第5章 水分和水分活度的测定.ppt

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1、第五章第五章 水分和水分活度值的测定水分和水分活度值的测定o第一节第一节 概述概述o第二节第二节 水分的测定水分的测定o第三节第三节 水分活度值的测定水分活度值的测定第一节第一节 概述概述一、食品中水分的存在形式一、食品中水分的存在形式自由水（游离水）自由水（游离水）是靠分子间力形成的吸是靠分子间力形成的吸附水。附水。亲和水亲和水 强极性基团单分子外的水分子层。强极性基团单分子外的水分子层。o结合水结合水以氢键结合的水，结晶水。以氢键结合的水，结晶水。又称束缚水，属于化学（氢键氢键）结合水，有时是非水成分的一部分。如水合乳糖；还有某些盐类，如Na2SO410H2O。o如葡萄糖、麦芽糖、乳糖的结

2、晶水以及与食品中如葡萄糖、麦芽糖、乳糖的结晶水以及与食品中的蛋白质、淀粉、纤维素、果胶物质中的羧基、的蛋白质、淀粉、纤维素、果胶物质中的羧基、氨基、羟基、巯基通过氢键结合的水。氨基、羟基、巯基通过氢键结合的水。o很难用蒸发的方法排出，微生物及其孢子也不能利用。固形物固形物(%)=100%水份（水份（%）不同的食品水分含量相差较多（见表不同的食品水分含量相差较多（见表5-1）。）。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。三、水分的测定的意义三、水分的

3、测定的意义o水分含量是产品的一个质量因素。水分含量是产品的一个质量因素。o有些产品的水分含量（或固形物含量）通常有专门的规定，有些产品的水分含量（或固形物含量）通常有专门的规定，为了使产品达到相应的标准，必须通过水分的检验控制水为了使产品达到相应的标准，必须通过水分的检验控制水分的含量。分的含量。通心粉的水分含量必须15；葡萄糖浆的水分含量必须30等。o水分含量在食品保藏中是一个关键因素，它可影水分含量在食品保藏中是一个关键因素，它可影 响一些产响一些产品质量的稳定性。品质量的稳定性。o食品营养价值的计算值要求列出水分含量。食品营养价值的计算值要求列出水分含量。o水分含量数据可用于表示样品在同

4、一计量基础上其它分析水分含量数据可用于表示样品在同一计量基础上其它分析的测定结果。的测定结果。o水分含量的高低，对于食品的品质保存、成本水分含量的高低，对于食品的品质保存、成本 核算、提高核算、提高工厂的经济效益具有重要意义。工厂的经济效益具有重要意义。常见水分测定方法直接测定法：利用水分本身的物理和化学性质去掉样品中的水分，再对其进行定量的方法。重量重量法、蒸馏法、卡尔法、蒸馏法、卡尔费休法、化学方法。费休法、化学方法。精确度高、重复性好；但时间长，主要人工操作。间接测定法：利用食品的物理常数通过函数关系利用食品的物理常数通过函数关系确定水分含量。如测定相对确定水分含量。如测定相对密度、折射

5、率、电导率、介电常数等物理性质。不需要除去样品中的水分。准确度低，但测定速度快。直接法比间接法准确度高。直接法比间接法准确度高。注意 预防操作过程中所产生的水分得失误差；尽量缩短样品暴露在空气中的时间；尽可能减少样品在研磨过程中产生摩擦热。：第二节第二节 水分的测定水分的测定一一、干燥法干燥法 通过加热方式将样品中的水分蒸发完全并根据样品加热前后的质量差计算水分含量。以原样重以原样重量量-干燥后重量干燥后重量=水分重量水分重量o包括烘箱干燥法、红外线干燥法、干燥剂法等。o 烘箱干燥法又有直接干燥和减压干燥等。干燥法：适用条件：水分是唯一的挥发物质；水分的排除情况很完全；食品中其它组分在加热过程

6、中由于发生化学反应而引起的重量变化可以忽略不计。原理：是基于水的沸点为100，当温度超过100时，食品中自由水就以气态形式散失。（纯水与溶液的区别）2 2、操作条件的选择：、操作条件的选择：（1 1）称量瓶的选择）称量瓶的选择 （铝制、玻璃）（铝制、玻璃）o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。o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。o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

7、适，一般样品1/31/3高度。高度。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；普通；真空真空测定步骤：1.样品预处理：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（2040目），烘 干，称重；液体样品：先在水浴上浓缩，然后烘干、称重；糖浆、甜炼乳浓稠液体：稀释至固形物含量 在2030，干燥，称重

8、；面包类：二步干燥法，先切成23mm薄片，风 干1520小时后，磨碎、烘干、称重。3.干燥条件：温度、压力、干燥时间。温度：通常采用95105，对于热稳定 的食 品，采用120或者更高的温度。压力（设备）：常压和减压两种。减压（真空）用于对热敏感食品的干燥。时间：干燥至恒重的时间和规定干燥时间两种 方式。4.结果计算式中：Z食品中的水分百分含量；W初次称量总重；W1烘干后称量皿与固形物重量；W2称量皿重量100C左右加热后挥发物的总量,包括有机物但结合水不一定能排除 直接干燥法o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 称量皿横重称量皿横重m3 准确准确称样称样+称量皿重称量皿

9、重 m1 干燥干燥1h 冷却冷却30min 称量称量 干燥干燥1h 冷却冷却30min 称量称量 反复至恒重反复至恒重准确称样准确称样+称量皿重称量皿重 m2。水分的计算：水分的计算：水分水分%=(m1-m2)/(m1-m3)100%减压干燥法100 C以上会变质或结合水不易除去的样品如蜂皇浆:70 C,真空度2.7-4KPA (20-30mmHg)干燥4h（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：利用水的沸点随原理：利用水的沸点随P的原理，将样品称量的原理，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后放入真空干燥箱内，在选定的真空度与加热温度下干

10、燥至恒重，干燥后样品所失去的质量百分比即下干燥至恒重，干燥后样品所失去的质量百分比即为水分含量。为水分含量。（2）装置如）装置如（下图）（下图）（3）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，如烘箱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。密封的好，要重新紧一次门的开关螺栓。（四）红外干燥法（四）红外干燥法 原理：原理：以红外线灯管做为热源（以红外线灯管做为热源（700700300000 nm300000 nm波长），波长），利用红外线的辐射热加热式样利用红外线的辐射热加热式样

11、，高效快速的使，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。分。集烘箱于天平为一体。装置装置MA30 MA30 水分测定仪（德），样品最大为水分测定仪（德），样品最大为30g30g。SCTSCT3 A 3 A 快速水分测定仪（中），样品最大快速水分测定仪（中），样品最大量为量为 100 g100 g。操作方法操作方法特点：测定水分快速，简便，但其精密度较差，当特点：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。样品份数较多时，效率反而降低。二、蒸馏法二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）（应用广泛的为

12、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其中各组份分沸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液在有刻度的接收管中分层,根据水的体积计算水分含量。根据水的体积计算水分含量。例：有关沸点：水例：有关沸点：水 100 100 苯苯 80.2 80.2 水水 +苯苯 69.25 69.25 蒸馏法原理：采用与水互不相溶的高沸点溶 剂

13、与样品中的水分共沸蒸馏，收集馏分，测量水的体积。适用：食品中有大量挥发物质时 谷类、干果、油类、香料等。溶剂选择：依据样品的性质选择溶剂。一般选用苯、甲苯或二甲苯误差分析：样品水分没有完全蒸发出来；水分附集在冷凝管和连接管内壁；水分溶解在有机溶剂中；蒸发出水溶性成分；产生乳浊液等。有关相对密度：有关相对密度：(20/4)(20/4)d水水=1.00000 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 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，加热温度比直接干燥法低。另外是在密闭的容器中进行加热温度比直接干

14、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。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特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。法。法。法。操作注意事项操作注意事项 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.试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。用。c.准确称量适量的样品（估计含

15、水量准确称量适量的样品（估计含水量25ml）。）。d.加热慢慢蒸馏，使加热慢慢蒸馏，使2滴馏出液滴馏出液/每秒。每秒。计算：水分（计算：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)Karl Fischer)简称费休法或简称费休法或 K KF F 法。法。19351935年由卡尔年由卡尔菲休提出的测定水分的定量方法，属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。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多年来，许多分

16、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，使该方法日趋成熟的自动化等方面，有许多改进，使该方法日趋成熟与完善。与完善。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，（氧时需要有一定的水参加反应，（氧化还原反应）化还原反应）I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI 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%0.05%时，即发生可逆反应，要使反应顺利向

17、右时，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，进行，要加入适量的碱性物质以中和生成的酸，吡啶（吡啶（C5H5N）可以。）可以。oI2+SO2+2H2O+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。有甲醇存在，则可生成稳定的化合物。将将I2、SO2、C5H5N、CH3OH 配在一起成配在一起成为费休试剂。为费休试剂。通常碘：二氧化硫：吡啶按1：3：10比例溶解于甲醇中（卡尔费休试剂）。适用于含水

18、1或更多水分的样品，如糖果,巧克力,奶粉不仅测出自由水,也可测出结合水但不适于含VC等强还原物的样品终点判断：以碘为指示剂，有水存在时为淡黄色；当水反应完全时，呈现出碘的颜色：红棕色，此即为滴定终点。适用范围适用范围 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。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。使用范围有化工、试剂、化肥、医药、食品等。o在食品分析中，能用于含水量从在食品分

19、析中，能用于含水量从lppm lppm 到接近到接近l00l00的样品的测定，已应用于面粉、砂糖、人造奶的样品的测定，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。法，也是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。o卡尔费休法有滴定法与库仑电量法两种方法。适用于许多无机化合物和有机化合物中含水量的测定。是世界公认的测定物质水分含量的经典方法。o可快速测定液体固体气体中的水分含量，是最专一、最准确的化学方法，为世

20、界通用的行业标准分析方法。广泛应用在石油、化工、电力、医药、农药行业及院校科研等单位。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，加入尽量用无水的试剂，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，放置试剂滴一下，配好费休试剂后，放置2424小时后，进小时后，进行标定且每天要标定。行标定且每天要标定。5.其它测定水分方法其它测定水

21、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，直流和交流电导率法，直流和交流电导率法，介电容量法，核磁共振波谱法，中子法。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3 水分活度值的测定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，食品的结合或游离程度，AwAw结合程度结合程度，AwAw结合程度结合程度。Aw

22、Aw影响色、香、味保存期。一般，影响色、香、味保存期。一般，同种食品水分含量同种食品水分含量，AwAw值值 。定义：定义：溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似表示为似表示为 溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比。溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比。f f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=pf=p（逸度系数）。（逸度系数）。水分活度：溶液中水的逸度与纯水逸度之比值；近似表示为溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比。ERH（平衡相对湿度）：食品中水分蒸发达到平衡时，食品上方恒定的水蒸气分压与在此温度下水的饱和蒸汽压的比值。水分活度的测定A

23、w=f水水/f纯水纯水 p水分压水分压/p纯水分压纯水分压二、水分活度值的测定方法二、水分活度值的测定方法（一）（一）AwAw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。水分活度测定的意义1.食品水分含量不能说明食品中水分的存在状态及水分与其它非水组分的结合程度。2.水分活度影响着食品的色、香、味和组织结构等品质。如酶促褐变3.水分活度影响着食品的保藏稳定性。细菌0.9，酵母菌0.87，霉菌0.8以上才能生长。o卡尔-费休测定水的原理及应用范围？o答:卡尔-费休测定水的原理是基于水分存在时碘和二氧化硫的氧化还原反应。用已知滴定度的卡尔-费休试剂滴定样品，反应达到终点后呈现红棕色，由此测出样品中水的质量分数。适用范围：可用于含有1%或更多水分的样品如糖、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉等样品的分析。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。