食品-水分活度的測定

第三章

水分及水分活度的測定§4.1概述水分含量的分析是食品分析中最重要也是最難獲得精確可靠數(shù)據(jù)的分析之一，本章將介紹測定水分的各種方法，包括方法的基本原理、操作步驟、應(yīng)用、注意點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)等；同時本章還對水分活度的測定作了介紹，作為食品質(zhì)量指標(biāo)之一，水分活度的測定與水分含量的測定具有同樣重要的意義。

一、水的作用二、食品中水分含量不同食品中水分含量的差異很大，在絕大多數(shù)食品中，水分是一個主要組成部分。

食品種類近似含水量（濕基）食品種類近似含水量（濕基）谷物制品小麥面粉（整粒）白面包（加料）玉米片椒鹽餅干通心粉（干,加料）10.313.43.04.110.2乳制品牛乳（純的,新鮮）酸奶酪（清淡，低脂）酪農(nóng)干酪切達(dá)干酪香草冰淇淋88.089.079.337.561.0食品種類近似含水量（濕基）食品種類近似含水量（濕基）脂肪和油脂人造奶油黃油（含鹽）大豆油（色拉）16.716.90甜味劑砂糖紅糖濃縮或過濾的蜂蜜01.617.1肉，家禽和魚牛肉雞肉有鰭魚，鰈魚蛋（整蛋)

63.268.679.175.3堅果核桃（干）花生(加鹽干烤)）花生醬（含鹽）4.41.61.2食品種類近似含水量/%（濕基）水果和蔬菜西瓜（未加工）橙子（未加工，帶皮）蘋果（未加工，連皮）葡萄（美國品種，未加工）葡萄干黃瓜（帶皮，未加工）馬鈴薯（未加工，新鮮帶皮）蠶豆（綠皮，未加工）

91.586.883.981.315.496.079.090.3三、水分在食品中的存在形式食品中水分去除的難易程度與它在食品中的存在形式有關(guān)，食品中水的存在形式：（1）自由水——這部分水保持水本身的物理特性，能作為膠體的分散劑和鹽的溶劑。不可移動水毛細(xì)管水自由流動水（2）結(jié)合水或束縛水

親和水——這部分水結(jié)合緊密，存在于細(xì)胞壁或原生質(zhì)中，與蛋白質(zhì)牢固地結(jié)合在一起。

結(jié)合水——這部分水屬于化學(xué)結(jié)合水，例如一水合乳糖；還有某些鹽，如Na2SO4·10H2O。四、水分含量測定的重要性

對食品分析來說，最基本最重要的方法之一就是對水分含量的測定。去除水分后剩下的干基稱為總固形物。因為水可作為一種廉價的摻入物，所以對食品制造商來說，這就意味著巨大的經(jīng)濟(jì)利益。水分含量在產(chǎn)品保藏中是一個關(guān)鍵的質(zhì)量因素，可以直接影響一些產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。如：①脫水蔬菜和水果；②奶粉；③雞蛋粉水分含量是產(chǎn)品的一個質(zhì)量因素。如：①在果醬和果凍中，防止糖結(jié)晶；②常規(guī)加工過的谷物，水分含量為4%～8%；吸潮膨脹后，水分含量為7%～8%。含水量的減少有利于產(chǎn)品的包裝和運(yùn)輸。如：①濃縮牛乳；②液體甘蔗糖（67%固形物）和液體玉米糖漿（80%固形物）；③脫水產(chǎn)品（如果水分含量太高很難包裝）；④濃縮果汁。有些產(chǎn)品的水分含量（或固形物含量）通常有專門的規(guī)定，如：①通心粉的水分含量必須≤15%；②葡萄糖漿的固形物含量必須≥70%；③菠蘿汁中可溶性固形物含量必須≥10.50Bé；食品營養(yǎng)價值的計量值要求列出水分含量。水分?jǐn)?shù)據(jù)可用于表示樣品的其他分析測定結(jié)果。一、干燥法（一）直接干燥法1原理基于食品中的水分受熱以后，產(chǎn)生的蒸汽壓高于空氣在電熱干燥箱中的分壓，使食品中的水分蒸發(fā)出來，同時，由于不斷的加熱和排走水蒸汽，而達(dá)到完全干燥的目的，食品干燥的速度取決于這個壓差的大小。2適用范圍適用于在95~l05℃范圍內(nèi)不含或含其他揮發(fā)性成分極微且對熱穩(wěn)定的各種食品。3樣品的制備、測定及結(jié)果計算§4.2水分的測定①固態(tài)樣品磨碎—混勻—稱樣皿準(zhǔn)備—稱樣皿恒重—稱樣—干燥—稱重—恒重—稱重—結(jié)果計算X――樣品中的水分含量，g/100g；m1――程量瓶和樣品的質(zhì)量，gm2-----稱量瓶和樣品干燥后的質(zhì)量g；m3――－稱量瓶的質(zhì)量g。②濃稠態(tài)樣品稱樣皿準(zhǔn)備—稱樣皿恒重—稱樣—加入海砂—攪拌均勻—干燥—稱重—恒重—稱重—結(jié)果計算③液態(tài)樣品低溫濃縮后，高溫干燥水分（%）=100%-可溶性固形物4．操作條件選擇操作條件選擇主要包括：稱樣數(shù)量稱量皿規(guī)格與預(yù)處理干燥設(shè)備干燥條件（溫度控制、樣品表面硬皮形成的控制）5.注意事項本方法不適用于膠體、高脂肪、高糖、含易氧化、易揮發(fā)物質(zhì)的食品中水分分析測定的結(jié)果包括微量的芳香油、醇、有機(jī)酸等恒重標(biāo)準(zhǔn)：兩次稱量結(jié)果<1~3mg干燥劑需及時更換或處理（二）減壓干燥法

1．原理利用在低壓下水的沸點(diǎn)降低的原理．將取樣后的稱量皿置于真空烘箱內(nèi)，在選定的真空度與加熱溫度下干燥到恒重。干燥后樣品所失去的質(zhì)量即為水分含量。

2．適用范圍適用于在較高溫度下易熱分解、變質(zhì)或不易除去結(jié)合水的食品，如糖漿、果糖、味精、麥乳精、高脂肪食品、果蔬及其制品等的水分含量測定。

3．儀器及裝置使用真空烘箱時的一些注意點(diǎn)如下：①所用的干燥溫度取決于樣品的種類;②如果被測定的樣品中有大量的揮發(fā)性物質(zhì)，應(yīng)考慮使用校正因子來彌補(bǔ)揮發(fā)量；③在真空下熱量不能被很好地傳導(dǎo)，因此稱量皿應(yīng)直接置放在金屬架上以確保熱傳導(dǎo)；④蒸發(fā)是一個吸熱過程，因此應(yīng)注意冷卻現(xiàn)象；⑤干燥時間取決于樣品的總水分含量、樣品的性質(zhì)、單位重量的表面積;⑥是否使用海砂作為分散劑以及是否含有較強(qiáng)的持水能力和易分解的高糖和其他化合物等。一般通過實驗結(jié)果來決定干燥時間，以得到良好的重現(xiàn)性。

(三)紅外線干燥法

1．原理以紅外線燈管作為熱源，利用紅外線的輻射熱與直射熱加熱試樣，高效快速地使水分蒸發(fā)，根據(jù)干燥前后失重即可求出樣品水分含量。

2.特點(diǎn)及適用范圍紅外線干燥法是一種水分快速測定方法，但其精密度較差，可作為簡易法用于測定2~3份樣品的大致水分，或快速檢驗在一定允許偏差范圍內(nèi)的樣品水分含量。一般測定一份試樣需10~30分鐘(依樣品種類不同而異)，所以，當(dāng)試樣份數(shù)較多時，效率反而降低。3.儀器二、蒸餾法

1．原理基于兩種互不相溶的液體二元體系的沸點(diǎn)低于各組分的沸點(diǎn)這一理論，將食品中的水分與甲苯或二甲苯或苯共沸蒸出，冷凝并收集餾液，由于密度不同，調(diào)出液在接收管中分層，根據(jù)餾出液中水的體積，即可計算出樣品中水分含量。2.特點(diǎn)及適用范圍對易氧化、分解、熱敏性以及含有大量揮發(fā)性組分樣品的測定準(zhǔn)確度優(yōu)于干燥法。設(shè)備簡單，操作方便，已廣泛用于谷類、果蔬、油類；香料等多種樣品的水分測定。3.儀器4.試劑甲苯或二甲苯測定食品中水分含量的回流蒸餾儀樣品置于蒸餾瓶中，并用溶劑完全浸泡↓從冷凝管頂端注入溶劑，并使之充滿雙向水分接收管↓開始時慢慢加熱，然后再加速讓其沸騰、蒸餾↓在蒸餾約進(jìn)行1h之后用滴管刷除去冷凝器和雙向接收管上部管壁上附著的水滴↓將滴管刷向上移至蒸汽冷凝管的上部↓用少量的甲苯清洗去除附著在滴管刷上的水滴↓如果水滴附在刻度接收管的上部，可把刷子倒過來用直的金屬絲把水滴刷到管子底部↓將金屬絲移回到冷凝管的上部，再用少量甲苯清洗↓在樣品中沒有水分再蒸餾出來后，重復(fù)用刷子和金屬絲去除附著的水滴↓刷子和金屬絲在從冷凝器中取出以前，用甲苯清洗V在測定收集管中的水體積之前，先讓儀器冷卻至環(huán)境溫度↓水體積×2（相對50g樣品而言）=%水分含量三、卡爾·費(fèi)休法1.原理此方法是在1853年Bunsen發(fā)現(xiàn)的基本反應(yīng)的基礎(chǔ)上建立起來的，即在有水存在時碘與二氧化硫會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

2H2O+SO2+I2→H2SO4+2HI2H2O+SO2+I2+C5H5N+H2O→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N（H）SO3·CH3

反應(yīng)顯示1mol的水需要與1mo1碘、1mo1二氧化硫、3mo1吡啶和1mo1甲醇反應(yīng)。2.特點(diǎn)及適用范圍如果樣品在加熱和真空條件下進(jìn)行水分含量分析得不到穩(wěn)定結(jié)果時，就可采用卡爾費(fèi)休滴定法進(jìn)行分析。該法適合于測定低水分含量的食品，如脫水水果和蔬菜、糖果和巧克力、咖啡和油脂，以及任何高糖高蛋白低水分的樣品。此方法快速準(zhǔn)確且不需加熱。

適合于測定水分含量大于0.03%的樣品。3儀器4測定步驟（1）卡爾費(fèi)休試劑標(biāo)定純水、無水甲醇、或二水合酒石酸鈉（含水15.66%）作基準(zhǔn)或購置標(biāo)準(zhǔn)試劑（1ml相當(dāng)于1mg水）固體樣品以無水甲醇抽提后滴定。5結(jié)果計算T――卡爾－費(fèi)休試劑對水的滴定度（mg/mL）；m－－水的質(zhì)量，g；V――滴定消耗卡爾－費(fèi)休試劑的體積，mL.當(dāng)已知KFReq后，樣品水分含量的計算如下：w――樣品中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/100mg；T――卡爾－費(fèi)休試劑對水的滴定度，mg/mL；V――滴定所消耗的卡爾－費(fèi)休試劑體積，mL；m――樣品體積，g?？栙M(fèi)休滴定法中主要的難點(diǎn)和誤差來源：（1）水分的萃取不完全（2）空氣的濕度（3）玻璃儀器壁上吸附水分（4）來自食品組分的干擾四、其它水分測定方法電化學(xué)方法（介電容量法、電導(dǎo)率法）相對密度法折光法微波法紅外光譜法冰點(diǎn)法色譜法§4.3水分活度值的測定一、測定水分活度值的意義單純的含水量并不是表示食品穩(wěn)定性的可靠指標(biāo)。日常生活中，相同含水量的食品卻有不同的腐敗變質(zhì)現(xiàn)象，在一定程度上是由于水與食品中其他成分結(jié)合的方式不同而造成的。水與食品中其他成分的緊密結(jié)合可減少微生物生長及化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致的分解變質(zhì)。水分活度Aw還是一個感官評定的重要質(zhì)量指標(biāo)，比如堅硬還是柔軟、松脆或是發(fā)粘等其他感官性質(zhì)。水分活度可以定義為：

定義：在同一條件下（溫度、濕度、壓力），溶液中的逸度與純水逸度之比，可以用食品水分蒸汽壓（P）與純水蒸汽壓（P0）之比近似。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與水分活度是兩個不同概念的。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)是指食品中水分的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)，常以質(zhì)量百分比表示。水分活度則表示食品中水分存在的狀態(tài)，反映了食品與水的親和能力的程度，它表示食品中所含的水分作為微生物化學(xué)反應(yīng)和微生物生長的可用價值，即反映水分與食品的結(jié)合程度或游離程度，其值越小，說明結(jié)合程度越高，結(jié)合的越牢固，越難以被微生物利用；其值越大，說明結(jié)合的程度越低，易被微生物利用。對與同一種食品是這樣的。不同種類的食品之間的水分活度沒有可比性。食品的水分活度不能按其水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)考慮。如，金黃色葡萄球菌生長要求的最低水分活度是0.86，而不同食品達(dá)到這個水分活度，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，如干肉23％、乳粉16％、干燥肉汁63％。所以，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)無法判斷食品的保藏性，測定和控制水分活度對于掌握食品品質(zhì)的穩(wěn)定性與保藏性具有重要的意義。0~0.25單層水分子區(qū)

0.25~0.8多層水分子區(qū)

0.8~0.9毛細(xì)管凝結(jié)水區(qū)含水量與Aw的關(guān)系等溫吸附曲線二、AW測定方法（一）儀器測定法測定原理：在一定溫度下，利用Aw測定儀裝置中的傳感器，根據(jù)食品中水的蒸汽壓力的變化，從儀器的表頭上可讀出指針?biāo)镜乃只疃取y定步驟：儀器校正：飽和BaCl2溶液樣品測定：（二）擴(kuò)散法測定原理：樣品在康威氏(conway)微量擴(kuò)散皿的密封和恒溫條件下，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。測定方法：標(biāo)準(zhǔn)系列準(zhǔn)備準(zhǔn)確稱樣吸附或解吸平衡稱量，作圖計算標(biāo)準(zhǔn)水分活性試劑的Aw值(25℃)試劑名稱Aw試劑名稱