Tổng hợp các phương pháp xác định độ ẩm (Determining Moisture Content)

Phương pháp xác định độ ẩm không chỉ được quan tâm trong nghiên cứu, mà còn rất quan trọng với các nhà sản xuất thực phẩm. Hàm lượng nước tác động trực tiếp đến chất lượng và độ ổn định của thực phẩm. Bên cạnh đó, độ ẩm tỷ lệ nghịch với thành phần chất khô nên cũng là yếu tố quyết định giá thành sản phẩm.

1. Tại sao cần xác định độ ẩm?

Độ ẩm ảnh hưởng đến hương vị, kết cấu, trọng lượng, hình dáng và thời hạn sử dụng của thực phẩm. Một chênh lệch nhỏ so với tiêu chuẩn đặt ra cũng có thể mang lại tác động không tốt cho tính chất vật lý thực phẩm.

Ví dụ: Hàm lượng nước thấp làm ảnh hưởng đến độ sệt của sản phẩm cuối cùng, ngược lại, độ ẩm cao lại khiến thành phần thực phẩm bị mắc kẹt trong hệ thống đường ống của quá trình sản xuất.

Bên cạnh đó, tốc độ phát triển của vi sinh vật tăng lên theo hàm lượng nước tổng, dẫn đến hư hỏng sản phẩm có thể xảy ra.

Tuy nhiên, nước lại là một thành phần giá rẻ làm tăng trọng lượng của sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc tìm ra độ ẩm tối ưu cho sản phẩm có tầm quan trọng kinh tế lớn đối với các nhà sản xuất thực phẩm.

Vì những lý do trên, nhà nghiên cứu và phát triển thực phẩm cần tính toán cân bằng giữa độ ẩm và thành phần chất khô để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng nhất quán, an toàn và đem lại lợi nhuận.

2. Lưu ý đặc biệt khi xác định độ ẩm

Nước dễ dàng bị loại khỏi thực phẩm hay không phụ thuộc vào dạng tồn tại của nó. Hai trạng thái của nước trong các sản phẩm thực phẩm gồm:

Nước tự do

Đây là trạng thái tồn tại đơn giản nhất. Nước vẫn giữ được các đặc tính vật lý của nó vì tồn tại “tự do”, được bao quanh bởi các phân tử nước khác. Nước tự do được hấp thụ bởi các phần tử bề mặt, giữ trong các mao quản hẹp, hoặc lưu trữ sâu trong hệ thống lỗ rỗng của chất rắn.

Ví dụ, trái cây hoặc thịt sấy sấy khô có cấu trúc tế bào phức tạp, trong đó, nước tự do nằm trên bề mặt hoặc được vận chuyển sâu bên trong tế bào thông qua mao mạch.

Nước hấp phụ

Nước bị hấp phụ hoặc liên kết vật lý với các nguyên tố khác có trong nguyên liệu thực phẩm như protein, hoặc tồn tại dưới dạng nước liên kết hóa học (ví dụ: monohydrat lactose; một số muối như Na₂SO₄.10H₂O)

Ở trạng thái liên kết với các phân tử khác, nước bay hơi ở nhiệt độ cao hơn so với các phân tử nước tự do. Do đó, nước liên kết vật lý hoặc hóa học có các đặc tính hóa lý khác nhau, khiến cho nhà phân tích thực phẩm rất khó khăn trong việc đo chính xác độ ẩm.

Các phương pháp và quy trình chuẩn để phân tích độ ẩm rất quan trọng vì phương pháp sử dụng để xác định độ ẩm khác nhau dẫn đến kết quả khác nhau, tùy thuộc vào dạng nước có trong thực phẩm.

3. Tổng hợp đầy đủ phương pháp xác định độ ẩm

Dưới đây là liệt kê tóm tắt các phương pháp được sử dụng để xác định độ ẩm:

• Phân tích nhiệt trọng trường (sử dụng tủ sấy, sấy halogen/hồng ngoại (IR), sấy vi sóng, …)
• Phân tích hóa học (chuẩn độ Karl Fischer, kiểm tra canxi cacbua)
• Phân tích quang phổ (quang phổ IR, quang phổ vi sóng, quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân H-NMR)
• Khác (ví dụ: sắc ký khí, xác định tỷ trọng, đo khúc xạ, …)

Tùy thuộc vào mẫu phân tích, phương pháp xác định độ ẩm được lựa chọn dựa trên các yếu tố: khối lượng mẫu, số lượng mẫu, thời gian phân tích, mức độ tự động, độ chính xác hoặc các tính chất hóa lý của mẫu.
Bài viết này sẽ nêu chi tiết về phép phân tích nhiệt trọng trường (Thermogravimetric Analysis – TGA). Độ ẩm của mẫu thực phẩm được xác định dựa vào khối lượng giảm sau quá trình sấy.

Nguyên tắc của phương pháp: mẫu được gia nhiệt để làm bay hơi nước, chênh lệch giữa khối lượng trước và sau sấy được dùng để tính toán độ ẩm.

Sử dụng lò sấy

Nguyên tắc của phương pháp: Mẫu đem cân và ghi lại khối lượng chính xác, sau đó gia nhiệt mẫu bằng tủ sấy để loại hơi ẩm. Tiếp đó, làm nguội mẫu trong bình hút ẩm trước khi cân lại. Độ ẩm được tính bằng hiệu số của khối lượng ướt và khô.

Với phương pháp này, độ chính xác của cân là vô cùng quan trọng. Bên cạnh đó, nhiệt độ và thời gian là các thông số quan trọng để duy trì điều kiện giống nhau giữa các lần lặp và thu được kết quả chính xác. Cách tiến hành phương pháp đơn giản, tuy nhiên dễ gây sai số do thao tác thực hiện thủ công.

Cân sấy ẩm hồng ngoại

Cân sấy ẩm là thiết bị cân có khả năng cân trọng lượng, phân tích độ ẩm và sấy ẩm mẫu nhanh chóng, chính xác.

Nguyên tắc xác định độ ẩm bằng cân sấy ẩm hồng ngoại không khác so với phương pháp sử dụng tủ sấy, sự khác biệt chính nằm ở nguồn nhiệt được sử dụng. Với tủ sấy, mẫu được làm nóng bằng đối lưu không khí trong khi cân sấy ẩm hồng ngoại làm mẫu được làm nóng bằng cách hấp thụ bức xạ hồng ngoại.

Công nghệ Halogen

Công nghệ sấy khô bằng đèn halogen có thể đo độ ẩm trong hầu hết các chất.

Bóng đèn halogen kết hợp với cân chính xác tích hợp để đo và lưu lại khối lượng mẫu trước, trong và sau khi thoát ẩm. Nhờ công nghệ gia nhiệt tiên tiến, máy phân tích độ ẩm halogen (Halogen Moisture Analyzer – HMA) có khả năng cho kết quả nhanh chóng và chính xác.

Hơn nữa, xác định độ ẩm tự động giúp loại bỏ sai số trong quá trình thao tác và tính toán.

Cụ thể từng bước tiến hành xác định độ ẩm của các phương pháp đã nêu, xem tại bài viết: Phương pháp xác định độ ẩm chi tiết nhất

4. Văn bản tiêu chuẩn về phương pháp xác định độ ẩm thực phẩm

TCVN 10793:2015: Hoa hublông – Xác định độ ẩm

TCVN 10788:2015: Malt – Xác định độ ẩm – Phương pháp khối lượng

TCVN 4069:2009: Kẹo – Xác định độ ẩm

TCVN 6120:2018: Dầu mỡ động vật và thực vật – Xác định độ ẩm và hàm lượng chất bay hơi

TCVN 7040-2002: Gia vị – Xác định độ ẩm – Phương pháp chưng cất lôi cuốn

TCVN 7520-2005: Hạt cacao – Xác định độ ẩm (Phương pháp thông dụng)

TCVN 7035-2002: Cà phê bột – Xác định độ ẩm – Phương pháp xác định sự hao hụt khối lượng ở 103

TCVN 7963-2008: Phương pháp xác định độ ẩm trong mật mía, đường thô, đường chuyên dụng và xirô bằng quy trình Karl Fischer

TCVN 5613:2007: Chè – Xác định hao hụt khối lượng ở 103

TCVN 9741:2013: Chè hòa tan dạng rắn – Xác định độ ẩm (hao hụt khối lượng ở 103ºC)

TCVN 9722-2013: Cà phê hòa tan – Xác định độ ẩm – Phương pháp Karl Fischer (phương pháp chuẩn)

TCVN 9721-2013: Cà phê rang xay – Xác định độ ẩm – Phương pháp Karl Fischer (phương pháp chuẩn)

TCVN 6537:2007: Cà phê nhân – Xác định hàm lượng nước (phương pháp chuẩn)

TCVN 9706:2013: Ngũ cốc và sản phẩm ngũ cốc – Xác định độ ẩm (phương pháp chuẩn cơ bản)

KẾT LUẬN

Một trong những phân tích cơ bản và quan trọng nhất được thực hiện đối với một sản phẩm thực phẩm là xác định độ ẩm. Độ ẩm ảnh hưởng đến chất lượng, an toàn thực phẩm và thời hạn sử dụng. Xác định độ ẩm phục vụ cho quá trình kiểm soát chất lượng ở các công đoạn khác nhau trong chuỗi sản xuất, kiểm tra nguyên liệu cho đến thành phẩm.

Độ chính xác của phép đo độ ẩm phụ thuộc nhiều vào phương pháp phân tích được sử dụng. Do đó, việc lựa chọn quy trình chính xác cho mẫu hay một ứng dụng cụ thể rất cần các nhà phân tích quan tâm.