การวิเคราะห์ปริมาณความชื้นในน้ำและอาหาร

การวิเคราะห์ความชื้นมีบทบาทสำคัญในทุกด้านของอุตสาหกรรมอาหาร ตั้งแต่การตรวจสอบสินค้าเข้า การควบคุมคุณภาพ การผลิต และการจัดเก็บ ไปจนถึงการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ ปริมาณความชื้นยังเป็นตัวกำหนดต้นทุนของวัสดุ และมักส่งผลต่อส่วนต่างทางการเงินของสินค้าสำเร็จรูป ในเกือบทุกกรณี ส่วนผสมที่เตรียมไว้และวัตถุดิบมีปริมาณความชื้นที่เหมาะสมซึ่งให้สูตร รสชาติ ความสม่ำเสมอ ลักษณะ และอายุการเก็บรักษาที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

สารที่แห้งเกินไปอาจทำให้เกิดปัญหาการคายประจุไฟฟ้าสถิตในการผลิตหรือส่งผลต่อความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในทางกลับกัน สารที่มีความชื้นมากเกินไปอาจจับตัวเป็นก้อนและอุดตันท่อและเครื่องจักร หรือทำให้อายุการเก็บรักษาลดลง

การวัดความชื้นช่วยให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกัน อุตสาหกรรมอาหารอยู่ภายใต้แรงกดดันอย่างต่อเนื่องในการรักษาต้นทุนให้ต่ำที่สุดในขณะเดียวกันก็ผลิตผลิตภัณฑ์จำนวนมหาศาลที่มีคุณภาพสม่ำเสมอ วิธีการตรวจวัดความชื้นที่เชื่อถือได้และรวดเร็วช่วยให้ช่างเทคนิคด้านอาหารในการผลิตสามารถแทรกแซงได้ทันที และหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักหรือแม้แต่หยุดการผลิตชั่วคราว

สภาพแวดล้อม คุณสมบัติ และสถานะทางกายภาพของน้ำอาจแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละตัวอย่าง อุณหภูมิ ความดัน และพันธะสามารถเปลี่ยนสภาพทางกายภาพของน้ำภายในตัวอย่างได้ เพิ่มความซับซ้อนของการวิเคราะห์แต่ละครั้ง และเปิดประตูสู่ผลลัพธ์ที่น่าสับสนหากวิเคราะห์ข้อมูลไม่ถูกต้อง ตัวอย่างเช่น คาร์โบไฮเดรตสามารถสลายตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำถึง 50°C ซึ่ง ณ จุดนี้คาร์โบไฮเดรตจะเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งจะปล่อยน้ำและเพิ่มปริมาณน้ำทั้งหมดที่วัดได้ อย่างไรก็ตาม "น้ำที่เติม" นี้ไม่ควรถือเป็นปริมาณน้ำของผลิตภัณฑ์อาหาร

มาตรฐานสากลและมาตรฐานระดับชาติกำหนดเกณฑ์ปริมาณความชื้น/น้ำที่อนุญาตสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ขายเชิงพาณิชย์ หน่วยงานกำกับดูแลและมาตรฐาน เช่น BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) และ AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) กำลังเพิ่มกฎระเบียบเกี่ยวกับ การผลิต การแปรรูป และการขายอาหาร สิ่งนี้จะเพิ่มงานที่จำเป็นสำหรับการประกันคุณภาพและการควบคุมคุณภาพ และต้องการโซลูชันที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ผู้ผลิตอาหารหลายรายมีเกณฑ์ที่เข้มงวดในด้านความแม่นยำในการวัด ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ เพื่อรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ SOP (ขั้นตอนการปฏิบัติงานมาตรฐาน) เหล่านี้อธิบายการเตรียมตัวอย่างและกระบวนการตรวจวัด รวมถึงปริมาตรตัวอย่าง จำนวนการตรวจวัดที่ต้องการ ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดที่ยอมรับได้ และขั้นตอนเมื่อนักวิทยาศาสตร์พบข้อผิดพลาด

นักวิทยาศาสตร์ด้าน QC ใช้วิธีการกราวิเมตริก เคมี และกายภาพเพื่อกำหนดปริมาณความชื้นหรือปริมาณน้ำ

• วิธีเทอร์โมกราวิเมตริกจะวัดการเปลี่ยนแปลงมวลของตัวอย่างที่ชั่งน้ำหนักก่อนและหลังการอบแห้ง คำว่าการสูญเสียเมื่อทำให้แห้งหมายถึงการสูญเสียมวลทั้งหมด ด้วยการวิเคราะห์เพิ่มเติม นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้ว่ามีการปล่อยน้ำ สารระเหยอื่นๆ หรือเฉพาะผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวออกไปหรือไม่
• วิธีการทางเคมีเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างน้ำกับรีเอเจนต์เฉพาะของน้ำ ปริมาณน้ำที่ถูกแปลงระหว่างปฏิกิริยาจะเป็นสัดส่วนกับปริมาณของรีเอเจนต์ที่ใช้ วิธีการที่รู้จักกันดีที่สุดตามหลักการนี้คือการไทเทรตแบบ Karl Fischer
• วิธีการทางกายภาพใช้เทคนิคการแยกหรือคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำเพื่อวิเคราะห์ปริมาณน้ำ วิธีการวัดทางอ้อมเหล่านี้จำเป็นต้องมีการสอบเทียบกับมาตรฐานอ้างอิงหรือวิธีการหลัก (เช่น การไทเทรตแบบคาร์ล ฟิชเชอร์) ก่อนที่จะนำมาใช้ในการวัดความชื้น วิธีการรอง (เช่น Nearอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี) จะมีความแม่นยำได้เฉพาะกับความแม่นยำ (ความสามารถในการทำซ้ำ) ของวิธีการที่ใช้ในการสอบเทียบเท่านั้น

METTLER TOLEDO นำเสนอเครื่องมือและซอฟต์แวร์สำหรับวิธีการทางเทอร์โมกราวิเมตริกและปฏิกิริยาเคมี

วิธีใช้เตาอบเพื่อการทำให้แห้งและเครื่องวัดความชื้นทำงานตามหลักการเทอร์โมส-กราวิเมตริกที่เรียกว่าการสูญเสียเมื่อทำให้แห้ง โดยจะวัดความชื้นหรือปริมาณแห้ง และผลลัพธ์ไม่ได้จำเพาะเจาะจงกับน้ำ

หลักการวัดด้วยเตาอบเพื่อการทำให้แห้งนั้นเรียบง่าย โดยจะเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงมวลของตัวอย่างก่อนและหลังการอบแห้ง และถือว่าน้ำหนักที่ลดลงคือความชื้น

เครื่องชั่ง MS-TS และ XPR ของ METTLER TOLEDO มีแอปพลิเคชันการชั่งน้ำหนักส่วนต่าง และสามารถปรับปรุงขั้นตอนการทำงานที่สูญเสียจากการทำให้แห้งได้

เครื่องวัดความชื้น ประกอบด้วยสององค์ประกอบ: เครื่องชั่งและหน่วยทำความร้อน กระบวนการวัดเริ่มต้นด้วยการบันทึกน้ำหนักเริ่มต้นของตัวอย่าง จากนั้นหลอดไฟฮาโลเจนจะให้ความร้อนและทำให้ตัวอย่างแห้ง ขณะที่เครื่องชั่งในตัวจะบันทึกน้ำหนักของตัวอย่าง เมื่อตัวอย่างหยุดการสูญเสียน้ำหนัก เครื่องมือจะปิดโดยอัตโนมัติและคำนวณปริมาณความชื้นโดยใช้การสูญเสียน้ำหนัก ช่างเทคนิคสามารถรับผลลัพธ์ได้อย่างรวดเร็วภายใน 2-20 นาทีด้วยเครื่องวัดความชื้น

เครื่องวัดความชื้น HS 153 หรือ HC 103 ของ METTLER TOLEDO ใช้งานง่าย ให้ผลลัพธ์ปริมาณความชื้นที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ และสร้างขึ้นอย่างแข็งแกร่งเพื่อให้มีอายุการใช้งานยาวนาน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในห้องปฏิบัติการและในการผลิต เครื่องวิเคราะห์ความชื้น HX204 เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับตัวอย่างที่มีปริมาณความชื้นต่ำและ/หรืออุตสาหกรรมที่มีการควบคุมในระดับสูง

การสูญเสียน้ำหนักเมื่อทำให้แห้งโดยใช้เตาอบเพื่อการทำให้แห้งมักเป็นวิธีอ้างอิงในการวัดความชื้น ด้วยเครื่องวิเคราะห์ความชื้นด้วยฮาโลเจน นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุปริมาณความชื้นได้อย่างรวดเร็วโดยใช้หลักการกราวิเมตริก เครื่องวิเคราะห์ความชื้นแบบฮาโลเจนสามารถแทนที่วิธีใช้เตาอบเพื่อการทำให้แห้งได้ หากผลลัพธ์ของทั้งสองวิธีสามารถ เปรียบเทียบกันได้

การวิเคราะห์การสูญเสียน้ำหนักโดยอาศัยความร้อน (TGA) เป็นอีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการวัดความชื้น TGA ใช้เตาเผาและเครื่องชั่งอัลตราไมโครเพื่อชั่งน้ำหนักตัวอย่างอย่างต่อเนื่องในขณะที่ให้ความร้อนในบรรยากาศที่มีการควบคุม โดยให้ข้อมูลเป็นฟังก์ชันของเวลาหรืออุณหภูมิขณะที่ตัวอย่างถูกให้ความร้อน ซึ่งให้ข้อมูลมากกว่าการสูญเสียจากการทำให้แห้ง TGA แบบสแตนด์อโลนสามารถระบุปริมาณความชื้นของตัวอย่างได้เท่านั้น แต่สามารถระบุปริมาณน้ำของวัสดุหรือระบุก๊าซที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการทำให้แห้งได้โดยการเชื่อมต่อ TGA เข้ากับระบบวิเคราะห์ก๊าซที่พัฒนาขึ้น

วิธี Karl Fischer เป็นวิธีอ้างอิงที่แม่นยำและเป็นที่ยอมรับ โดยเลือกใช้น้ำโดยเฉพาะ เหมาะสำหรับการวิเคราะห์ปริมาณเล็กน้อย (การไตเตรทแบบคูลอมเมตริก) และปริมาณน้ำสูง (การไทเทรตโดยปริมาตร) ด้วยโอกาสในการทำงานอัตโนมัติอย่างกว้างขวางโดยใช้เครื่องเปลี่ยนตัวอย่างที่เหมาะสม กระบวนการนี้จึงทำให้ได้ปริมาณงานตัวอย่างที่สูงมาก

• เครื่องไทเทรต Excellence T5, T7 และ T9 รองรับการใช้งานการไทเทรตที่หลากหลาย รวมถึงคูลอมเมตริกและคาร์ล ฟิชเชอร์เชิงปริมาตร
• เครื่องไทเทรต Karl Fischer แบบปริมาตรขนาดกะทัดรัดรองรับการใช้งานปริมาณน้ำที่หลากหลาย ด้วยการตรวจวัดที่รวดเร็วและแม่นยำตั้งแต่ 100 ppm ถึง 100%
• เครื่องไทเทรต Karl Fischer แบบคูลอมเมตริกขนาดกะทัดรัดนำเสนอการไทเทรตตัวอย่างที่รวดเร็วและแม่นยำเป็นพิเศษโดยมีปริมาณน้ำต่ำตั้งแต่ 1 ppm ถึง 5%
• EasyPlus KFV มุ่งเป้าไปที่ความต้องการของอุตสาหกรรมอาหารโดยเฉพาะสำหรับการไทเทรตแบบ Karl Fisher แบบปริมาตร โดยมีการระบุที่แม่นยำตั้งแต่ 100 ppm ถึงน้ำ 100%
• เครื่องเก็บตัวอย่างอัตโนมัติแบบเตาอบ Karl Fischer In Motion™ ช่วยให้สามารถจัดการตัวอย่างและการสกัดเฟสก๊าซสำหรับการไทเทรตแบบ Karl Fischer ได้โดยอัตโนมัติ

การเลือกวิธีการที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของตัวอย่าง เช่น ชนิด ปริมาตร จำนวน ปริมาณความชื้นที่สันนิษฐาน ความต้องการในการใช้งาน (เช่น ความเร็วในการวัด ระบบอัตโนมัติ) ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ (เช่น ความแม่นยำ) และอื่นๆ เกณฑ์เฉพาะของผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการผลิต

การวัดแบบกราวิเมตริกเป็นวิธีการสูญเสียเมื่อทำให้แห้งเสมอ และจะได้ปริมาณสารระเหยรวมของตัวอย่าง (รวมถึงน้ำ) ในทางตรงกันข้าม การไตเตรทหรือวิธีการทางกายภาพของ Karl Fischer นั้นมีความจำเพาะต่อน้ำและกำหนดปริมาณน้ำในตัวอย่าง

วิธีกราวิเมตริกเหมาะสำหรับวัสดุที่มีความชื้นเกาะกับวัสดุเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในน้ำผึ้ง น้ำถูกจับอย่างแน่นหนากับโมเลกุลของน้ำตาลโดยพันธะไฮโดรเจน ด้วยเหตุนี้ การตรวจวัดปริมาณความชื้นแบบกราวิเมตริกจึงใช้เวลานาน ในขณะที่ Karl Fischer สามารถตรวจสอบปริมาณน้ำในน้ำผึ้งได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่นาที

การเลือกวิธีการตรวจวัดความชื้นที่เหมาะสมอาจเป็นเรื่องละเอียดอ่อน และไม่มีวิธีแก้ปัญหาแบบใดขนาดหนึ่งที่เหมาะกับทุกกรณี อย่างไรก็ตาม หากคุณตอบว่าใช่สำหรับคำถามต่อไปนี้ Karl Fischer ก็เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าการสูญเสียน้ำเมื่อทำให้แห้ง

คุณจำเป็นต้องวัดเฉพาะปริมาณน้ำหรือไม่?

ผลิตภัณฑ์ของคุณมีสารระเหยมากกว่าปริมาณเล็กน้อย ซึ่งสามารถบิดเบือนค่าความชื้นที่อ่านได้ใช่หรือไม่

ผลิตภัณฑ์ของคุณมีความชื้นต่ำมากหรือไม่?