Phân tích độ ẩm và hàm lượng nước trong thực phẩm

Phân tích độ ẩm đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các lĩnh vực của ngành công nghiệp thực phẩm, từ kiểm tra hàng hóa, kiểm soát chất lượng, sản xuất và bảo quản đến phát triển sản phẩm mới. Độ ẩm cũng quyết định chi phí nguyên vật liệu và thường ảnh hưởng đến lợi nhuận tài chính của thành phẩm. Trong hầu hết các trường hợp, nguyên liệu thô và nguyên liệu đã sơ chế đều có độ ẩm tối ưu để mang lại công thức, hương vị, độ đặc, hình thức và thời hạn sử dụng tốt nhất có thể.

Các chất quá khô có thể gây ra vấn đề phóng tĩnh điện trong quá trình sản xuất hoặc ảnh hưởng đến độ đặc của sản phẩm cuối cùng. Mặt khác, các chất quá ẩm có thể kết tụ và làm tắc nghẽn đường ống, máy móc hoặc dẫn đến giảm thời hạn sử dụng.

Xác định độ ẩm đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng nhất. Ngành công nghiệp thực phẩm luôn phải chịu áp lực phải giữ chi phí ở mức tối thiểu trong khi sản xuất số lượng lớn sản phẩm với chất lượng đồng đều. Phương pháp xác định độ ẩm nhanh chóng và đáng tin cậy cho phép các kỹ thuật viên thực phẩm trong quá trình sản xuất can thiệp kịp thời và tránh bị gián đoạn hoặc thậm chí tạm dừng trong quá trình sản xuất.

Môi trường, tính chất và trạng thái vật lý của nước có thể khác nhau đáng kể tùy theo từng mẫu. Nhiệt độ, áp suất và liên kết có thể thay đổi điều kiện vật lý của nước trong mẫu, làm tăng độ phức tạp của mỗi phân tích và dẫn đến các kết quả gây nhiễu nếu dữ liệu được phân tích không chính xác. Ví dụ, carbohydrate có thể phân hủy ở nhiệt độ thấp tới 50°C, tại thời điểm đó chúng trải qua phản ứng hóa học giải phóng nước và thêm vào tổng hàm lượng nước đo được. Tuy nhiên, “nước bổ sung” này không được coi là hàm lượng nước của sản phẩm thực phẩm.

Các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia xác định ngưỡng độ ẩm/hàm lượng nước cho phép đối với các sản phẩm được bán trên thị trường. Các cơ quan quản lý và tiêu chuẩn như BRC (Hiệp hội bán lẻ Anh), IFS (Tiêu chuẩn nổi bật quốc tế), GFSI (Sáng kiến an toàn thực phẩm toàn cầu), ISO (Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế) và AOAC (Hiệp hội các nhà hóa học nông nghiệp chính thức) đang tăng cường các quy định về sản xuất, chế biến và kinh doanh thực phẩm. Điều này làm tăng công việc cần thiết để đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng, đồng thời đòi hỏi các giải pháp hiện đại và hiệu quả hơn.

Nhiều nhà sản xuất thực phẩm có các tiêu chí nghiêm ngặt về độ chính xác, độ tin cậy và khả năng truy xuất nguồn gốc để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các SOP (Quy trình vận hành tiêu chuẩn) này mô tả các quy trình đo lường và chuẩn bị mẫu, bao gồm thể tích mẫu, số lượng phép đo cần thiết, độ lệch tối đa có thể chấp nhận được và các quy trình khi các nhà khoa học phát hiện ra lỗi.

Các nhà khoa học QC sử dụng các phương pháp trọng lượng, hóa học và vật lý để xác định độ ẩm hoặc hàm lượng nước.

• Phương pháp đo nhiệt trọng lượng đo sự thay đổi khối lượng của mẫu được cân trước và sau khi sấy khô. Thuật ngữ hao hụt khi sấy đề cập đến tổng khối lượng bị mất đi. Với những phân tích sâu hơn, các nhà khoa học có thể xác định liệu nước, các chất dễ bay hơi khác hay chỉ các sản phẩm phân hủy đã được giải phóng.
• Phương pháp hóa học liên quan đến phản ứng hóa học diễn ra giữa nước và thuốc thử đặc trưng cho nước. Lượng nước chuyển đổi trong quá trình phản ứng tỷ lệ thuận với lượng thuốc thử tiêu tốn. Phương pháp nổi tiếng nhất dựa trên nguyên tắc này là chuẩn độ Karl Fischer.
• Phương pháp vật lý sử dụng các kỹ thuật cách ly hoặc tính chất vật lý của nước để phân tích hàm lượng nước. Các phương pháp đo gián tiếp này yêu cầu hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn tham chiếu hoặc phương pháp chính (ví dụ: chuẩn độ Karl Fisher) trước khi sử dụng để đo độ ẩm. Phương pháp thứ cấp (ví dụ: Quang phổ cận hồng ngoại) chỉ có thể chính xác bằng độ chính xác (độ lặp lại) của phương pháp được sử dụng để thực hiện hiệu chuẩn.

METTLER TOLEDO cung cấp thiết bị và phần mềm cho các phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng và phản ứng hóa học.

Phương pháp lò sấy và máy phân tích độ ẩm hoạt động theo nguyên lý nhiệt trọng lượng, được gọi là phương pháp mất khối lượng khi sấy. Chúng đo độ ẩm hoặc hàm lượng khô, và kết quả không đặc hiệu cho nước.

Nguyên lý đo bằng lò sấy rất đơn giản. Nó so sánh sự thay đổi khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy và giả định rằng bất kỳ sự giảm khối lượng nào đều là do độ ẩm.

Cân MX của METTLER TOLEDO có ứng dụng cân vi sai và có thể tối ưu hóa quy trình làm việc theo phương pháp mất khối lượng khi sấy.

Cân sấy ẩm bao gồm hai bộ phận: cân và bộ gia nhiệt. Quá trình đo bắt đầu bằng việc ghi lại trọng lượng ban đầu của mẫu. Sau đó, đèn halogen làm nóng và làm khô mẫu trong khi cân tích hợp ghi lại trọng lượng mẫu. Khi mẫu ngừng giảm trọng lượng, thiết bị sẽ tự động tắt và tính toán độ ẩm bằng cách giảm trọng lượng. Kỹ thuật viên có thể nhanh chóng thu được kết quả sau 2–20 phút bằng máy phân tích độ ẩm.

Cân sấy ẩm của METTLER TOLEDO HS 153 hoặc HC 103 dễ vận hành, cung cấp kết quả về độ ẩm nhanh chóng và đáng tin cậy, đồng thời được chế tạo chắc chắn để đảm bảo tuổi thọ dài. Chúng lý tưởng để sử dụng trong phòng thí nghiệm và sản xuất. Cân sấy ẩm HX204 là lựa chọn tốt nhất cho các mẫu có độ ẩm thấp và/hoặc các ngành được quản lý chặt chẽ.

Hao hụt khi sấy khô bằng lò sấy thường là phương pháp tham khảo để xác định độ ẩm. Với Cân sấy ẩm halogen, các nhà khoa học có thể nhanh chóng xác định độ ẩm bằng nguyên lý trọng lượng. Máy phân tích độ ẩm halogen có thể thay thế phương pháp sấy khô nếu kết quả của hai phương pháp tương đương nhau .

Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) là một lựa chọn khác để xác định độ ẩm. TGA sử dụng lò nung và cân siêu vi lượng để liên tục cân mẫu trong khi gia nhiệt mẫu trong môi trường được kiểm soát. Nó cung cấp dữ liệu dưới dạng hàm của thời gian hoặc nhiệt độ khi mẫu được gia nhiệt, cung cấp nhiều thông tin hơn so với tổn thất khi sấy khô. Một TGA độc lập chỉ có thể xác định độ ẩm của mẫu, nhưng có thể xác định hàm lượng nước của vật liệu hoặc xác định các khí thoát ra trong quá trình sấy khô bằng cách ghép TGA với hệ thống phân tích khí thoát ra.

Phương pháp Karl Fischer là một phương pháp tham chiếu chính xác và được công nhận có tính chọn lọc đối với nước. Nó phù hợp để phân tích vết (chuẩn độ điện lượng) và hàm lượng nước cao (chuẩn độ thể tích). Với cơ hội tự động hóa rộng rãi bằng cách sử dụng các bộ thay đổi mẫu phù hợp, quy trình này cho phép đạt năng suất mẫu rất cao.

• Máy chuẩn độ Excellence T5, T7 và T9 đáp ứng nhiều ứng dụng chuẩn độ, bao gồm đo điện lượng và đo thể tích Karl Fisher.
• Máy chuẩn độ Karl Fischer nhỏ gọn theo thể tích đáp ứng nhiều ứng dụng về hàm lượng nước, với khả năng xác định nhanh và chính xác từ 100 ppm đến 100% nước.
• Máy chuẩn độ Coulometric Karl Fischer nhỏ gọn cung cấp khả năng chuẩn độ đặc biệt nhanh và chính xác cho các mẫu có hàm lượng nước thấp từ 1 ppm đến 5%.
• EasyPlus KFV đặc biệt nhắm tới nhu cầu của ngành công nghiệp thực phẩm về chuẩn độ Karl Fisher theo thể tích, với khả năng xác định chính xác từ 100ppm đến 100% nước.
• Bộ lấy mẫu tự động trong lò In Motion™ Karl Fischer cho phép xử lý tự động các mẫu và chiết pha khí để chuẩn độ Karl Fischer

Việc lựa chọn phương pháp phù hợp nhất phụ thuộc vào các đặc tính vật lý và hóa học của mẫu, chẳng hạn như loại, thể tích, số lượng, độ ẩm giả định, nhu cầu ứng dụng (ví dụ: tốc độ đo, tự động hóa), yêu cầu quy định (ví dụ: độ chính xác), v.v. tiêu chí cụ thể cho sản phẩm hoặc quy trình sản xuất.

Các phép đo trọng lượng luôn là phương pháp hao hụt khi sấy khô và thu được tổng hàm lượng chất dễ bay hơi của mẫu (bao gồm cả nước). Ngược lại, phương pháp chuẩn độ hoặc phương pháp vật lý của Karl Fischer dành riêng cho nước và xác định hàm lượng nước trong mẫu.

Phương pháp trọng lượng phù hợp hơn với những vật liệu có độ ẩm chỉ liên kết yếu với vật liệu. Ví dụ, trong mật ong, nước liên kết chặt chẽ với các phân tử đường bằng liên kết hydro. Do đó, việc hoàn thành việc xác định trọng lượng của độ ẩm là tốn thời gian, trong khi Karl Fischer có thể xác định hàm lượng nước trong mật ong chỉ trong vài phút.

Việc lựa chọn phương pháp xác định độ ẩm thích hợp có thể rất khó khăn và không có giải pháp chung cho tất cả mọi người. Tuy nhiên, nếu bạn trả lời có cho những câu hỏi sau thì Karl Fischer là lựa chọn tốt hơn so với việc mất mát khi sấy khô.

Bạn có cần chỉ đo hàm lượng nước không?

Sản phẩm của bạn có chứa nhiều chất dễ bay hơi có thể làm sai lệch kết quả đo độ ẩm không?

Sản phẩm của bạn có độ ẩm rất thấp?