水分分析課件

1、第二章 水分分析 Methods for the determination of water第二章 教學(xué)大綱教學(xué)目標(biāo)：掌握食品中水分含量及水分活度的常用測(cè)定方法，了解水分含量及水分活度分析方法的新進(jìn)展。重點(diǎn)：食品中水分含量及水分活度的常用測(cè)定方法。難點(diǎn)：如何根據(jù)實(shí)際分析任務(wù)選擇合適的分析方法。 Main content2.1 Introduction2.2 Methods for the determination of water content 2.2.1 烘干法 Drying 2.2.2 蒸餾法 Distillation 2.2.3 卡爾費(fèi)休法Karl-fischer method 2

2、.2.4 其它方法 2.3 Methods for the determination of water activity 2.3.1 Conways dish diffusion method 2.3.2 水分活度儀法Water activity meter method 2.3.3 溶劑萃取法 Solvent extraction 2.3.4 其它方法1. Importance of water assay是食品的主要組成成分。水分含量和分布直接影響到食品的外觀、色澤、風(fēng)味、食品的鮮度、硬軟性、流動(dòng)性、呈味性、保藏性、加工性等。 水分的含量高低，對(duì)微生物的生長(zhǎng)及生化反應(yīng)都有密切的關(guān)系。食品

3、中的水分含量與其質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益密不可分 1)水分測(cè)定是重要的質(zhì)量指標(biāo)之一 一定的水分含量可保持食品品質(zhì)，延長(zhǎng)食品保藏，各種食品的水都有各自的標(biāo)準(zhǔn)。奶粉要求水分為2.53.0%，若提高到3.5%以上，就造成奶粉結(jié)塊，則商品價(jià)值就低，水分提高后奶粉易變色，貯藏期降低。新鮮面包的水分含量若低于2830，其外觀形態(tài)干癟，失去光澤。2)水分測(cè)定是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 食品工廠可按原料中的水分含量進(jìn)行物料衡算。鮮奶含水量87.5%，用這種奶生產(chǎn)奶粉(是2.5%含水量)需要多少牛奶才能生產(chǎn)1噸奶粉(71出奶粉率)？像這樣類(lèi)似的物料衡算，均可以用水分測(cè)定的依據(jù)進(jìn)行。這也可對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)管理。水分活度與食品保質(zhì)期

4、美國(guó)：庫(kù)存食品Aw0.85不能上市銷(xiāo)售日本：庫(kù)存食品Aw0.90不能上市銷(xiāo)售我國(guó)出口食品，外商規(guī)定須表明Aw蛋糕 Aw0.81，21保質(zhì)期為 24天 Aw0.85，21保質(zhì)期為 12天化合水Constitutional water: 與食品成分結(jié)合最牢的水，是非水物質(zhì)的組成部分。在-40下不結(jié)冰無(wú)溶解溶質(zhì)的能力與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)為0不能被微生物利用 鄰近水Vicinal water: 結(jié)合強(qiáng)度較次的結(jié)合水，處于非水成分的大多數(shù)親水基團(tuán)的第一層位置的水在-40下不結(jié)冰無(wú)溶解溶質(zhì)的能力與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)大大減少不能被微生物利用 單層水=化合水+鄰近水，約占高水分食品的0.5% 多層水Mul

5、tilayer water:占據(jù)單分子層水剩下的位置的幾個(gè)水層。 大多數(shù)多層水在-40下不結(jié)冰，其余可結(jié)冰，但冰點(diǎn)大大降低。有一定溶解溶質(zhì)的能力與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)大大降低不能被微生物利用Main content2.1 Introduction2.2 Methods for the determination of water content 2.2.1 烘干法 Drying 2.2.2 蒸餾法 Distillation 2.2.3 卡爾費(fèi)休法Karl-fischer method 2.2.4 其它方法 2.3 Methods for the determination of water a

6、ctivity 2.3.1 Conways dish diffusion method 2.3.2 水分活度儀法Water activity meter method 2.3.3 溶劑萃取法 Solvent extraction 2.3.4 其它方法水分含量的測(cè)定直接法利用水分本身的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)測(cè)定水分 干燥法、蒸餾法、卡爾費(fèi)休法、化學(xué)方法 間接法利用食品的物理常數(shù)通過(guò)函數(shù)關(guān) 系確定水分含量 如測(cè)相對(duì)密度、折射率、電導(dǎo)、旋光率等直接法比間接法準(zhǔn)確度高1. 干燥法Drying 常壓干燥法（應(yīng)用廣泛） 減壓干燥法（樣品加熱分解時(shí)用） 紅外線干燥法水分重量 = 原樣重量 - 干燥后重量烘箱干燥

7、冷凍干燥法：測(cè)定加熱易分解的樣品，但能耗較大干燥劑法：適合于對(duì)熱不穩(wěn)定的樣品A.直接干燥法（常壓干燥法）原理：在105和常壓下，將樣品在烘箱中加熱干燥，除去水分，干燥前后樣品的質(zhì)量之差為樣品的水分含量。特點(diǎn)：此法應(yīng)用最廣泛，操作以及設(shè)備都簡(jiǎn)單，而且有相當(dāng)高的精確度。缺點(diǎn)：不能完全排除結(jié)合水；耗時(shí)長(zhǎng)，易引起副反應(yīng)。 干燥條件干燥溫度：一般是 105；對(duì)含糖較多的食品應(yīng) 先（5060）干燥然后再105加熱。2.對(duì)熱穩(wěn)定的谷物可用120130干燥。3.對(duì)于脂肪高的樣品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），應(yīng)用前一次的數(shù)據(jù)計(jì)算。干燥時(shí)間：恒重最后兩次重量之差2mg，基本保證水分蒸 發(fā)完全。規(guī)定時(shí)

8、間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐確定。（5）操作過(guò)程 烘箱預(yù)熱 稱量皿恒重 樣品 + 稱量皿重 干燥1h 冷卻30min 稱量 干燥1h 冷卻30min 稱量 反復(fù)至恒重測(cè)量誤差溫度過(guò)高，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。樣品含有除水分以外的其它易揮發(fā)物。樣品中含有雙鍵或其他易于氧化的基團(tuán)，使殘留物增重。富含還原糖和氨基酸、蛋白質(zhì)的樣品易發(fā)生麥拉德反應(yīng)，析出水分而產(chǎn)生誤差。B.減壓干燥法原理：利用低壓下水沸點(diǎn)降低的原理，使食品中的水分在較低的溫度下快速蒸發(fā)、逸散，根據(jù)樣品干燥后失去的重量計(jì)算水分的含量。適用范圍: 特別適用于在較高溫度易分解、易變質(zhì)和不易去除結(jié)合水的樣品，如糖漿、果糖、麥乳精、高脂肪食品、果蔬及其制品等。 測(cè)定結(jié)

9、果比較接近真正水分。真空干燥箱C.紅外線干燥法熱源穿透能力強(qiáng)，速度快；溫度常壓法2. 蒸餾法Distillation1）原理：把不溶于水的有機(jī)溶劑和樣品放入蒸餾式水分測(cè)定裝置中加熱，試樣中的水分與溶劑共沸蒸出，冷凝并收集餾出液，由于水與其他組分密度不同，餾出液在有刻度的接收管中分層,根據(jù)水的體積計(jì)算水分含量。2）特點(diǎn)和使用范圍此法為一種高效的換熱方法，水分可以被迅速移去，加熱溫度比直接干燥法低。另外是在密閉的容器中進(jìn)行的，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，廣泛用于各類(lèi)果蔬、油類(lèi)等多種樣品的水分的測(cè)定。該法用于測(cè)定樣品中除水分外，還有大量揮發(fā)性物質(zhì)，例如醚類(lèi)、芳香油、揮發(fā)酸、CO2等。目前AOAC規(guī)定蒸餾法用

10、于飼料、啤酒花、調(diào)味品的水分測(cè)定，特別是香料、香精類(lèi)食品的水分測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。 5）方法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：受熱后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)比重量法少設(shè)備簡(jiǎn)單，管理方便缺點(diǎn)：水與有機(jī)溶劑易發(fā)生乳化現(xiàn)象，分層不明顯（添加戊醇或異丁醇破乳）樣品中水分可能完全沒(méi)有揮發(fā)出來(lái)水分有時(shí)附在冷凝管壁上，造成讀數(shù)誤差1） 原理：I2氧化SO2時(shí)需要有一定的水參加反應(yīng)。 I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI 此反應(yīng)具有可逆性，當(dāng)生成物 H2SO4 濃度0.05 % 時(shí)，即發(fā)生逆反應(yīng)3. 卡爾費(fèi)休法（Karl-Fischer)I2+SO2+2H2O+3C5H5N 2C5H5NHI+C5H5NSO3 氫碘酸吡啶 硫酸酐吡啶硫酸吡啶

11、很不穩(wěn)定，與水發(fā)生副反應(yīng)，形成干擾。若有甲醇存在，則可生成穩(wěn)定的化合物。將I2、 SO2、C5H5N 、CH3OH 配在一起稱為費(fèi)休試劑。I2+SO2+H2O+3C5H5N+CH3OH 2氫碘酸吡啶 +甲基硫酸吡啶理論：I2SO2C5H5NCH3OH = 1131實(shí)際：SO2、吡啶、CH3OH的用量都是過(guò)量的，反應(yīng)完畢后多余的游離碘呈現(xiàn)紅棕色，即可確定為到達(dá)終點(diǎn)。 I2SO2C5H5N = 1310（以甲醇為溶劑）每1mL卡爾費(fèi)休試劑相當(dāng)于3.5mg水 說(shuō)明是測(cè)定各種物質(zhì)中微量水分的一種方法，是測(cè)定水分最為準(zhǔn)確的化學(xué)方法；（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)） 樣品中有強(qiáng)還原性物料，包括維生素C的樣品不能測(cè)定；樣

12、品自身發(fā)生的生成或消耗水的反應(yīng)會(huì)干擾測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性 不僅可測(cè)得樣品中的自由水，而且可測(cè)出結(jié)合水，能更客觀地反映出樣品中總水分含量?？?費(fèi)休法可測(cè)定含有1%或更多水分的樣品，如砂糖、可可粉、糖蜜、煉乳、乳粉、茶葉、香精香料等食品的水分，其測(cè)定準(zhǔn)確度比直接干燥法高，是測(cè)定高脂肪和油脂類(lèi)物品中微量水分的理想方法。 電位滴定法適合于測(cè)定水分含量大于0.03的樣品，若采用庫(kù)侖電量滴定法可測(cè)定水分含量非常低的樣品，從0.03低至mg/kg級(jí)。卡爾-費(fèi)休水分測(cè)定儀 4.其它水分測(cè)定方法化學(xué)干燥法氣相色譜法微波法紅外吸收光譜法冰點(diǎn)法(6)超聲波法，直流和交流電導(dǎo)率法，介電容量法，核磁共振波譜法，中子法1

13、）原理 以高分子多孔微球?yàn)闅庀嗌V固定相，采用外標(biāo)法檢測(cè)食品中的微量水含量。氣相色譜法Gas Chromatography 2 ）測(cè)定步驟 樣品液制備 在25mL容量瓶中加入0.2g（準(zhǔn)確稱量）去離子水，用無(wú)水乙醇稀釋至刻度，定容，作為含水的標(biāo)準(zhǔn)溶液。 準(zhǔn)確稱量2.0g左右的樣品，磨碎，置于具塞的錐形瓶中，準(zhǔn)確加入無(wú)水乙醇50.00mL，混勻，超聲處理20min后，放置12h，再超聲20min后，靜置，取上層清液為供試品。 氣相色譜測(cè)定. 色譜條件：進(jìn)樣器溫度：170180；柱溫：140150，TCD檢測(cè)器溫度:150160；檢測(cè)器橋流：120150mA；載氣：氫氣；載氣流速：4050mL/m

14、in。. 取適量無(wú)水乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣溶液，等體積注入氣相色譜儀。利用色譜流出曲線的水峰面積進(jìn)行定量分析，計(jì)算出樣品中的含水量。3）注意事項(xiàng)在進(jìn)行色譜測(cè)定前，必須測(cè)定色譜系統(tǒng)的適應(yīng)性。必須使用雙柱體系。必須控制實(shí)驗(yàn)室的空氣濕度。必須減少與空氣的接觸時(shí)間。思考題1、食用油中微量水分的測(cè)定宜采用 。2、啤酒花中水分含量的測(cè)定宜采用 。 A. 常壓干燥法 B. 減壓干燥法 C. 卡爾費(fèi)休法 D. 共沸蒸餾法Main content2.1 Introduction2.2 Methods for the determination of water content 2.2.1 烘干法 Drying 2.

15、2.2 蒸餾法 Distillation 2.2.3 卡爾費(fèi)休法Karl-fischer method 2.2.4 其它方法 2.3 Methods for the determination of water activity 2.3.1 Conways dish diffusion method 2.3.2 水分活度儀法Water activity meter method 2.3.3 溶劑萃取法 Solvent extraction 2.3.4 其它方法什么是水分活度？引入水活有什么意義？一定溫度下，某種食品在密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的水蒸汽分壓和同一溫度下純水的飽和蒸汽壓的比值。 aw

16、說(shuō)明了水與各種非水成分締合的強(qiáng)度和被微生物利用的程度，能反映產(chǎn)品的穩(wěn)定性。水分活度 Water Activity水分活度的利用發(fā)酵香腸的水分活度對(duì)制品貯藏性的影響果蔬脆片的水分含量、水分活度水分活度對(duì)干制蝦仁產(chǎn)品的貨架壽命和質(zhì)構(gòu)的影響樣品制備南美白對(duì)蝦去頭尾、泥腸 2%的沸鹽水熱燙70 s 剝皮瀝干真空微波干燥 真空包裝樣品(常溫保藏) 南美白對(duì)蝦 實(shí)驗(yàn)Aw：相對(duì)濕度傳感器測(cè)定法20 時(shí)的南美白對(duì)蝦的水分吸附等溫線超過(guò)國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)Aw0.85不能上市銷(xiāo)售日本：庫(kù)存食品aw0.90不能上市銷(xiāo)售我國(guó)出口食品，外商規(guī)定須表明aw蛋糕 aw0.81，21保質(zhì)期為 24天 aw0.85，

17、21保質(zhì)期為 12天一定溫度下，某種食品在密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的水蒸汽分壓和同一溫度下純水的飽和蒸汽壓的比值。 aw：水份活度； p：樣品中水的蒸氣分壓 p0：同溫純水飽和蒸氣壓水分活度的公式N：溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)n1：水的摩爾數(shù)n2：溶質(zhì)的摩爾數(shù)水分活度的公式只有當(dāng)溶質(zhì)是非電解質(zhì)且濃度小 于1mol/L的稀溶液時(shí)，上式才成立根據(jù)拉烏耳定律，在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼艘栽撊軇┰谌芤褐械哪柗謹(jǐn)?shù)ERH：樣品周?chē)諝馄胶庀鄬?duì)濕度水分活度的公式aw是樣品的內(nèi)在性質(zhì)，而ERH是與樣品平衡的大氣的性質(zhì)僅當(dāng)樣品與環(huán)境達(dá)到平衡時(shí)才成立 AW測(cè)定方法 1. 康維皿法（坐標(biāo)內(nèi)插法） Con

18、ways dish diffusion method 2. 水分活度儀法 Water activity meter method 3. 溶劑萃取法 Solvent extraction 4. 其它方法1. 康維皿法（坐標(biāo)內(nèi)插法）1）原理 樣品在康維氏(conway)微量擴(kuò)散皿密封和恒溫條件下，分別在Aw較高和較低的標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液中擴(kuò)散平衡后，根據(jù)樣品質(zhì)量的增加(即在較高AW標(biāo)準(zhǔn)溶液中平衡后)和減少(在較低Aw標(biāo)準(zhǔn)溶至中平衡后)的量，求出樣品的水分活度。2）操作方法選擇飽和鹽溶液 康威皿外室 準(zhǔn)確稱量1.0g樣品 置于內(nèi)室 放入25恒溫箱內(nèi)平衡約2h 準(zhǔn)確稱量樣品質(zhì)量 每0.5h稱量一次 直至恒重 記下最終讀數(shù)。選用至少三種標(biāo)準(zhǔn)水分活度的飽和鹽溶液（高、中、低Aw），依次記錄增減質(zhì)量。以增加質(zhì)量為縱坐標(biāo)，各標(biāo)準(zhǔn)溶液的水分活度值為橫坐