Bepaling van het vocht- en watergehalte in voedingsmiddelen

Vochtgehaltebepaling speelt een vitale rol op alle gebieden van de voedingsmiddelenindustrie, van goedereninspecties, kwaliteitscontrole, productie en opslag tot de ontwikkeling van nieuwe producten. Het vochtgehalte bepaalt ook de materiaalkosten en beïnvloedt vaak de financiële marge van eindproducten. In bijna alle gevallen hebben de bereide en onbewerkte ingrediënten een optimaal watergehalte dat zorgt voor het best mogelijke in receptuur, smaak, consistentie, uiterlijk en houdbaarheid.

Te droge stoffen kunnen problemen met statische ontlading tijdens de productie veroorzaken of de consistentie van het eindproduct aantasten. Aan de andere kant kunnen te vochtige stoffen samenklonteren waardoor leidingen en machines verstoppen of leiden tot een kortere houdbaarheid.

Watergehaltebepaling zorgt voor een consistente productkwaliteit. De voedingsmiddelenindustrie staat onder constante druk om de kosten zo laag mogelijk te houden en toch enorme hoeveelheden producten van uniforme kwaliteit te produceren. Met een betrouwbare en snelle methode voor drogestofbepaling kunnen voedseltechnici in de productie snel ingrijpen en onderbrekingen of zelfs pauzes in de productie voorkomen.

De omgevingsfactoren, eigenschappen en fysische toestanden van water kunnen van monster tot monster drastisch verschillen. Temperatuur, druk en binding kunnen de fysische toestand van water in een monster veranderen, waardoor de complexiteit van elke analyse toeneemt en verstorende resultaten mogelijk maakt als de gegevens verkeerd geanalyseerd worden. Koolhydraten kunnen bijvoorbeeld ontbinden bij temperaturen vanaf 50°C, waarbij ze een chemische reactie ondergaan waarin water vrijkomt en toegevoegd wordt aan het gemeten totale watergehalte. Dit "toegevoegde water" mag echter niet beschouwd worden als het watergehalte van het voedingsproduct.

Internationale en nationale normen bepalen het toegestane vochtgehalte voor commercieel verkochte producten. Regelgevers en normen zoals BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) en AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) voeren de regelgeving voor de productie, verwerking en verkoop van voedingsmiddelen op. Hierdoor neemt het werk dat nodig is voor kwaliteitsborging en kwaliteitscontrole toe en zijn er modernere, efficiëntere oplossingen nodig.

Veel voedselproducenten hebben strenge criteria voor meetnauwkeurigheid, -betrouwbaarheid en traceerbaarheid om de productkwaliteit te garanderen. Deze SOP's (Standard Operating Procedures) beschrijven monsterbereiding en meetprocessen, waaronder het monstervolume, het aantal vereiste metingen, de maximaal toegestane afwijking en procedures wanneer wetenschappers fouten vinden.

Wetenschappers binnen kwaliteitscontrole gebruiken gravimetrische, chemische en fysische methoden om het vochtgehalte of watergehalte te bepalen.

• Thermogravimetrische methoden meten veranderingen in de massa van een monster dat voor en na het drogen gewogen wordt. De term gewichtsverlies bij drogen verwijst naar het totale massaverlies. Met verdere analyse kunnen wetenschappers bepalen of er water, andere vluchtige stoffen of alleen ontledingsproducten zijn vrijgekomen.
• Bij chemische methoden vindt er een chemische reactie plaats tussen water en een waterspecifiek reagens. De hoeveelheid water die tijdens de reactie wordt omgezet, is evenredig met de hoeveelheid verbruikt reagens. De bekendste methode die op dit principe gebaseerd is, is de Karl Fischer titratie.
• Fysische methoden maken gebruik van isolatietechnieken of fysische eigenschappen van water om het watergehalte te analyseren. Deze indirecte meetmethoden vereisen kalibratie ten opzichte van een referentiestandaard of primaire methode (bijv. Karl Fisher titratie) voordat ze gebruikt worden om vocht te meten. Een secundaire methode (bijv. nabij-Infrarode spectrofotometrie) kan slechts zo nauwkeurig zijn als de precisie (herhaalnauwkeurigheid) van de gebruikte kalibratiemethode.

METTLER TOLEDO biedt instrumentatie en software voor thermo-gravimetrische en op chemische reacties gebaseerde methoden.

De droogovenmethode en de drogestofmeter werken volgens het thermogravimetrische principe dat ook wel 'loss-on-drying' wordt genoemd. Ze meten het vochtgehalte of drogestofgehalte, en de resultaten zijn niet specifiek voor water.

Het principe van de meting met de droogoven is eenvoudig. Het vergelijkt de verandering in massa van een monster voor en na het drogen en gaat ervan uit dat elk gewichtsverlies vocht is.

De MS-TS en XPR balansen van METTLER TOLEDO bevatten een differentiële weegtoepassing en stroomlijnen de dry on loss workflow stroomlijnen.

Een drogestofmeter bestaat uit twee onderdelen: een balans en een verwarmingseenheid. Het meetproces begint met het registreren van het startgewicht van het monster. Vervolgens verwarmt en droogt een halogeenlamp het monster terwijl de geïntegreerde balans het gewicht van het monster registreert. Wanneer het gewichtsverlies van het monster stopt, schakelt het instrument automatisch uit en berekent het vochtgehalte aan de hand van het gewichtsverlies. Met een drogestofmeter verkrijgen technici snel resultaten binnen 2-20 minuten.

De drogestofmeters HS 153 of HC 103 van METTLER TOLEDO zijn eenvoudig te bedienen, leveren snelle en betrouwbare resultaten voor vochtgehaltebepaling en zijn robuust gebouwd voor een lange levensduur. Ze zijn ideaal voor gebruik in het laboratorium en in de productie. De HX204 drogestofmeter is de beste optie voor monsters met een laag vochtgehalte en sterk gereguleerde industrieën.

Drying on loss met behulp van een droogoven is vaak de referentiemethode voor drogestofbepaling. Met een halogeen drogestofmeter bepalen wetenschappers snel het vochtgehalte middels het gravimetrische principe. Een halogeen drogestofmeter kan de droogovenmethode vervangen als de resultaten van de twee methoden vergelijkbaar zijn.

Thermogravimetrische analyse (TGA) is een andere methode voor vochtbepaling. TGA maakt gebruik van een oven en ultramicrobalans om een monster continu te wegen terwijl het in een gecontroleerde atmosfeer verhit wordt. Het biedt gegevens als functie van tijd of temperatuur terwijl het monster verwarmd wordt, wat veel meer informatie oplevert dan drying on loss. Een zelfstandige TGA kan alleen het vochtgehalte van een monster bepalen, maar het is mogelijk om het watergehalte van een materiaal te bepalen of om de gassen te identificeren die vrijkomen tijdens het droogproces door een TGA te koppelen aan een gasanalysesysteem.

De Karl Fischer methode is een nauwkeurige en erkende referentiemethode die selectief is voor water. De methode is geschikt voor sporenanalyse (coulometrische titratie) en voor hoge watergehaltes (volumetrische titratie). Door geavanceerde automatisering met behulp van ondersteunde monsterwisselaars, is dit proces geschikt voor een zeer hoge doorvoer van monsters.

• De Titrator Excellence T5, T7 en T9 zijn geschikt voor een groot aantal titratie-toepassingen, waaronder coulometrische en volumetrische Karl Fisher.
• Volumetrische Compact Karl Fischer titrators zijn geschikt voor een breed scala aan bepalingen van het watergehalte, met snelle en nauwkeurige bepalingen van 100 ppm tot 100% water.
• Compacte coulometrische Karl Fischer titratoren bieden een bijzonder snelle en nauwkeurige titratie van monsters met een laag watergehalte van 1 ppm tot 5%.
• EasyPlus KFV richt zich specifiek op de behoeften van de voedingsmiddelenindustrie voor volumetrische Karl Fisher titraties, met nauwkeurige bepalingen van 100 ppm tot 100% water.
• De In Motion™ Karl Fischer oven autosampler maakt automatische verwerking van monsters en gasfase-extractie voor Karl Fischer titratie mogelijk.

Het selecteren van de meest geschikte methode hangt af van de fysische en chemische eigenschappen van het monster, zoals het type, volume, aantal, vermoedelijk vochtgehalte, toepassingsbehoeften (bijv. meetsnelheid en automatisering), wettelijke vereisten (bijv. nauwkeurigheid) en andere criteria die specifiek zijn voor het product of productieproces.

Gravimetrische metingen zijn altijd drying on loss methoden en geven het totale vluchtige gehalte van monsters (inclusief water). De Karl Fischer titratie of fysische methoden zijn daarentegen specifiek voor water en bepalen het watergehalte van monsters.

Gravimetrische methoden zijn meer geschikt voor materialen waar vocht een zwakke verbinding aan het materiaal heeft. In honing is water bijvoorbeeld sterk gebonden aan suikermoleculen door waterstofbruggen. Daarom is een gravimetrische bepaling van het watergehalte tijdrovend, terwijl Karl Fischer het vochtgehalte in honing in slechts enkele minuten kan bepalen.

Het kiezen van de juiste methode voor vochtbepaling kan lastig zijn, en er is geen kant-en-klare oplossing. Echter, als u "ja" antwoordt op de volgende vragen, dan is Karl Fischer een betere optie dan de droogovenmehode:

Moet u alleen het watergehalte meten?

Bevat uw product meer dan sporen van vluchtige stoffen, die de vochtgehaltebepaling kunnen verstoren?

Heeft uw product een zeer laag vochtgehalte?