食品理化检验分析 第四章_水分和水分活度值的测定

第四章水分和水分活度的测定制作人：李志鹏第一节概述水的作用：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①自由水（游离水）——是靠分子间力形成的吸附水。②亲和水——强极性基团单分子外的水分子层。③结合水（束缚水）——以氢键结合的水，结晶水。固形物(%)=100%－水份（%）不同的食品水分含量相差较多。•食品中的固形物——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、无氮抽出物、灰分等。二、食品中水分的测定方法①直接法——利用水分本身的物理性质、化学性质测定水分：干燥法、蒸馏法、卡尔·费休法。②间接法——利用食品的物理常数通过函数关系确定水分含量。如测相对密度、折射率、电导、介电常数等。直接法比间接法准确度高。三、水分的测定的意义•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。第二节水分的测定一、干燥法以原样重量-干燥后重量=水分重量（一）干燥法的注意事项1、干燥法的前提条件样品本身要符合三项条件（下页）①水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性成分极微。②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，只好用真空干燥除去结合水。③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，对热稳定的食品。2、操作条件的选择：（1）称量瓶的选择（铝制、玻璃）•玻璃称量皿——能耐酸碱，不受样品性质的限制，常用于常压干燥法。•铝制称量盒——质量轻，导热性强，但对酸性食品不适宜，常用于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≯1/3高度。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，冷却后称重。⑵称样量样品一般控制在干燥后的残留物为1.5～3克；固态、浓稠态样品控制在3～5克；含水分较高的样品控制在15～20克；⑶干燥设备烘箱电热烘箱有各种形式，对流式、强力循环通风式。①普通；②真空⑷干燥条件干燥温度：1.一般是95～105℃；对含还原糖较多的食品应先（50～60℃）干燥然后再105℃加热。2.对热稳定的谷物可用120～130℃干燥。3.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。干燥器干燥时间：恒重——最后两次重量之差＜2mg。基本保证水分蒸发完全。规定时间——根据经验，准确度要求不高的。•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）1.原理：在一定的温度（95～105℃）和压力（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。2.适用范围：在一定温度范围内，不含其他挥发性成分或含量极微且对热稳定的各种食品。3.样品的制备、测定及结果计算。•常压干燥法操作过程：烘箱预热称量皿横重m3准确称样+称量皿重m1干燥1h冷却30min称量干燥1h冷却30min称量反复至恒重准确称样+称量皿重m2。水分的计算：水分%=(m1-m2)/(m1-m3)×100%（三）减压干燥法（1）原理：利用水的沸点随P↓的原理，将样品称量后放入真空干燥箱内，在选定的真空度与加热温度下干燥至恒重，干燥后样品所失去的质量百分比即为水分含量。（2）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，如烘箱密封的好，要重新紧一次门的开关螺栓。（3）适用范围适用于在较高温度下易分解、变质或不易除去结合水的食品，如糖类、味精、蜂蜜、果浆、高脂食品等。（4）计算结果同直接干燥法（四）红外干燥法⑴原理：以红外线灯管做为热源（700～300000nm波长），利用红外线的辐射热加热式样，高效快速的使水分蒸发，据干燥前后的失重即可求出样品的水分。集烘箱于天平为一体。⑵装置MA30水分测定仪（德），样品最大为30g。SCT—3A快速水分测定仪（中），样品最大量为100g。⑶操作方法特点：测定水分快速，简便，但其精密度较差，当样品份数较多时，效率反而降低。二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）1.原理：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，馏出液在有刻度的接收管中分层,根据水的体积计算水分含量。例：有关沸点：水——100℃苯——80.2℃水+苯——69.25℃有关相对密度：(20/4)d水=1.00000d苯=0.87900d甲苯=0.866942.特点和使用范围此法为一种高效的换热方法，水分可以被迅速的移去，加热温度比直接干燥法低。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。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。3.操作注意事项a.要先接好冷水，且先打开冷凝水。b.试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。c.准确称量适量的样品（估计含水量2~5ml）。d.加热慢慢蒸馏，使2滴馏出液/每秒。4.计算：水分（%）=(V∕W)×100V——接收管内水的体积。W——样品质量。5.说明及注意事项（1）有机溶剂一般用甲苯（bp.110.7℃）；苯（bp.80.2℃）（2）加热温度不宜太高，蒸馏时间一般为2—3小时。（3）必须保持清洁，无油污，不漏气。三、卡尔·费休法（KarlFischer)——碘量法简称费休法或K—F法。1935年由卡尔·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，使该方法日趋成熟与完善。1.原理利用I2氧化SO2时需要有一定的水参加反应，（氧化还原反应）I2+SO2+2H2OH2SO4+2HI此反应具有可逆性，当生成物H2SO4浓度＞0.05%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中和生成的酸，吡啶（C5H5N）可以。I2+SO2+2H2O+3C5H5N2C5H5NHI+C5H5NSO3氢碘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。若有甲醇存在，则可生成稳定的化合物。将I2、SO2、C5H5N、CH3OH配在一起成为费休试剂。2.适用范围费休法广泛地应用于各种液体、固体、及一些气体样品中水分含量的测定，也常作为水分痕量级标准分析方法，也可用于此法校定其他的测定方法。使用范围有化工、试剂、化肥、医药、食品等。•在食品分析中，能用于含水量从lppm到接近l00％的样品的测定，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，结果的准确度优于直接干燥法，也是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。3.主要仪器：KF—l型水分测定仪(上海化工研究院制)SDY一84型水分滴定仪(上海医械专机厂制)4.试剂：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，或选用费休试剂滴一下，配好费休试剂后，放置24小时后，进行标定且每天要标定。标定有三种方法：①是用纯水进行标定。②用事先配好的水—甲醇标定。③用二水合酒石酸钠标定。5.测定注意：甲醇有毒，操作时注意；费休试剂可分为甲乙液储存。四、其它测定水分方法⑴化学干燥法⑵气相色谱法⑶微波法⑷红外吸收光谱法⑸其它还有声波和超声波法，直流和交流电导率法，介电容量法，核磁共振波谱法，中子法。GB/T5009.3—2003《食品的水分测定》1.直接干燥2.减压干燥3.蒸馏第三节水分活度值的测定一、水分活度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，Aw↓结合程度↑，Aw↑结合程度↓。Aw影响色、香、味保存期。一般，同种食品水分含量↑，Aw值↑。定义：溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似表示为溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比。逸度——溶液中水逸出的趋势、能力。f=pγ（逸度系数）。Aw=f水/f纯水≈p水分压/p纯水分压二、水分活度值的测定方法（一）Aw测定仪法直接测定水蒸气分压（二）溶剂萃取法（三）扩散法第六章重点1.水分的测定方法。2.各种测定方法的原理3.卡尔费休法原理、试剂。4.水分活度的测定方法。