수분 분석은 입고 검사, 품질 관리, 생산, 보관부터 신제품 개발에 이르기까지 식품 산업의 모든 영역에서 중요한 역할을 합니다. 수분 함량은 또한 재료 비용을 결정하고 종종 완제품의 경제적 마진에 영향을 미칩니다. 거의 모든 경우에 준비된 원료와 원재료는 최상의 레시피, 맛, 일관성, 외관 및 유통기한을 제공하는 최적의 수분 함량을 가지고 있습니다.
식품의 수분 분석이 왜 중요한가요?
식품에 수분(moisture)과 물(water)이 미치는 영향은 무엇입니까?
너무 건조한 물질은 생산 시 정전기 방전(static discharge) 문제를 일으키거나 최종 제품의 일관성에 영향을 미칠 수 있습니다. 반대로 너무 습한 물질은 뭉쳐서 배관이나 기계를 막히게 하거나 유통기한을 단축시킬 수 있습니다.
수분 측정은 일관된 제품 품질을 보장합니다. 식품 산업은 균일한 품질로 엄청난 양의 제품을 생산하면서 비용을 최소한으로 유지해야 한다는 지속적인 압력을 받고 있습니다. 신뢰할 수 있고 빠른 수분 측정 방법을 사용하면 식품 기술자가 생산 중에 즉시 개입하여 생산 중단이나 일시중지를 피할 수 있습니다.
수분 측정의 과제
물의 환경, 특성 및 물리적 상태는 샘플마다 크게 다를 수 있습니다. 온도, 압력 및 결합은 샘플 내 물의 물리적 상태를 변화시켜 각 분석의 복잡성을 증가시키고 데이터가 잘못 분석될 경우 혼란스러운 결과를 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 탄수화물은 50°C 정도의 낮은 온도에서도 분해될 수 있으며, 이 시점에서 물을 방출하고 측정된 총 수분 함량에 추가되는 화학 반응을 겪습니다. 그러나 이 "추가된 물"을 식품의 수분 함량으로 간주해서는 안 됩니다.
국제 및 국내 표준은 상업적으로 판매되는 제품에 허용되는 수분 함량 임계값을 정의합니다. BRC(British Retail Consortium, 영국소매협회), IFS(International Featured Standards), GFSI(Global Food Safety Initiative, 국제식품안전협회), ISO(International Organization for Standardization, 국제표준화기구), AOAC(Association of Official Agricultural Chemists) 등의 규제 및 표준에서는 식품의 생산, 가공, 판매에 대한 규제를 강화하고 있습니다. 이로 인해 품질 보증 및 품질 관리에 필요한 작업이 증가하고 보다 현대적이고 효율적인 솔루션이 필요해지고 있습니다.
많은 식품 생산업체는 제품 품질을 보장하기 위해 측정 정확도, 신뢰성 및 추적성에 대한 엄격한 기준을 가지고 있습니다. 이러한 SOP(Standard Operating Procedures, 표준 작업 절차)는 샘플량, 필요한 측정 횟수, 최대 허용 오차, 과학자가 오류를 발견할 때의 절차 등 시료 전처리 및 측정 프로세스를 설명합니다.
식품의 수분 측정 방법
QC 과학자들은 중량 측정, 화학적, 물리적 방법을 사용하여 수분 함량을 측정합니다.
- 열중량 분석법은 건조 전후에 무게를 측정하는 샘플 질량의 변화를 측정합니다. 건조 감량이라는 용어는 총 질량 손실을 의미합니다. 추가 분석을 통해 과학자들은 물, 기타 휘발성 물질 또는 분해 생성물만 방출되었는지 확인할 수 있습니다.
- 화학적 방법은 물과 물 특이적 시약 사이에서 일어나는 화학 반응을 포함합니다. 반응 중 전환되는 물의 양은 소비되는 시약의 양에 비례합니다. 이 원리를 바탕으로 한 가장 잘 알려진 방법은 Karl Fischer 적정법입니다.
- 물리적 방법은 분리 기술이나 물의 물리적 특성을 활용하여 수분 함량을 분석합니다. 이러한 간접 측정 방법은 수분 측정에 사용되기 전에 참조 표준 또는 기본 분석법(예: Karl Fisher 적정)에 대한 교정이 필요합니다. 보조 분석법(예: 근적외선 분광학)은 교정을 수행하는 데 사용되는 방법의 정밀도(반복성)만큼만 정확할 수 있습니다.
식품의 수분 측정을 위한 솔루션
METTLER TOLEDO는 열중량 및 화학 반응 기반 분석법을 위한 기기 및 소프트웨어를 제공합니다.
수분 분석기는 저울과 가열 장치라는 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 측정 과정은 샘플의 시작 무게를 기록하는 것부터 시작됩니다. 그런 다음 통합 저울이 샘플 중량을 기록하는 동안 할로겐 램프가 샘플을 가열하고 건조시킵니다. 샘플의 무게 감소가 멈추면 기기가 자동으로 꺼지고 무게 감소를 통해 수분 함량을 계산합니다. 기술자는 수분 분석기를 사용하여 2~20분 안에 결과를 빠르게 얻을 수 있습니다.
METTLER TOLEDO HS 153 또는 HC 103 수분 분석기는 작동이 쉽고 빠르고 신뢰할 수 있는 수분 함량 결과를 제공하며 긴 수명을 보장하도록 견고하게 제작되었습니다. 실험실과 생산 현장에서 사용하기에 이상적입니다. HX204 수분 분석기는 수분 함량이 매우 낮거나 규제가 엄격한 산업 분야의 샘플에 가장 적합한 옵션입니다.
건조 오븐을 사용한 건조 감량은 수분 측정을 위한 참고 방법인 경우가 많습니다. 할로겐 수분 분석기를 사용하면 과학자들은 중량 측정 원리를 사용하여 수분 함량을 신속하게 확인할 수 있습니다. 두 가지 방법의 결과가 유사할 경우, 할로겐 수분 분석기는 건조 오븐 방법을 대체할 수 있습니다.
열중량 분석 (TGA)은 수분 측정을 위한 또 다른 옵션입니다. TGA는 가열로와 울트라 마이크로 저울을 활용하여 제어된 대기에서 샘플을 가열하면서 샘플의 무게를 연속적으로 측정합니다. 이는 샘플이 가열됨에 따라 시간 또는 온도의 함수로 데이터를 제공하며, 건조 손실보다 훨씬 더 많은 정보를 제공합니다. 독립형 TGA는 샘플의 수분 함량만 확인할 수 있지만, TGA를 방출 가스 분석 시스템과 결합하면 재료의 수분 함량을 확인하거나 건조 과정에서 방출되는 가스를 식별하는 것이 가능합니다.
칼 피셔(Karl Fischer) 분석법은 수분 측정 방법 중 하나인 정확하고 인정받은 참조 분석법입니다. 미량 분석(전량 적정) 및 고수분 함량(용량 적정)에 적합합니다. 적절한 샘플 체인저를 사용하여 광범위한 자동화를 수행할 수 있는 기회를 통해, 이 프로세스는 매우 높은 시료 처리가 가능합니다.
- Titrator Excellence T5, T7 및 T9는 전량 및 용량 칼 피셔 적정을 포함한 광범위한 적정 Application을 수용합니다.
- 소형 용량 칼 피셔 적정기는 100ppm에서 100% 수분까지 빠르고 정밀하게 측정하여 광범위한 수분 함량 Application을 수용합니다.
- 소형 전량 칼 피셔 적정기는 수분 함량이 1ppm~5%로 낮은 시료에 대해 특히 빠르고 정밀한 적정을 제공합니다.
- EasyPlus KFV는 특히 100ppm에서 100% 물까지 정밀하게 측정하여 부피 측정 칼 피셔 적정에 대한 식품 산업의 요구사항을 목표로 합니다.
- In Motion™ 칼 피셔 오븐 오토샘플러(Karl Fischer Oven Autosampler)를 사용하면 칼 피셔 적정을 위한 샘플 처리 및 기체상 추출을 자동화할 수 있습니다.
식품의 수분 측정을 위한 적절한 방법 선택
가장 적합한 방법을 선택하는 것은 유형, 부피, 개수, 추정 수분 함량, Application 요구사항(예: 측정 속도, 자동화), 규제 요구사항(예: 정확도), 제품이나 제조 공정 등과 같은 샘플의 물리적, 화학적 특성 및 특정한 기준에 따라 달라집니다.
중량 측정은 항상 건조 감량 방법이며 샘플의 총 휘발성 함량(물 포함)을 산출합니다. 대조적으로, Karl Fischer의 적정 또는 물리적 방법은 물에 특정하여 샘플의 수분 함량을 측정합니다.
중량법은 수분이 재료에 약하게 결합되어 있는 재료에 보다 적합합니다. 예를 들어, 꿀에서는 물이 수소 결합에 의해 설탕 분자에 강하게 결합되어 있습니다. 결과적으로 수분 함량의 중량 측정을 완료하는 데 시간이 많이 걸리는 반면, Karl Fischer는 단 몇 분 만에 꿀의 수분 함량을 측정할 수 있습니다.
적절한 수분 측정 방법을 선택하는 것은 까다로울 수 있으며, 모든 경우에 적용할 수 있는 일률적인 솔루션은 없습니다. 그러나 다음 질문에 '예'라고 답한다면 건조 감량보다 Karl Fischer가 더 나은 선택입니다.
물 함량만을 측정해야 합니까?
귀하의 제품에 수분 측정값이 왜곡될 수 있는 미량 이상의 휘발성 물질이 포함되어 있습니까?
귀하의 제품은 수분 함량이 매우 낮습니까?
출판물
필요에 따라 올바른 기술을 선택하기 위한 가이드
재료의 수분 함량을 결정하는 다양한 기술에 대해 알아보고 올바른 질문을 통해 귀하의 Application에 가장 적합한 기술을 선택하십시오.
Karl Fischer 적정에 관한 문서
건조 오븐 방법에 관한 문서
자주하는 질문
물 함량과 수분 함량의 차이점은 무엇입니까?
수분 함량은 샘플에 존재하는 수증기 및 기타 휘발성 성분의 양을 의미하는 반면, 물 함량은 샘플에 들어 있는 물의 양만을 의미합니다.
식품의 수분을 측정하는 이유는 무엇입니까?
물/수분 함량은 식품 및 음료 산업에서 원료, 중간제품 또는 최종 제품의 품질, 저장 수명 및 가공성을 나타내는 보편적인 요소입니다. 이는 식품의 맛, 질감, 외관, 모양 및 무게에 중요한 영향을 미치며 경제적, 법적 및 라벨링 요구 사항에 영향을 미칩니다. 이상적인 물/수분 함량의 편차는 식품의 여러 특성에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 제품의 품질뿐만 아니라 안전성에도 영향을 미칩니다. 따라서 물/수분 분석은 식품 산업의 품질과 안전을 보장하는 핵심 요소입니다.
METTLER TOLEDO는 자동화를 지원하는 방법을 제공합니까?
자동화는 실험실의 생산성과 효율성을 높이기 위한 탁월한 옵션입니다.
METTLER TOLEDO의 InMotion™ Karl Fischer Oven Autosampler를 사용하면 적정을 자동화하여 사용자의 생산성과 결과 신뢰성, 인체공학 측면 및 안전성을 향상시킬 수 있습니다 .
HX204 수분 분석기를 사용하면 수분 또는 건조 함량에 대한 건조 감량을 부분적으로 자동화할 수 있습니다. MT-SICS 명령을 사용하여 TCP/IP를 통해 장비에서 결과를 직접 검색할 수 있으며, 자동 도어 덕분에 추가적인 기계적 도움 없이 건조 과정을 자동화할 수 있습니다. 또한 기존 방법과 달리 결과는 샘플당 2~20분이 소요되며 하루 최대 200개의 샘플을 분석할 수 있고 데이터는 SQL 데이터베이스에 기록될 수 있습니다.
자동화 옵션에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오.
오븐 건조를 할로겐 저울로 대체할 수 있나요?
예, 지정된 허용 오차 내에서 결과가 동일하다는 증거를 보여줄 수 있다면 오븐 건조를 할로겐 저울로 대체할 수 있습니다. 자세한 내용은 해당 주제에 대한 백서를 참조하세요.
식품의 수분을 측정하는 기술에는 어떤 것이 있습니까?
수분 측정에 대한 몇 가지 원리와 방법은 현대 식품 산업에서 일반적입니다. 샘플의 물리적/화학적 특성, 추정 수분 함량, 샘플 유형, 샘플 부피, 샘플 수, Application 요구사항(예: 측정 속도, 자동화), 규제 요구사항(예: 정확도) 및 제품이나 제조 공정의 특정한 추가 기준에 따라 가장 적합한 방법이 선택됩니다.
또한 선택은 수분 측정이 충분한지 또는 수분 함량을 명시적으로 측정해야 하는지에 따라 달라집니다.
METTLER TOLEDO는 중량 측정 및 화학 반응 기반 방법을 위한 장비와 소프트웨어를 제공합니다. 중량 측정 방법은 물에만 국한되지 않으며 가열 후 샘플의 중량 손실을 측정합니다. 이 중량 감소는 수분으로 추정됩니다. 화학적 방법은 물에만 적용되며 물과 특정 시약 간의 화학 반응을 포함합니다.
수분 함량과 수분 활성도의 차이점은 무엇입니까?
물 또는 수분 함량은 식품에 함유된 전체 수분을 말하며 일반적으로 전체 중량에 대한 백분율로 표시됩니다.
수분 활성도는 미생물이 자라는 데 사용할 수 있는 물과 관련이 있습니다. 수분 활성도가 낮을수록 더 많은 물이 화학적으로 결합되어 미생물이 자라는 데 사용할 수 있는 물의 양이 줄어듭니다.