課件食品分析

1、第五章 水分和水分活度的測定第五章 水分及水分活度的測定第一節(jié) 水分測定1.1 水分及測定意義1、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)，延長食品保藏，不同食品水分含量差別大，各自標(biāo)準(zhǔn)不同，有時(shí)若水分含量超過或降低1%，無論在質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益上均起很大的作用。例如:奶粉標(biāo)準(zhǔn)：2.53.0%，抑制微生物生長，延長保存期，若水分高于3.0% 會出現(xiàn)什么情況呢？易結(jié)塊易變色貯藏期縮短，商品價(jià)值降低；蔬菜含水量8591%，水果8090%，魚類6781%，蛋類7375%，乳類8789%，豬肉4359%。1.1 水分及測定意義保持良好的感官特性新鮮面包水分含量28-30%，若低于此含量其外觀干癟、失

2、去光澤，什么原因呢？水分損失造成淀粉微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的結(jié)果水果硬糖水分含量3.0%，過少則會出現(xiàn)返沙現(xiàn)象肉類加工中，如香腸的口味就與吸水、持水情況關(guān)系密切所以，食品的含水量對食品的鮮度、硬軟性、流動(dòng)性、呈味性、保藏性、加工性等許多方面有著至為重要的關(guān)系。1.1 水分及測定意義2、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)行物料衡算如鮮奶含水量87.5%，用這種鮮奶生產(chǎn)奶粉(2.5%含水量)需要多少牛奶才能生產(chǎn)一噸奶粉(71出奶粉率)。像這樣類似的物料衡算，均可以用水分測定的依據(jù)進(jìn)行，對生產(chǎn)管理起指導(dǎo)作用。又例如生產(chǎn)面包，100斤面需用多少斤水，要先進(jìn)行物料衡算。面團(tuán)的韌性好壞與水分有關(guān)，加水

3、量多面團(tuán)軟，加水量少面團(tuán)硬，做出的面包體積不大，影響經(jīng)濟(jì)效益。1.1 水分及測定意義3、水分含量與微生物生長及生化反應(yīng)關(guān)系密切在一般情況下要控制水分低一點(diǎn)，防止微生物生長，但是并非水分越低越好，通常微生物作用比生化作用更加強(qiáng)烈。例如大曲酒入池酒酪水分一般要求為50-55，過高過低都會影響發(fā)酵酒的質(zhì)量及發(fā)酵是否完全1.2 食品中水分存在的形式自由水(Free Water)結(jié)合水(Bound Water)1.2 食品中水分存在的形式自由水 （游離水）游離水主要存在植物細(xì)胞間隙，具有水的一切特性(100時(shí)沸騰，0以下結(jié)冰，易汽化)。游離水是我們食品的主要分散劑，可以溶解糖、酸、無機(jī)鹽等，可用簡單的熱

4、力學(xué)方法除掉。食品及其原料中的自由水有那些形式？1.2 食品中水分存在的形式結(jié)合水 Bound Water？哪些類型？如何形成？束縛水這種水與食品中脂肪Fat、蛋白質(zhì)Protein、碳水化合物Cn(H2O)n等形成結(jié)合狀態(tài)。它是通過氫鍵的形式與有機(jī)物的活性基團(tuán)結(jié)合在一起，故稱束縛水。束縛水不具有水的特性，所以要除掉這部分水是困難的。特點(diǎn)：不易結(jié)冰（冰點(diǎn)為40）；不能作為溶質(zhì)的溶劑結(jié)晶水是以配價(jià)鍵的形式存在，它們之間結(jié)合的很牢固，難以用普通方法除這一部分水。在烘干食品時(shí)，自由水就容易氣化，而結(jié)合水就難于氣化。冷凍食品時(shí)，自由水凍結(jié)，而結(jié)合水在30仍然不凍。結(jié)合水和食品的構(gòu)成成分結(jié)合，穩(wěn)定食品的活

5、性基，自由水促使腐蝕食品的微生物繁殖和酶起作用，并加速非酶褐變或脂肪氧化等化學(xué)劣變。1.3 水分測定方法 干燥法常壓、減壓、紅外、微波、化學(xué) 蒸餾法 卡爾-費(fèi)休法（K-F法）1.3 水分測定方法干燥法（1）常壓干燥法谷物中水分測定食品谷物原料主要有玉米、小麥、大米、和高粱等，水分測定常用常壓干燥法。原理食品中水分是指在常壓下、100-105加熱，但實(shí)際上在此溫度下所失去的是水和揮發(fā)性物質(zhì)的總量。儀器(需要那些必備儀器？)電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；電子天平；干燥器；稱量瓶1.3 水分測定方法干燥法測定方法將試樣粉碎后，過40目篩。稱量瓶+瓶蓋干燥箱1005干燥2h 蓋好取出立即(?)放入干燥器冷卻30

6、min 稱重重復(fù)干燥至恒重(前后兩次質(zhì)量差不超過0.5mg)。準(zhǔn)確稱取2-5g樣品已恒重稱量瓶(樣品厚度不宜超過5mm？) +瓶蓋置于干燥箱 1005干燥3h 蓋好(!?)取出立即放入干燥器冷卻30min 稱重重復(fù)干燥至恒重。1.3 水分測定方法干燥法計(jì)算水分含量=(m1-m2)/(m1-m0) 100%m0空瓶的質(zhì)量，g。m1瓶和干燥前樣品的總質(zhì)量，g。m2瓶和干燥后樣品的總質(zhì)量，g。1.3 水分測定方法干燥法注意事項(xiàng)：操作簡單，結(jié)果準(zhǔn)確，但比較費(fèi)時(shí)，且不適合膠體、高脂肪、高糖樣品及含有較多高溫易氧化、易揮發(fā)物質(zhì)樣品。測得的水分實(shí)際上還應(yīng)包含微量的芳香油、醇、有機(jī)酸等揮發(fā)性物質(zhì)。本法最低檢出

7、量為0.002g，取樣量2g時(shí)，方法檢出限為0.10g/100g，方法相對誤差5%。1.3 水分測定方法干燥法注意事項(xiàng)：半固體或粘稠液體樣品前處理：步驟：水洗凈的海砂 加入6N HCl 煮沸0.5 h 水洗至中性 加入6N NaOH 煮沸0.5 h 水洗至中性，95-105干燥備用目的：增大樣品的表面積，使樣品受熱面大，加速水分的揮發(fā)1.3 水分測定方法干燥法原理減壓條件下，水的沸點(diǎn)降低，可在較低的溫度下進(jìn)行干燥以排除水分，樣品質(zhì)量減少的量即為樣品中水分含量。本法適用于在100以上加熱易變質(zhì)及含有不宜除去結(jié)合水的樣品，測定結(jié)果比較接近樣品水分真實(shí)含量。（2）減壓干燥法1.3 水分測定方法干燥法

8、儀器？真空干燥箱；電子天平；干燥器；稱量瓶測定方法啤酒花經(jīng)粉碎過40目篩準(zhǔn)確稱試樣3-5g 干燥恒重的稱量瓶真空干燥箱啟動(dòng)真空泵抽出干燥箱內(nèi)空氣(一般為40-53kPa)，同時(shí)打開電源加熱至555 關(guān)閉真空泵開關(guān)停止抽真空 干燥箱保持該溫度及壓力3h 打開真空泵開關(guān) 空氣經(jīng)干燥裝置緩緩?fù)ㄈ敫稍锵鋬?nèi)干燥箱內(nèi)恢復(fù)常壓打開箱門取出稱量瓶立即放入干燥器中冷卻30min后稱重再于相同條件下干燥2h 同上操作，直至恒重。1.3 水分測定方法干燥法注意事項(xiàng)本法適用于膠狀樣品、高溫易分解樣品及含水分較多樣品，如淀粉制品、豆制品、味精、玉米糖等。由于采用較低的蒸發(fā)溫度，可防止含脂肪高的樣品中的脂肪在高溫下氧化；

9、含糖高的樣品在高溫下脫水碳化；也可防止含高溫易分解成份的樣品在高溫下分解。當(dāng)水分含量偏高時(shí)，能否直接迅速抽到高真空狀態(tài)？不能直接一次快速降到高真空！為什么？水分揮發(fā)過快，導(dǎo)致樣品的飛濺，損失樣品，造成結(jié)果偏高！1.3 水分測定方法蒸餾法奶酪中水分測定適合用什么方法？1.3 水分測定方法蒸餾法奶酪特點(diǎn)？水分含量較高，油脂(不飽和)含量高較低溫度下也易發(fā)生油脂氧化！怎解決？能否用干燥法？怎解決？方案隔絕空氣中的氧保持較低溫度什么方法可實(shí)現(xiàn)此要求？1.3 水分測定方法蒸餾法蒸餾法，即采用水和與其不相溶的有機(jī)溶劑組成的二元或三元共沸體系進(jìn)行蒸餾。有何優(yōu)點(diǎn)？共沸體系沸點(diǎn)低于體系中各組分的沸點(diǎn)低溫;減少易

10、氧化成分與空氣中的氧接觸而氧化導(dǎo)致質(zhì)量誤差，從而保證樣品中易揮發(fā)、易氧化的成分不影響測定結(jié)果隔絕氧氣。1.3 水分測定方法蒸餾法原理在水分測定蒸餾器中加入比水輕且與水不相容的有機(jī)溶劑和樣品，加熱時(shí)使水分與有機(jī)溶劑共同蒸出，水冷凝回流落入接受管下部，有機(jī)溶劑浮在水面。當(dāng)流入接受管的有機(jī)溶劑液面高于接收支管時(shí)，就回流至燒瓶中。待水分體積不再增加，讀取其體積既得到樣品水分含量。儀器:水分測定蒸餾器常用溶劑：甲苯、二甲苯、正戊醇。1.3 水分測定方法蒸餾法適用對象？易氧化，含水量大，含大量易揮發(fā)性物質(zhì)，如醚類、芳香油、揮發(fā)酸、氨、二氧化碳等，用干燥法測定誤差較大，適宜用蒸餾法。試劑？二甲苯+正戊醇(1

11、+1)取二甲苯、正戊醇各50ml混合，并以水飽和?，分去水層，進(jìn)行蒸餾，收集流出液，做儲備液A備用。1.3 水分測定方法蒸餾法討論與干燥法較大區(qū)別是什么？干燥法以樣品質(zhì)量減少為依據(jù)蒸餾法以接收到的水分量為準(zhǔn)避免了揮發(fā)性物的減少及脂肪氧化對水分測定的誤差，且溫度低于干燥法因此，適用于含水分較多又有較多揮發(fā)性成分（醚類、芳香油、揮發(fā)酸、CO2等 ）的食品及香辛料等。其準(zhǔn)確度優(yōu)于干燥法，是香料唯一公認(rèn)的水分檢驗(yàn)方法。1.3 水分測定方法蒸餾法討論樣品如為粉狀或者半流體，須將樣品瓶底鋪滿海砂?，然后加入共沸劑蒸餾。加熱溫度不宜過高？沸騰劇烈，回流比高，冷凝管上端水蒸氣難全部冷凝回收共沸劑：水+甲苯84

12、.1；水+二甲苯92 ；水+苯69.4 不同樣品可選擇不同共沸劑：香辛料：甲苯；含糖高的樣品：己烷；高溫易分解樣品：苯1.3 水分測定方法K-F法簡介K-F法(Karl Fisher )是測定水分的容量法，屬于碘量法，是測定微量水分準(zhǔn)確的化學(xué)方法。1935年由卡爾費(fèi)休提出采用I2、SO2、吡啶、無水甲醇（含水量0.05%以下）配制而成的滴定試劑國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將其定為國際標(biāo)準(zhǔn)測微量水分法我們國家也把這個(gè)方法定為國家標(biāo)準(zhǔn)測微量水分法1.3 水分測定方法K-F法原理利用I2氧化SO2時(shí)，需要有一定量的水參與反應(yīng) 反應(yīng)類型及特點(diǎn)：可逆反應(yīng)，有什么影？反應(yīng)體系中物質(zhì)的量存在不確定性，不能實(shí)現(xiàn)定量測定怎么

13、解決這個(gè)問題呢？必須將可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)為完全反應(yīng)！即將反應(yīng)順利向右進(jìn)行，達(dá)到反應(yīng)完全。通常采用什么措施？減少或消除含定量試劑元素的生成產(chǎn)物，如何減少？1.3 水分測定方法K-F法原理減少、消除或屏蔽HI；采用什么方法？加入堿性物質(zhì)中和反應(yīng)中生成的HI酸，堿性物質(zhì)分為有機(jī)堿和無機(jī)堿，如吡啶、Na2CO3、NaOH等，采用哪種堿比較合適？為什么？無機(jī)堿產(chǎn)生歧化反應(yīng)消耗I2生成CO2增加操作難度中和反應(yīng)生成水，造成不確定性有機(jī)堿與HI結(jié)合生成新的有機(jī)鹽(C5H5NHI) ，不生成水分，不存在歧化反應(yīng)，不會產(chǎn)生影響測定的副反應(yīng)有機(jī)堿：吡啶(C5H5N)作溶劑，轉(zhuǎn)化可逆反應(yīng)為完全反應(yīng)：1.3 水分測定方法K-

14、F法存在的問題：生成C5H5NSO3(硫酸酐吡啶)，特點(diǎn)：不穩(wěn)定遇水易分解，消耗部分水而干擾測定。該怎么辦呢？思路：轉(zhuǎn)化為不與水反應(yīng)的穩(wěn)定化合物研究發(fā)現(xiàn)：甲醇可與硫酸酐吡啶反應(yīng)，生成穩(wěn)定的硫酸甲酯吡啶C5H5NHSO3OCH3，不與水反應(yīng)，從而屏蔽上述副反應(yīng)發(fā)生1.3 水分測定方法K-F法1.3 水分測定方法K-F法因而，以 I2、SO2、C5H5N、CH3OH的混合液為標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用滴定操作對水分進(jìn)行測定：理論比例：1mol水需要1mol碘，1mol二氧化硫和3mol吡啶及1mol甲醇；產(chǎn)生2mol氫碘酸吡啶、1mol甲基硫酸吡啶實(shí)際上：SO2、吡啶、CH3OH的用量都是過量的，反應(yīng)完畢后多

15、余的游離碘呈現(xiàn)紅棕色，即可確定為到達(dá)終點(diǎn)。1.3 水分測定方法K-F法卡爾費(fèi)休試劑的配制與標(biāo)定若以甲醇作溶劑，則試劑中I2、SO2、C5H5N（含水量在0.05%以下）mol比例為I2SO2C5H5N = 13101.3 水分測定方法K-F法說明K-F試劑有效濃度取決于碘的濃度，一般新配制的試劑碘的有效濃度隨放置時(shí)間推移而不斷降低，什么原因呢？試劑中各組分本身也含有微量、痕量水分消耗一部分；某些不確定的副反應(yīng)引起一部分碘的消耗配制K-F試劑需要分甲乙兩種試劑分別配置和貯存，臨用時(shí)再混合甲液： I2的CH3OH溶液乙液： SO2的CH3OH吡啶溶液(要求甲醇、吡啶等嚴(yán)格無水)1.3 水分測定方法

16、K-F法K-F試劑的標(biāo)定(K-F水分測定儀)先加50ml無水甲醇于反應(yīng)器中接通電源啟動(dòng)電磁攪拌器用KF試劑滴入甲醇中使達(dá)到終點(diǎn)（?）保持1分鐘用10l注射器從反應(yīng)器加料口注入10L蒸餾水（相當(dāng)于0.01g水）K-F儀電流表指針接近零點(diǎn)用KF試劑滴定到原定終點(diǎn)記錄KF試劑滴入甲醇中使達(dá)到終點(diǎn)作用是什么?K-F試劑與甲醇溶劑中的水反應(yīng)，消除其中微量水份干擾1.3 水分測定方法K-F法說明適用對象：糖果、巧克力、油脂、乳糖和脫水果蔬類等食品樣品中含VC能否用該方法呢？為什么？不能！ VC 有還原性，被I2氧化，使I2有效濃度降低，從而使測定結(jié)果偏高。對于含強(qiáng)還原物的樣品，不能用該方法，或必須經(jīng)過處理

17、，消除還原物之后再用該方法K-F法測出的水分屬于哪些類型的水分呢？K-F不僅可測得樣品中的自由水，而且可測出結(jié)合水，結(jié)果更客觀地反映出樣品中總水分含量。第二節(jié) 水分活度的測定2.1 水分活度的概念及意義水分活度-Water Activity食品中的水分，按存在狀態(tài)分：自由水和結(jié)合水。通常自由水均以加熱至100度左右的減重來定量。食品中水分(新鮮的、干燥的)都隨環(huán)境條件的變動(dòng)而變化。食品周圍環(huán)境空氣干燥、濕度低食品中水向外揮發(fā) 食品變干燥食品周圍環(huán)境濕度大食品吸收水分 食品變濕潤。不管是吸濕或是干燥達(dá)到平衡此時(shí)的水分稱為平衡水分(Equillibrum Water)因此，食品中水分屬于非靜態(tài)，而

18、是動(dòng)態(tài)變化的2.1 水分活度的概念及意義從食品儲藏角度：食品水分衡量一般不用絕對含量(%),而用活度Aw來表示，更具實(shí)用意義。水分活度?食品的水分蒸汽壓與相同溫度下純水的蒸汽壓的比值A(chǔ)w=P/P0 ，也可以用相對平衡濕度表示Aw=ERH/100。即：Aw=P/P0=ERH/100食品的平衡相對濕度?食品中的水分蒸汽壓達(dá)到平衡后，食品周圍的水蒸汽分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比。2.1 水分活度的概念及意義水分活度反映了食品與水的親和能力程度，他表示食品所含水的為生物化學(xué)反應(yīng)和微生物生長的可利用程度。食品水分活度不能按水分絕對含量來衡量。如：金黃色葡萄球菌生長要求水分活度為0.86，而相當(dāng)于這個(gè)

19、水分活度的食品水分含量各不相同，如干肉23%，乳粉16%，干燥肉汁63%。所以水分絕對含量難以判斷食品的保存性，因此某些情況下只有測定和控制水分活度才對食品儲藏具有意義。2.1 水分活度的概念及意義對食品保鮮的影響Aw 0.6 ，嗜干旱的的霉菌和酵母都會生長Aw0.7 ，易于霉菌生長Aw0.75，易于嗜鹽的微生物生長Aw0.8 ，易于膠木生長Aw0.86， 易于病原微生物的生長，如金黃色葡萄球菌常用方法水分活度測定儀法（相對濕度傳感器測定法）溶劑萃取法擴(kuò)散法冰點(diǎn)降低法2.2 水分活度的測定原理在一定溫度下主要利用AW測定儀中的傳感器，根據(jù)食品中水蒸汽壓力（或平衡相對濕度）變化，從儀器的表頭上讀出指針?biāo)镜乃只疃取Ｔ跇悠窚y定前需用氯化鋇飽和溶液校正AW測定儀的AW為9.000。儀器：水分活度