Analyse de l'humidité et de la teneur en eau dans les aliments

L'analyse de l'humidité joue un rôle essentiel dans tous les domaines de l'industrie alimentaire, qu'il s'agisse de l'inspection des marchandises, du contrôle de la qualité, de la production, du stockage ou du développement de nouveaux produits. La teneur en humidité détermine également le coût des matériaux et influence souvent la marge financière des produits finis. Dans presque tous les cas, les ingrédients préparés et bruts ont une teneur en humidité optimale qui permet d'obtenir la meilleure recette possible, le meilleur goût, la meilleure consistance, le meilleur aspect et la meilleure durée de conservation.

Les substances trop sèches peuvent causer des problèmes de décharge d'électricité statique dans la production ou affecter la consistance du produit final. D'autre part, les substances trop humides peuvent s'agglomérer et obstruer les tuyaux et les machines ou entraîner une réduction de la durée de conservation.

La détermination de l'humidité garantit une qualité constante du produit. L'industrie alimentaire est soumise à une pression constante pour maintenir les coûts au minimum tout en produisant d'énormes quantités de produits de qualité uniforme. Des méthodes de détermination de l'humidité fiables et rapides permettent aux techniciens de l'industrie alimentaire d'intervenir rapidement et d'éviter les interruptions, voire les arrêts de production.

Les environnements, les propriétés et les états physiques de l'eau peuvent varier considérablement d'un échantillon à l'autre. La température, la pression et la liaison peuvent modifier l'état physique de l'eau dans un échantillon, ce qui accroît la complexité de chaque analyse et ouvre la porte à des résultats contradictoires si les données sont analysées de manière incorrecte. Par exemple, les hydrates de carbone peuvent se décomposer à des températures aussi basses que 50°C. Ils subissent alors une réaction chimique qui libère de l'eau et ajoute à la teneur totale en eau mesurée. Toutefois, cette "eau ajoutée" ne doit pas être considérée comme la teneur en eau du produit alimentaire.

Les normes internationales et nationales définissent le seuil autorisé de teneur en humidité/eau pour les produits vendus dans le commerce. Les régulateurs et les normes tels que le BRC (British Retail Consortium), l'IFS (International Featured Standards), la GFSI (Global Food Safety Initiative), l'ISO (International Organization for Standardization) et l'AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) multiplient les réglementations sur la production, la transformation et la vente des denrées alimentaires. Cela accroît le travail nécessaire à l'assurance et au contrôle de la qualité et exige des solutions plus modernes et plus efficaces.

De nombreux producteurs de denrées alimentaires ont des critères stricts en matière de précision, de fiabilité et de traçabilité des mesures afin de garantir la qualité de leurs produits. Ces SOP (Standard Operating Procedures) décrivent la préparation des échantillons et les processus de mesure, notamment le volume de l'échantillon, le nombre de mesures requises, l'écart maximal tolérable et les procédures à suivre lorsque les scientifiques constatent des erreurs.

Les scientifiques du CQ utilisent des méthodes gravimétriques, chimiques et physiques pour déterminer la teneur en humidité ou la teneur en eau.

• Les méthodes thermo-gravimétriques mesurent les variations de la masse d'un échantillon pesé avant et après séchage. Le terme "perte au séchage" fait référence à la perte totale de masse. Une analyse plus poussée permet aux scientifiques de déterminer si de l'eau, d'autres substances volatiles ou uniquement des produits de décomposition ont été libérés.
• Les méthodes chimiques impliquent une réaction chimique entre l'eau et un réactif spécifique à l'eau. La quantité d'eau convertie au cours de la réaction est proportionnelle à la quantité de réactif consommée. La méthode la plus connue basée sur ce principe est le titrage karl fischer.
• Les méthodes physiques utilisent des techniques d'isolement ou les propriétés physiques de l'eau pour analyser la teneur en eau. Ces méthodes de mesure indirectes nécessitent un étalonnage par rapport à un étalon de référence ou une méthode primaire (par exemple, le titrage de Karl Fischer) avant d'être utilisées pour mesurer l'humidité. Une méthode secondaire (par exemple, la spectroscopie dans le proche infrarouge) ne peut être aussi précise que la précision (répétabilité) de la méthode utilisée pour effectuer l'étalonnage.

METTLER TOLEDO propose des instruments et des logiciels pour les méthodes thermogravimétriques et les méthodes basées sur les réactions chimiques.

La méthode de l'étuve de séchage et l'analyseur do dessiccateur fonctionnent selon le principe thermos-gravimétrique appelé perte à la dessiccation. Ils mesurent l'humidité ou la teneur en humidité, et les résultats ne sont pas spécifiques à l'eau.

Le principe de la mesure avec l'étuve de séchage est simple. Il compare le changement de masse d'un échantillon avant et après séchage et suppose que toute perte de poids correspond à de l'humidité.

Les balances METTLER TOLEDO MS-TS et XPR sont dotées d'une application de pesage différentiel et peuvent rationaliser le flux de travail lié à la perte sur séchage.

Un analyseur dessiccateur se compose de deux éléments : une balance et une unité de chauffage. Le processus de mesure commence par l'enregistrement du poids initial de l'échantillon. Ensuite, une lampe halogène chauffe et sèche l'échantillon tandis que la balance intégrée enregistre le poids de l'échantillon. Lorsque l'échantillon cesse de perdre du poids, l'instrument s'arrête automatiquement et calcule la teneur en humidité à partir de la perte de poids. Les techniciens peuvent obtenir rapidement des résultats en 2 à 20 minutes avec un analyseur doiccateur.

Les analyseurs d'humidité METTLER TOLEDO HS 153 ou HC 103 sont faciles à utiliser, fournissent des résultats rapides et fiables sur la teneur en humidité et sont construits de manière robuste pour garantir une longue durée de vie. Ils sont idéaux pour une utilisation en laboratoire et en production. Le dessiccateur HX204 est la meilleure option pour les échantillons à faible teneur en humidité et/ou les industries très réglementées.

La perte sur séchage à l'aide d'une étuve de séchage est souvent la méthode de référence pour la détermination de l'humidité. Avec un analyseur d'humidité halogène, les scientifiques peuvent rapidement déterminer la teneur en humidité en utilisant le principe du dessiccateur. Un analyseur d'humidité halogène peut remplacer la méthode de l'étuve de séchage si les résultats des deux méthodes sont comparables.

L'analyse thermogravimétrique (TGA) est une autre option pour la détermination de l'humidité. L'ATG utilise un four et un balance ultra micro pour peser en continu un échantillon tout en le chauffant dans une atmosphère contrôlée. Elle fournit des données en fonction du temps ou de la température lorsque l'échantillon est chauffé, ce qui donne beaucoup plus d'informations que la perte à la dessiccation. Une AGT autonome ne peut déterminer que la teneur en humidité d'un échantillon, mais il est possible de déterminer la teneur en eau d'un matériau ou d'identifier les gaz libérés pendant le processus de séchage en couplant une AGT à un système d'analyse des gaz évolués.

La méthode Karl Fischer est une méthode de référence précise et reconnue qui est sélective pour l'eau. Elle convient à l'analyse de traces (titrage coulométrique) et aux teneurs élevées en eau (titrage volumétrique). Avec la possibilité d'une automatisation poussée à l'aide de passeurs d'échantillons adaptés, le procédé permet des débits d'échantillons très élevés.

• Les Titrateurs Excellence T5, T7 et T9 s'adaptent à une large gamme d'applications de titrage, y compris le titrage coulométrique et volumétrique Karl Fisher.
• Les titrateurs Karl Fischer volumétriques compacts s'adaptent à une large gamme d'applications de teneur en eau, avec des déterminations rapides et précises de 100 ppm à 100 % d'eau.
• Les titrateurs coulométriques karl fischer compacts offrent un titrage particulièrement rapide et précis des échantillons à faible teneur en eau, de 1 ppm à 5 %.
• EasyPlus KFV cible spécifiquement les besoins de l'industrie alimentaire en matière de titrage Karl Fischer volumétrique, avec une détermination précise de 100ppm à 100 % d'eau.
• Le four karl fischer In Motion™ Autosampler permet une manipulation automatisée des échantillons et une extraction en phase gazeuse pour le titrage karl fischer

Le choix de la méthode la plus appropriée dépend des propriétés physiques et chimiques de l'échantillon, telles que le type, le volume, le nombre, la teneur en humidité présumée, les besoins de l'application (par exemple, la vitesse de mesure, l'échantillonnage automatisé), les exigences réglementaires (par exemple, la précision) et d'autres critères spécifiques au produit ou au processus de fabrication.

Les mesures gravimétriques sont toujours des méthodes de perte au séchage et donnent la teneur totale en substances volatiles des échantillons (y compris l'eau). En revanche, le titrage karl fischer ou les méthodes physiques sont spécifiques à l'eau et déterminent la teneur en eau des échantillons.

Les méthodes gravimétriques conviennent mieux aux matériaux où l'humidité n'est que faiblement liée au matériau. Dans le miel, par exemple, l'eau est fortement liée aux molécules de sucre par hydrogénation. Par conséquent, une détermination gravimétrique de la teneur en humidité prend beaucoup de temps, alors que la méthode Karl Fischer permet de déterminer la teneur en eau dans le miel en quelques minutes seulement.

Le choix des méthodes de détermination de l'humidité peut s'avérer délicat et il n'existe pas de solution unique. Toutefois, si vous répondez par l'affirmative aux questions suivantes, la méthode Karl Fischer est une meilleure option que la perte sur séchage.

Avez-vous besoin de mesurer uniquement la teneur en eau ?

Votre produit contient-il plus que des traces de substances volatiles, qui peuvent fausser la mesure de l'humidité ?

Votre produit a-t-il une teneur en humidité très faible ?