Analýza vlhkosti zohráva dôležitú úlohu vo všetkých oblastiach potravinárskeho priemyslu, od kontroly tovaru, kontroly kvality, výroby a skladovania až po vývoj nových výrobkov. Obsah vlhkosti určuje aj náklady na materiály a často ovplyvňuje finančnú maržu hotových výrobkov. Takmer vo všetkých prípadoch majú pripravené a surové zložky optimálny obsah vlhkosti, ktorý zabezpečuje najlepšiu možnú receptúru, chuť, konzistenciu, vzhľad a trvanlivosť.
Prečo je analýza vlhkosti v potravinách dôležitá?
Aký je vplyv vlhkosti a vody v potravinách?
Príliš suché látky môžu spôsobiť problémy so statickým výbojom pri výrobe alebo ovplyvniť konzistenciu konečného výrobku. Na druhej strane látky, ktoré sú príliš vlhké, môžu aglomerovať a upchávať potrubia a stroje alebo viesť k zníženiu trvanlivosti.
Stanovenie vlhkosti zabezpečuje konzistentnú kvalitu výrobku. Potravinársky priemysel je pod neustálym tlakom, aby udržiaval náklady na minimálnej úrovni a zároveň vyrábal obrovské množstvá výrobkov s jednotnou kvalitou. Spoľahlivá a rýchla metóda stanovenia vlhkosti umožňuje potravinárskym technikom vo výrobe pohotovo zasiahnuť a vyhnúť sa prerušeniu alebo dokonca zastaveniu výroby.
Výzvy pri určovaní vlhkosti a vody
Prostredie, vlastnosti a fyzikálne stavy vody sa môžu od vzorky k vzorke výrazne líšiť. Teplota, tlak a väzba môžu zmeniť fyzikálny stav vody vo vzorke, čím sa zvyšuje zložitosť každej analýzy a otvárajú sa dvere k mätúcim výsledkom, ak sa údaje analyzujú nesprávne. Napríklad sacharidy sa môžu rozkladať už pri teplote 50 °C, kedy podliehajú chemickej reakcii, pri ktorej sa uvoľňuje voda a pridáva sa k nameranému celkovému obsahu vody. Táto "pridaná voda" by sa však nemala považovať za obsah vody v potravinovom výrobku.
Medzinárodné a národné normy definujú povolenú hranicu obsahu vlhkosti/vody pre komerčne predávané výrobky. Regulačné orgány a normy, ako napríklad 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), zvyšujú reguláciu výroby, spracovania a predaja potravín. Tým sa zvyšuje práca potrebná na zabezpečenie a kontrolu kvality a vyžaduje si modernejšie a efektívnejšie riešenia.
Mnohí výrobcovia potravín majú prísne kritériá na presnosť, spoľahlivosť a vysledovateľnosť meraní, aby zabezpečili kvalitu výrobkov. Tieto SOP (štandardné prevádzkové postupy) opisujú procesy prípravy vzoriek a merania vrátane objemu vzorky, počtu požadovaných meraní, maximálnej prípustnej odchýlky a postupov v prípade, že vedci zistia chyby.
Metódy stanovenia vlhkosti v potravinách
Vedci zaoberajúci sa kontrolou kvality používajú gravimetrické, chemické a fyzikálne metódy na stanovenie obsahu vlhkosti alebo obsahu vody.
- Termo-gravimetrické metódy merajú zmeny hmotnosti váženej vzorky pred a po vysušení. Termín strata pri sušení sa vzťahuje na celkovú stratu hmotnosti. Ďalšou analýzou môžu vedci určiť, či sa uvoľnila voda, iné prchavé látky alebo len produkty rozkladu.
- Chemické metódy zahŕňajú chemickú reakciu, ktorá prebieha medzi vodou a činidlom špecifickým pre vodu. Množstvo vody premenenej počas reakcie je úmerné množstvu spotrebovaného činidla. Najznámejšou metódou založenou na tomto princípe je Karl Fischerova titrácia.
- Fyzikálne metódy využívajú na analýzu obsahu vody izolačné techniky alebo fyzikálne vlastnosti vody. Tieto nepriame metódy merania si pred použitím na meranie vlhkosti vyžadujú kalibráciu na referenčný štandard alebo primárnu metódu (napr. Karl Fischer titrácia). Sekundárna metóda (napr. blízka infračervená spektroskopia) môže byť len taká presná, ako je presnosť (opakovateľnosť) metódy použitej na kalibráciu.
Riešenia na meranie vlhkosti a vody v potravinách
Spoločnosť METTLER TOLEDO ponúka prístroje a softvér pre termogravimetrické metódy a metódy založené na chemických reakciách.
Metóda sušenia v sušiarni a analyzátor vlhkosti pracujú na termosgravimetrickom princípe, ktorý sa označuje ako strata pri sušení. Merajú vlhkosť alebo obsah sušiny a výsledky nie sú špecifické pre vodu.
Princíp merania pomocou sušiacej pece je jednoduchý. Porovnáva sa zmena hmotnosti vzorky pred a po vysušení a predpokladá sa, že akýkoľvek úbytok hmotnosti predstavuje vlhkosť.
Váhy METTLER TOLEDO MS-TS a XPR obsahujú aplikáciu diferenciálneho váženia a môžu zefektívniť pracovný postup merania strát pri sušení.
Analyzátor vlhkosti pozostáva z dvoch komponentov: váhy a ohrievača. Proces merania sa začína zaznamenaním počiatočnej hmotnosti vzorky. Potom halogénová lampa zahrieva a suší vzorku, zatiaľ čo integrovaná váha zaznamenáva hmotnosť vzorky. Keď vzorka prestane strácať hmotnosť, prístroj sa automaticky vypne a vypočíta obsah vlhkosti pomocou úbytku hmotnosti. Technici môžu pomocou analyzátora vlhkosti rýchlo získať výsledky za 2 až 20 minút.
Analyzátory vlhkosti METTLER TOLEDO HS 153 alebo HC 103 sa ľahko ovládajú, poskytujú rýchle a spoľahlivé výsledky obsahu vlhkosti a sú robustne skonštruované, aby sa zabezpečila ich dlhá životnosť. Sú ideálne na použitie v laboratóriu a vo výrobe. Analyzátor vlhkosti HX204 je najlepšou voľbou pre vzorky s nízkym obsahom vlhkosti a/alebo vysoko regulované odvetvia.
Strata sušením pomocou sušiarne je často referenčnou metódou na stanovenie vlhkosti. Pomocou analyzátora vlhkosti Halogen Moisture Analyzer môžu vedci rýchlo určiť obsah vlhkosti pomocou gravimetrického princípu. Halogénový analyzátor vlhkosti môže nahradiť metódu sušenia v sušiarni, ak sú výsledky týchto dvoch metód porovnateľné.
Termogravimetrická analýza (TGA) je ďalšou možnosťou stanovenia vlhkosti. TGA využíva pec a ultramikrováhu na kontinuálne váženie vzorky pri jej zahrievaní v kontrolovanej atmosfére. Ponúka údaje ako funkciu času alebo teploty pri zahrievaní vzorky, čo poskytuje oveľa viac informácií ako strata pri sušení. Samostatný TGA môže určiť len obsah vlhkosti vo vzorke, ale je možné určiť obsah vody v materiáli alebo identifikovať plyny uvoľnené počas procesu sušenia spojením TGA so systémom analýzy vyvinutých plynov.
Karl Fischerova metóda je presná a uznávaná referenčná metóda, ktorá je selektívna pre vodu. Je vhodná na stopovú analýzu (coulometrická titrácia) a analýzu s vysokým obsahom vody (volumetrická titrácia). Vďaka možnosti rozsiahlej automatizácie pomocou vhodných podávačov vzoriek umožňuje proces veľmi vysokú priepustnosť vzoriek.
- Titrátor Excellence T5, T7 a T9 vyhovuje širokému spektru titračných aplikácií vrátane coulometrickej a volumetrickej titrácie Karl Fisher.
- Volumetrické kompaktné Karl Fischer titrátory vyhovujú širokému spektru aplikácií na stanovenie obsahu vody s rýchlym a presným stanovením od 100 ppm do 100 % vody.
- Kompaktné coulometrické Karl Fischer titrátory ponúkajú obzvlášť rýchle a presné titrácie vzoriek s nízkym obsahom vody od 1 ppm do 5 %.
- EasyPlus KFV sa špeciálne zameriava na potreby potravinárskeho priemyslu v oblasti volumetrickej Karl Fischer titrácie s presným stanovením od 100 ppm do 100 % vody.
- In Motion™ Karl Fischer Oven Autosampler umožňuje automatizovanú manipuláciu so vzorkami a extrakciu plynnej fázy na Karl Fischer titráciu
Výber správnej metódy na stanovenie vlhkosti v potravinách
Výber najvhodnejšej metódy závisí od fyzikálnych a chemických vlastností vzorky, ako je typ, objem, počet, predpokladaný obsah vlhkosti, potreby aplikácie (napr. rýchlosť merania, automatizácia), regulačné požiadavky (napr. presnosť) a ďalšie kritériá špecifické pre výrobok alebo výrobný proces.
Gravimetrické merania sú vždy metódami straty pri sušení a poskytujú celkový obsah prchavých látok vo vzorkách (vrátane vody). Naproti tomu Karl Fischerova titrácia alebo fyzikálne metódy sú špecifické pre vodu a určujú obsah vody vo vzorkách.
Gravimetrické metódy sú vhodnejšie pre materiály, v ktorých je vlhkosť len slabo viazaná na materiál. Napríklad v mede je voda silne viazaná na molekuly cukru vodíkovou väzbou. V dôsledku toho je gravimetrické stanovenie obsahu vlhkosti časovo náročné, zatiaľ čo Karl Fischer dokáže stanoviť obsah vody v mede len za niekoľko minút.
Výber správnej metódy stanovenia vlhkosti môže byť náročný a neexistuje univerzálne riešenie. Ak však na nasledujúce otázky odpoviete kladne, potom je Karl Fischer lepšou voľbou ako strata sušením.
Potrebujete merať len obsah vody?
Obsahuje váš výrobok viac ako stopové množstvo prchavých látok, ktoré môžu skresliť údaj o vlhkosti?
Má váš výrobok veľmi nízky obsah vlhkosti?
Publikácie
Sprievodca výberom správnej techniky v závislosti od vašich potrieb
Zoznámte sa s rôznymi technológiami na stanovenie obsahu vlhkosti/vody v materiáloch a položte správne otázky, aby ste si vybrali technológiu, ktorá najlepšie vyhovuje vašej aplikácii.
Dokumenty o Karl Fischer titrácii
Dokumenty o metóde sušenia v peci
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY
Aký je rozdiel medzi obsahom vody a obsahom vlhkosti?
Obsah vlhkosti sa vzťahuje na množstvo vodnej pary a iných prchavých zložiek prítomných vo vzorke, zatiaľ čo obsah vody je len množstvo vody vo vzorke.
Prečo merať vlhkosť v potravinách?
Obsah vody/vlhkosti je univerzálny faktor, ktorý určuje kvalitu, trvanlivosť a spracovateľnosť surovín, polotovarov alebo konečných výrobkov v potravinárskom a nápojovom priemysle. Má významný vplyv na chuť, textúru, vzhľad, tvar a hmotnosť potravinárskeho výrobku a dôsledky na ekonomické, právne a označovacie požiadavky. Odchýlky od ideálneho obsahu vody/vlhkosti môžu mať dôsledky na mnohé vlastnosti potravinárskeho výrobku, čo ovplyvňuje nielen kvalitu výrobku, ale aj jeho bezpečnosť. Analýza vody/vlhkosti je preto kľúčovým prvkom na zabezpečenie kvality a bezpečnosti v potravinárskom priemysle.
Poskytuje spoločnosť METTLER TOLEDO metódu, ktorá podporuje automatizáciu?
Automatizácia je vynikajúcou možnosťou na zvýšenie produktivity a efektívnosti v laboratóriu.
S automatickým vzorkovačom METTLER TOLEDO InMotion™ Karl Fischer Oven Autosamplermožno titráciu automatizovať, čím sa zvýši produktivita a spoľahlivosť výsledkov, ergonómia a bezpečnosť pre koncových používateľov.
S analyzátorom vlhkosti HX204 je možné čiastočne automatizovať straty pri sušení pre obsah vlhkosti alebo sušiny. Výsledky možno získať priamo z prístroja prostredníctvom protokolu TCP/IP pomocou príkazov MT-SICS a vďaka automatickým dverám možno proces sušenia automatizovať bez ďalšej mechanickej pomoci. Okrem toho na rozdiel od tradičných metód trvajú výsledky 2 - 20 minút na vzorku a denne možno analyzovať až 200 vzoriek, pričom údaje možno zaznamenávať do databázy SQL.
Ďalšie informácie týkajúce sa možností automatizácie nájdete tu.
Môžem sušenie v peci nahradiť halogénovou váhou?
Áno, sušenie v sušičke sa môže nahradiť halogénovou váhou, ak môžete preukázať, že výsledky sú ekvivalentné v rámci stanovenej tolerancie. Podrobnejšie informácie nájdete v našej bielej knihe k tejto téme .
Aké sú niektoré techniky merania vlhkosti v potravinách?
V modernom potravinárskom priemysle sa bežne používa niekoľko princípov a metód stanovenia vlhkosti a vody. Najvhodnejšia metóda sa vyberá na základe fyzikálnych a chemických vlastností vzorky, predpokladaného obsahu vlhkosti, typu vzorky, objemu vzorky, počtu vzoriek, potrieb aplikácie (napr. rýchlosť merania, automatizácia), regulačných požiadaviek (napr. presnosť) a ďalších kritérií špecifických pre výrobok alebo výrobný proces.
Výber závisí aj od toho, či postačuje stanovenie vlhkosti, alebo sa musí explicitne merať obsah vody.
Spoločnosť METTLER TOLEDO ponúka prístroje a softvér pre gravimetrické metódy a metódy založené na chemických reakciách. Gravimetrické metódy nie sú špecifické pre vodu a určujú úbytok hmotnosti vzorky po jej zahriatí. Tento úbytok hmotnosti sa považuje za vlhkosť. Chemické metódy sú špecifické pre vodu a zahŕňajú chemickú reakciu medzi vodou a špecifickým činidlom.
Aký je rozdiel medzi obsahom vody a aktivitou vody?
Obsah vody alebo vlhkosti sa vzťahuje na celkovú vodu obsiahnutú v potravinách a zvyčajne sa vyjadruje v percentách celkovej hmotnosti.
Aktivita vody sa vzťahuje na vodu dostupnú pre rast mikroorganizmov. Čím nižšia je aktivita vody, tým viac vody je chemicky viazanej a tým menej vody je k dispozícii pre rast mikroorganizmov.