Fuktighets- og vanninnholdsanalyse i mat

Fuktighetsanalyse spiller en viktig rolle i alle områder av næringsmiddelindustrien, fra inspeksjoner av varer, kvalitetskontroll, produksjon og lagring til utvikling av nye produkter. Fuktighetsinnholdet bestemmer også materialkostnadene og påvirker ofte den økonomiske marginen til ferdigvarer. I nesten alle tilfeller har de tilberedte og rå ingrediensene et optimalt fuktighetsinnhold som gir best mulig oppskrift, smak, konsistens, utseende og holdbarhet.

Stoffer som er for tørre kan forårsake statiske utslippsproblemer i produksjonen eller påvirke sluttproduktets konsistens. På den annen side kan stoffer som er for fuktige agglomerere og tette rør og maskiner eller føre til redusert holdbarhet.

Fuktighetsbestemmelse sikrer konsistent produktkvalitet. Matindustrien er under konstant press for å holde kostnadene på et minimum samtidig som de produserer enorme mengder produkter med jevn kvalitet. En pålitelig og rask fuktighetsbestemmelsesmetode gjør at matteknikere i produksjonen kan gripe raskt inn og unngå avbrudd eller til og med pauser i produksjonen.

Vannets miljø, egenskaper og fysiske tilstand kan variere drastisk fra prøve til prøve. Temperatur, trykk og binding kan endre den fysiske tilstanden til vannet i en prøve, øke kompleksiteten til hver analyse og åpne døren for forvirrende resultater hvis dataene analyseres feil. For eksempel kan karbohydrater brytes ned ved temperaturer så lave som 50°C, og da gjennomgår de en kjemisk reaksjon som frigjør vann og øker det målte totale vanninnholdet. Dette "tilsatte vannet" bør imidlertid ikke betraktes som vanninnholdet i matvaren.

Internasjonale og nasjonale standarder definerer terskelen for tillatt fuktighet/vanninnhold for kommersielt solgte produkter. Regulatorer og standarder som BRC (British Retail Consortium), IFS (International Featured Standards), GFSI (Global Food Safety Initiative), ISO (International Organization for Standardization) og AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) øker regelverket for produksjon, foredling og salg av matvarer. Dette øker arbeidet som trengs for kvalitetssikring og kvalitetskontroll og krever mer moderne og effektive løsninger.

Mange matprodusenter har strenge kriterier for målenøyaktighet, pålitelighet og sporbarhet for å sikre produktkvalitet. Disse SOP-ene (Standard Operating Procedures) beskriver prøveforberedelse og måleprosesser, inkludert prøvevolum, antall nødvendige målinger, maksimalt tolererbart avvik og prosedyrer når forskere finner feil.

QC-forskere bruker gravimetriske, kjemiske og fysiske metoder for å bestemme fuktighetsinnhold eller vanninnhold.

• Termogravimetriske metoder måler endringer i massen til en prøve som veies før og etter tørking. Begrepet tap ved tørking refererer til det totale tapet av masse. Med videre analyse kan forskerne fastslå om vann, andre flyktige stoffer eller bare nedbrytningsprodukter har blitt frigjort.
• Kjemiske metoder innebærer en kjemisk reaksjon som finner sted mellom vann og et vannspesifikt reagens. Mengden vann som omdannes under reaksjonen er proporsjonal med mengden reagens som forbrukes. Den mest kjente metoden basert på dette prinsippet er Karl Fischers titrering.
• Fysiske metoder bruker isolasjonsteknikker eller fysiske egenskaper til vann for å analysere vanninnholdet. Disse indirekte målemetodene krever kalibrering mot en referansestandard eller primærmetode (f.eks. Karl Fisher-titrering) før de brukes til å måle fuktighet. En sekundær metode (f.eks. nær infrarød spektroskopi) kan bare være så nøyaktig som presisjonen (repeterbarheten) til metoden som brukes til å utføre kalibreringen.

METTLER TOLEDO tilbyr instrumentering og programvare for termogravimetriske og kjemiske reaksjonsbaserte metoder.

Tørkeovnsmetoden og fuktighetsanalysatoren fungerer etter det termosgravimetriske prinsippet referert til som tap-ved-tørking. De måler fuktighet eller tørr innhold, og resultatene er ikke spesifikke for vann.

Prinsippet for måling med tørkeovnen er enkelt. Den sammenligner endringen i massen til en prøve før og etter tørking og antar at ethvert vekttap er fuktighet.

METTLER TOLEDO MS-TS- og XPR- vekter inneholder en differensialveieapplikasjon og kan strømlinjeforme arbeidsflyten med tap ved tørking.

En fuktighetsanalysator består av to komponenter: en balanse og en varmeenhet. Måleprosessen starter med registrering av prøvens startvekt. Deretter varmer og tørker en halogenlampe prøven mens den integrerte balansen registrerer prøvevekten. Når prøven slutter å gå ned i vekt, slår instrumentet seg automatisk av og beregner fuktighetsinnholdet ved hjelp av vekttapet. Teknikere kan raskt oppnå resultater på 2–20 minutter med en fuktighetsanalysator.

METTLER TOLEDO HS 153 eller HC 103 fuktighetsanalysatorer er enkle å betjene, gir raske og pålitelige fuktighetsresultater og er robust bygget for å sikre lang levetid. De er ideelle for bruk i laboratoriet og i produksjonen. HX204 Moisture Analyzer er det beste alternativet for prøver med lavt fuktighetsinnhold og/eller sterkt regulerte industrier.

Tap-ved-tørking ved bruk av tørkeovn er ofte referansemetoden for fuktighetsbestemmelse. Med en Halogen Moisture Analyzer kan forskere raskt bestemme fuktighetsinnholdet ved hjelp av det gravimetriske prinsippet. En Halogen Moisture Analyzer kan erstatte tørkeovnsmetoden hvis resultatene av de to metodene er sammenlignbare .

Termogravimetrisk analyse (TGA) er et annet alternativ for fuktighetsbestemmelse. TGA bruker en ovn og en ultra-mikrovekt for kontinuerlig å veie en prøve mens den varmes opp i en kontrollert atmosfære. Den tilbyr data som en funksjon av tid eller temperatur når prøven varmes opp, noe som gir mye mer informasjon enn tap ved tørking. En frittstående TGA kan bare bestemme fuktighetsinnholdet i en prøve, men det er mulig å bestemme et materiales vanninnhold eller å identifisere gassene som frigjøres under tørkeprosessen ved å koble en TGA med et utviklet gassanalysesystem.

Karl Fischer -metoden er en nøyaktig og anerkjent referansemetode som er selektiv for vann. Den er egnet for sporanalyse (coulometrisk titrering) og høyt vanninnhold (volumetrisk titrering). Med mulighet for omfattende automatisering ved bruk av egnede prøvevekslere, gir prosessen svært høy prøvegjennomstrømning.

• Titrator Excellence T5, T7 og T9 har plass til et bredt spekter av titreringsapplikasjoner, inkludert kulometrisk og volumetrisk Karl Fisher.
• Volumetriske kompakte Karl Fischer-titratorer passer til et bredt spekter av vanninnholdsapplikasjoner, med raske og presise bestemmelser fra 100 ppm til 100 % vann.
• Kompakte Coulometric Karl Fischer titratorer tilbyr spesielt rask og presis titrering av prøver med et lavt vanninnhold fra 1 ppm til 5 %.
• EasyPlus KFV retter seg spesifikt mot næringsmiddelindustriens behov for volumetrisk Karl Fisher-titrering, med presis bestemmelse fra 100 ppm til 100 % vann.
• In Motion™ Karl Fischer Oven Autosampler muliggjør automatisert håndtering av prøver og gassfaseekstraksjon for Karl Fischer titrering

Valg av den mest passende metoden avhenger av de fysiske og kjemiske egenskapene til prøven, slik som type, volum, antall, antatt fuktighetsinnhold, bruksbehov (f.eks. målehastighet, automatisering), regulatoriske krav (f.eks. nøyaktighet) og videre kriterier som er spesifikke for produktet eller produksjonsprosessen.

Gravimetriske målinger er alltid tap-ved-tørking-metoder og gir prøvenes totale flyktige innhold (inkludert vann). Derimot er Karl Fischers titrering eller fysiske metoder spesifikke for vann og bestemmer vanninnholdet i prøvene.

Gravimetriske metoder er mer egnet for materialer hvor fuktighet kun er svakt bundet til materialet. I honning, for eksempel, er vann sterkt bundet til sukkermolekyler ved hydrogenbinding. Som et resultat er det tidkrevende å fullføre en gravimetrisk bestemmelse av fuktighetsinnholdet, mens Karl Fischer kan bestemme vanninnholdet i honning på bare noen få minutter.

Det kan være vanskelig å velge riktig metode for fuktighetsbestemmelse, og det er ingen løsning som passer for alle. Men hvis du svarer ja på følgende spørsmål, er Karl Fischer et bedre alternativ enn tap ved tørking.

Trenger du kun å måle vanninnhold?

Inneholder produktet ditt mer enn spormengder av flyktige stoffer, som kan forvrenge fuktighetsavlesningen?

Har produktet ditt svært lavt fuktighetsinnhold?