第三章 水分的测定（2h）第一节 概述第二节 水在食品中存在的状态第三节 水分的测定方法 （干燥法、蒸馏法、化学法、其他） 水是生命之源第一节 概述 o水对食品体系的重要性水是食品的天然成分，影响食品的状态、感官性状、对腐败的敏感性等。水分含量是许多食品的法定标准（ GB5009.3 食品中水分的测定方法）食品标准与水分含量食品名称标 准水分（%）饼干GB7100 6.5 %麦乳精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%干果 GB16325 桂园、荔枝： 25%柿饼： 35%葡萄干： 20%水分的定义(GB5009.3 )o食品中的水分一般是指在100左右直接干燥的情况下，所失去物质的总量。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内将水分排除后的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、无氮抽全部残留物，包括蛋白质、脂肪、粗纤维、无氮抽出物、灰分等。出物、灰分等。水分含量与固形物含量的关系水分测定的意义水分测定的意义o企业：水分是影响食品质量的重要因素，控企业：水分是影响食品质量的重要因素，控制水分是保障食品不变质的手段之一。制水分是保障食品不变质的手段之一。o监控：测定水分含量（注水肉），揭露掺假监控：测定水分含量（注水肉），揭露掺假行为。行为。o水分含量的测定是食品分析的重要项目之一，水分含量的测定是食品分析的重要项目之一，贯穿于产品开发、生产、市场监督等过程。贯穿于产品开发、生产、市场监督等过程。 第二节第二节 水在食品中存在的状态水在食品中存在的状态 根据水在食品中所处的状态状态不同以及与非水组分结合强弱结合强弱的不同，可把食品中的水分为三类 ： o自由水自由水是靠分子间力形成的吸附水。保持水本身的物理特性，溶液状态，能作为胶体的分散剂和盐的溶剂，易蒸发，能结冰。o亲和水亲和水是强极性基团单分子外的几个水分子层所包含的水，以及与非水组分中弱极性基团以氢键结合的水。o结合水结合水以配价键结合，其结合力大，很难用蒸发的方法分离出去，在食品内部不能作为溶剂。 思考题：水在食品中存在的状态有哪几类？ 不同状态水挥发的难易程度如何？第三节 水分的测定方法o直接法直接法利用水分本身的物理性质和化学性质 测定水分的方法 干燥法 蒸馏法 卡尔费休法特点：准确度高、重复性好，应用范围较广； 但费时，人工操作o间接法间接法利用食品的比重、折射率、电导、介电 常数等物理性质测定的方法特点：准确度低，快速，自动连续干燥法（又称重量法）o在一定的温度和压力条件下，将样品加热干燥，蒸发以排除其中水分并根据样品前后失重来计算水分含量的方法，称为干燥法。 常压干燥法（常压烘箱干燥法） 减压干燥法（真空烘箱干燥法）采用干燥法测定水分的前提条件：o水分是样品中唯一的挥发物质； o通过干燥可以较彻底地去除样品中的水分； o在加热过程中，样品中的其它组分可能发生化学反应，但其引起的重量变化可以忽略不计。 思考题：什么时候必须选择减压干燥法？思考题：什么时候必须选择减压干燥法？水分测定操作过程 样品接受 预处理（样品、称量瓶） 准确称取适量样品于恒重称量瓶中 在规定条件下干燥 冷却 称量 干燥 冷却 称量 恒重 实验结果处理 主要操作条件和要点o预处理(样品、称量瓶、海砂）o样品重量和称量瓶规格o干燥设备o干燥条件o干燥剂样品预处理o原则：在采集、处理和保存过程中，须防止组分发生变化和水分散失。样品性质预处理方法固体切细或磨碎。谷类约18目，其他食品3040目半固体或液体 准备好洁净、恒重、内含适量海沙和一根小玻棒的蒸发皿；精密称量适量样品于蒸发皿中，用不玻棒搅匀后置于沸水浴上，边搅拌边蒸发，蒸干后擦去皿底水滴，再置于干燥箱内。1、糖浆、甜炼乳等浓稠液体，一般要加水稀释，将固形物含量控制在20 30%；2、面包类水分含量大于16%的谷类食品，可采用二步干燥法。称量瓶的预处理预处理o用烘箱进行干燥处理，在100的烘箱进行重复干燥，以使其达到恒重（两次称量质量差不超过2mg）。o干燥之后的称量皿应存放在干燥器中。称量瓶放入烘箱内，盖子称量瓶放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，应该打开，斜放在旁边，取出时先盖好盖子，用纸取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷条取，放入干燥器内，冷却后称重。却后称重。海砂的预处理o用水洗去泥土的海砂或河沙，先用6mol/L盐酸煮沸半小时，用水洗到中性，再用6mol/L氢氧化钠溶液煮沸半小时，用水洗到中性，经105烘干后备用。样品重量和称量瓶规格a.样品重量：一般控制干燥残留物在1.53g样 品称样量（g）固态、浓稠态食品35果汁、牛乳等液态食品1520样品重量和称量瓶规格b.称量瓶及其规格称量瓶玻璃耐酸碱，不受样品性质的限制，常用于常压干燥法。铝质质量轻，导热性强，但对酸性食品不适宜，常用于减压干燥法。规格玻璃底部直径：45cm，6.5 9.0cm铝质直径5cm，高度至少2cm直径加大，高度至少3cm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。干燥设备干燥设备 真空烘箱烘箱 对流式：温差最大 普通电热烘箱 强力循环通风式：温差最小特定温度和时间条件下，应考虑不同类型的烘箱而引起的温差变化 干燥条件o根据样品的性质以及分析目的选择干燥的温度、压力和干燥时间。干燥温度 根据经验，准确度要求不高的。压 力常压、减压干燥时间 a.干燥到恒重b.规定一定的干燥时间干燥温度干燥温度o一般是一般是 95 95105 105 ；o对含还原糖较多的食品应先（对含还原糖较多的食品应先（50506060）干）干燥然后再燥然后再105105加热。加热。o对热稳定的谷物可用对热稳定的谷物可用120120130 130 干燥。干燥。o对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据一次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。计算。干燥时间干燥时间a.a.恒重恒重最后两次重量之差最后两次重量之差 2 mg 2 mg 。 基本保证水分蒸发完全。基本保证水分蒸发完全。b.b.规定时间规定时间根据标准方法的要求。根据标准方法的要求。避免手段避免手段：使用清洁干燥的海砂和样品一起搅拌均匀，再将样品加热干燥直至恒重。作用作用：防止表面硬皮的形成；可以使样品分散，减少样品水分蒸发的障碍。 用量用量：依样品量而定，一般每3g样品加2030g海砂就能使其充分分散。 其他其他：硅藻土、无水硫酸钠 在干燥过程中，一些食品原料可能易形成硬皮或块状，结果成不稳定或错误。干燥器中的干燥剂o干燥器中一般采用硅胶作为干燥剂，当其颜色由蓝色减退或变成红色时，应及时更换；o干燥剂在135下干燥23h后可重新利用。 常压烘箱干燥法（直接干燥法）常压烘箱干燥法（直接干燥法）o原理原理：在一定温度（ 95105）和压力(常压）下，将样品放在烘箱中加热干燥，除去蒸发的水分，干燥前后样品的质量之差即为样品的水分含量。o适用范围适用范围：适用于在95105下，不含或含其他挥发性物质甚微且对热稳定的食品。 样品的制备、测定及结果计算a . 采集，处理，保存过程中，要防止组分采集，处理，保存过程中，要防止组分发生变化，特别要防止水分的丢失或受潮。发生变化，特别要防止水分的丢失或受潮。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。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）二步干燥法o对于水分含量在16%以上的样品，如面包之类的谷类食品，先将样品称出总质量后，切成厚为23mm的薄片，在自然条件下风干1520h，使其与大气湿度大致平衡，然后再次称量，并将样品粉碎、过筛、混匀，放于称量瓶中以烘箱干燥法测定水分。 称取样品105干燥称量瓶恒重24小时干燥器内冷却两次差不超过2mg为恒重0.5小时后称重再烘 l小时冷却称重水分测定结果的计算水分测定结果的计算万变不离其宗的基本原理：万变不离其宗的基本原理：o适宜条件下干燥到恒重后，样品失去物质的总质量除以样品的质量，乘以100%。X样品中的水分含量，g/100g；m1干燥前称量瓶和样品的质量,g；m2干燥后称量瓶和样品的质量,g；m3恒重称量瓶的质量，g。 m1新鲜样品总质量，g；m2风干后样品的质量，g；m3干燥前样品与称量瓶的质量，g；m4干燥后样品与称量瓶的质量，g；m5称量瓶质量，g。 二步干燥法 直接干燥法m1干燥前样品和称量瓶质量，g；m2海砂（或无水硫酸钠）质量，g；m3干燥后样品、海砂及称量瓶的总质量，g；m4恒重称量瓶质量，g。 加海沙或其他方法说明和注意事项 o直接干燥法测定食品中水分是国家标准第一法。 o该方法不能完全排出食品中的结合水，所以它不可能测出食品中真正的水分。 o设备和操作简单，但时间较长，不适合含易挥发物质、高脂肪、高糖食品及含有较多的高温易氧化、易挥发、易分解物质的食品。 减压干燥法减压干燥法 o原理原理：在低压条件下，水分的沸点会随之降低o适适用用范范围围：适用于在100以上加热容易变质及含有不易除去结合水的食品，如淀粉制品、豆制品、罐头食品、糖浆、蜂蜜、蔬菜、水果、味精、油脂等。 o优点：可以防止：含脂肪高的样品在高温下的脂肪氧化；含糖高的样品在高温下的脱水炭化；含高温易分解成分的样品在高温下分解等 样品的测定及方法 步骤：放入样品连接泵，抽出箱内空气至所需压力（一般为4053kPa），并同时加热至所需温度（55左右）关闭真空泵，停止抽气保持一定的温度和压力干燥打开活塞待压力恢复正常后再打开方法说明及注意事项 o压力一般为4053kPa，温度为5060。 实际应用时可根据样品性质及干燥箱耐压能力不同而调整压力和温度 o自干燥箱内部压力降至规定真空度时起计算干燥时间；恒重一般以减量不超过0.5mg时为标准，但对受热后易分解的样品则可以不超过13mg的减量值为恒重标准。 其他干燥法其他干燥法 o化学干燥法：将某种对于水蒸气具有强烈吸附的化学药品与含水样品一同装入一个干燥容器，通过等温扩散及吸附作用而使样品达到干燥恒重。 o微波烘箱干燥法：微波是指频率范围为103105MHz的电磁波。微波加热是靠电磁波把能量传播到被加热物体的内部。加热速度快、均匀性好、易于瞬时控制、选择性吸收、加热效率高 红外线干燥法 o是一种快速测定水分快速测定水分的方法，它以红外线发热管为热源，通过红外线的辐射热和直接热加热样品，高效迅速地使水分蒸发。 o加热迅速，精密度差二、蒸馏法二、蒸馏法 o采用与水互不相溶的高沸点有机溶剂与样品中的水分共沸蒸馏，收集馏分于接收管内，从所得的水分的容量求出样品中的水分含量。o直接蒸馏：使用沸点比水高、与水互不相溶的溶剂，在远高于水沸点的温度下加热 o回流蒸馏：使用沸点仅比水略高的溶剂如甲苯、二甲苯和苯 适用范围 设备简单经济，管理方便，准确度能够满足常规分析的要求，快速。 对于谷类、干果、油类、香料等样品，分析结果准确，特别是对于香料，蒸馏法是唯一的、公认的水分测定法。 操作方法 仪器 称取样品适量加入5075mL新蒸馏的甲苯（或二甲苯）使样品浸没连接冷凝管与水分接收管从冷凝管顶端注入甲苯，装满水分接收管加热蒸馏（2d/s) 至大部分蒸出加热蒸馏（4d/s)冲洗读数 X样品中的水分含量，mL/100g； 或按水在20时密度0.9982g/mL计算质量含量；V接收管内水的体积，mL；m样品的质量，g。 方法说明和注意事项 o蒸馏法为食品水分测定国家标准第三法 o避免了挥发性物质以及脂肪氧化造成的误差。 o有机溶剂的选择： 考虑能否完全湿润样品、适当的热传导、化学惰性、可燃性以及样品的性质等因素热不稳定常选用低沸点的（苯、甲苯或甲苯-二甲苯）：如对于含糖的样品宜选用苯作为溶剂 三、卡尔三、卡尔- -费休（费休（Karl-FischerKarl-Fischer）法）法 o简称费休法或K-F法 o属于碘量法，被广泛应用于多种化工产品的水分测定。o迅速而又准确，且不需加热o在很多场合，该法也常被作为水分特别是微量水分的标准分析方法，用于校正其它分析方法 原理o基于水存在时碘与二氧化硫的氧化还原反应： 2H2OSO2I22HIH2SO4 上述反应是可逆的，在体系中加入了吡啶和甲醇则使反应顺利向右进行C5H5NI2C5H5NSO2C5H5NH2O2C5H5NHIC5H5NSO3 C5H5NSO3CH3OHC5H5N(H)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，该溶液被称为卡尔溶液中，该溶液被称为卡尔- -费休法试剂，通常用纯水作费休法试剂，通常用纯水作为基准物来标定该试剂。为基准物来标定该试剂。过量的碘指示终点（颜色、双指示电极安培滴定法）过量的碘指示终点（颜色、双指示电极安培滴定法）适用范围 o广泛用于各种样品的水分含量测定，特别适用于痕量水分分析（如面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等）o其测定准确性比直接干燥法要高；o也是测定脂肪和油类物品中微量水分的理想方法。 卡尔-费休水分测定仪 卡尔-费休试剂的标定 （？要标定）o50mL的无水甲醇（水0.05%）加入反应器中，接通电源，启动电磁搅拌器，先用卡尔-费休试剂滴入甲醇中使其中残存的微量水分与试剂作用达到计量点，不记录卡尔-费休试剂的消耗量。o用微量注射器从加料口注入10L蒸馏水，用卡尔费-休试剂滴定至终点，记录试剂的消耗量。 终点：I2，有水时呈淡黄色，接近终点时呈琥珀色，刚出现微弱的黄综色时，为滴定终点。T卡尔-费休试剂的水质量（mg/mL）m水的质量，g； V 滴定消耗卡尔-费休试剂的体积，mL。 计算公式样品水分的测定 固体样品必须要先粉碎均匀。准确取0.300.50g样品，测定步骤同上。结果计算 X样品中的水分含量，mg/100mg；T卡尔-费休试剂的水质量，mg/mL；V滴定所消耗卡尔费休试剂，mL； m样品的质量，g。 说明及注意事项 o样品的颗粒大小非常重要。通常样品细度约为40目，宜用破碎机处理，不用研磨机以防水分损失。 o如果食品中含有氧化剂、还原剂、碱性氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硼酸等，都会与卡尔-费休试剂所含组分起反应，干扰测定。（偏高或低？） 四、其他方法介电容量法介电容量法 ：根据样品的介点常数与含水率有关，以含水食品作为测量电极间的充填介质，通过电容的变化达到对食品水分含量的测定。需要使用已知水分含量的样品（标准方法测定）制定标准曲线进行校准。需要考虑样品的密度、样品的温度等因素 电导率法电导率法 o原理：当样品中水分含量变化时，可导致其电流传导性随之变化，因此通过测量样品的电阻来确定水分含量，就成为一种具有一定精确度的快速分析方法。 o必须保持温度恒定，每个样品的测定时间必须恒定为1min。 红外吸收光谱法红外吸收光谱法 o红外线是一种电磁波，一般指波长为0.751000m的光o根据水分对某一波长的红外光的吸收强度与其在样品中的含量存在一定的关系建立了红外吸收光谱测水分法。 折光法折光法 o通过测量物质的折射率来鉴别物质的组成、确定物质的纯度、浓度及判断物质的品质的分析方法称为折光法。o测定可溶性固形物的含量 水分活度值的测定水分活度值的测定 一、水分活度值的一、水分活度值的测定意义测定意义 o单纯的水分含量并不是表示食品稳定性的可靠指标。 o这是由于水与食品中的其他成分结合的方式不同而造成的。 o为了更好地定量说明食品中的水存在状态，更好地阐明水分含量与食品保藏性能的关系，引入水分活度（Water Activity）这个概念。 水分活度 根据平衡热力学定律，水分活度可定义为：溶液中水的逸度（Fugacity）与纯水逸度之比值 Aw Aw水分活度；f溶剂(水)的逸度（逸度是溶剂从溶液中逃脱的趋势）f0纯溶剂（水）的逸度。 也可近似地表示为溶液中水蒸汽分压与纯水蒸汽压之比：=Aw P溶液或食品中的水分蒸汽分压，一般说来，P随食品中易蒸发的自由水含量的增多而加大；P0为纯水的蒸汽压，可从有关手册中查出；ERH平衡相对湿度（Equilibrium Relative Humidity），它是指食品中水分蒸发达到平衡时（即单位时间内脱离食品的水的摩尔数等于返回食品的水摩尔数的时候），食品上方恒定的水蒸汽分压与在此温度时水的饱和蒸汽压的比值（乘以100用整数表示） 水分含量水分含量是指食品中水的总含量，即一定量食品中水的质量分数； 水分活度水分活度值表示食品中水分存在的状态，即反映水分与食品成分的结合程度或游离程度。结合程度越高，则水分活度值越低；结合程度越低，则水分活度值越高。 相对湿度相对湿度指的却是食品周围的空气状态。 测定食品的水分活度值的意义 o对食品的色、香、味、组织结构和食品品质有影响：褐变o对食品的保藏稳定性有重要影响二、水分活度测定方法二、水分活度测定方法 在食品中工业中对于水分活度的测定方法很多，如蒸汽压力法、电湿度计法、溶剂萃取法、近似计算法和水分活度测定仪等。 A Aw w测定仪法测定仪法 o原理：在一定的温度下，用标准饱和溶液校正Aw测定仪的Aw值，在同一条件下测定样品，利用测定仪上的传感器，根据食品中的蒸汽压力的变化，从仪器上的表头上读出指示的水分活度。 本章总结：方法的比较o原理o样品的性质o预期的目的原理 o烘箱干燥法是将样品中的水分除去，利用测得的剩余固体的质量质量计算水分含量。非水挥发性物质在干燥过程中也有挥发，但与挥发掉的水相比很小，常忽略不计。o蒸馏法也采用将水分从固体物质中分离的方法，然而水分含量是直接通过测定体积体积来定量。oKarl Fischer 滴定法则基于样品中水分发生化学化学反应反应的原理，水分的多少可由滴定液的用量反映出来。 o介电法和传导法是根据水的电化学性质o折光法是源于样品中的水对光反射的影响o近红外分析法是基于食品中的水分子对特征波长的吸收的原理。样品的性质 o烘箱干燥法会使某些食品的成分在高温下发生化学变化生成水，或者利用水及其它组分，从而影响水分含量的测定。在较低温度下进行真空干燥可能就可以克服上述问题的发生。o蒸馏技术能最大程度地减少一些食品微量成分的挥发和分解。o对于水分含量非常低或高糖、高脂食品，常常采用Karl Fischer 滴定法。用途 o烘箱干燥法是干燥各种食品产物的法定方法o在干燥法中，微波干燥、红外干燥最为快捷，直接干燥、化学干燥和真空干燥所需要的时间更长一些。o折射指数、电导和红外线分析等方法非常快，但是常常需要与非经验性的方法相关联。本章的主要内容 水分测定方法的原理、操作步骤、应用、注意点、优缺点等。问题 1.确定五个在选择某些食品的水分分析方法时需要考虑的因素。 2.为什么要求采用标准化的方法测定水分含量？ 3. 在水分含量的分析中，采用真空干燥法比强制对流干燥法具有那些潜在的优势。 4.在下面的例子中，你会不会过高或过低估计被测食品的水分含量？为什么？热空气干燥时 样品颗粒形状太大含高浓度挥发性风味化合物脂类氧化样品具有吸湿性碳水化合物的改性（美拉德反应）蔗糖水解表面硬皮的形成含有干燥样品的干燥器未正确密封4.在下面的例子中，你会不会过高或过低估计被测食品的水分含量？为什么？甲苯蒸馏法样品中水和溶剂间形成的乳浊液没有分离冷凝器中残留水滴卡尔费休法天气非常潮湿时称量起始样品玻璃器皿不干样品碾磨得非常粗糙食品中富含维生素食品中富含不饱和脂肪酸好好好想想好想想, ,水分的测定并不那么简单。水分的测定并不那么简单。