Analyse af fugt og vandindhold i fødevarer

Fugtanalyse spiller en afgørende rolle inden for alle områder af fødevareindustrien, fra vareindgangskontrol, kvalitetskontrol, produktion og opbevaring til udvikling af nye produkter. Fugtindholdet bestemmer også materialeomkostningerne og har ofte indflydelse på den økonomiske margin for færdigvarer. I næsten alle tilfælde har de tilberedte og rå ingredienser et optimalt fugtindhold, der giver den bedst mulige opskrift, smag, konsistens, udseende og holdbarhed.

Stoffer, der er for tørre, kan give problemer med statisk afladning i produktionen eller påvirke slutproduktets konsistens. På den anden side kan stoffer, der er for fugtige, klumpe sig sammen og tilstoppe rør og maskiner eller føre til nedsat holdbarhed.

Fugtbestemmelse sikrer en ensartet produktkvalitet. Fødevareindustrien er under konstant pres for at holde omkostningerne på et minimum og samtidig producere enorme mængder af produkter med ensartet kvalitet. En pålidelig og hurtig fugtbestemmelsesmetode gør det muligt for fødevareteknikere i produktionen at gribe hurtigt ind og undgå afbrydelser eller endda pauser i produktionen.

Vands omgivelser, egenskaber og fysiske tilstand kan variere drastisk fra prøve til prøve. Temperatur, tryk og binding kan ændre den fysiske tilstand af vand i en prøve, hvilket øger kompleksiteten af hver analyse og åbner døren for forvirrende resultater, hvis dataene analyseres forkert. For eksempel kan kulhydrater nedbrydes ved temperaturer helt ned til 50 °C, hvor de gennemgår en kemisk reaktion, der frigiver vand og tilføjer til det målte totale vandindhold. Dette "tilsatte vand" skal dog ikke betragtes som vandindholdet i fødevaren.

Internationale og nationale standarder definerer den tilladte grænse for fugt/vandindhold for kommercielt solgte produkter. Myndigheder 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) øger antallet af regler for produktion, forarbejdning og salg af fødevarer. Det øger arbejdet med kvalitetssikring og kvalitetskontrol og kræver mere moderne og effektive løsninger.

Mange fødevareproducenter har strenge kriterier for målenøjagtighed, pålidelighed og sporbarhed for at sikre produktkvaliteten. Disse SOP'er (Standard Operating Procedures) beskriver prøveforberedelse og måleprocesser, herunder prøvevolumen, antallet af nødvendige målinger, maksimal tolerabel afvigelse og procedurer, når forskere finder fejl.

QC-forskere bruger gravimetriske, kemiske og fysiske metoder til at bestemme fugtindhold eller vandindhold.

• Termo-gravimetriske metoder måler ændringer i massen af en prøve, der vejes før og efter tørring. Udtrykket tab ved tørring henviser til det samlede massetab. Ved yderligere analyse kan forskerne afgøre, om der er blevet frigivet vand, andre flygtige stoffer eller kun nedbrydningsprodukter.
• Kemiske metoder involverer en kemisk reaktion, der finder sted mellem vand og et vandspecifikt reagens. Den mængde vand, der omdannes under reaktionen, er proportional med den mængde reagens, der forbruges. Den mest kendte metode baseret på dette princip er Karl Fischers titrering.
• Fysiske metoder bruger isoleringsteknikker eller fysiske egenskaber ved vand til at analysere vandindholdet. Disse indirekte målemetoder kræver kalibrering i forhold til en referencestandard eller primær metode (f.eks. Karl Fisher-titrering), før de kan bruges til at måle fugt. En sekundær metode (f.eks. Near Infrared Spectroscopy) kan kun være så nøjagtig som præcisionen (repeterbarheden) af den metode, der bruges til at udføre kalibreringen.

METTLER TOLEDO tilbyder instrumenter og software til termo-gravimetriske og kemiske reaktionsbaserede metoder.

Tørreovnsmetoden og fugtanalysatoren fungerer efter det termogravimetriske princip, der kaldes tørringstab. De måler fugt eller tørstofindhold, og resultaterne er ikke specifikke for vand.

Måleprincippet med tørreovnen er enkelt. Det sammenligner ændringen i massen af en prøve før og efter tørring og antager, at ethvert vægttab er fugt.

METTLER TOLEDOs MS-TS- og XPR-vægte indeholder en differentialvejningsapplikation og kan strømline arbejdsgangen for tørringstab.

En fugtanalysator består af to komponenter: en vægt og en varmeenhed. Måleprocessen starter med registrering af prøvens startvægt. Derefter opvarmer og tørrer en halogenlampe prøven, mens den integrerede vægt registrerer prøvens vægt. Når prøven holder op med at tabe sig, slukker instrumentet automatisk og beregner fugtindholdet ved hjælp af vægttabet. Teknikere kan hurtigt få resultater på 2-20 minutter med en fugtighedsanalysator.

METTLER TOLEDO HS 153 eller HC 103 fugtanalysatorer er nemme at betjene, giver hurtige og pålidelige resultater for fugtindhold og er robust bygget for at sikre en lang levetid. De er ideelle til brug i laboratoriet og i produktionen. Fugtanalysatoren HX204 er den bedste løsning til prøver med lavt fugtindhold og/eller stærkt regulerede industrier.

Tørretab ved hjælp af en tørreovn er ofte referencemetoden til fugtbestemmelse. Med en Halogen Moisture Analyzer kan forskere hurtigt bestemme fugtindholdet ved hjælp af det gravimetriske princip. En Halogen Moisture Analyzer kan erstatte tørreovnsmetoden, hvis resultaterne af de to metoder er sammenlignelige.

Termogravimetrisk analyse (TGA) er en anden mulighed for fugtbestemmelse. TGA bruger en ovn og en ultra-mikrovægt til kontinuerligt at veje en prøve, mens den opvarmes i en kontrolleret atmosfære. Den giver data som en funktion af tid eller temperatur, når prøven opvarmes, hvilket giver meget mere information end tørringstabet. En stand-alone TGA kan kun bestemme fugtindholdet i en prøve, men det er muligt at bestemme et materiales vandindhold eller identificere de gasser, der frigives under tørringsprocessen, ved at koble en TGA sammen med et udviklet gasanalysesystem.

Karl Fischer-metoden er en nøjagtig og anerkendt referencemetode, der er selektiv for vand. Den er velegnet til sporanalyse (coulometrisk titrering) og højt vandindhold (volumetrisk titrering). Med mulighed for omfattende automatisering ved hjælp af egnede prøveskiftere giver processen mulighed for meget høje prøvegennemløb.

• Titrator Excellence T5, T7 og T9 passer til en bred vifte af titreringsapplikationer, herunder coulometrisk og volumetrisk Karl Fisher.
• Volumetriske kompakte Karl Fischer-titratorer passer til en lang række vandindholdsapplikationer med hurtige og præcise bestemmelser fra 100 ppm til 100 % vand.
• Coulometriske Karl Fischer-titratorer tilbyder særlig hurtig og præcis titrering af prøver med et lavt vandindhold fra 1 ppm til 5 %.
• EasyPlus KFV er specifikt rettet mod fødevareindustriens behov for volumetrisk Karl Fisher-titrering med præcis bestemmelse fra 100 ppm til 100 % vand.
• In Motion™ Karl Fischer Oven Autosampler muliggør automatiseret håndtering af prøver og gasfaseekstraktion til Karl Fischer-titrering.

Valget af den bedst egnede metode afhænger af prøvens fysiske og kemiske egenskaber, såsom type, volumen, antal, formodet fugtindhold, anvendelsesbehov (f.eks. målehastighed, automatisering), lovkrav (f.eks. nøjagtighed) og andre kriterier, der er specifikke for produktet eller fremstillingsprocessen.

Gravimetriske målinger er altid metoder til tab ved tørring og giver prøvernes samlede indhold af flygtige stoffer (inklusive vand). I modsætning hertil er Karl Fischers titrering eller fysiske metoder specifikke for vand og bestemmer vandindholdet i prøver.

Gravimetriske metoder er mere velegnede til materialer, hvor fugten kun er svagt bundet til materialet. I honning, for eksempel, er vand stærkt bundet til sukkermolekyler ved hydrogenbinding. Derfor er det tidskrævende at gennemføre en gravimetrisk bestemmelse af vandindholdet, mens Karl Fischer kan bestemme vandindholdet i honning på blot et par minutter.

Det kan være vanskeligt at vælge den rigtige metode til fugtbestemmelse, og der findes ikke en løsning, der passer til alle. Men hvis du kan svare ja til følgende spørgsmål, så er Karl Fischer en bedre løsning end tørringstab.

Har du kun brug for at måle vandindholdet?

Indeholder dit produkt mere end spormængder af flygtige stoffer, som kan forvrænge fugtmålingen?

Har dit produkt et meget lavt fugtindhold?