第六章第六章 水分和水分活度值的测定水分和水分活度值的测定第一节第一节 概述概述水的作用：没有水就没有生命，食品组成离不开水。水的作用：没有水就没有生命，食品组成离不开水。一、食品中水分的存在形式一、食品中水分的存在形式自由水自由水（游离水）（游离水）在被截留区域内可以自由流动。在被截留区域内可以自由流动。亲和水亲和水 强极性基团单分子外的水分子层和非水组分中的强极性基团单分子外的水分子层和非水组分中的弱极性基团结合的水。弱极性基团结合的水。 结合水结合水（束缚水）（束缚水）以氢键结合的水及结晶水。以氢键结合的水及结晶水。 固形物固形物 (%) = 100 % 水份（水份（%） 食品中的固形物食品中的固形物指食品内将水分排除后的全指食品内将水分排除后的全部残留物，包括蛋白质、脂肪、粗纤维、无氮抽部残留物，包括蛋白质、脂肪、粗纤维、无氮抽出物、灰分等。出物、灰分等。二二 、 水分的测定方法水分的测定方法 直接法直接法利用水分本身的物理性质、化学利用水分本身的物理性质、化学性质测定水分：重量法、蒸馏法、卡尔性质测定水分：重量法、蒸馏法、卡尔费休费休法、化学方法。法、化学方法。 间接法间接法利用食品的物理常数通过函数关利用食品的物理常数通过函数关系确定水分含量。系确定水分含量。 如测相对密度、折射率、电导率、旋光度等。如测相对密度、折射率、电导率、旋光度等。直接法比间接法准确度高。直接法比间接法准确度高。三、水分的测定的意义三、水分的测定的意义1. 水分是影响食品质量的因素，控制水分是保障食水分是影响食品质量的因素，控制水分是保障食品不变质的手段之一。品不变质的手段之一。2. 水分含量数据可用于表示样品在同一计量基础上水分含量数据可用于表示样品在同一计量基础上其他分析的测定结果其他分析的测定结果第二节第二节 水分的测定水分的测定一一 、 干燥法干燥法 以原样重量以原样重量 - 干燥后重量干燥后重量 = 水分重量水分重量（一）干燥法的注意事项（一）干燥法的注意事项1、干燥法的前提条件、干燥法的前提条件样品本身要符合三项条件：样品本身要符合三项条件： 水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性 成分极微。成分极微。 水分的排除情况很完全，即含胶态物质、含结水分的排除情况很完全，即含胶态物质、含结 合水量少。因为常压很难把结合水除去，只好合水量少。因为常压很难把结合水除去，只好用真空干燥除去结合水。用真空干燥除去结合水。食品中其他组分在加热过程中发生化学反应引食品中其他组分在加热过程中发生化学反应引起的重量变化非常小，可忽略不计，对热稳定起的重量变化非常小，可忽略不计，对热稳定的食品。的食品。 2、操作条件的选择：、操作条件的选择： （1）称量瓶的选择）称量瓶的选择 （铝制、玻璃）（铝制、玻璃）玻璃称量皿玻璃称量皿能耐酸碱，不受样品性质的限能耐酸碱，不受样品性质的限 制，常用于常压干燥法。制，常用于常压干燥法。铝制称量盒铝制称量盒质量轻，导热性强，但质量轻，导热性强，但 对酸性食品不适宜，对酸性食品不适宜，常用于常用于 减压干燥法或原粮水分的测定。减压干燥法或原粮水分的测定。选择称量皿的大小要合适，一般样品选择称量皿的大小要合适，一般样品 1/3高度。高度。 称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。却后称重。 称样量称样量 样品一般控制在干燥后的残留物为样品一般控制在干燥后的残留物为1.53克；克；固态、浓稠态样品控制在固态、浓稠态样品控制在 35 克；克；含水分较高的样品控制在含水分较高的样品控制在 1520 克；克； 干燥设备干燥设备烘箱烘箱电热烘箱有各种形式，对流式、强力循环通风式。电热烘箱有各种形式，对流式、强力循环通风式。 普通烘箱；普通烘箱； 强力通风烘箱强力通风烘箱 真空干燥烘箱真空干燥烘箱干燥器干燥器 干燥条件干燥条件干燥温度：干燥温度：1.1.一般是一般是 9595105 105 ；对含还原糖较多的食品应；对含还原糖较多的食品应先（先（50506060）干燥然后再）干燥然后再105105加热。加热。2.2.对热稳定的谷物可用对热稳定的谷物可用120120130 130 干燥。干燥。3.3.对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。干燥时间：干燥时间：恒重恒重最后两次重量之差最后两次重量之差 2 mg 。 基本保证水分蒸发完全。基本保证水分蒸发完全。规定时间规定时间根据经验，准确度要求不高。根据经验，准确度要求不高。对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。（二）直接干燥法（常压干燥法）（二）直接干燥法（常压干燥法） 1. 原理：原理： 在一定的温度（在一定的温度（95105）和（）和（120130 ）和常压下，将样品在烘箱中加热干燥，除去水分，和常压下，将样品在烘箱中加热干燥，除去水分，干燥前后样品的质量之差为样品的水分含量。干燥前后样品的质量之差为样品的水分含量。2. 适用范围：适用范围：3.样品的制备、测定及结果计算。样品的制备、测定及结果计算。 样品的预处理（对分析结果影响较大）样品的预处理（对分析结果影响较大）a . 采集，处理，保存过程中，要防采集，处理，保存过程中，要防止组分发生变化，特别要防止水分止组分发生变化，特别要防止水分的丢失或受潮。的丢失或受潮。b. 固体样品要磨碎（粉碎），谷类达固体样品要磨碎（粉碎），谷类达18目，其他目，其他3040目。目。c. 液态样品要在水浴上先浓缩，然后液态样品要在水浴上先浓缩，然后进干燥箱，不然烘箱受不了。进干燥箱，不然烘箱受不了。d. 浓稠液体（糖浆、浓稠液体（糖浆、炼乳等）：炼乳等）： 加水稀释，最后要加水稀释，最后要把加入的水除去。把加入的水除去。 加入海砂，海砂与加入海砂，海砂与玻璃棒在水浴上干燥玻璃棒在水浴上干燥后入干燥箱，两者要后入干燥箱，两者要知重量。知重量。e. 含水量含水量 16%的谷的谷类食品，采用两步类食品，采用两步干燥法。如面包，干燥法。如面包，切成薄片，自然风切成薄片，自然风干干1520h，再称量，再称量，磨碎，过筛，烘干磨碎，过筛，烘干 。常压干燥法操作过程常压干燥法操作过程烘箱预热烘箱预热称量皿恒重称量皿恒重m3m3准确称样准确称样+ +称量皿称量皿 m1m1干燥干燥1h1h冷却冷却30min30min称量称量准确称样准确称样+ +称量皿重称量皿重 m2 m2 。水分的计算：水分的计算：水分水分% = ( m1 - m2)/ (m1 - m3) 100%至恒重至恒重前后两次质量差不超过前后两次质量差不超过2mg恒重恒重（三）（三）（三）（三） 减压干燥法减压干燥法减压干燥法减压干燥法（1） 原理：采用较低的温度，在减压条件下蒸发原理：采用较低的温度，在减压条件下蒸发排除样品中的水分，根据干燥前后样品所失去的排除样品中的水分，根据干燥前后样品所失去的质量计算样品的水分含量。质量计算样品的水分含量。（2）操作：将准确称好的样品放入真空干燥箱内，）操作：将准确称好的样品放入真空干燥箱内，打开真空泵抽出烘箱内空气至所需的压力，如烘打开真空泵抽出烘箱内空气至所需的压力，如烘箱密封得好，要重新紧一次门的开关螺栓。箱密封得好，要重新紧一次门的开关螺栓。咖啡咖啡乳粉乳粉干果干果坚果坚果糖和蜂蜜糖和蜂蜜二、蒸馏法二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）（应用广泛的为共沸蒸馏） 原理：原理： 两种互不相溶的液体，二元体系的沸点低于两种互不相溶的液体，二元体系的沸点低于其中各组份分沸点，将食品中的水分与有机溶其中各组份分沸点，将食品中的水分与有机溶剂如甲苯、苯、二甲苯等，共沸蒸出，冷凝并剂如甲苯、苯、二甲苯等，共沸蒸出，冷凝并收集馏出液，由于水与其他组分密度不同，馏收集馏出液，由于水与其他组分密度不同，馏出液在有刻度的接收管中分层出液在有刻度的接收管中分层,根据水的体积根据水的体积计算水分含量。计算水分含量。 例：有关沸点：水例：有关沸点：水 100 苯苯 80.2 水水 + 苯苯 69.25 有关相对密度：有关相对密度：(20/4) d水水 = 0.998230 d苯苯 = 0.87900 d甲苯甲苯 =0.86694特点和使用范围特点和使用范围 1. 此法为一种高效的换热方法，水分可以被迅速的移去，此法为一种高效的换热方法，水分可以被迅速的移去， 加热温度加热温度比直接干燥法低。比直接干燥法低。 2. 以蒸馏收集到的水量为准，避免了挥发性物质减少的质以蒸馏收集到的水量为准，避免了挥发性物质减少的质 量的干扰。量的干扰。 3. 另外是在密闭的容器中进行的，设备简单，操作方便，另外是在密闭的容器中进行的，设备简单，操作方便， 广泛用于各类果蔬、油类等多种样品的水分的测定。广泛用于各类果蔬、油类等多种样品的水分的测定。 特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。（2）操作步骤样品置于蒸馏瓶中，并用溶剂完全浸泡样品置于蒸馏瓶中，并用溶剂完全浸泡开始时慢慢加热，然后再加速让其沸腾、蒸馏开始时慢慢加热，然后再加速让其沸腾、蒸馏从冷凝管顶端注入溶剂，并使之充满双向水接收管从冷凝管顶端注入溶剂，并使之充满双向水接收管蒸馏约蒸馏约1h用滴管刷和金属丝去除附壁水滴，并用甲苯冲洗用滴管刷和金属丝去除附壁水滴，并用甲苯冲洗让仪器冷却到环境温度让仪器冷却到环境温度读数读数 a. a. 要先接好冷水，且先打开冷凝水。要先接好冷水，且先打开冷凝水。 b. b. 试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。 c. c. 准确称量适量的样品（估计含水量准确称量适量的样品（估计含水量25ml25ml）。）。 d. d. 加热慢慢蒸馏，使加热慢慢蒸馏，使2 2滴馏出液滴馏出液/ /每秒。每秒。 操作注意事项操作注意事项 计算计算水分（水分（%）= ( V W ) 100 V接收管内水的体积。接收管内水的体积。 W样品质量。样品质量。三、卡尔三、卡尔费休法（费休法（Karl Fischer， K-F) 1935年由卡尔年由卡尔菲休提出的测定水分的定量方菲休提出的测定水分的定量方法，属于碘量法，是对于测定水分最为准确的化法，属于碘量法，是对于测定水分最为准确的化学方法。多年来，许多分析工作者对此方法进行学方法。多年来，许多分析工作者对此方法进行了较为全面的研究，在反应的化学计量、试剂的了较为全面的研究，在反应的化学计量、试剂的稳定性、滴定方法、计量点的指示及各类样品的稳定性、滴定方法、计量点的指示及各类样品的应用和仪器操作的自动化等方面，有许多改进，应用和仪器操作的自动化等方面，有许多改进，使该方法日趋成熟与完善。使该方法日趋成熟与完善。1. 原理原理 利用利用I2氧化氧化SO2时需要有一定的水参加反应（氧化还原反时需要有一定的水参加反应（氧化还原反应）应） I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI吡啶（吡啶（C5H5N）作用：）作用： 此反应具有可逆性，当生成物此反应具有可逆性，当生成物 H2SO4 浓度浓度0.05% 时，即发生可逆反应，要使反应顺时，即发生可逆反应，要使反应顺利向右进行，要加入适量的碱性物质以利向右进行，要加入适量的碱性物质以中和生成的酸中和生成的酸，吡啶（吡啶（C5H5N）可以。可以。2. I2+SO2+H2O+3C5H5N 2C5H5NHI+C5H5NSO3 氢碘酸吡啶氢碘酸吡啶 硫酸吡啶硫酸吡啶 硫酸吡啶很不稳定，与水发生副反应，形成干扰。若有甲醇存硫酸吡啶很不稳定，与水发生副反应，形成干扰。若有甲醇存在，则可生成稳定的化合物。在，则可生成稳定的化合物。3. 卡尔费休试剂（卡尔费休试剂（KFR）: I2、 SO2、C5H5N 以以1：3：10的比例溶解在的比例溶解在CH3OH溶液中。溶液中。卡尔卡尔费休试剂：量取费休试剂：量取670ml670ml，甲醇（，甲醇（4.14.1）或乙二醇甲醚）或乙二醇甲醚（4.24.2）于）于1000ml1000ml干燥的磨口棕色瓶中，加入干燥的磨口棕色瓶中，加入85g85g碘（碘（4.34.3），盖），盖紧瓶塞，振摇至碘全部溶解，加入紧瓶塞，振摇至碘全部溶解，加入270ml270ml吡啶（吡啶（4.44.4），摇匀，），摇匀，于冰水浴中冷却，缓慢通入二氧化硫（于冰水浴中冷却，缓慢通入二氧化硫（4.54.5），使增重达），使增重达65g65g左左右，盖紧瓶塞，摇匀，于暗处放置右，盖紧瓶塞，摇匀，于暗处放置24h24h以上。以上。 4. 4. KFPeqKFPeq：卡尔费休试剂对水的等价值，表示与：卡尔费休试剂对水的等价值，表示与1mLKFR1mLKFR试剂完全反应的水分含量值（试剂完全反应的水分含量值（mg/mLmg/mL）。）。 1mL1mL试剂相当于试剂相当于3.5mg3.5mg水。水。标定方法：纯水法、甲醇水标准试剂和二水合酒标定方法：纯水法、甲醇水标准试剂和二水合酒石酸钠法。石酸钠法。水分含量水分含量KFPeqV100/mKFPeqV100/mV V滴定样品所用的滴定样品所用的KFRKFR试剂体积，试剂体积，mLmL； m-m-样品质量样品质量mg.mg.在食品分析中，能用于含水量从在食品分析中，能用于含水量从lppm 到接近到接近l00的样的样品的测定。是水分痕量级标准分析方法。品的测定。是水分痕量级标准分析方法。已应用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶已应用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定。叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定。结果的准确度优于直接干燥法，可用于校正其它方法。结果的准确度优于直接干燥法，可用于校正其它方法。是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。 适用范围适用范围 主要仪器：主要仪器： KFl 型水分测定仪型水分测定仪(上海化工研究院制上海化工研究院制) SDY一一84 型水分滴定仪型水分滴定仪(上海医械专机厂制上海医械专机厂制) 试剂：试剂： 尽量用无水的试剂，有时需要蒸馏后再使用，加尽量用无水的试剂，有时需要蒸馏后再使用，加入无水硫酸钠保存无水甲醇、无水吡啶，或选用入无水硫酸钠保存无水甲醇、无水吡啶，或选用费休试剂滴一下，配好费林试剂后，放置费休试剂滴一下，配好费林试剂后，放置24小时小时后，进行标定且每天要标定。后，进行标定且每天要标定。 测定注意：测定注意：1、甲醇有毒、甲醇有毒 ，操作时注意；，操作时注意；2、费休试剂可分为甲乙液储存（甲液：吡啶、甲醇、费休试剂可分为甲乙液储存（甲液：吡啶、甲醇、二氧化硫；乙液：碘的甲醇溶液）；二氧化硫；乙液：碘的甲醇溶液）；3、食品中的易被氧化物质、羰基化和物会使水分含量、食品中的易被氧化物质、羰基化和物会使水分含量测定值偏高，不饱和脂肪酸和碘能反应使结果偏高测定值偏高，不饱和脂肪酸和碘能反应使结果偏高;4、样品细度一般应达到、样品细度一般应达到40目，以便水分能被完全萃取。目，以便水分能被完全萃取。5.其它测定水分方法其它测定水分方法 化学干燥法化学干燥法 气相色谱法气相色谱法 微波法微波法 红外吸收光谱法红外吸收光谱法 其它还有声波和超声波法其它还有声波和超声波法 ，直流和交流电导，直流和交流电导率法，介电容量法，核磁共振波谱法，中子法率法，介电容量法，核磁共振波谱法，中子法。GB/T 5009.32003 食品的水分测定食品的水分测定 1. 直接干燥直接干燥 2. 减压干燥减压干燥 3. 蒸馏蒸馏水分活度水分活度:表示食品中水分存在的状态，反应水与食品表示食品中水分存在的状态，反应水与食品的结合或游离程度。的结合或游离程度。Aw结合程度结合程度，Aw结合程度结合程度。 Aw影响色、香、味影响色、香、味保存期。保存期。一般，同种食品水分含量一般，同种食品水分含量，Aw值值 。 3 3 水分活度值的测定水分活度值的测定定义：溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，定义：溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似表示为可近似表示为 溶液中水蒸气分压与纯水蒸溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比。汽压之比。逸度逸度溶液中水逸出的趋势、能力。溶液中水逸出的趋势、能力。 f=p（逸度系数）。（逸度系数）。Aw = f水水/f纯水纯水 p水分压水分压/p纯水分压纯水分压=EQH/100二、水分活度值的测定方法二、水分活度值的测定方法（一）（一） Aw测定仪法；测定仪法；（二）（二） 扩散法；扩散法；（三）（三） 溶剂萃取法。溶剂萃取法。溶剂萃取法溶剂萃取法原理：在一定的温度下，苯所萃取出的水量与样原理：在一定的温度下，苯所萃取出的水量与样品中水相的水分活度成正比。品中水相的水分活度成正比。操作：操作： 用苯来萃取样品中的水用苯来萃取样品中的水用卡尔费休水分测定仪测定苯中的水分含量用卡尔费休水分测定仪测定苯中的水分含量计算：计算：AwVn/V0*10第五章第五章 重点重点1.什么是结合水？什么是自由水？什么是结合水？什么是自由水？2.水分的测定方法。水分的测定方法。3.各种测定方法的原理、仪器。各种测定方法的原理、仪器。4.卡尔费休法原理、试剂。卡尔费休法原理、试剂。5.水分活度的测定方法。水分活度的测定方法。