In fast allen Fällen haben die zubereiteten und rohen Zutaten einen optimalen Feuchtegehalt, der die bestmögliche Rezeptur, den Geschmack, die Konsistenz, das Aussehen und die Haltbarkeit gewährleistet.
Warum ist die Analyse des Feuchtigkeitsgehalts von Lebensmitteln wichtig?
Welche Auswirkungen haben Feuchtigkeit und Wasser in Lebensmitteln?
Zu trockene Substanzen können Probleme mit statischer Entladung in der Produktion verursachen oder die Konsistenz des Endprodukts beeinträchtigen. Andererseits können zu feuchte Substanzen agglomerieren und Leitungen und Maschinen verstopfen oder zu einer verkürzten Haltbarkeit führen.
Die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts gewährleistet eine gleichbleibende Produktqualität. Die Lebensmittelindustrie steht unter dem ständigen Druck, die Kosten auf ein Minimum zu reduzieren und gleichzeitig enorme Mengen an Produkten mit gleichbleibender Qualität zu produzieren. Eine zuverlässige und schnelle Methode zur Feuchtebestimmung ermöglicht es den Lebensmitteltechnikern in der Produktion, rechtzeitig einzugreifen und Unterbrechungen oder gar Produktionsstopps zu vermeiden.
Herausforderungen bei der Bestimmung von Feuchte und Wasser
Die Umgebungen, Eigenschaften und physikalischen Zustände von Wasser können sich von Probe zu Probe drastisch unterscheiden. Temperatur, Druck und Bindung können den physikalischen Zustand des Wassers in einer Probe verändern, was die Komplexität jeder Analyse erhöht und bei falscher Analyse der Daten die Tür zu verfälschten Ergebnissen öffnet. Kohlenhydrate können sich beispielsweise schon bei Temperaturen von 50°C zersetzen. Dabei kommt es zu einer chemischen Reaktion, die Wasser freisetzt und den gemessenen Gesamtwassergehalt erhöht. Dieses "hinzugefügte Wasser" sollte jedoch nicht als der Wassergehalt des Lebensmittels angesehen werden.
Internationale und nationale Normen definieren den zulässigen Grenzwert für den Feuchtigkeits-/Wassergehalt von im Handel erhältlichen Produkten. Regulierungsbehörden und Standards wie das BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) und AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) verschärfen die Vorschriften für die Produktion, die Verarbeitung und den Verkauf von Lebensmitteln. Dies erhöht den Aufwand für die Qualitätssicherung und -kontrolle und verlangt nach moderneren und effizienteren Lösungen.
Viele Lebensmittelhersteller haben strenge Kriterien für Messgenauigkeit, Zuverlässigkeit und Rückverfolgbarkeit, um die Produktqualität sicherzustellen. Diese SOPs (Standard Operating Procedures) beschreiben die Probenvorbereitung und die Messverfahren, einschließlich des Probenvolumens, der Anzahl der erforderlichen Messungen, der maximal tolerierbaren Abweichung und der Verfahren, wenn Wissenschaftler Fehler finden.
Methoden zur Feuchtebestimmung in Lebensmitteln
QC-Wissenschaftler verwenden gravimetrische, chemische und physikalische Methoden zur Bestimmung des Feuchtegehalts oder Wassergehalts.
- Thermogravimetrische Methoden messen die Veränderungen in der Masse einer Probe, die vor und nach dem Trocknen gewogen wird. Der Begriff Trocknungsverlust bezieht sich auf den gesamten Masseverlust. Mit weiteren Analysen können Wissenschaftler feststellen, ob Wasser, andere flüchtige Stoffe oder nur Zersetzungsprodukte freigesetzt wurden.
- Bei chemischen Methoden findet eine chemische Reaktion zwischen Wasser und einem wasserspezifischen Reagenz statt. Die während der Reaktion umgesetzte Wassermenge ist proportional zur Menge des verbrauchten Reagenz. Die bekannteste Methode, die auf diesem Prinzip beruht, ist die Karl-Fischer-Titration.
- Physikalische Methoden nutzen Isolierungstechniken oder physikalische Eigenschaften des Wassers, um den Wassergehalt zu analysieren. Diese indirekten Messmethoden erfordern eine Kalibrierung gegen einen Referenzstandard oder eine primäre Methode (z.B. Karl-Fischer-Titration), bevor sie zur Feuchtemessung eingesetzt werden können. Eine sekundäre Methode (z.B. Nahinfrarotspektroskopie) kann nur so genau sein wie die Präzision (Wiederholbarkeit) der zur Kalibrierung verwendeten Methode.
Lösungen zur Feuchte- und Wassermessung in Lebensmitteln
METTLER TOLEDO bietet Messgeräte und Software für thermogravimetrische und auf chemischen Reaktionen basierende Methoden.
Die Trocknungsofen-Methode und der Feuchtebestimmer arbeiten nach dem thermogravimetrischen Prinzip, dem so genannten Trocknungsverlust. Sie messen den Feuchtegehalt oder den Trockengehalt, und die Ergebnisse sind nicht spezifisch für Wasser.
Das Prinzip der Messung mit dem Trocknungsofen ist einfach. Es vergleicht die Veränderung der Masse einer Probe vor und nach der Trocknung und geht davon aus, dass jeder Gewichtsverlust auf Feuchtigkeit zurückzuführen ist.
Die METTLER TOLEDO MS-TS und XPR Waagen enthalten eine Anwendung zum Differenzwägen und können den Arbeitsablauf beim Trocknungsverlust rationalisieren.
Ein Feuchtebestimmer besteht aus zwei Komponenten: einer Waage und einem Heizgerät. Der Messvorgang beginnt mit der Aufzeichnung des Startgewichts der Probe. Dann erwärmt und trocknet eine Halogenlampe die Probe, während die integrierte Waage das Gewicht der Probe aufzeichnet. Wenn die Probe kein Gewicht mehr verliert, schaltet sich das Gerät automatisch ab und berechnet den Feuchtegehalt anhand des Gewichtsverlustes. Mit einem feuchtebestimmer können Techniker schnell Ergebnisse in 2-20 Minuten erhalten.
Die Feuchtebestimmer HS 153 oder HC 103 von METTLER TOLEDO sind einfach zu bedienen, liefern schnelle und zuverlässige Ergebnisse zum Feuchtegehalt und sind robust gebaut, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Sie sind ideal für den Einsatz im Labor und in der Produktion. Der HX204 Feuchtebestimmer ist die beste Wahl für Proben mit geringem Feuchtegehalt und/oder für stark regulierte Industrien.
Der Trocknungsverlust unter Verwendung eines Trocknungsofens ist häufig die Referenzmethode für die Feuchtebestimmung. Mit einem Halogen Feuchtebestimmer können Wissenschaftler den Feuchtegehalt schnell nach dem gravimetrischen Prinzip bestimmen. Ein Halogen Feuchtebestimmer kann die Methode des Trockenofens ersetzen, wenn die Ergebnisse der beiden Methoden vergleichbar sind.
Die thermogravimetrische Analyse (TGA) ist eine weitere Möglichkeit der Feuchtigkeitsbestimmung. Bei der TGA werden ein Ofen und eine Ultra-Mikro-Waage verwendet, um eine Probe kontinuierlich zu wägen, während sie in einer kontrollierten Atmosphäre erhitzt wird. Sie liefert Daten als Funktion der Zeit oder der Temperatur, während die Probe erhitzt wird, was viel mehr Informationen liefert als der Trocknungsverlust. Eine eigenständige TGA kann nur den Feuchtegehalt einer Probe bestimmen, aber es ist möglich, den Wassergehalt eines Materials zu bestimmen oder die während des Trocknungsprozesses freigesetzten Gase zu identifizieren, indem eine TGA mit einem Gasanalysesystem gekoppelt wird.
Die Karl-Fischer-Methode ist eine genaue und anerkannte Referenzmethode, die für Wasser selektiv ist. Sie eignet sich für die Spurenanalyse (coulometrische Titration) und den hohen Wassergehalt (volumetrische Titration). Mit der Möglichkeit zur weitgehenden Automatisierung durch geeignete Probenwechsler ermöglicht das Verfahren einen sehr hohen Probendurchsatz.
- Die Titrator Excellence T5, T7 und T9 eignen sich für eine Vielzahl von Titrationsanwendungen, einschließlich coulometrischer und volumetrischer Karl-Fischer-Titrationen.
- Die volumetrischen, kompakten Karl-Fischer-Titratoren eignen sich für eine breite Palette von Titrationsawendungen, mit schnellen und präzisen Bestimmungen von 100 ppm bis 100% Wasser.
- Coulometrische Karl-Fischer-Titratoren bieten eine besonders schnelle und präzise Titration von Proben mit einem geringen Wassergehalt von 1 ppm bis 5%.
- EasyPlus KFV ist speziell auf die Bedürfnisse der Lebensmittelindustrie bei der volumetrischen Karl-Fischer-Titration ausgerichtet und bietet eine präzise Bestimmung von 100 ppm bis 100% Wasser.
- Der In Motion™ Karl-Fischer-Ofen Autosampler ermöglicht die automatische Handhabung von Proben und die Gasphasenextraktion für die Karl-Fischer-Titration.
Die Wahl der richtigen Methode zur Feuchtebestimmung in Lebensmitteln
Die Auswahl der am besten geeigneten Methode hängt von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Probe ab, wie z.B. Art, Volumen, Anzahl, vermuteter Feuchtigkeitsgehalt, Anwendungsanforderungen (z.B. Messgeschwindigkeit, Automatisierung), gesetzliche Anforderungen (z.B. Genauigkeit) und weitere Kriterien, die für das Produkt oder den Herstellungsprozess gelten.
Gravimetrische Messungen sind immer Trocknungsverluste und liefern den Gesamtgehalt an flüchtigen Bestandteilen (einschließlich Wasser) der Proben. Im Gegensatz dazu sind die Karl-Fischer-Titration oder physikalische Methoden spezifisch für Wasser und bestimmen den Wassergehalt der Proben.
Gravimetrische Methoden eignen sich besser für Materialien, bei denen die Feuchtigkeit nur schwach an das Material gebunden ist. In Honig zum Beispiel ist das Wasser durch Wasserstoffbrückenbindungen stark an Zuckermoleküle gebunden. Daher ist die Durchführung einer gravimetrischen Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts zeitaufwändig, während Karl Fischer den Wassergehalt in Honig in nur wenigen Minuten bestimmen kann.
Die Wahl der richtigen Methode zur Feuchtigkeitsbestimmung kann heikel sein, und es gibt keine Einheitslösung für alle. Wenn Sie jedoch die folgenden Fragen mit "Ja" beantworten können, dann ist die Karl-Fischer-Methode die bessere Wahl als der Trocknungsverlust.
Müssen Sie nur den Wassergehalt messen?
Enthält Ihr Produkt mehr als nur Spuren von flüchtigen Bestandteilen, die den Feuchtigkeitsmesswert verfälschen können?
Hat Ihr Produkt einen sehr niedrigen Feuchtegehalt?
Veröffentlichungen
Ein Leitfaden für die Wahl der richtigen Technik je nach Ihren Bedürfnissen
Informieren Sie sich über verschiedene Technologien zur Bestimmung des Feuchte-/Wassergehalts in Ihren Materialien und stellen Sie die richtigen Fragen, um die für Ihre Anwendung am besten geeignete Technologie auszuwählen.
Dokumente zur Karl-Fischer-Titration
Dokumente über die Methode des Trockenofens
FAQ
Was ist der Unterschied zwischen Wassergehalt und Feuchtegehalt?
Der Feuchtigkeitsgehalt bezieht sich auf die Menge an Wasserdampf und anderen flüchtigen Bestandteilen, die in einer Probe vorhanden sind, während der Wassergehalt nur die Menge an Wasser in der Probe angibt.
Warum sollte man die Feuchtigkeit in Lebensmitteln messen?
Der Wasser-/Feuchtigkeitsgehalt ist ein universeller Faktor, der die Qualität, Lagerfähigkeit und Verarbeitbarkeit von Rohstoffen, Zwischen- oder Endprodukten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie angibt. Er hat einen erheblichen Einfluss auf den Geschmack, die Textur, das Aussehen, die Form und das Gewicht des Lebensmittels und wirkt sich auf die wirtschaftlichen, rechtlichen und Kennzeichnungsanforderungen aus. Abweichungen vom idealen Wasser-/Feuchtigkeitsgehalt können sich auf viele Eigenschaften eines Lebensmittels auswirken und nicht nur die Qualität des Produkts, sondern auch seine Sicherheit beeinträchtigen. Die Wasser-/Feuchtigkeitsanalyse ist daher ein Schlüsselelement zur Gewährleistung von Qualität und Sicherheit in der Lebensmittelindustrie.
Bietet METTLER TOLEDO eine Methode an, die die Automatisierung unterstützt?
Automatisierung ist eine hervorragende Möglichkeit, die Produktivität und Effizienz in Ihrem Labor zu steigern.
Mit dem InMotion™ Karl-Fischer-Ofen Autosampler von METTLER TOLEDO kann die Titration automatisiert werden, um die Produktivität und die Zuverlässigkeit, Ergonomie und Sicherheit der Ergebnisse für den Endbenutzer zu verbessern.
Mit dem HX204 Moisture Analyzer kann der Trocknungsverlust für Feuchte- oder Trockengehalt teilweise automatisiert werden. Die Ergebnisse können mit Hilfe von MT-SICS-Befehlen über TCP/IP direkt vom Gerät abgerufen werden, und dank der automatischen Tür kann der Trocknungsprozess ohne zusätzliche mechanische Hilfe automatisiert werden. Außerdem dauert es im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden nur 2-20 Minuten, bis die Ergebnisse vorliegen, und es können bis zu 200 Proben pro Tag analysiert werden. Die Daten können in einer SQL-Datenbank gespeichert werden.
Für weitere Informationen zu den Automatisierungsoptionen klicken Sie bitte hier.
Kann ich das Trocknen im Ofen durch eine Halogenwaage ersetzen?
Ja, die Ofentrocknung kann durch eine Halogenwaage ersetzt werden, solange Sie den Nachweis erbringen können, dass die Ergebnisse innerhalb der angegebenen Toleranz gleichwertig sind. Weitere Einzelheiten finden Sie in unserem White Paper zum Thema.
Welche Techniken gibt es zur Messung der Feuchtigkeit in Lebensmitteln?
In der modernen Lebensmittelindustrie sind verschiedene Prinzipien und Methoden zur Wasserbestimmung in Lebensmitteln üblich. Die am besten geeignete Methode wird auf der Grundlage der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Probe, des voraussichtlichen Feuchtigkeitsgehalts, der Art der Probe, des Probenvolumens, der Anzahl der Proben, der Anwendungsanforderungen (z.B. Messgeschwindigkeit, Automatisierung), der gesetzlichen Anforderungen (z.B. Genauigkeit) und weiterer produkt- oder verfahrensspezifischer Kriterien ausgewählt.
Die Auswahl hängt auch davon ab, ob die Feuchtebestimmung ausreicht oder ob der Wassergehalt explizit gemessen werden muss.
METTLER TOLEDO bietet Messgeräte und Software für gravimetrische und auf chemischen Reaktionen basierende Methoden an. Gravimetrische Methoden sind nicht spezifisch für Wasser und bestimmen den Gewichtsverlust einer Probe, nachdem diese erhitzt wurde. Dieser Gewichtsverlust wird als Feuchtigkeit angenommen. Chemische Methoden sind spezifisch für Wasser und beinhalten eine chemische Reaktion zwischen Wasser und einem bestimmten Reagenz.
Was ist der Unterschied zwischen Wassergehalt und Wasseraktivität?
Der Wasser- oder Feuchtigkeitsgehalt bezieht sich auf das gesamte in Lebensmitteln enthaltene Wasser und wird normalerweise als Prozentsatz des Gesamtgewichts ausgedrückt.
Die Wasseraktivität bezieht sich auf das Wasser, das den Mikroorganismen für ihr Wachstum zur Verfügung steht. Je geringer die Wasseraktivität, desto mehr Wasser ist chemisch gebunden und desto weniger Wasser steht den Mikroorganismen für ihr Wachstum zur Verfügung.