Análise de Umidade e Conteúdo de Água em Alimentos

A análise de umidade desempenha um papel vital em todas as áreas da indústria alimentícia, desde inspeções de entrada de mercadorias, controle de qualidade, produção e armazenamento até o desenvolvimento de novos produtos. O teor de umidade também determina o custo dos materiais e muitas vezes influencia a margem financeira dos produtos acabados. Em quase todos os casos, os ingredientes preparados e crus têm um teor de umidade ideal que proporciona a melhor receita, sabor, consistência, aparência e prazo de validade possíveis.

Substâncias muito secas podem causar problemas de descarga estática na produção ou afetar a consistência do produto final. Por outro lado, substâncias demasiado húmidas podem aglomerar-se e entupir tubagens e máquinas ou reduzir o prazo de validade.

A determinação da umidade garante uma qualidade consistente do produto. A indústria alimentar está sob constante pressão para manter os custos ao mínimo e, ao mesmo tempo, produzir enormes quantidades de produtos com qualidade uniforme. Um método confiável e rápido de determinação de umidade permite que os técnicos de alimentos na produção intervenham prontamente e evitem interrupções ou até mesmo pausas na produção.

Os ambientes, propriedades e estados físicos da água podem variar drasticamente de amostra para amostra. Temperatura, pressão e ligação podem alterar a condição física da água dentro de uma amostra, aumentando a complexidade de cada análise e abrindo a porta para resultados confusos se os dados forem analisados incorretamente. Por exemplo, os hidratos de carbono podem decompor-se a temperaturas tão baixas como 50°C, altura em que sofrem uma reacção química que liberta água e aumenta o teor total de água medido. Contudo, esta “água adicionada” não deve ser considerada como o teor de água do produto alimentar.

Os padrões internacionais e nacionais definem o limite permitido de teor de umidade/água para produtos vendidos comercialmente. Reguladores e normas como o BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) e AOAC (Association of Official Agricultura Chemists) estão aumentando as regulamentações sobre o produção, processamento e venda de alimentos. Isto aumenta o trabalho necessário para garantia e controle de qualidade e exige soluções mais modernas e eficientes.

Muitos produtores de alimentos têm critérios rígidos de precisão de medição, confiabilidade e rastreabilidade para garantir a qualidade do produto. Esses POPs (Procedimentos Operacionais Padrão) descrevem os processos de preparação e medição de amostras, incluindo o volume da amostra, o número de medições necessárias, o desvio máximo tolerável e os procedimentos quando os cientistas encontram erros.

Os cientistas de CQ usam métodos gravimétricos, químicos e físicos para determinar o teor de umidade ou de água.

• Os métodos termogravimétricos medem as alterações na massa de uma amostra que está sendo pesada antes e depois da secagem. O termo perda por secagem refere-se à perda total de massa. Com análises mais aprofundadas, os cientistas podem determinar se água, outros voláteis ou apenas produtos de decomposição foram liberados.
• Os métodos químicos envolvem uma reação química que ocorre entre a água e um reagente específico da água. A quantidade de água convertida durante a reação é proporcional à quantidade de reagente consumido. O método mais conhecido baseado neste princípio é a titulação de Karl Fischer.
• Os métodos físicos utilizam técnicas de isolamento ou propriedades físicas da água para analisar o conteúdo de água. Esses métodos indiretos de medição exigem calibração em relação a um padrão de referência ou método primário (por exemplo, titulação de Karl Fisher) antes de serem usados para medir a umidade. Um método secundário (por exemplo, espectroscopia no infravermelho próximo) só pode ser tão preciso quanto a precisão (repetibilidade) do método usado para realizar a calibração.

A METTLER TOLEDO oferece instrumentação e software para métodos termogravimétricos e baseados em reações químicas.

O método da estufa de secagem e o analisador de umidade funcionam de acordo com o princípio termogravimétrico denominado perda na secagem. Eles medem a umidade ou o teor de matéria seca e os resultados não são específicos da água.

O princípio de medição com o forno de secagem é simples. Ele compara a mudança na massa de uma amostra antes e depois da secagem e assume que qualquer perda de peso é umidade.

As balanças MS-TS e XPR da METTLER TOLEDO contêm uma aplicação de pesagem diferencial e podem agilizar o fluxo de trabalho de perda na secagem.

Um analisador de umidade consiste em dois componentes: uma balança e uma unidade de aquecimento. O processo de medição começa com o registro do peso inicial da amostra. Em seguida, uma lâmpada halógena aquece e seca a amostra enquanto a balança integrada registra o peso da amostra. Quando a amostra para de perder peso, o instrumento desliga automaticamente e calcula o teor de umidade usando a perda de peso. Os técnicos podem obter resultados rapidamente em 2 a 20 minutos com um analisador de umidade.

Os Analisadores de Umidade HS 153 ou HC 103 da METTLER TOLEDO são fáceis de operar, fornecem resultados rápidos e confiáveis de teor de umidade e são construídos de forma robusta para garantir uma longa vida útil. Eles são ideais para uso em laboratório e em produção. O Analisador de Umidade HX204 é a melhor opção para amostras com baixo teor de umidade e/ou indústrias altamente regulamentadas.

A perda por secagem usando um forno de secagem é frequentemente o método de referência para determinação de umidade. Com um Analisador de Umidade Halógeno, os cientistas podem determinar rapidamente o teor de umidade usando o princípio gravimétrico. Um Analisador de Umidade Halógeno pode substituir o método do forno de secagem se os resultados dos dois métodos forem comparáveis .

A análise termogravimétrica (TGA) é outra opção para determinação de umidade. A TGA utiliza um forno e uma balança ultramicro para pesar continuamente uma amostra enquanto a aquece em uma atmosfera controlada. Oferece dados em função do tempo ou da temperatura à medida que a amostra é aquecida, o que fornece muito mais informações do que a perda por secagem. Um TGA independente só pode determinar o teor de umidade de uma amostra, mas é possível determinar o teor de água de um material ou identificar os gases liberados durante o processo de secagem acoplando um TGA a um sistema evoluído de análise de gases.

O método Karl Fischer é um método de referência preciso e reconhecido, seletivo para água. É adequado para análise de traços (titulação coulométrica) e alto teor de água (titulação volumétrica). Com a oportunidade de automação extensiva usando trocadores de amostras adequados, o processo permite rendimentos de amostras muito elevados.

• O Titrator Excellence T5, T7 e T9 acomoda uma ampla gama de aplicações de titulação, incluindo Karl Fisher coulométrico e volumétrico.
• Os tituladores volumétricos compactos Karl Fischer acomodam uma ampla gama de aplicações de teor de água, com determinações rápidas e precisas de 100 ppm a 100% de água.
• Os tituladores coulométricos compactos Karl Fischer oferecem titulação particularmente rápida e precisa de amostras com baixo teor de água de 1 ppm a 5%.
• O EasyPlus KFV atende especificamente às necessidades da indústria alimentícia para titulação volumétrica Karl Fisher, com determinação precisa de 100 ppm a 100% de água.
• O amostrador automático de forno Karl Fischer In Motion™ permite o manuseio automatizado de amostras e extração de fase gasosa para titulação Karl Fischer

A seleção do método mais adequado depende das propriedades físicas e químicas da amostra, como tipo, volume, número, teor de umidade presumido, necessidades de aplicação (por exemplo, velocidade de medição, automação), requisitos regulatórios (por exemplo, precisão) e outros. critérios específicos do produto ou processo de fabricação.

As medições gravimétricas são sempre métodos de perda por secagem e produzem o conteúdo volátil total das amostras (incluindo água). Em contraste, a titulação ou os métodos físicos de Karl Fischer são específicos para a água e determinam o teor de água das amostras.

Os métodos gravimétricos são mais adequados para materiais onde a umidade está fracamente ligada ao material. No mel, por exemplo, a água está fortemente ligada às moléculas de açúcar por ligações de hidrogênio. Como resultado, completar uma determinação gravimétrica do teor de umidade é demorado, enquanto Karl Fischer pode determinar o teor de água no mel em apenas alguns minutos.

Escolher o método adequado de determinação de umidade pode ser delicado e não existe uma solução única para todos. No entanto, se você responder sim às seguintes perguntas, então Karl Fischer é uma opção melhor do que a perda na secagem.

Você precisa medir apenas o conteúdo de água?

O seu produto contém mais do que vestígios de voláteis, o que pode distorcer a leitura de umidade?

O seu produto tem um teor de umidade muito baixo?