L'analisi dell'umidità svolge un ruolo fondamentale in tutti i settori dell'industria alimentare, dalle ispezioni prodotti, al controllo qualità, alla produzione e allo stoccaggio, fino allo sviluppo di nuovi prodotti. Il contenuto di umidità determina anche il costo dei materiali e spesso influenza il margine finanziario dei prodotti finiti. In quasi tutti i casi, gli ingredienti preparati e crudi hanno un contenuto di umidità ottimale che fornisce la migliore ricetta possibile, il gusto, la consistenza, l'aspetto e la durata di conservazione.
Perché l'analisi dell'umidità negli alimenti è importante?
Qual è l'effetto dell'umidità e dell'acqua negli alimenti?
Le sostanze troppo secche possono causare problemi di scarica statica nella produzione o influire sulla consistenza del prodotto finale. D'altro canto, le sostanze troppo umide possono agglomerarsi e intasare tubature e macchinari, oppure ridurre la durata di conservazione.
La determinazione dell'umidità assicura una qualità costante del prodotto. L'industria alimentare è sottoposta a una pressione costante per mantenere i costi al minimo, pur producendo enormi quantità di prodotti con una qualità uniforme. Un metodo di determinazione dell'umidità affidabile e veloce consente ai tecnici alimentari della produzione di intervenire tempestivamente, evitando interruzioni o addirittura pause nella produzione.
Sfide nella determinazione dell'umidità e dell'acqua
Gli ambienti, le proprietà e gli stati fisici dell'acqua possono variare drasticamente da un campione all'altro. La temperatura, la pressione e il legame possono cambiare la condizione fisica dell'acqua all'interno di un campione, aumentando la complessità di ogni analisi e aprendo la porta a risultati confusi se i dati vengono analizzati in modo errato. Ad esempio, i carboidrati possono decomporsi a temperature fino a 50°C, a quel punto subiscono una reazione chimica che rilascia acqua e si aggiunge al contenuto totale di acqua misurato. Tuttavia, questa "acqua aggiunta" non deve essere considerata come il contenuto di acqua del prodotto alimentare.
Gli standard internazionali e nazionali definiscono la soglia del contenuto di umidità consentito per i prodotti venduti in commercio. I regolatori e gli standard come BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) e AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) stanno aumentando le normative sulla produzione, lavorazione e vendita degli alimenti. Questo aumenta il lavoro necessario per l'assicurazione e il controllo della qualità e richiede soluzioni più moderne ed efficienti.
Molti produttori di alimenti hanno criteri rigorosi per quanto riguarda l'accuratezza delle misurazioni, l'affidabilità e la tracciabilità, per garantire la qualità dei prodotti. Queste SOP (Procedure Operative Standard) descrivono i processi di preparazione del campione e di misurazione, compreso il volume del campione, il numero di misurazioni richieste, la deviazione massima tollerabile e le procedure da seguire quando gli scienziati trovano degli errori.
Metodi di determinazione dell'umidità negli alimenti
Gli scienziati del controllo qualità utilizzano metodi gravimetrici, chimici e fisici per determinare il contenuto di umidità o il contenuto di umidità.
- I metodi termo-gravimetrici misurano le variazioni della massa di un campione pesato prima e dopo l'essiccazione. Il termine perdita nell'essiccazione si riferisce alla perdita totale di massa. Con ulteriori analisi, gli scienziati possono determinare se sono stati rilasciati acqua, altri volatili o solo prodotti di decomposizione.
- I metodi chimici prevedono una reazione chimica che avviene tra l'acqua e un reagente specifico per l'acqua. La quantità di acqua convertita durante la reazione è proporzionale alla quantità di reagente consumato. Il metodo più noto basato su questo principio è la titolazione karl fischer.
- I metodi fisici utilizzano tecniche di isolamento o proprietà fisiche dell'acqua per analizzare il contenuto idrico. Questi metodi di misurazione indiretta richiedono la calibrazione rispetto a uno standard di riferimento o a un metodo primario (ad esempio, la titolazione di Karl Fisher) prima di essere utilizzati per la misurazione dell'umidità. Un metodo secondario (ad esempio, la spettroscopia nel vicino infrarosso) può essere accurato solo quanto la precisione (ripetibilità) del metodo utilizzato per eseguire la calibrazione.
Soluzioni per la determinazione dell'umidità e dell'acqua negli alimenti.
METTLER TOLEDO offre strumentazione e software per i metodi termo-gravimetrici e basati sulle reazioni chimiche.
Il metodo del forno di essiccazione e l'analizzatore di umidità funzionano secondo il principio termogravimetrico, noto come perdita su essiccazione. Misurano l'umidità o il contenuto di umidità e i risultati non sono specifici per l'acqua.
Il principio di misurazione con il forno di essiccazione è semplice. Confronta la variazione di massa di un campione prima e dopo l'essiccazione e presuppone che qualsiasi perdita di peso sia dovuta all'umidità.
Le bilance MS-TS e XPR di METTLER TOLEDO contengono un'applicazione di pesatura differenziale e possono semplificare il flusso di lavoro della perdita per essiccazione.
Un analizzatore di umidità è composto da due componenti: una bilancia e un'unità di riscaldamento. Il processo di misurazione inizia con la registrazione del peso iniziale del campione. Poi una lampada alogena riscalda e asciuga il campione, mentre la bilancia integrata registra il peso del campione. Quando il campione smette di perdere peso, lo strumento si spegne automaticamente e calcola il contenuto di umidità in base alla perdita di peso. I tecnici possono ottenere rapidamente i risultati in 2-20 minuti con un analizzatore di umidità.
Gli analizzatori di umidità METTLER TOLEDO HS 153 o HC 103 sono facili da usare, forniscono risultati rapidi e affidabili sul contenuto di umidità e sono costruiti in modo robusto per garantire una lunga durata. Sono ideali per l'uso in laboratorio e in produzione. L'analizzatore di umidità HX204 è l'opzione migliore per i campioni con basso contenuto di umidità e/o per i settori altamente regolamentati.
La perdita su essiccazione con un forno di essiccazione è spesso il metodo di riferimento per la determinazione dell'umidità. Con un analizzatore alogeno di umidità, gli scienziati possono determinare rapidamente il contenuto di umidità secondo il principio gravimetrico. Un analizzatore di umidità alogeno può sostituire il metodo di analisi di umidità alogeno, se i risultati dei due metodi sono comparabili.
L'analisi termogravimetrica (TGA) è un'altra opzione per la determinazione dell'umidità. La TGA utilizza un forno e una bilancia ultra micro per pesare continuamente un campione mentre lo riscalda in un'atmosfera controllata. Offre dati in funzione del tempo o della temperatura mentre il campione viene riscaldato, il che fornisce molte più informazioni rispetto alla perdita per essiccamento. Una TGA stand-alone può determinare solo il contenuto di umidità di un campione, ma è possibile determinare il contenuto d'acqua di un materiale o identificare i gas rilasciati durante il processo di essiccazione, accoppiando una TGA con un sistema di analisi dei gas evoluto.
Il metodo Karl Fischer è un metodo di riferimento accurato e riconosciuto, selettivo per l'acqua. È adatto per l'analisi delle tracce (titolazione coulometrica) e per l'alto contenuto di acqua (titolazione volumetrica). Con l'opportunità di un'ampia automazione, grazie all'utilizzo di appositi cambiacampioni, il processo consente una produzione di campioni molto elevata.
- I titolatori Excellence T5, T7 e T9 sono in grado di soddisfare un'ampia gamma di applicazioni di titolazione, comprese quelle coulometriche e volumetriche Karl Fisher.
- I titolatori volumetrici Karl Fischer compatti soddisfano un'ampia gamma di applicazioni di titolazione del contenuto d'acqua, con determinazioni rapide e precise da 100 ppm al 100% di acqua.
- I titolatori coulometrici Karl Fischer compatti offrono una titolazione particolarmente rapida e precisa di campioni con un basso contenuto d'acqua, da 1 ppm al 5%.
- EasyPlus KFV si rivolge specificamente alle esigenze dell'industria alimentare per la titolazione Karl Fisher volumetrica, con determinazioni precise da 100 ppm al 100% di acqua.
- Il forno karl fischer In Motion™ consente la gestione automatizzata dei campioni e l'estrazione in fase gassosa per la titolazione karl fischer.
Scelta del metodo corretto per la determinazione dell'umidità negli alimenti
La selezione del metodo più adatto dipende dalle proprietà fisiche e chimiche del campione, come il tipo, il volume, il numero, il presunto contenuto di umidità, le esigenze applicative (ad esempio, la velocità di misurazione, l'automazione), i requisiti normativi (ad esempio, la precisione) e altri criteri specifici del prodotto o del processo di produzione.
Le misurazioni gravimetriche sono sempre metodi di perdita per essiccamento e producono il contenuto volatile totale dei campioni (compresa l'acqua). Al contrario, la titolazione karl fischer o i metodi fisici sono specifici per l'acqua e determinano il contenuto d'acqua dei campioni.
I metodi gravimetrici sono più adatti ai materiali in cui l'umidità è solo debolmente legata al materiale. Nel miele, ad esempio, l'acqua è fortemente legata alle molecole di zucchero attraverso il legame idrogeno. Di conseguenza, il completamento di una determinazione gravimetrica del contenuto di umidità richiede molto tempo, mentre il metodo Karl Fischer può determinare il contenuto d'acqua nel miele in pochi minuti.
La scelta del metodo corretto di determinazione dell'umidità può essere delicata e non esiste una soluzione unica per tutti. Tuttavia, se la risposta alle seguenti domande è afferrmativa, Karl Fischer è l'opzione migliore rispetto alla perdita per essiccamento.
Hai bisogno di misurare solo il contenuto di acqua?
Il tuo prodotto contiene più di una traccia di sostanze volatili, che possono falsare la lettura dell'umidità?
Il tuo prodotto ha un contenuto di umidità molto basso?
Pubblicazioni
Una guida per scegliere la tecnica giusta in base alle tue esigenze.
Scopri le diverse tecnologie per la determinazione del contenuto d'umidità nei tuoi materiali e poni le domande giuste per scegliere la tecnologia più adatta alla tua applicazione.
Documenti sulla titolazione Karl Fischer
Documenti sul Metodo del forno di essiccazione
FAQ
Qual è la differenza tra contenuto d'acqua e contenuto di umidità?
Il contenuto di umidità si riferisce alla quantità di vapore acqueo e di altri componenti volatili presenti in un campione, mentre il contenuto di acqua è solo la quantità di acqua presente nel campione.
Perché misurare l'umidità negli alimenti?
Il contenuto di umidità è un fattore universale che indica la qualità, la durata di conservazione e la lavorabilità di materie prime, prodotti intermedi o prodotti finali nell'industria alimentare e delle bevande. Ha un'influenza significativa sul gusto, la consistenza, l'aspetto, la forma e il peso del prodotto alimentare e implicazioni sui requisiti economici, legali e di etichettatura. Le deviazioni dal contenuto ideale di umidità/acqua possono avere conseguenze su molte proprietà di un prodotto alimentare, influenzando non solo la qualità del prodotto ma anche la sua sicurezza. L'analisi dell'acqua/umidità è quindi un elemento chiave per garantire la qualità e la sicurezza nell'industria alimentare.
METTLER TOLEDO offre un metodo che supporta l'automazione?
L'automazione è un'opzione eccellente per aumentare la produttività e l'efficienza del suo laboratorio.
Con il forno karl fischer InMotion™ di METTLER TOLEDO, la titolazione può essere automatizzata per migliorare la produttività e l'affidabilità dei risultati, l'ergonomia e la sicurezza degli utenti finali.
Con l'analizzatore di umidità HX204, la perdita all'essiccazione può essere parzialmente automatizzata per il contenuto di umidità o di secco. I risultati possono essere recuperati direttamente dallo strumento via TCP/IP, utilizzando i comandi MT-SICS, e grazie allo sportello automatico, il processo di essiccazione può essere automatizzato senza ulteriore aiuto meccanico. Inoltre, a differenza dei metodi tradizionali, i risultati richiedono 2-20 minuti per campione e si possono analizzare fino a 200 campioni al giorno; i dati possono essere registrati in un database SQL.
Per ulteriori informazioni sulle opzioni di automazione, clicchi qui.
Posso sostituire il forno di essiccazione con una bilancia alogena?
Sì, il forno di essiccazione può essere sostituito dalla bilancia alogena, purché si possa dimostrare che i risultati sono equivalenti entro la tolleranza specificata. Per maggiori dettagli, legga il nostro libro bianco sull'argomento.
Quali sono alcune tecniche di misurazione dell'umidità negli alimenti?
Nell'industria alimentare moderna sono comuni diversi principi e metodi di determinazione dell'umidità e dell'acqua. Il metodo più adatto viene selezionato in base alle proprietà fisiche e chimiche del campione, al presunto contenuto di umidità, al tipo di campione, al volume del campione, al numero di campioni, alle esigenze applicative (ad esempio, velocità di misurazione, automazione), ai requisiti normativi (ad esempio, precisione) e ad altri criteri specifici del prodotto o del processo di produzione.
La selezione dipende anche dal fatto che la determinazione del contenuto di umidità sia sufficiente o che il contenuto d'acqua debba essere misurato esplicitamente.
METTLER TOLEDO offre strumentazione e software per i metodi gravimetrici e basati su reazioni chimiche. I metodi gravimetrici non sono specifici per l'acqua e determinano la perdita di peso di un campione dopo che è stato riscaldato. Si presume che questa perdita di peso sia dovuta all'umidità. I metodi chimici sono specifici per l'acqua e comportano una reazione chimica tra l'acqua e un reagente specifico.
Qual è la differenza tra contenuto d'acqua e attività idrica?
Il contenuto di umidità o umidità si riferisce all'acqua totale contenuta negli alimenti e di solito viene espressa come percentuale del peso totale.
L'attività dell'acqua si riferisce all'acqua disponibile per la crescita dei microrganismi. Minore è l'attività dell'acqua, più l'acqua è legata chimicamente e meno acqua è disponibile per la crescita dei microrganismi.