pH meten in voeding: theorie en valkuilen

De pH-waarde is één van meeteenheden waarmee we een voedingsproduct kunnen karakteriseren. Doorgaans wordt deze waarde als eenvoudig te meten eigenschap toegevoegd aan de lijst uit te voeren analyses. Maar vergis je niet: dat kan je duur komen te staan!

De pH is een maat voor de zuurtegraad van een waterige oplossing. Droge stoffen, poeders, puur vet en olie bevatten geen water; hierbij kan dan ook geen pH gemeten worden. Door het meten van de pH krijg je zicht op één of meer eigenschappen van het (eind)product; bijvoorbeeld de structuur, het vermogen tot schuimvorming, de houdbaarheid, kleur en/of smaak. De pH kan variëren van 0 tot 14, waarbij 1 sterk zuur is en 13 hoog alkalisch. Een neutrale oplossing heeft een pH van 7. 

De pH wordt uitgedrukt als negatieve logaritme van de concentratie H3O+ ionen in die oplossing. In formulevorm is dit gedefinieerd als 

pH = -log [H₃O⁺]

Vaak wordt aangegeven dat pH de concentratie H+ is. Het juiste referentie-ion is het hydronium ion (H3O+), dat zich vormt als

H⁺+ H₂O ↔ H₃O⁺

Meetmethodes

Het meten van de pH kan met strips, een pH-indicator in de oplossing, of met een meetinstrument.

Strips

Het meten met een strip is gebasseerd op het feit dat de (chemische) verbinding lakmoes rood kleurt in een zure en blauw in een basische oplossing. De pH kan ook vastgesteld worden door een stukje lakmoespapier in de vloeistof te dompelen. De verkleurde strip wordt vergeleken met de bijgeleverde kleurenschaal. 

Indicatoren

Bij (chemische) processen is het vaak noodzakelijk de pH in de vloeistof te kennen, of wil je deze bijstellen naar een andere waarde. Dit kan door een pH-indicatorvloeistof toe te voegen die binnen een nauwe pH-range van kleur verandert. Deze pH-indicatoren zijn echter niet food grade. 

Meetinstrumenten

Meetinstrumenten om de pH te meten werken allemaal volgens hetzelfde meetprincipe: een sensor (electrode) die gevoelig is voor het waterstof-ion stelt de concentratie hydronium-ionen vast en vergelijkt deze met een referentiesignaal. De meet-electrode geeft een potentiaal op basis van de aanwezige waterstofionen, de referentie electrode geeft een vast potentiaal. Het potentiaalverschil tussen deze twee is een maat voor de pH van de oplossing. 

Goed om te weten is dat de factor temperatuur het potentiaalverschil tussen beide electrodes beïnvloedt. Bij een lage temperatuur neemt de spanning af, bij een hogere temperatuur neemt deze toe. Voor nauwkeurige metingen moet je hiervoor compenseren. Moderne pH-sensoren beschikken doorgaans over een zogenaamde Automatische Temperatuur Compensatie (ATC).

Er zijn verschillende typen pH-sensoren. Zo zijn er sensoren met een puntvormige tip om in ‘vaste stoffen’ te meten en sensoren waarbij er een mes voor de tip is geplaatst zodat  bijvoorbeeld vlees eerst kan worden ingesneden. 

Een correcte meting

Vervuiling op de sensor kan de meting flink verstoren. pH-meters geven ondanks  vervuiling wel een waarde aan. Het is goed om je te realiseren dat deze waarde veelal niet correct is. Reinigen van de electrode mag alleen gebeuren met een speciale reinigingsvloeistof. Dit om te voorkomen dat de gevoelige membraan beschadigt. 

Kalibreren van de pH-meter doe je met buffer-oplossingen. Vaak is een tweepunts kalibratie voldoende. Dan kan je volstaan met een bufferoplossing in het zure traject (pH 4) en in het neutrale traject (pH 7). Soms wordt een driepuntskalibratie uitgevoerd, waarbij een meting in een alkalische buffer (pH 10) wordt toegevoegd. Kalibratie moet minimaal elke dag (voorafgaand aan de meting) worden uitgevoerd. 

Aandachtspunten bij het meten van pH

• Het meten van de pH van sappen is een vrij gemakkelijke exercitie. Hou wel rekening met de temperatuur van het sap als er gebruik gemaakt wordt van een electrode zonder ATC. 
• Bij het meten van de pH in vloeibare zuivelproducten is de kans groot dat vet en eiwit de sensor van de pH-meter vervuilt. Bij een vervuilde sensor loopt de gemeten waarde (heel) langzaam naar een eindwaarde, welke niet de juiste pH kan zijn. 
• Bij het meten van de pH in halfvaste producten, zoals vlees, is het van belang te zien waar je meet. Bij het maken van de insnede in het vlees, komt er vocht uit de cellen. Deze vermengt zich met vocht tussen de cellen. Als de pH binnen en buiten de cel verschilt, beinvloedt dat de gemeten pH. Als de sensor in een vet deel van het vlees terechtkomt, is de meting niet correct: vet is immers geen waterige oplossing. 
• Direct na slacht vinden er in vlees allerlei biochemische processen plaats. De snelheid waarop deze plaatsvinden is afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de temperatuur van het karkas. Wil men inzicht krijgen in het verloop van deze processen, dan is het meten op eenzelfde plaats in een karkas noodzakelijk om het proces goed te kunnen volgen. Vlees bevat, naast vet en eiwit, een behoorlijke hoeveelheid vocht waarin zich ook hydronium-ionen bevinden. Een deel van het vocht is gebonden, een deel is vrij beschikbaar. Bij een pH-meting zal men de concentratie hydronium-ionen in dit vrij beschikbare vocht meten.
• De structuur in de kern van groente en fruit kan verschillen van de structuur aan de buitenkant. Je kunt ervoor kiezen bewust op een bepaalde locatie te meten. Een andere optie is om het product te pureren een een gemiddelde pH te bepalen. Bij de rapportage van de pH moet worden benoemd welke methode is gebruikt.
• Bij het meten van producten zoals kaas, waarin vrijwel geen vocht in aanwezig is, loop je het risico dat de waarde op de pH-meter niet de ‘echte’ pH is omdat er niet in een waterige oplossing wordt gemeten. Bovendien raakt de sensor zeer snel vervuild door het aanwezige vet en de eiwitten. Het is noodzakelijk om veelvuldig met een reinigingvloeistof de tip van de sensor te reinigingen om de juiste waarden te blijven meten.  

Conclusie

Het meten van de pH moet op de juiste manier gebeuren. De gebruikte werkwijze en methode moet duidelijk worden gerapporteerd. Alleen op die manier kunnen de gegevens juist worden geïnterpreteerd en kan de meting door anderen worden herhaald.

Referentie:
https://nl.wikipedia.org/wiki/Lakmoes
https://nl.wikipedia.org/wiki/PH-indicator
pH theory guide Mettler Toledo
Hanna Instruments, wat is pH