Analýza vlhkosti hraje důležitou roli ve všech oblastech potravinářského průmyslu, od kontroly zboží, přes kontrolu kvality, výrobu a skladování až po vývoj nových výrobků. Obsah vlhkosti také určuje náklady na materiály a často ovlivňuje finanční marži hotových výrobků. Téměř ve všech případech mají připravované a surové suroviny optimální obsah vlhkosti, který zajišťuje nejlepší možnou recepturu, chuť, konzistenci, vzhled a trvanlivost. Tedy znát vlhkost a obsah vody v potravinách je základ úspěchu.
Proč je analýza vlhkosti v potravinách důležitá?
Jaký je vliv vlhkosti a vody v potravinách?
Příliš suché látky mohou při výrobě způsobit problémy se statickým výbojem nebo ovlivnit konzistenci konečného výrobku. Na druhou stranu příliš vlhké látky mohou aglomerovat a ucpávat potrubí a strojní zařízení nebo vést ke zkrácení skladovatelnosti.
Stanovení vlhkosti zajišťuje stálou kvalitu výrobku. Potravinářský průmysl je pod neustálým tlakem, aby udržel náklady na minimu a zároveň vyráběl obrovské množství výrobků s jednotnou kvalitou. Spolehlivá a rychlá metoda stanovení vlhkosti umožňuje potravinářským technikům ve výrobě včas zasáhnout a vyhnout se přerušení nebo dokonce zastavení výroby.
Výzvy při určování vlhkosti a obsahu vody
Prostředí, vlastnosti a fyzikální stavy vody se mohou u jednotlivých vzorků výrazně lišit. Teplota, tlak a vazba mohou měnit fyzikální stav vody ve vzorku, což zvyšuje složitost každé analýzy a otevírá dveře k matoucím výsledkům, pokud jsou data analyzována nesprávně. Například sacharidy se mohou rozkládat již při teplotách 50 °C, kdy dochází k chemické reakci, při níž se uvolňuje voda a zvyšuje se naměřený celkový obsah vody. Tato "přidaná voda" by však neměla být považována za obsah vody v potravinářském výrobku.
Mezinárodní a národní normy definují přípustnou hranici obsahu vlhkosti/vody pro komerčně prodávané výrobky. Regulační orgány a normy, jako jsou BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) a AOAC (Association of Official Agricultural Chemists), zvyšují regulaci výroby, zpracování a prodeje potravin. Tím se zvyšuje množství práce potřebné pro zajištění a kontrolu kvality a vyžaduje modernější a účinnější řešení.
Mnoho výrobců potravin má přísná kritéria na přesnost, spolehlivost a sledovatelnost měření, aby byla zajištěna kvalita výrobků. Tyto SOP (standardní operační postupy) popisují procesy přípravy vzorků a měření, včetně objemu vzorku, počtu požadovaných měření, maximální přípustné odchylky a postupů v případě, že vědci zjistí chyby.
Metody stanovení vlhkosti v potravinách
Vědci zabývající se kontrolou kvality používají ke stanovení vlhkosti nebo obsahu vody gravimetrické, chemické a fyzikální metody.
- Termogravimetrické metody měří změny hmotnosti váženého vzorku před a po vysušení. Termín ztráta sušením označuje celkovou ztrátu hmotnosti. Pomocí další analýzy mohou vědci určit, zda se uvolnila voda, jiné těkavé látky nebo pouze produkty rozkladu.
- Chemické metody zahrnují chemickou reakci, která probíhá mezi vodou a činidlem specifickým pro vodu. Množství vody přeměněné během reakce je úměrné množství spotřebovaného činidla. Nejznámější metodou založenou na tomto principu je Karl Fischerova titrace.
- Fyzikální metody využívají k analýze obsahu vody izolační techniky nebo fyzikální vlastnosti vody. Tyto nepřímé metody měření vyžadují před použitím k měření vlhkosti kalibraci vůči referenčnímu standardu nebo primární metodě (např. Karl Fischerova titrace). Sekundární metoda (např. blízká infračervená spektroskopie) může být pouze tak přesná, jak přesná (opakovatelná) je metoda použitá ke kalibraci.
Řešení pro měření vlhkosti a vody v potravinách
METTLER TOLEDO nabízí přístrojové vybavení a software pro termo-gravimetrické metody a metody založené na chemických reakcích.
Metoda sušení v sušárně a analyzátor vlhkosti pracují na termogravimetrickém principu označovaném jako ztráta sušením. Měří vlhkost nebo obsah sušiny a výsledky nejsou specifické pro vodu.
Princip měření pomocí sušárny je jednoduchý. Porovnává se změna hmotnosti vzorku před sušením a po něm a předpokládá se, že jakýkoli úbytek hmotnosti je vlhkost.
Váhy METTLER TOLEDO MS-TS a XPR obsahují aplikaci diferenciálního vážení a mohou zefektivnit pracovní postup stanovení ztrát při sušení.
Analyzátor vlhkosti se skládá ze dvou částí: váhy a ohřívací jednotky. Proces měření začíná zaznamenáním počáteční hmotnosti vzorku. Poté se vzorek zahřeje a vysuší pomocí halogenové lampy, zatímco integrovaná váha zaznamenává hmotnost vzorku. Když vzorek přestane ztrácet hmotnost, přístroj se automaticky vypne a vypočítá obsah vlhkosti pomocí úbytku hmotnosti. Technici mohou pomocí analyzátoru vlhkosti rychle získat výsledky za 2-20 minut.
Analyzátory vlhkosti METTLER TOLEDO HS 153 nebo HC 103 se snadno ovládají, poskytují rychlé a spolehlivé výsledky obsahu vlhkosti a jsou robustně konstruovány, aby byla zajištěna jejich dlouhá životnost. Jsou ideální pro použití v laboratoři i ve výrobě. Analyzátor vlhkosti HX204 je nejlepší volbou pro vzorky s nízkým obsahem vlhkosti a/nebo pro vysoce regulovaná průmyslová odvětví.
Ztráta sušením pomocí sušárny je často referenční metodou pro stanovení vlhkosti. S halogenovým analyzátorem vlhkosti mohou vědci rychle stanovit obsah vlhkosti pomocí gravimetrického principu. Halogenový analyzátor vlhkosti může nahradit metodu sušení v sušárně, pokud jsou výsledky obou metod srovnatelné.
Další možností stanovení vlhkosti jetermogravimetrická analýza (TGA). TGA využívá pec a ultramikrováhu k průběžnému vážení vzorku při jeho zahřívání v kontrolované atmosféře. Nabízí údaje v závislosti na čase nebo teplotě při zahřívání vzorku, což poskytuje mnohem více informací než ztráta sušením. Samostatný TGA může určit pouze obsah vlhkosti ve vzorku, ale je možné určit obsah vody v materiálu nebo identifikovat plyny uvolňované během procesu sušení spojením TGA se systémem analýzy vyvíjených plynů.
Karl Fischerova metoda je přesná a uznávaná referenční metoda, která je selektivní pro vodu. Je vhodná pro stopovou analýzu (coulometrická titrace) a pro analýzu s vysokým obsahem vody (volumetrická titrace). Díky možnosti rozsáhlé automatizace pomocí vhodných podavačů vzorků umožňuje tento postup velmi vysokou propustnost vzorků.
- Titrátory Excellence T5, T7 a T9 vyhovují široké škále titračních aplikací, včetně coulometrické a volumetrické titrace Karl Fisher.
- Volumetrické kompaktní Karl Fischer titrátory vyhovují široké škále aplikací pro stanovení obsahu vody, s rychlým a přesným stanovením od 100 ppm do 100 % vody.
- Kompaktní coulometrické Karl Fischer titrátory nabízejí obzvláště rychlé a přesné titrace vzorků s nízkým obsahem vody od 1 ppm do 5 %.
- EasyPlus KFV se speciálně zaměřuje na potřeby potravinářského průmyslu pro volumetrickou Karl Fischerovu titraci s přesným stanovením od 100 ppm do 100 % vody.
- In Motion™ Karl Fischer Oven Autosampler umožňuje automatizovanou manipulaci se vzorky a extrakci plynné fáze pro Karl Fischer titraci.
Výběr správné metody stanovení vlhkosti v potravinách
Výběr nejvhodnější metody závisí na fyzikálních a chemických vlastnostech vzorku, jako je typ, objem, počet, předpokládaný obsah vlhkosti, potřeby aplikace (např. rychlost měření, automatizace), regulační požadavky (např. přesnost) a další kritéria specifická pro výrobek nebo výrobní proces.
Gravimetrická měření jsou vždy metodami ztráty sušením a poskytují celkový obsah těkavých látek ve vzorcích (včetně vody). Naproti tomu Karl Fischerova titrace nebo fyzikální metody jsou specifické pro vodu a určují obsah vody ve vzorcích.
Gravimetrické metody jsou vhodnější pro materiály, kde je vlhkost na materiál vázána jen slabě. Například v medu je voda silně vázána na molekuly cukru vodíkovou vazbou. V důsledku toho je dokončení gravimetrického stanovení obsahu vlhkosti časově náročné, zatímco Karl Fischer dokáže stanovit obsah vody v medu během několika minut.
Výběr správné metody stanovení vlhkosti může být delikátní a neexistuje žádné univerzální řešení. Pokud však na následující otázky odpovíte kladně, pak je Karl Fischer lepší volbou než ztráta sušením.
Potřebujete měřit pouze obsah vody?
Obsahuje váš výrobek více než stopové množství těkavých látek, které mohou zkreslit údaj o vlhkosti?
Má váš výrobek velmi nízký obsah vlhkosti?
Publikace
Průvodce výběrem správné techniky v závislosti na vašich potřebách
Seznamte se s různými technologiemi pro stanovení vlhkosti/vody v materiálech a položte si správné otázky, abyste si mohli vybrat technologii, která nejlépe vyhovuje vaší aplikaci.
Dokumenty o Karl Fischer titraci
Dokumenty k metodě sušení v peci
ČASTO KLADENÉ DOTAZY
Jaký je rozdíl mezi obsahem vody a vlhkostí?
Obsah vlhkosti se vztahuje k množství vodní páry a dalších těkavých složek přítomných ve vzorku, zatímco obsah vody je pouze množství vody ve vzorku.
Proč měřit vlhkost v potravinách?
Obsah vody/vlhkosti je univerzálním faktorem, který v potravinářském a nápojovém průmyslu určuje kvalitu, skladovatelnost a zpracovatelnost surovin, meziproduktů nebo konečných výrobků. Má významný vliv na chuť, texturu, vzhled, tvar a hmotnost potravinářského výrobku a důsledky pro ekonomické, právní a etiketovací požadavky. Odchylky od ideálního obsahu vody/vlhkosti mohou mít důsledky pro mnoho vlastností potravinářského výrobku a ovlivnit nejen jeho kvalitu, ale i bezpečnost. Analýza obsahu vody/vlhkosti je proto klíčovým prvkem pro zajištění kvality a bezpečnosti v potravinářském průmyslu.
Poskytuje METTLER TOLEDO metodu, která podporuje automatizaci?
Automatizace je vynikající možností, jak zvýšit produktivitu a efektivitu vaší laboratoře.
Pomocí automatickéhotitrátoru METTLER TOLEDO InMotion™ Karl Fischer Oven Autosamplerlze titraci automatizovat a zvýšit tak produktivitu a spolehlivost výsledků, ergonomii a bezpečnost pro koncové uživatele.
S analyzátorem vlhkosti HX204 lze částečně automatizovat ztráty sušením pro obsah vlhkosti nebo sušiny. Výsledky lze získat přímo z přístroje prostřednictvím protokolu TCP/IP pomocí příkazů MT-SICS a díky automatickým dvířkům lze proces sušení automatizovat bez další mechanické pomoci. Na rozdíl od tradičních metod navíc výsledky trvají 2-20 minut na vzorek a denně lze analyzovat až 200 vzorků, přičemž data lze zaznamenávat do databáze SQL.
Další informace týkající se možností automatizace naleznete zde.
Mohu sušení v troubě nahradit halogenovou váhou?
Ano, sušení v sušárně lze nahradit halogenovou váhou, pokud můžete prokázat, že výsledky jsou v rámci stanovené tolerance rovnocenné. Podrobnější informace naleznete v naší bílé knize natéma.
Jaké jsou některé techniky měření vlhkosti v potravinách?
V moderním potravinářském průmyslu se běžně používá několik principů a metod stanovení vlhkosti a vody. Nejvhodnější metoda se vybírá na základě fyzikálních a chemických vlastností vzorku, předpokládaného obsahu vlhkosti, typu vzorku, objemu vzorku, počtu vzorků, potřeb aplikace (např. rychlost měření, automatizace), regulačních požadavků (např. přesnost) a dalších kritérií specifických pro daný výrobek nebo výrobní proces.
Výběr také závisí na tom, zda postačí stanovení vlhkosti, nebo zda je třeba explicitně měřit obsah vody.
METTLER TOLEDO nabízí přístrojové vybavení a software pro gravimetrické metody a metody založené na chemických reakcích. Gravimetrické metody nejsou specifické pro vodu a určují úbytek hmotnosti vzorku po jeho zahřátí. Předpokládá se, že tento úbytek hmotnosti představuje vlhkost. Chemické metody jsou specifické pro vodu a zahrnují chemickou reakci mezi vodou a specifickým činidlem.
Jaký je rozdíl mezi obsahem vody a aktivitou vody?
Obsah vody nebo vlhkosti označuje celkový obsah vody v potravinách a obvykle se vyjadřuje v procentech celkové hmotnosti.
Aktivita vody se vztahuje k množství vody, které je k dispozici pro růst mikroorganismů. Čím nižší je aktivita vody, tím více vody je chemicky vázáno a tím méně vody je k dispozici pro růst mikroorganismů.