第三章 水分的分析測定

1、第三章 水分的測定（2h）第一節(jié) 概述第二節(jié) 水在食品中存在的狀態(tài)第三節(jié) 水分的測定方法 （干燥法、蒸餾法、化學(xué)法、其他） 水是生命之源第一節(jié) 概述 o水對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 食品中水分的測定方法）食品標(biāo)準(zhǔn)與水分含量食品名稱標(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

2、果 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、無氮抽全部殘留物，包括蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、無氮抽出物、灰分等。出物、灰分等。水分含量與固形物含量的關(guān)系水分測定的意義水分測定的意義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

3、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：測定水分含量（注水肉），揭露摻假監(jiān)控：測定水分含量（注水肉），揭露摻假行為。行為。o水分含量的測定是食品分析的重要項目之一，水分含量的測定是食品分析的重要項目之一，貫穿于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、市場監(jiān)督等過程。貫穿于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、市場監(jiān)督等過程。 第二節(jié)第二節(jié) 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)合強弱合強弱的不同，可把食品中的水分為三類 ： 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親和水親和水是強極性

4、基團單分子外的幾個水分子層所包含的水，以及與非水組分中弱極性基團以氫鍵結(jié)合的水。o結(jié)合水結(jié)合水以配價鍵結(jié)合，其結(jié)合力大，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？ 不同狀態(tài)水揮發(fā)的難易程度如何？第三節(jié) 水分的測定方法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) 測定水分的方法 干燥法 蒸餾法 卡爾費休法特點：準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好，應(yīng)用范圍較廣； 但費時，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)測定的方法特點：準(zhǔn)確度低，快速，自動連續(xù)干燥法（又稱重量法）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

5、根據(jù)樣品前后失重來計算水分含量的方法，稱為干燥法。 常壓干燥法（常壓烘箱干燥法） 減壓干燥法（真空烘箱干燥法）采用干燥法測定水分的前提條件：o水分是樣品中唯一的揮發(fā)物質(zhì)； o通過干燥可以較徹底地去除樣品中的水分； o在加熱過程中，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。 思考題：什么時候必須選擇減壓干燥法？思考題：什么時候必須選擇減壓干燥法？水分測定操作過程 樣品接受 預(yù)處理（樣品、稱量瓶） 準(zhǔn)確稱取適量樣品于恒重稱量瓶中 在規(guī)定條件下干燥 冷卻 稱量 干燥 冷卻 稱量 恒重 實驗結(jié)果處理 主要操作條件和要點o預(yù)處理(樣品、稱量瓶、海砂）o樣品重量和稱量瓶規(guī)格o干燥設(shè)

6、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)處理方法固體切細或磨碎。谷類約18目，其他食品3040目半固體或液體 準(zhǔn)備好潔凈、恒重、內(nèi)含適量海沙和一根小玻棒的蒸發(fā)皿；精密稱量適量樣品于蒸發(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，將固形物含量控制在20 30%；2、面包類水分含量大于16%的谷類食品，可采用二步干燥法。稱量瓶的預(yù)處理預(yù)處理o用烘箱進行干燥處理，在100的烘箱進行重復(fù)干燥，以使其達到恒重（兩次稱量質(zhì)量差不超過2mg）。o干燥之后的稱量皿

7、應(yīng)存放在干燥器中。稱量瓶放入烘箱內(nèi)，蓋子稱量瓶放入烘箱內(nèi)，蓋子應(yīng)該打開，斜放在旁邊，應(yīng)該打開，斜放在旁邊，取出時先蓋好蓋子，用紙取出時先蓋好蓋子，用紙條取，放入干燥器內(nèi)，冷條取，放入干燥器內(nèi)，冷卻后稱重。卻后稱重。海砂的預(yù)處理o用水洗去泥土的海砂或河沙，先用6mol/L鹽酸煮沸半小時，用水洗到中性，再用6mol/L氫氧化鈉溶液煮沸半小時，用水洗到中性，經(jīng)105烘干后備用。樣品重量和稱量瓶規(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樣品重量和稱量瓶規(guī)格b.稱量瓶及其規(guī)格稱量瓶玻璃耐酸堿，不受樣品性質(zhì)的限制，常用于常壓干燥法。鋁

8、質(zhì)質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性強，但對酸性食品不適宜，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5cm，高度至少2cm直徑加大，高度至少3cm選擇稱量皿的大小要合適，一般樣品選擇稱量皿的大小要合適，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 對流式：溫差最大 普通電熱烘箱 強力循環(huán)通風(fēng)式：溫差最小特定溫度和時間條件下，應(yīng)考慮不同類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、壓力和干燥時間。干燥溫度 根據(jù)經(jīng)驗，準(zhǔn)確度要求不高的。壓 力常壓、減壓干燥時間 a.干燥到恒重b.規(guī)定一定的干燥時間干燥溫度干燥溫度o一般是一般是 95951

9、05 105 ；o對含還原糖較多的食品應(yīng)先（對含還原糖較多的食品應(yīng)先（50506060）干燥然后再干燥然后再105105加熱。加熱。o對熱穩(wěn)定的谷物可用對熱穩(wěn)定的谷物可用120120130 130 干燥。干燥。o對于脂肪高的樣品，后一次重量可能高于對于脂肪高的樣品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），應(yīng)用前一次的前一次（由于脂肪氧化），應(yīng)用前一次的數(shù)據(jù)計算。數(shù)據(jù)計算。干燥時間干燥時間a. a.恒重恒重最后兩次重量之差最后兩次重量之差 2 mg 2 mg 。 基本保證水分蒸發(fā)完全。基本保證水分蒸發(fā)完全。b.b.規(guī)定時間規(guī)定時間根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法的要求。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法的要求。避免手段避免手段：使用清

10、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、無水硫酸鈉 在干燥過程中，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)其顏色由藍色減退或變成紅色時，應(yīng)及時更換；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

11、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)甚微且對熱穩(wěn)定的食品。 樣品的制備、測定及結(jié)果計算a . 采集，處理，保存過程中，要防止組分采集，處理，保存過程中，要防止組分發(fā)生變化，特別要防止水分的丟失或受潮。發(fā)生變化，特別要防止水分的丟失或受潮。b. 固體樣品要磨碎（粉碎），谷類達固體樣品要磨碎（粉碎），谷類達18目，其他目，其他3040目。目。c. 液態(tài)樣品要在水浴上先濃縮，然后液態(tài)樣品要在水浴上先濃縮，然后進干燥箱，不然烘箱受不了。進干燥箱，不然烘箱受不了。樣品的預(yù)處理（對分析結(jié)果影響較大）樣品的預(yù)處理（對分析結(jié)果影響較大）二步干燥法

12、o對于水分含量在16%以上的樣品，如面包之類的谷類食品，先將樣品稱出總質(zhì)量后，切成厚為23mm的薄片，在自然條件下風(fēng)干1520h，使其與大氣濕度大致平衡，然后再次稱量，并將樣品粉碎、過篩、混勻，放于稱量瓶中以烘箱干燥法測定水分。 稱取樣品105干燥稱量瓶恒重24小時干燥器內(nèi)冷卻兩次差不超過2mg為恒重0.5小時后稱重再烘 l小時冷卻稱重水分測定結(jié)果的計算水分測定結(jié)果的計算萬變不離其宗的基本原理：萬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干燥前稱量瓶和樣品的質(zhì)量,g；m2干燥后

13、稱量瓶和樣品的質(zhì)量,g；m3恒重稱量瓶的質(zhì)量，g。 34122351()100mmmmmmmXmm1新鮮樣品總質(zhì)量，g；m2風(fēng)干后樣品的質(zhì)量，g；m3干燥前樣品與稱量瓶的質(zhì)量，g；m4干燥后樣品與稱量瓶的質(zhì)量，g；m5稱量瓶質(zhì)量，g。 二步干燥法 直接干燥法100)(41321mmmmmXm1干燥前樣品和稱量瓶質(zhì)量，g；m2海砂（或無水硫酸鈉）質(zhì)量，g；m3干燥后樣品、海砂及稱量瓶的總質(zhì)量，g；m4恒重稱量瓶質(zhì)量，g。 加海沙或其他方法說明和注意事項 o直接干燥法測定食品中水分是國家標(biāo)準(zhǔn)第一法。 o該方法不能完全排出食品中的結(jié)合水，所以它不可能測出食品中真正的水分。 o設(shè)備和操作簡單，但時間較

14、長，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原理原理：在低壓條件下，水分的沸點會隨之降低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：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 樣品的測定及方法 步驟：放入樣品連接泵，抽出箱內(nèi)空氣至所需壓力（一般為4053kPa），并同時加熱至所需溫度（55左右）關(guān)閉真空泵，停止抽氣保持一定的溫度和壓力干燥打開活

15、塞待壓力恢復(fù)正常后再打開方法說明及注意事項 o壓力一般為4053kPa，溫度為5060。 實際應(yīng)用時可根據(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)定真空度時起計算干燥時間；恒重一般以減量不超過0.5mg時為標(biāo)準(zhǔn)，但對受熱后易分解的樣品則可以不超過13mg的減量值為恒重標(biāo)準(zhǔn)。 其他干燥法其他干燥法 o化學(xué)干燥法：將某種對于水蒸氣具有強烈吸附的化學(xué)藥品與含水樣品一同裝入一個干燥容器，通過等溫擴散及吸附作用而使樣品達到干燥恒重。 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

16、控制、選擇性吸收、加熱效率高 紅外線干燥法 o是一種快速測定水分快速測定水分的方法，它以紅外線發(fā)熱管為熱源，通過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有機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中的水分含量。o直接蒸餾：使用沸點比水高、與水互不相溶的溶劑，在遠高于水沸點的溫度下加熱 o回流蒸餾：使用沸點僅比水略高的溶劑如甲苯、二甲苯和苯 適用范圍 設(shè)備簡單經(jīng)濟，管理方便，準(zhǔn)確度能夠滿足常規(guī)分析的要求，快速。 對于谷類、干果、油類、香料等樣品，分析結(jié)果準(zhǔn)確，特別是對于香料，蒸餾

17、法是唯一的、公認的水分測定法。 操作方法 儀器 稱取樣品適量加入5075mL新蒸餾的甲苯（或二甲苯）使樣品浸沒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時密度0.9982g/mL計算質(zhì)量含量；V接收管內(nèi)水的體積，mL；m樣品的質(zhì)量，g。 方法說明和注意事項 o蒸餾法為食品水分測定國家標(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有機溶劑的選擇： 考慮能否完全濕潤樣品、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)定常選用低沸點的（苯

18、、甲苯或甲苯-二甲苯）：如對于含糖的樣品宜選用苯作為溶劑 三、卡爾三、卡爾- -費休（費休（Karl-FischerKarl-Fischer）法）法 o簡稱費休法或K-F法 o屬于碘量法，被廣泛應(yīng)用于多種化工產(chǎn)品的水分測定。o迅速而又準(zhǔn)確，且不需加熱o在很多場合，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，用于校正其它分析方法 原理o基于水存在時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)順利向右進行C5H5NI2C5H5NSO2C5H5NH2O2C5H5NHIC5H5NSO3 C5H5NSO3CH3OHC5H5N(H

19、)SO4CH3 通常碘、二氧化硫、吡啶按通常碘、二氧化硫、吡啶按1 1：3 3：1010的比例溶解在甲醇的比例溶解在甲醇溶液中，該溶液被稱為卡爾溶液中，該溶液被稱為卡爾- -費休法試劑，通常用純水作費休法試劑，通常用純水作為基準(zhǔn)物來標(biāo)定該試劑。為基準(zhǔn)物來標(biāo)定該試劑。過量的碘指示終點（顏色、雙指示電極安培滴定法）過量的碘指示終點（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定，特別適用于痕量水分分析（如面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶葉、乳粉、煉乳及香料等）o其測定準(zhǔn)確性比直接干燥法要高；o也是測定脂肪和油類物品中微量水分的理想方法。 卡爾-費休水分測定儀 卡爾-費

20、休試劑的標(biāo)定 （？要標(biāo)定）o50mL的無水甲醇（水0.05%）加入反應(yīng)器中，接通電源，啟動電磁攪拌器，先用卡爾-費休試劑滴入甲醇中使其中殘存的微量水分與試劑作用達到計量點，不記錄卡爾-費休試劑的消耗量。o用微量注射器從加料口注入10L蒸餾水，用卡爾費-休試劑滴定至終點，記錄試劑的消耗量。 終點：I2，有水時呈淡黃色，接近終點時呈琥珀色，剛出現(xiàn)微弱的黃綜色時，為滴定終點。T卡爾-費休試劑的水質(zhì)量（mg/mL）m水的質(zhì)量，g； V 滴定消耗卡爾-費休試劑的體積，mL。 1 0 0 0mTV計算公式樣品水分的測定 固體樣品必須要先粉碎均勻。準(zhǔn)確取0.300.50g樣品，測定步驟同上。結(jié)果計算 10T

21、VXmX樣品中的水分含量，mg/100mg；T卡爾-費休試劑的水質(zhì)量，mg/mL；V滴定所消耗卡爾費休試劑，mL； m樣品的質(zhì)量，g。 說明及注意事項 o樣品的顆粒大小非常重要。通常樣品細度約為40目，宜用破碎機處理，不用研磨機以防水分損失。 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，都會與卡爾-費休試劑所含組分起反應(yīng)，干擾測定。（偏高或低？） 四、其他方法介電容量法介電容量法 ：根據(jù)樣品的介點常數(shù)與含水率有關(guān)，以含水食品作為測量電極間的充填介質(zhì)，通過電容的變化達到對食品水分含量的測定。需要使用已知水分含量的樣品（標(biāo)準(zhǔn)方法測定）制定標(biāo)準(zhǔn)曲線進行校準(zhǔn)。需要考慮樣品的密

22、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，可導(dǎo)致其電流傳導(dǎo)性隨之變化，因此通過測量樣品的電阻來確定水分含量，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，每個樣品的測定時間必須恒定為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，一般指波長為0.751000m的光o根據(jù)水分對某一波長的紅外光的吸收強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水分法。 折光法折光法 o通過測量物質(zhì)的折射率來鑒別物質(zhì)的組成、確定物質(zhì)的純度、濃度及判斷物質(zhì)的品質(zhì)的分析方法稱為折光法。o測定可溶性固形物的含量 水分活度值的測定水分活度值的測定 一

23、、水分活度值的一、水分活度值的測定意義測定意義 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（逸度是溶劑從溶液中逃脫的趨勢）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

24、般說來，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)手冊中查出；ERH平衡相對濕度（Equilibrium Relative Humidity），它是指食品中水分蒸發(fā)達到平衡時（即單位時間內(nèi)脫離食品的水的摩爾數(shù)等于返回食品的水摩爾數(shù)的時候），食品上方恒定的水蒸汽分壓與在此溫度時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)量分數(shù)； 水分活度水分活度值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。 相對濕度相對濕度指的卻是食品周

25、圍的空氣狀態(tài)。 測定食品的水分活度值的意義 o對食品的色、香、味、組織結(jié)構(gòu)和食品品質(zhì)有影響：褐變o對食品的保藏穩(wěn)定性有重要影響二、水分活度測定方法二、水分活度測定方法 在食品中工業(yè)中對于水分活度的測定方法很多，如蒸汽壓力法、電濕度計法、溶劑萃取法、近似計算法和水分活度測定儀等。 A Aww測定儀法測定儀法 o原理：在一定的溫度下，用標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液校正Aw測定儀的Aw值，在同一條件下測定樣品，利用測定儀上的傳感器，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，利用測得的剩余固體的質(zhì)量質(zhì)量計算