Chapter-4-水分和水分活度的測定課件

Chapter4

水分及相關(guān)指標(biāo)的測定一、水的作用1.水是維持動(dòng)、植物和人類生存必不可少的物質(zhì)。作為食品的許多動(dòng)植物一般含有60~90%水分，即使是干態(tài)食品，也含有少量水分，如餅干2.5~4.5%。2.水分一般不以純水狀態(tài)存在。而是把淀粉、蛋白質(zhì)等親水性高分子分散形成凝膠，保持一定的形態(tài)；將不溶于水的脂肪和某些蛋白質(zhì)分散成乳濁液或膠體。3.水的介電常數(shù)很大，能促進(jìn)電解質(zhì)的電離。水不但是生物體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，也是生物化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物；水是動(dòng)物體內(nèi)各器官、肌肉、骨骼的潤滑劑，是體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體，沒有水就沒有生命。二、水分的存在狀態(tài)自由流動(dòng)水毛細(xì)管水不可移動(dòng)水或滯化水自由水或游離水結(jié)合水或束縛水1.自由水（游離水）：存在于果蔬組織的細(xì)胞中，可溶性物質(zhì)都溶解其中。容易蒸發(fā)，在果蔬貯存和加工期間容易丟失，凍結(jié)過程中容易結(jié)冰。2.結(jié)合水：食品內(nèi)與蛋白質(zhì)、多糖、膠體等大分子物質(zhì)以氫鍵結(jié)合的一部分水。不蒸發(fā)，只有在較高溫度（105℃）和較低冷凍溫度下方可與大分子物質(zhì)分離。三、水分測定的意義1.水分含量是產(chǎn)品的一個(gè)質(zhì)量因素，直接影響到產(chǎn)品的外觀、色澤、風(fēng)味、質(zhì)量、狀態(tài)、貯藏時(shí)間及其對腐敗的敏感性等。2.水分含量的減少有利于產(chǎn)品的包裝和運(yùn)輸。3.產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值的計(jì)量值需要列出水分含量。四、水分測定的方法（一）常壓干燥法（GB5009.3-2010第一法）1.Principle：在一定的溫度（95~105℃）和壓力（常壓）下，將樣品在烘箱中加熱干燥，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。2.Instruments：恒溫鼓風(fēng)干燥箱；電子天平；干燥器；稱量瓶。3.Operationmethod：為保證樣品中的水分能迅速揮發(fā)逸出，一般樣品都要經(jīng)過粉碎、混勻、分取等過程使其達(dá)到相應(yīng)的要求。不同的樣品制備的方法和要求不同。（1）Solidsample1）稱量瓶的準(zhǔn)備：取潔凈稱量瓶置于95~105℃干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，干燥0.5~1.0h后蓋好取出，置干燥器內(nèi)冷卻0.5h后稱量，并重復(fù)干燥至恒重，備用。前后兩次質(zhì)量差不超過2mg為恒重。

2）樣品水分的測定：精確稱取適量樣品于稱量瓶中，95~105℃干燥箱中干燥適當(dāng)時(shí)間后蓋好取出，置干燥器內(nèi)冷卻0.5h后稱量，并重復(fù)干燥至恒重。（2）Semisolidorliquidsample1）蒸發(fā)皿的準(zhǔn)備：取潔凈蒸發(fā)皿，內(nèi)加適量精制海砂或無水硫酸鈉及一根小玻棒（？），置100℃干燥箱中干燥0.5~1.0h后取出，置干燥器中冷卻0.5h后稱量，反復(fù)干燥至恒重，備用。（2）Semisolidorliquidsample2）樣品水分的測定：精確稱取適量樣品于蒸發(fā)皿中，用小玻棒攪勻放在沸水浴上蒸干（？），并隨時(shí)攪拌（？），擦去皿底水滴，置95~100℃干燥箱中干燥適當(dāng)時(shí)間后取出，置干燥器中冷卻0.5h后稱量，反復(fù)干燥至恒重。4.Calculationm1：稱量瓶或蒸發(fā)皿加海砂、玻棒和樣品的質(zhì)量，g；m2：稱量瓶或蒸發(fā)皿加海砂、玻棒和樣品干燥后的質(zhì)量，g；m3：稱量瓶或蒸發(fā)皿加海砂、玻棒的質(zhì)量，g。水分（%）=×100%m1-m3m1-m25.Announcements（1）本法適用于在95~105℃下，不含或含其他揮發(fā)性物質(zhì)甚微且對熱穩(wěn)定的樣品；不適合含膠體、高脂肪、高糖樣品（長時(shí)間高溫加熱會發(fā)生氧化分解作用），含較多氨基酸、蛋白質(zhì)及羰基化合物樣品（長時(shí)間高溫加熱會發(fā)生羰氨反應(yīng)析出水分），含較多高溫易氧化、易揮化物質(zhì)的樣品。（2）本法測得的水分實(shí)際上還包括微量的芳香油、醇、有機(jī)酸等揮發(fā)性物質(zhì)。（3）水果、蔬菜類樣品，洗凈后應(yīng)用潔凈紗布吸干表面水分；液體樣品需先低溫濃縮后再進(jìn)行高溫干燥，因直接高溫加熱會因沸騰而造成樣品損失。（4）樣品制備過程盡量縮短暴露在空氣中的時(shí)間，并盡可能減少碾碎過程中的摩擦及熱量產(chǎn)生，預(yù)防或盡量降低水分得失誤差。（5）測定過程須戴干凈手套接觸稱量瓶，且稱量瓶從干燥箱中取出后應(yīng)迅速放入干燥器中冷卻，否則手上的汗?jié)n、油漬等將導(dǎo)致稱量瓶難以達(dá)到恒重。（6）干燥器內(nèi)干燥劑硅膠吸濕后效能會減低，故當(dāng)硅膠藍(lán)色減褪或變紅時(shí)，需將其換出，置135℃左右烘2~3h再生后再用。（7）半固體或液體樣品直接加熱干燥，其表面易結(jié)硬殼焦化，使內(nèi)部水分蒸發(fā)受阻，故在測定前，需加入精制海砂或無水硫酸鈉，攪拌均勻，以增大蒸發(fā)面積。（8）當(dāng)原料中水分大于16%時(shí)，在原料粉碎過程中水分會有較大損失，因此需要采用二步干燥法進(jìn)行測定。①首先稱出新鮮樣品質(zhì)量m1，切成厚2~3mm的薄片，自然條件下風(fēng)干至與大氣濕度大致平衡，稱重m2，測出前水分。②將樣品粉碎、過篩、混勻，置潔凈干燥的稱量瓶中，按上述固體樣品的程序測出后水分。③分析結(jié)果按下式計(jì)算：m3：干燥前樣品與稱量瓶質(zhì)量，g；m4：干燥后樣品與稱量瓶質(zhì)量，g；m5：稱量瓶質(zhì)量，g?！?00%m1水分（%）=m1-m2+m2（）

m3-m5

m3-m4（二）減壓干燥法（GB5009.3-2010第二法）1.Principle：低壓條件下，水的沸點(diǎn)會隨之降低。將樣品和稱量瓶置于真空干燥箱，在一定真空度與加熱溫度下干燥至恒重，干燥前后樣品所失去的質(zhì)量即為樣品中的水分含量。2.Instruments：真空干燥箱（帶真空泵）；電子天平；干燥器；稱量瓶。3.Operationmethod（1）稱量瓶的準(zhǔn)備：同直接干燥法。（2）樣品水分的測定：將裝有適量樣品的稱量瓶準(zhǔn)確稱重后置真空干燥箱內(nèi)，在所需壓力和溫度下干燥一定時(shí)間后，打開活塞使空氣緩緩進(jìn)入干燥箱內(nèi)，待壓力恢復(fù)正常后，打開干燥箱取出稱量瓶，放入干燥器中冷卻0.5h后稱量，反復(fù)干燥至恒重。4.Calculation：結(jié)果計(jì)算方法同直接干燥法。5.Announcements（1）本法適用于在100℃以上加熱易分解、變質(zhì)及含有不易除去結(jié)合水的樣品，如高脂肪、高糖樣品。（2）一般來說，干燥壓力為40~53kPa，溫度為50~60℃。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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。（3）干燥時(shí)間取決于樣品的總水分含量、樣品的性質(zhì)、單位質(zhì)量的表面積、是否使用海砂及是否含有較強(qiáng)持水能力和易分解的物質(zhì)等因素。自烘箱內(nèi)部壓力降至規(guī)定真空度時(shí)起計(jì)算烘干時(shí)間，一般每次干燥時(shí)間為2h，但有的樣品需5h。（4）恒重一般以減量不超過0.5mg時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，但對受熱后易分解的樣品則可以不超過1~3mg的減量值為恒重標(biāo)準(zhǔn)。（5）真空條件下熱量傳導(dǎo)不是很好，因此稱量瓶應(yīng)該直接置放在金屬架上以確保良好的熱傳導(dǎo)。（三）蒸餾法（GB5009.3-2010第三法）1.Principle：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)這一事實(shí)，將樣品中的水分與共沸試劑苯、甲苯或二甲苯在水分測定蒸餾器中一同蒸出，冷凝并收集餾出液，由于密度不同，餾出液在接收管中分層，根據(jù)餾出液中水的體積，即可計(jì)算出樣品中水分含量。2.Instruments：蒸餾式水分測定儀。3.Reagent：共沸溶劑（甲苯或二甲苯:正戊醇=1:1，取甲苯或二甲苯、正戊醇各50mL，先以水飽和后，分去水層，進(jìn)行蒸餾，收集餾出液備用)。4.Operationmethod（1）準(zhǔn)確稱取適量樣品于水分測定儀的錐形瓶中，加入適量共沸試劑使樣品浸沒，振搖混合。連接水分測定儀各部分。從冷凝管上口注入共沸試劑直至裝滿接收管并溢入錐形瓶。（2）在冷凝管上口填塞少量脫脂棉或加裝盛有CaCl2的干燥管，以減少大氣中水分凝結(jié)。用石棉布將錐形瓶上部和接收管導(dǎo)管包裹。（3）加熱緩慢蒸餾（蒸餾速度2滴/s），當(dāng)大部分水分已蒸出時(shí)，加快蒸餾速度（蒸餾速度4滴/s），直至冷凝管尖端無水滴。（4）從冷凝管上口加入共沸試劑，將冷凝管內(nèi)壁附著的水滴洗入接收器。繼續(xù)蒸餾至接收器上部及冷凝管壁無水滴，且接收器中的水相液面保持30min不變，關(guān)閉熱源。取下接收器，冷卻至室溫。讀取接收器中水的毫升數(shù)，精確至0.05mL。5.CalculationV：接收器中水的體積，mL；ρ：水的密度，1g/mL；m：試樣的質(zhì)量，g。水分（%）=

×100mV×ρ6.Announcements（1）本法采用了一種高效的換熱方式，加熱溫度比直接干燥法低，故適用于測定易氧化、分解、熱敏性及含有大量揮發(fā)性組分的樣品。且設(shè)備簡單，操作方便，現(xiàn)已廣泛用于谷類、果蔬、油類香料等多種樣品的水分測定，特別對于香料，此法是唯一公認(rèn)的水分含量的標(biāo)準(zhǔn)分析法。（2）樣品含糖量高，用油浴加熱較好；樣品如為粉狀或半流體，須先將瓶底鋪滿干凈海沙，再加入樣品及共沸溶劑。（3）加熱溫度不宜太高，溫度太高使冷凝管上端的水蒸氣難以全部回收；蒸餾時(shí)間因樣品而異，一般需2~3h。（4）對不同的樣品，可選擇不同的蒸餾共沸溶劑。甲苯沸點(diǎn)為110.7℃，多用于測定大多數(shù)香辛料；已烷用于測定含糖高的香辛料；苯用于測定高溫易分解樣品。（5）為了盡量避免接收管和冷凝管壁附著水滴，儀器必須洗滌干凈。（四）卡爾·費(fèi)休法（GB5009.3-2010第四法）

簡稱費(fèi)休法或K-F法，屬氧化還原滴定法，該法對于測定水分最為專一，是測定水分最為準(zhǔn)確的化學(xué)方法。1.Principle：（1）有水存在時(shí)，I2與SO2產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。I2＋SO2＋2H2O=2HI＋H2SO4（2）上述反應(yīng)具有可逆性，當(dāng)H2SO4濃度＞0.05%時(shí)，即發(fā)生可逆反應(yīng)，要使反應(yīng)順利向右進(jìn)行，要加入適量的堿性物質(zhì)吡啶以中和生成的酸。C5H5N·I2＋C5H5N·SO2＋C5H5N＋H2O=2C5H5N·HI＋C5H5N·SO3（3）硫酸吡啶很不穩(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。C5H5N·SO3＋CH3OH=C5H5N（H）SO4·CH3因此，將I2、SO2和C5H5N按1:3:10的比例溶解在CH3OH溶液中配制成費(fèi)休試劑。（4）以合適的溶劑溶解樣品（或萃取出樣品中的水），用已知滴定度的費(fèi)休試劑進(jìn)行滴定，即可測出樣品中的水分含量。（5）滴定操作中可用兩種方法確定終點(diǎn)1）碘指示法：費(fèi)休試劑呈棕色，與H2O反應(yīng)后棕色褪去；當(dāng)用費(fèi)休試劑滴定樣品達(dá)到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)，再過量1滴，游離碘會使體系呈現(xiàn)淺黃甚至棕黃色，據(jù)此作為終點(diǎn)。2）永停滴定法：將兩枚相似的微鉑電極插在樣品溶液中，給兩電極間施加電壓，在開始滴定直至化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前，因體系中只存留碘化物而無游離碘，電極間的極化作用使外電路中無電流通過，即微安表指針始終不動(dòng)。當(dāng)過量1滴費(fèi)休試劑，由于游離碘的出現(xiàn)使體系變?yōu)槿O化，溶液開始導(dǎo)電，外路有電流通過，微安表指針偏轉(zhuǎn)至一定刻度并穩(wěn)定不變，即為終點(diǎn)。2.Instruments：卡爾-費(fèi)休水分測定儀。3.Reagent（1）費(fèi)休試劑：碘＋無水甲醇＋無水吡啶＋二氧化硫。（2）無水甲醇：要求其含水量在0.05%以下。（3）無水吡淀：要求其含水量在0.1%以下。4.Operationmethod（1）費(fèi)休試劑的標(biāo)定：在反應(yīng)瓶中加一定體積甲醇，在攪拌下用費(fèi)休試劑滴定甲醇中殘留的痕量水分，此時(shí)微安表有一定刻度值，不記錄費(fèi)休試劑的消耗量。然后用微量注射器緩緩注入10mg蒸餾水，此時(shí)微安表指針偏向左邊接近零點(diǎn)，用費(fèi)休試劑滴定至原定終點(diǎn)，記錄費(fèi)休試劑的消耗量。（2）準(zhǔn)確稱取適量樣品于稱樣瓶中。（3）在反應(yīng)瓶中加一定體積甲醇，在攪拌下用費(fèi)休試劑滴定甲醇中殘留的痕量水分，滴定至微安表指針的偏轉(zhuǎn)程度與標(biāo)定費(fèi)休試劑操作時(shí)的偏轉(zhuǎn)情況相當(dāng)并保持1min不變時(shí)，迅速加入稱好的試樣，用費(fèi)休試劑滴定至原設(shè)定的終點(diǎn)并保持1min不變，記錄使用試劑的體積。T=m×1000VT：費(fèi)休試劑的水含量，mg/mL；m：水的質(zhì)量，g；V：滴定消耗費(fèi)休試劑的體積，mL。5.Calculationw：樣品中的水分含量，mg/100mgT：費(fèi)休試劑的水含量，mg/mLV：滴定所消耗費(fèi)休試劑的體積，mLm：樣品的質(zhì)量，gw=T×V10×m6.Announcements（1）所用容器需嚴(yán)格凈化、干燥。（2）能反映樣品實(shí)際水分含量，是痕量水分的標(biāo)準(zhǔn)測定方法。（3）費(fèi)休試劑需每天標(biāo)定。碘指示法適用于含有1%以上水分的樣品。永停滴定法適宜于測定深色樣品及微量、痕量水分時(shí)采用。五、水分活度的測定（一）水分活度（Aw）

溶液中水蒸汽分壓與純水蒸汽壓之比。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。一般來說，同種食品中水分含量越高，其Aw越大，但不同種食品即使水分含量相同Aw往往也不同。（二）Aw的測定意義

Aw對食品的色、香、味、組織結(jié)構(gòu)以及食品的穩(wěn)定性有著重要影響。

1.Aw對食品保鮮的影響：

Aw<0.6，微生物不生長；Aw>0.7，霉菌生長；Aw>0.75，嗜鹽微生物生長；Aw>0.8，酵母生長；Aw>0.86，病原微生物生長。2.Aw對食品中易氧化物質(zhì)的影響：（1）Aw=0~0.35，Aw增加，反應(yīng)速度降低。因?yàn)樗c易氧化物氧化生成以氫鍵結(jié)合氫過氧化物，阻止氧化的進(jìn)一步進(jìn)行。（2）Aw＞