水分及相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

1、第四章 水分及相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定第一節(jié) 概述第二節(jié) 水分的測(cè)定方法（干燥法、蒸餾法、 化學(xué)法、其他）第三節(jié) 水分活度的測(cè)定 水是生命之源第一節(jié) 概述 o水對(duì)食品體系的重要性水是食品的天然成分，影響食品的狀態(tài)、感官性狀、對(duì)腐敗的敏感性等。水分含量是許多食品的法定標(biāo)準(zhǔn)（ GB5009.3 食品中水分的測(cè)定方法）食品標(biāo)準(zhǔn)與水分含量食品名稱(chēng)標(biāo) 準(zhǔn)水分（%）餅干GB7100 6.5 %麥乳精GB7101 2.5%方便面GB 17400 油炸面： 8.0 %非油炸面： 12.0 % 熟肉制品 GB2726 肉干、肉松、其它熟肉干制品： 20.0% 肉脯、肉糜脯 ： 16.0%油酥肉松、肉粉松： 4.0%干果

2、GB16325 桂園、荔枝： 25%柿餅： 35%葡萄干： 20%水分的定義(GB5009.3 )o食品中的水分一般是指在100左右直接干燥的情況下，所失去物質(zhì)的總量。o水分和水分含量固形物固形物 (%) = 100 % (%) = 100 % 水份（水份（%） 食品中的固形物食品中的固形物指食品內(nèi)將水分排除后的指食品內(nèi)將水分排除后的全部殘留物，包括蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、無(wú)氮抽全部殘留物，包括蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、無(wú)氮抽出物、灰分等。出物、灰分等。水分含量與固形物含量的關(guān)系水在食品中存在的狀態(tài)水在食品中存在的狀態(tài) 根據(jù)水在食品中所處的狀態(tài)狀態(tài)不同以及與非水組分結(jié)結(jié)合強(qiáng)弱合強(qiáng)弱的不同，可把食品中

3、的水分為兩類(lèi) ： o自由水自由水是靠分子間力形成的吸附水。保持水本身的物理特性，溶液狀態(tài)，能作為膠體的分散劑和鹽的溶劑，易蒸發(fā)，能結(jié)冰。o結(jié)合水結(jié)合水是強(qiáng)極性基團(tuán)單分子外的幾個(gè)水分子層所包含的水，以及與非水組分中弱極性基團(tuán)以氫鍵結(jié)合的水。其結(jié)合力較大，很難用蒸發(fā)的方法分離出去，在食品內(nèi)部不能作為溶劑。 思考題：水在食品中存在的狀態(tài)有哪幾類(lèi)？ 不同狀態(tài)水揮發(fā)的難易程度如何？水分測(cè)定的意義水分測(cè)定的意義o企業(yè)：水分是影響食品質(zhì)量的重要因素，控企業(yè)：水分是影響食品質(zhì)量的重要因素，控制水分是保障食品不變質(zhì)的手段之一。制水分是保障食品不變質(zhì)的手段之一。o監(jiān)控：測(cè)定水分含量（注水肉），揭露摻假監(jiān)控：測(cè)定水

4、分含量（注水肉），揭露摻假行為。行為。o水分含量的測(cè)定是食品分析的重要項(xiàng)目之一，水分含量的測(cè)定是食品分析的重要項(xiàng)目之一，貫穿于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、市場(chǎng)監(jiān)督等過(guò)程。貫穿于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、市場(chǎng)監(jiān)督等過(guò)程。 第二節(jié) 水分的測(cè)定方法o直接法直接法利用水分本身的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) 測(cè)定水分的方法。 干燥法 蒸餾法 卡爾費(fèi)休法特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好，應(yīng)用范圍較廣； 但費(fèi)時(shí)，人工操作o間接法間接法利用食品的比重、折射率、電導(dǎo)、介電 常數(shù)等物理性質(zhì)測(cè)定的方法。特點(diǎn)：準(zhǔn)確度低，快速，自動(dòng)連續(xù)干燥法（又稱(chēng)重量法）o在一定的溫度和壓力條件下，將樣品加熱干燥，蒸發(fā)以排除其中水分并根據(jù)樣品前后失重來(lái)計(jì)算水分含量的方法，稱(chēng)

5、為干燥法。 常壓干燥法（常壓烘箱干燥法） 干燥法 減壓干燥法（真空烘箱干燥法）采用干燥法測(cè)定水分的前提條件：o水分是樣品中唯一的揮發(fā)物質(zhì)； o水分揮發(fā)要完全； o在加熱過(guò)程中，樣品中的其它組分可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但其引起的重量變化可以忽略不計(jì)。 思考題：什么時(shí)候必須選擇減壓干燥法？思考題：什么時(shí)候必須選擇減壓干燥法？主要操作條件和要點(diǎn)o預(yù)處理(樣品、稱(chēng)量瓶、海砂）o樣品重量和稱(chēng)量瓶規(guī)格o干燥設(shè)備o干燥條件o干燥劑樣品預(yù)處理o原則：在采集、處理和保存過(guò)程中，須防止組分發(fā)生變化和水分散失。樣品性質(zhì)預(yù)處理方法固體切細(xì)或磨碎。谷類(lèi)約18目，其他食品3040目半固體或液體 準(zhǔn)備好潔凈、恒重、內(nèi)含適量海沙和

6、一根小玻棒的蒸發(fā)皿；精密稱(chēng)量適量樣品于蒸發(fā)皿中，用不玻棒攪勻后置于沸水浴上，邊攪拌邊蒸發(fā)，蒸干后擦去皿底水滴，再置于干燥箱內(nèi)。1、糖漿、甜煉乳等濃稠液體，一般要加水稀釋?zhuān)瑢⒐绦挝锖靠刂圃?0 30%；2、面包類(lèi)水分含量大于16%的谷類(lèi)食品，可采用二步干燥法。樣品重量和稱(chēng)量瓶規(guī)格a.樣品重量：一般控制干燥殘留物在1.53g樣 品稱(chēng)樣量（g）固態(tài)、濃稠態(tài)食品35果汁、牛乳等液態(tài)食品1520樣品重量和稱(chēng)量瓶規(guī)格b.稱(chēng)量瓶及其規(guī)格稱(chēng)量瓶玻璃耐酸堿，不受樣品性質(zhì)的限制，常用于常壓干燥法。鋁質(zhì)質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性強(qiáng)，但對(duì)酸性食品不適宜，常用于減壓干燥法。規(guī)格玻璃底部直徑：45cm，6.5 9.0cm鋁質(zhì)直徑5

7、cm，高度至少2cm直徑加大，高度至少3cm選擇稱(chēng)量皿的大小要合適，一般樣品選擇稱(chēng)量皿的大小要合適，一般樣品 1/3高度。高度。干燥設(shè)備干燥設(shè)備 真空烘箱烘箱 對(duì)流式：溫差最大 普通電熱烘箱 強(qiáng)力循環(huán)通風(fēng)式：溫差 最小特定溫度和時(shí)間條件下，應(yīng)考慮不同類(lèi)型的烘箱而引起的溫差變化干燥條件o根據(jù)樣品的性質(zhì)以及分析目的選擇干燥的溫度、壓力和干燥時(shí)間。干燥溫度 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確度要求不高的。壓 力常壓、減壓干燥時(shí)間 a.干燥到恒重b.規(guī)定一定的干燥時(shí)間避免手段避免手段：使用清潔干燥的海砂和樣品一起攪拌均勻，再將樣品加熱干燥直至恒重。作用作用：防止表面硬皮的形成；可以使樣品分散，減少樣品水分蒸發(fā)的障礙。 用

8、量用量：依樣品量而定，一般每3g樣品加2030g海砂就能使其充分分散。 其他其他：硅藻土、無(wú)水硫酸鈉 在干燥過(guò)程中，一些食品原料可能易形成硬皮或塊狀，結(jié)果成不穩(wěn)定或錯(cuò)誤。干燥器中的干燥劑o干燥器中一般采用硅膠作為干燥劑，當(dāng)其顏色由藍(lán)色減退或變成紅色時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換；o干燥劑在135下干燥23h后可重新利用。 常壓烘箱干燥法（直接干燥法）常壓烘箱干燥法（直接干燥法）o原理原理：在一定溫度（ 95105）和壓力(常壓）下，將樣品放在烘箱中加熱干燥，除去蒸發(fā)的水分，干燥前后樣品的質(zhì)量之差即為樣品的水分含量。o適用范圍適用范圍：適用于在95105下，不含或含其他揮發(fā)性物質(zhì)甚微且對(duì)熱穩(wěn)定的食品。 水分測(cè)定

9、結(jié)果的計(jì)算水分測(cè)定結(jié)果的計(jì)算萬(wàn)變不離其宗的基本原理：萬(wàn)變不離其宗的基本原理：o適宜條件下干燥到恒重后，樣品失去物質(zhì)的總質(zhì)量除以樣品的質(zhì)量，乘以100%。1003121mmmmXX樣品中的水分含量，g/100g；m1干燥前稱(chēng)量瓶和樣品的質(zhì)量,g；m2干燥后稱(chēng)量瓶和樣品的質(zhì)量,g；m3恒重稱(chēng)量瓶的質(zhì)量，g。 直接干燥法方法說(shuō)明和注意事項(xiàng) o直接干燥法測(cè)定食品中水分是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第一法。 o該方法不能完全排出食品中的結(jié)合水，所以它不可能測(cè)出食品中真正的水分。 o設(shè)備和操作簡(jiǎn)單，但時(shí)間較長(zhǎng)，不適合含易揮發(fā)物質(zhì)、高脂肪、高糖食品及含有較多的高溫易氧化、易揮發(fā)、易分解物質(zhì)的食品。 減壓干燥法減壓干燥法 o原理

10、原理：在低壓條件下，水分的沸點(diǎn)會(huì)隨之降低o適用范圍適用范圍：適用于在100以上加熱容易變質(zhì)及含有不易除去結(jié)合水的食品，如淀粉制品、豆制品、罐頭食品、糖漿、蜂蜜、蔬菜、水果、味精、油脂等。 o優(yōu)點(diǎn)：可以防止：含脂肪高的樣品在高溫下的脂肪氧化；含糖高的樣品在高溫下的脫水炭化；含高溫易分解成分的樣品在高溫下分解等 方法說(shuō)明及注意事項(xiàng) o壓力一般為4053kPa，溫度為5060。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)樣品性質(zhì)及干燥箱耐壓能力不同而調(diào)整壓力和溫度 o自干燥箱內(nèi)部壓力降至規(guī)定真空度時(shí)起計(jì)算干燥時(shí)間；恒重一般以減量不超過(guò)0.5mg時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)受熱后易分解的樣品則可以不超過(guò)13mg的減量值為恒重標(biāo)準(zhǔn)。 其他干燥

11、法其他干燥法 o化學(xué)干燥法：將某種對(duì)于水蒸氣具有強(qiáng)烈吸附的化學(xué)藥品與含水樣品一同裝入一個(gè)干燥容器，通過(guò)等溫?cái)U(kuò)散及吸附作用而使樣品達(dá)到干燥恒重。 o微波烘箱干燥法：微波是指頻率范圍為103105MHz的電磁波。微波加熱是靠電磁波把能量傳播到被加熱物體的內(nèi)部。加熱速度快、均勻性好、易于瞬時(shí)控制、選擇性吸收、加熱效率高 紅外線干燥法 o是一種快速測(cè)定水分快速測(cè)定水分的方法，它以紅外線發(fā)熱管為熱源，通過(guò)紅外線的輻射熱和直接熱加熱樣品，高效迅速地使水分蒸發(fā)。 o加熱迅速，精密度差二、蒸餾法二、蒸餾法 o采用與水互不相溶的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑與樣品中的水分共沸蒸餾，收集餾分于接收管內(nèi)，從所得的水分的容量求出樣品

12、中的水分含量。o直接蒸餾：使用沸點(diǎn)比水高、與水互不相溶的溶劑，在遠(yuǎn)高于水沸點(diǎn)的溫度下加熱 o回流蒸餾：使用沸點(diǎn)僅比水略高的溶劑如甲苯、二甲苯和苯 適用范圍 設(shè)備簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，管理方便，準(zhǔn)確度能夠滿足常規(guī)分析的要求，快速。 對(duì)于谷類(lèi)、干果、油類(lèi)、香料等樣品，分析結(jié)果準(zhǔn)確，特別是對(duì)于香料，蒸餾法是唯一的、公認(rèn)的水分測(cè)定法。 操作方法 儀器 稱(chēng)取樣品適量加入5075mL新蒸餾的甲苯（或二甲苯）使樣品浸沒(méi)連接冷凝管與水分接收管從冷凝管頂端注入甲苯，裝滿水分接收管加熱蒸餾（2d/s) 至大部分蒸出加熱蒸餾（4d/s)沖洗讀數(shù) 100mVXX樣品中的水分含量，mL/100g； 或按水在20時(shí)密度0.9982g

13、/mL計(jì)算質(zhì)量含量；V接收管內(nèi)水的體積，mL；m樣品的質(zhì)量，g。 方法說(shuō)明和注意事項(xiàng) o蒸餾法為食品水分測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第三法 o避免了揮發(fā)性物質(zhì)以及脂肪氧化造成的誤差。 o有機(jī)溶劑的選擇： 考慮能否完全濕潤(rùn)樣品、適當(dāng)?shù)臒醾鲗?dǎo)、化學(xué)惰性、可燃性以及樣品的性質(zhì)等因素?zé)岵环€(wěn)定常選用低沸點(diǎn)的（苯、甲苯或甲苯-二甲苯）：如對(duì)于含糖的樣品宜選用苯作為溶劑 三、卡爾三、卡爾- -費(fèi)休（費(fèi)休（Karl-FischerKarl-Fischer）法）法 o簡(jiǎn)稱(chēng)費(fèi)休法或K-F法 o屬于碘量法，被廣泛應(yīng)用于多種化工產(chǎn)品的水分測(cè)定。o迅速而又準(zhǔn)確，且不需加熱o在很多場(chǎng)合，該法也常被作為水分特別是微量水分的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，用

14、于校正其它分析方法 原理o基于水存在時(shí)碘與二氧化硫的氧化還原反應(yīng)： 2H2OSO2I22HIH2SO4 上述反應(yīng)是可逆的，在體系中加入了吡啶和甲醇則使反應(yīng)順利向右進(jìn)行 C5H5NI2C5H5NSO2C5H5NH2O2C5H5NHIC5H5NSO3 C5H5NSO3CH3OHC5H5N(H)SO4CH3 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：I I2 2+SO+SO2 2+3C+3C5 5H H5 5N+CHN+CH3 3OH+HOH+H2 2O=2CO=2C5 5H H5 5NHI+CNHI+C5 5H H5 5NHSONHSO4 4CHCH3 3通常碘、二氧化硫、吡啶按通常碘、二氧化硫、吡啶按1 1：3 3：

15、1010的比例溶解在甲醇的比例溶解在甲醇溶液中，該溶液被稱(chēng)為卡爾溶液中，該溶液被稱(chēng)為卡爾- -費(fèi)休法試劑，通常用純水作費(fèi)休法試劑，通常用純水作為基準(zhǔn)物來(lái)標(biāo)定該試劑。為基準(zhǔn)物來(lái)標(biāo)定該試劑。過(guò)量的碘指示終點(diǎn)（顏色、雙指示電極安培滴定法）過(guò)量的碘指示終點(diǎn)（顏色、雙指示電極安培滴定法）適用范圍 o廣泛用于各種樣品的水分含量測(cè)定，特別適用于痕量水分分析（如砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶葉、乳粉、煉乳及香料等）o其測(cè)定準(zhǔn)確性比直接干燥法要高；o也是測(cè)定脂肪和油類(lèi)物品中微量水分的理想方法。 卡爾-費(fèi)休水分測(cè)定儀 卡爾-費(fèi)休試劑的標(biāo)定 （？要標(biāo)定）o50mL的無(wú)水甲醇（水0.05%）加入反應(yīng)器中，接通電源，

16、啟動(dòng)電磁攪拌器，先用卡爾-費(fèi)休試劑滴入甲醇中使其中殘存的微量水分與試劑作用達(dá)到計(jì)量點(diǎn)，不記錄卡爾-費(fèi)休試劑的消耗量。o用微量注射器從加料口注入10L蒸餾水，用卡爾費(fèi)-休試劑滴定至終點(diǎn)，記錄試劑的消耗量。 終點(diǎn)：I2，有水時(shí)呈淡黃色，接近終點(diǎn)時(shí)呈琥珀色，剛出現(xiàn)微弱的黃綜色時(shí)，為滴定終點(diǎn)。說(shuō)明及注意事項(xiàng) o樣品的顆粒大小非常重要。通常樣品細(xì)度約為40目，宜用破碎機(jī)處理，不用研磨機(jī)以防水分損失。 o如果食品中含有氧化劑、還原劑、堿性氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硼酸等，都會(huì)與卡爾-費(fèi)休試劑所含組分起反應(yīng)，干擾測(cè)定。（偏高或低？） 四、其他方法介電容量法介電容量法 ：根據(jù)樣品的介點(diǎn)常數(shù)與含水率有關(guān)，以含水

17、食品作為測(cè)量電極間的充填介質(zhì)，通過(guò)電容的變化達(dá)到對(duì)食品水分含量的測(cè)定。需要使用已知水分含量的樣品（標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定）制定標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行校準(zhǔn)。需要考慮樣品的密度、樣品的溫度等因素 電導(dǎo)率法電導(dǎo)率法 o原理：當(dāng)樣品中水分含量變化時(shí)，可導(dǎo)致其電流傳導(dǎo)性隨之變化，因此通過(guò)測(cè)量樣品的電阻來(lái)確定水分含量，就成為一種具有一定精確度的快速分析方法。 o必須保持溫度恒定，每個(gè)樣品的測(cè)定時(shí)間必須恒定為1min。 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法 o紅外線是一種電磁波，一般指波長(zhǎng)為0.751000m的光o根據(jù)水分對(duì)某一波長(zhǎng)的紅外光的吸收強(qiáng)度與其在樣品中的含量存在一定的關(guān)系建立了紅外吸收光譜測(cè)水分法。 折光法折光法 o通過(guò)測(cè)量

18、物質(zhì)的折射率來(lái)鑒別物質(zhì)的組成、確定物質(zhì)的純度、濃度及判斷物質(zhì)的品質(zhì)的分析方法稱(chēng)為折光法。o測(cè)定可溶性固形物的含量 第三節(jié)第三節(jié) 水分活度值的測(cè)定水分活度值的測(cè)定 一、水分活度值的一、水分活度值的測(cè)定意義測(cè)定意義 o單純的水分含量并不是表示食品穩(wěn)定性的可靠指標(biāo)。 o這是由于水與食品中的其他成分結(jié)合的方式不同而造成的。 o為了更好地定量說(shuō)明食品中的水存在狀態(tài)，更好地闡明水分含量與食品保藏性能的關(guān)系，引入水分活度（Water Activity）這個(gè)概念。 水分活度 根據(jù)平衡熱力學(xué)定律，水分活度可定義為：溶液中水的逸度（Fugacity）與純水逸度之比值 0ffAw Aw水分活度；f溶劑(水)的逸度（

19、逸度是溶劑從溶液中逃脫的趨勢(shì)）f0純?nèi)軇ㄋ┑囊荻取?也可近似地表示為溶液中水蒸汽分壓與純水蒸汽壓之比：0PP100ERH=Aw P溶液或食品中的水分蒸汽分壓，一般說(shuō)來(lái)，P隨食品中易蒸發(fā)的自由水含量的增多而加大；P0為純水的蒸汽壓，可從有關(guān)手冊(cè)中查出；ERH平衡相對(duì)濕度（Equilibrium Relative Humidity），它是指食品中水分蒸發(fā)達(dá)到平衡時(shí)（即單位時(shí)間內(nèi)脫離食品的水的摩爾數(shù)等于返回食品的水摩爾數(shù)的時(shí)候），食品上方恒定的水蒸汽分壓與在此溫度時(shí)水的飽和蒸汽壓的比值（乘以100用整數(shù)表示） 水分含量水分含量是指食品中水的總含量，即一定量食品中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 水分活度水分活度值

20、表示食品中水分存在的狀態(tài)，即反映水分與食品成分的結(jié)合程度或游離程度。結(jié)合程度越高，則水分活度值越低；結(jié)合程度越低，則水分活度值越高。 相對(duì)濕度相對(duì)濕度指的卻是食品周?chē)目諝鉅顟B(tài)。 測(cè)定食品的水分活度值的意義 o對(duì)食品的色、香、味、組織結(jié)構(gòu)和食品品質(zhì)有影響：褐變o對(duì)食品的保藏穩(wěn)定性有重要影響二、水分活度測(cè)定方法二、水分活度測(cè)定方法 在食品中工業(yè)中對(duì)于水分活度的測(cè)定方法很多，如蒸汽壓力法、電濕度計(jì)法、溶劑萃取法、近似計(jì)算法和水分活度測(cè)定儀等。 A Aww測(cè)定儀法測(cè)定儀法 o原理：在一定的溫度下，用標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液校正Aw測(cè)定儀的Aw值，在同一條件下測(cè)定樣品，利用測(cè)定儀上的傳感器，根據(jù)食品中的蒸汽壓力的變化，從儀器上的表頭上讀出指示的水分活度。 本章總結(jié)：方法的比較o原理o樣品的性質(zhì)o預(yù)期的目的原理 o烘箱干燥法是將樣品中的水分除去，利用測(cè)得的剩余固體的質(zhì)量質(zhì)量計(jì)算水分含量。非水揮發(fā)性物質(zhì)在干燥過(guò)程中也有揮發(fā)，但與揮發(fā)掉的水相比很小，常忽略不計(jì)。o蒸餾法也采用將水分從固體物質(zhì)中分離的方法，然而水分含量是直接通過(guò)測(cè)定體積體積來(lái)定量。oKarl Fischer 滴定法則基于樣品中水分發(fā)生化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)應(yīng)的原理，水分的多少可由滴定液的用量反映出來(lái)。 o介電法和傳導(dǎo)法是根據(jù)水