ch04-1水分及水分活度的测定

第5章水分及水分活度的测定主要内容概述水的结构及其状态变化食品中水分子的存在状态食品中水－物质的相互作用水含量、水活度定义及其测定第1节概述自然界中的水水分含量的分析是食品分析中最重要也是最难获得精确可靠数据的分析之一,本章将介绍测定水分的各种方法,包括方法的基本原理、操作步骤、应用、注意点、优缺点等；同时本章还对水分活度的测定作了介绍,作为食品质量指标之一,水分活度的测定与水分含量的测定具有同样重要的意义。第1节概述一、水的作用①水是生物体的重要组成部分,是维持动、植物和人类生存必不可少的物质之一。除谷物和豆类等的种子类食品（一般水分在12~16%）以外,作为食品的许多动植物一般含有60~90%水分,有的甚至更高,水是许多食品组戊戊分中数量最多的组分。如蔬菜含水分85~97%、水果80~90%、鱼类67~81%、蛋类73~75%、乳类87~89%、猪肉43~59%,即使是干态食品,也含有少量水分,如面粉12~14%、饼干2.5~4.5%。②在动、植物体内,水分不仅以纯水状态存在,而且常常是溶解那些可溶性物质（例如糖类和许多盐类）而构成溶液以及把淀粉、蛋白质等亲水性高分子分散在水中形成凝胶来保持一定形态的膨胀体的溶剂。另外,即使不溶于水的物质如脂肪和某些蛋白质,也能在适当的条件下分散于水中成为乳浊液或胶体溶液。③水的介电常数很大,能促进电解质的电离。水不但是生物体内化学反应的介质,本身也是生物化学反应的反应物。水还是动物体内各器官、肌肉、骨骼的润滑剂,是体内物质运输的载体,没有水就没有生命。§4.1概述一、水的作用水分子的重要性许多这样的通道专门为特殊的离子或分子所使用而且不允许其它类型的物质通过。右图为分子通道,下图是离子通道图1通过细胞壁的分子通道第1节概述一、水的作用水分子：唯一的以三种状态广泛存在的物质WatervaporIceWater第1节概述一、水的作用水分子的结构结构特征水分子的四面体结构有对称性H－O共价键有离子性氧的另外两对孤对电子有静电力H－O键具有电负性第1节概述一、水的作用水分子的结构分子的缔合1）水分子在三维空间形成多重氢键的缔合。2）每个水分子具有相等数目的氢键给体与受体,能够在三维空间形成氢键网络结构。水分子缔合的原因1）H－O键间电荷的非对称分布使H－O键具有极性,这种极性使分子间产生引力。2）由于每个水分子具有数目相等的氢键受体和供体,因此可以在三维空间形成多重氢键。3）静电效应第1节概述二、食品中水分含量不同食品中水分含量的差异很大,在绝大多数食品中,水分是一个主要组成部分。1.水是绝大多数食物的主要组成成分2.水分子的含量和分布直接影响到食品的外观、色泽、风味、质量、状态、贮藏时间及其对腐败的敏感性等。3.不同的食品有其特征性的水分含量。如:面包35~45％；奶粉4％；肉80％；谷物,10~15％等食品种类近似含水量(湿基)食品种类近似含水量(湿基)谷物制品小麦面粉(整粒)白面包(加料)玉米片椒盐饼干通心粉(干,加料)10.313.43.04.110.2乳制品牛乳(纯的,新鲜)酸奶酪(清淡,低脂)酪农干酪切达干酪香草冰淇淋88.089.079.337.561.0坚果核桃(干)花生(加盐干烤)花生酱(含盐)4.41.61.2甜味剂砂糖红糖浓缩或过滤的蜂蜜01.617.1第1节概述二、食品中水分含量食品种类近似含水量(湿基)食品种类近似含水量(湿基)肉家禽和鱼牛肉鸡肉有鳍鱼,鲽鱼蛋（整蛋)63.268.679.175.3水果和蔬菜西瓜(未加工)橙子(未加工,带皮)苹果(未加工,连皮)葡萄(美国品种,未加工)葡萄干黄瓜(带皮,未加工)马铃薯(未加工,新鲜带皮)蚕豆(绿皮,未加工)91.586.883.981.315.496.079.090.3脂肪和油脂人造奶油黄油(含盐)大豆油(色拉)16.716.90第1节概述二、食品中水分含量第1节概述三、水分在食品中的存在形式食品中水分去除的难易程度与它在食品中的存在形式有关,食品中水的存在形式：问：食品中()水能为微生物所利用(P79)。(A)化合水(B)多层水(C)结合水(D)自由水第1节概述三、水分在食品中的存在形式(一)体相水1.自由水Freewater:waterthatoccupiespositionsfurthestremovedfromnonaquousconstituents;water-waterhydrogenbondspredominate.haspropertiessimilartowaterinadilutesaltsolution;macroscopicflowisunimpeded.自由水保持水本身的物理特性,能结冰,但冰点有所下降；溶解溶质的能力强,能作为胶体的分散剂和盐的溶剂,干燥时易被除去；与纯水分子平均运动接近；适合微生物生长和大多数的化学反应,易引起食品的腐败变质,但与食品的风味和功能性紧密相关。第1节概述三、水分在食品中的存在形式(一)体相水1.自由水与束缚水相对应的水称为自由水或游离水(Freewater),即指组织、细胞中容易结冰、组能溶解溶质的这部分水,Freewater又分为：不可移动水(滞化水immobilizedwater)、毛细管水(capillarywater)及自由流动水(fluidwater)滞化水毛细管水自由流水第1节概述三、水分在食品中的存在形式(一)体相水2.截留水Entrappedwaterthatoccupiespositionsfurthestremovedfromnonaqueousconstituents;water-waterhydrogenbondspredominate;haspropertiessimilartowaterinadilutesaltsolution,exceptmacroscopicflowisimpededbymatrixofgelortissue.能结冰,但冰点有所下降；溶解溶质的能力强,干燥时易被除去,冷冻时易结冰；与纯水分子平均运动接近；适合微生物生长和大多数的化学反应,易引起食品的腐败变质,但与食品的风味和功能性紧密相关。如：当组织状食品被切割或跺碎时水分不会流出,这部分水的整体流动收到严格限制,但各个分子分子运动基本与在稀盐溶液中的水分子运动相同。截留水的损害对食品质量会有很大影响：凝胶脱水收缩、冷冻食品的解冻渗出等第1节概述三、水分在食品中的存在形式(二)结合水(束缚水)Boundwater水分子的作用力可以分为氢键结合力和毛细管力两类。由氢键结合力系着的水习惯上称为结合水或束缚水,如在食品中与蛋白质活性基（—OH,=NH,—NH2,—COOH,—CONH2）和碳水化合物的活性基（—OH）以氢键相结合而不能自由运动的水即属此类。束缚水有两个特点：①不易结冰（冰点-40℃）；②不能作为溶质的溶媒。1.结构水这部分水和其它食品成分紧密结合在一起,如蛋白质等牢固地结合在一起,存在于细胞壁或原生质中。-40℃以下不结冰、不能做为其它添加溶质的溶剂、与纯水比较分子平均运动为0、不能被微生物利用。第1节概述三、水分在食品中的存在形式(二)结合水(束缚水)Boundwater2.结合水这部分水属于化学结合水,例如一水合乳糖；还有某些盐,如Na2SO4·10H2O。(1)邻近水waterthatstronglyinteractswithspecifichydrophilicsitesofnonaquousconstituents.不是其物质结构组成部分,-40℃以下不结冰、无溶解溶质的能力、与纯水比较分子平均运动大大减少、不能被微生物利用,此种水很稳定,不易引起食品的腐败变质。第1节概述三、水分在食品中的存在形式(二)结合水(束缚水)Boundwater2.结合水这部分水属于化学结合水,例如一水合乳糖；还有某些盐,如Na2SO4·10H2O。(2)多层水waterthatoccupiesremainingfirstlayersitesandformsseveraladditionallayersaroundhydrophilicgroupsofnonaqueousconstituents;water–waterandwater-solutehydrogenbondspredominate.大多数多层水在-40℃以下不结冰；有的可结冰,但冰点大大降低。有一定溶解溶质的能力,与纯水比较分子平均运动大大减少,不能被微生物利用第1节概述四、水分含量测定的重要性对食品分析来说,最基本最重要的方法之一就是对水分含量的测定。去除水分后剩下的干基称为总固形物。因为水可作为一种廉价的掺入物,所以对食品制造商来说,这就意味着巨大的经济利益。(一)水和溶质间的相互作用-物质结构变化1.水与离子基团的相互作用离子效应影响水分子的存在结构状态,从而影响其它非水溶质或悬浮在介质中的物质的“相容状态”,从而影响物质整体的稳定性、存在状态等。第1节概述四、水分含量测定的重要性(一)水和溶质间的相互作用-物质结构变化2.水与有氢键键合能力的中性基团的相互作用,如羟基、氨基、羧基等（作用力小于水和离子间的力）1）曾发现在生物大分子之间的有几个水分子构成的桥结构,(木瓜蛋白酶中存在三分子水桥)。2）水分子与蛋白质二级结构的结合,不仅决定蛋白质的结构,而且还决定分子的振动。3.水与疏水基团的相互作用1）疏水集团相互聚集,减少与水的接触面积,结果导致自由水分子增多；第1节概述四、水分含量测定的重要性(二)水分含量测定的重要性水分含量在产品保藏中是一个关键的质量因素,可以直接影响一些产品质量的稳定性。如：①脱水蔬菜和水果；②奶粉；③鸡蛋粉水分含量是产品的一个质量因素。如：①在果酱和果冻中,防止糖结晶；②常规加工过的谷物,水分含量为4%~8%；吸潮膨胀后,水分含量为7%~8%。第1节概述四、水分含量测定的重要性(二)水分含量测定的重要性含水量的减少有利于产品的包装和运输。如：①浓缩牛乳；②液体甘蔗糖(67%固形物)和液体玉米糖浆(80%固形物)；③脱水产品(如果水分含量太高很难包装)；④浓缩果汁。有些产品的水分含量(或固形物含量)通常有专门的规定,如：①通心粉的水分含量必须≤15%；②葡萄糖浆的固形物含量必须≥70%；③菠萝汁中可溶性固形物含量必须≥10.5°Bé；食品营养价值的计量值要求列出水分含量。水分数据可用于表示样品的其他分析测定结果。第2节水分的测定水分含量是指物质中的水含量百分比。水分含量的测定方法有2大类：直接测定法和间接测定法。前者包括：烘干法(干燥法)、蒸馏法和卡尔费休法；后者包括利用食品的密度、折射率、电导率、介电常数等物理性质测定水分的方法,不需要除去食物样品中的水分,能够自动连续测量,可用于食品工业生产过程中水分含量的自动控制分析。问：水分含量测定中,利用水分本身的理化性质除去样品中的水分,再对其进行定量的方法称作()P80第2节水分的测定一、干燥法特点：简单、操作简便、快速、粗略使用范围：☻水分为唯一挥发物；☻自由水含量高,易去除,可以较彻底地去除水分☻高温导致的物质间反应引起的质量变化可忽视,在加热过程中样品中其他组分稳定(重量变化可忽略不计)。第2节水分的测定一、干燥法（一）直接干燥法(P73~75,GB/T5009.3第一法)1原理基于食品中的水分受热以后,产生的蒸汽压高于空气在电热干燥箱中的分压,使食品中的水分蒸发出来,同时,由于不断的加热和排走水蒸汽,而达到完全干燥的目的,食品干燥的速度取决于这个压差的大小。2适用范围适用于在95~l05℃范围内不含或含其他挥发性成分极微且对热稳定的各种食品。主要包括谷物及其制品、水产品、豆制品、乳制品、肉制品及卤菜制品3样品的制备、测定及结果计算样品的制备方法常以食品种类及存在状态的不同而异,一般情况下,食品以固态(如面包、饼干、乳粉等)、液态(如牛乳、果汁等)和浓稠态(如炼乳、糖浆、果酱等)存在。不同样品的预处理不同的预处理方法对分析结果影响很大。固体样品：磨碎、过筛(20~40目),烘干,