Analys av fukt och vattenhalt i livsmedel

Fuktanalys spelar en viktig roll inom alla områden av livsmedelsindustrin, från varuintagskontroller, kvalitetskontroll, produktion och lagring till utveckling av nya produkter. Fukthalten bestämmer också materialkostnaden och påverkar ofta den ekonomiska marginalen för färdiga varor. I nästan alla fall har de beredda och råa ingredienserna en optimal fukthalt som ger bästa möjliga recept, smak, konsistens, utseende och hållbarhet.

Ämnen som är för torra kan orsaka problem med statiska urladdningar i produktionen eller påverka slutproduktens konsistens. Å andra sidan kan ämnen som är för fuktiga agglomerera och täppa till rör och maskiner eller leda till minskad hållbarhet.

Fuktbestämning säkerställer en jämn produktkvalitet. Livsmedelsindustrin står under ständig press att hålla kostnaderna nere och samtidigt producera enorma mängder produkter med jämn kvalitet. En tillförlitlig och snabb metod för fuktbestämning gör det möjligt för livsmedelstekniker i produktionen att ingripa snabbt och undvika avbrott eller till och med pauser i produktionen.

Vattnets miljöer, egenskaper och fysiska tillstånd kan variera drastiskt från prov till prov. Temperatur, tryck och bindning kan förändra vattnets fysiska tillstånd i ett prov, vilket ökar komplexiteten i varje analys och öppnar dörren för förvirrande resultat om data analyseras felaktigt. Till exempel kan kolhydrater brytas ned vid temperaturer så låga som 50 °C, varvid de genomgår en kemisk reaktion som frigör vatten och ökar det uppmätta totala vatteninnehållet. Detta "tillsatta vatten" bör dock inte betraktas som vatteninnehållet i livsmedelsprodukten.

Internationella och nationella standarder definierar de tillåtna gränsvärdena för fukt- och vattenhalt för produkter som säljs i handeln. Tillsynsmyndigheter och standarder som BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) och AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) ökar kraven på produktion, bearbetning och försäljning av livsmedel. Detta ökar behovet av kvalitetssäkring och kvalitetskontroll och kräver mer moderna och effektiva lösningar.

Många livsmedelsproducenter har strikta kriterier för mätnoggrannhet, tillförlitlighet och spårbarhet för att säkerställa produktkvaliteten. Dessa SOP:er (Standard Operating Procedures) beskriver provberedning och mätprocesser, inklusive provvolym, antal nödvändiga mätningar, maximal tolerabel avvikelse och förfaranden när forskare hittar fel.

QC-forskare använder gravimetriska, kemiska och fysiska metoder för att bestämma fukthalt eller vattenhalt.

• Termo-gravimetriska metoder mäter förändringar i massan hos ett prov som vägs före och efter torkning. Begreppet torkförlust avser den totala förlusten av massa. Med ytterligare analys kan forskarna avgöra om vatten, andra flyktiga ämnen eller endast nedbrytningsprodukter har frigjorts.
• Vid kemiska metoder sker en kemisk reaktion mellan vatten och ett vattenspecifikt reagens. Den mängd vatten som omvandlas under reaktionen är proportionell mot den mängd reagens som förbrukas. Den mest välkända metoden som bygger på denna princip är Karl Fischers titrering.
• Fysiska metoder använder isoleringstekniker eller fysiska egenskaper hos vatten för att analysera vatteninnehållet. Dessa indirekta mätmetoder kräver kalibrering mot en referensstandard eller primär metod (t.ex. Karl Fisher-titrering) innan de används för att mäta fukt. En sekundär metod (t.ex. nära infraröd spektroskopi) kan bara vara så exakt som precisionen (repeterbarheten) hos den metod som används för att utföra kalibreringen.

METTLER TOLEDO erbjuder instrument och programvara för termo-gravimetriska och kemiska reaktionsbaserade metoder.

Torkugnsmetoden och fuktanalysatorn fungerar enligt den termogravimetriska principen som kallas förlust vid torkning. De mäter fukt eller torrinnehåll, och resultaten är inte specifika för vatten.

Mätprincipen med torkugnen är enkel. Den jämför förändringen i massan av ett prov före och efter torkning och antar att eventuell viktminskning är fukt.

METTLER TOLEDO MX-vågar har en differentialvägningsapplikation och kan effektivisera arbetsflödet för förlust vid torkning.

En fukthaltsanalysator består av två komponenter: en våg och en värmeenhet. Mätprocessen inleds med att provets startvikt registreras. Därefter värmer och torkar en halogenlampa provet medan den integrerade vågen registrerar provets vikt. När provet slutar förlora vikt stängs instrumentet av automatiskt och beräknar fukthalten med hjälp av viktförlusten. Tekniker kan snabbt få resultat på 2-20 minuter med en fuktanalysator.

METTLER TOLEDO HS 153 eller HC 103 fuktanalysatorer är enkla att använda, ger snabba och tillförlitliga fukthaltsresultat och är robust byggda för att säkerställa en lång livslängd. De är idealiska för användning i laboratoriet och i produktionen. Fuktanalysatorn HX204 är det bästa alternativet för prover med låg fukthalt och/eller högt reglerade branscher.

Förlust vid torkning med hjälp av en torkugn är ofta referensmetoden för fuktbestämning. Med en Halogen Moisture Analyzer kan forskare snabbt bestämma fukthalten med hjälp av den gravimetriska principen. En Halogen Moisture Analyzer kan ersätta metoden med torkugn om resultaten från de två metoderna är jämförbara.

Termogravimetrisk analys (TGA) är ett annat alternativ för fuktbestämning. TGA använder en ugn och en ultramikrovåg för att kontinuerligt väga ett prov samtidigt som det värms upp i en kontrollerad atmosfär. Den ger data som en funktion av tid eller temperatur när provet värms upp, vilket ger mycket mer information än förlust vid torkning. En fristående TGA kan bara bestämma fukthalten i ett prov, men det är möjligt att bestämma ett materials vattenhalt eller att identifiera de gaser som frigörs under torkningsprocessen genom att koppla en TGA till ett utvecklat gasanalyssystem.

Karl Fischer-metoden är en noggrann och erkänd referensmetod som är selektiv för vatten. Den är lämplig för spåranalys (coulometrisk titrering) och hög vattenhalt (volumetrisk titrering). Med möjlighet till omfattande automatisering med hjälp av lämpliga provväxlare möjliggör processen mycket höga provgenomströmningar.

• Titrator Excellence T5, T7 och T9 kan användas för en mängd olika titreringstillämpningar, inklusive coulometrisk och volumetrisk Karl Fisher-titrering.
• Volymetriska kompakta Karl Fischer-titratorer passar ett brett spektrum av vattenhaltsapplikationer, med snabba och exakta bestämningar från 100 ppm till 100 % vatten.
• Kompakta coulometriska Karl Fischer-titratorer erbjuder särskilt snabb och exakt titrering av prover med lågt vatteninnehåll från 1 ppm till 5 %.
• EasyPlus KFV är särskilt inriktad på livsmedelsindustrins behov av volymetrisk Karl Fisher-titrering, med exakt bestämning från 100 ppm till 100 % vatten.
• In Motion™ Karl Fischer Oven Autosampler möjliggör automatiserad hantering av prover och gasfasextraktion för Karl Fischer-titrering

Valet av den lämpligaste metoden beror på provets fysikaliska och kemiska egenskaper, t.ex. typ, volym, antal, förmodad fukthalt, tillämpningsbehov (t.ex. mäthastighet, automatisering), myndighetskrav (t.ex. noggrannhet) och andra kriterier som är specifika för produkten eller tillverkningsprocessen.

Gravimetriska mätningar är alltid torkningsmetoder och ger provernas totala innehåll av flyktiga ämnen (inklusive vatten). Karl Fischers titrering eller fysikaliska metoder är däremot specifika för vatten och bestämmer vatteninnehållet i proverna.

Gravimetriska metoder är mer lämpliga för material där fukt endast är svagt bundet till materialet. I honung, till exempel, är vatten starkt bundet till sockermolekyler genom vätebindning. Därför är en gravimetrisk bestämning av vattenhalten tidskrävande, medan Karl Fischer kan bestämma vattenhalten i honung på bara några minuter.

Att välja rätt metod för fukthaltsbestämning kan vara svårt, och det finns ingen universallösning. Men om du svarar ja på följande frågor är Karl Fischer ett bättre alternativ än förlust vid torkning.

Behöver du bara mäta vattenhalten?

Innehåller din produkt mer än spårmängder av flyktiga ämnen, som kan förvränga fuktavläsningen?

Har din produkt en mycket låg fukthalt?