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1、1第五章 水分和水分活度值的测定5.1 概述一、水分的存在状态二、水分的测定方法和测定意义5.2 水分的测定一、干燥法二、蒸馏法三、卡尔-费休（Karl-Fischer）法四、其他方法5.3 水分活度值的测定一、水分活度值的测定意义二、水分活度测定方法第1页/共60页2Natural landscape自然界中的水第2页/共60页3Water vaporIceWater水分子：唯一的以三种状态广泛存在的物质第3页/共60页41.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3545；奶粉
2、4；肉80；谷物，1015等第4页/共60页55.1 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自由水（游离水）是靠分子间力形成的吸附水。亲和水 强极性基团单分子外的水分子层。结合水（束缚水）以氢键结合的水，结晶水。第5页/共60页6固形物(%)=100%水份（%）不同的食品水分含量相差较多（见表5-1）。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。第6页/共60页7二、水分的测定方法 直接法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、卡尔费休法、化学方法。间接法利用食品的物理常数通过函数关系确定水
3、分含量。如测相对密度、折射率、电导、旋光率等。直接法比间接法准确度高。第7页/共60页8三、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8页/共60页9（1）水分含量是产品的一个质量因素。如在果酱和果冻中，要防止糖结晶必须要控制水分含量；水果硬糖的水分含量一般控制在3.0以下，但过低会出现返砂甚至返潮现象；新鲜面包的水分含量若低于28%30，则其外形干瘪、没有光泽。（2）有些产品的水分含量（或固形物含量）通常有专门的规定，如国家标准中硬质干酪的水分含量42%（GB5420-85）；麦乳精（含乳固体饮料）的水分含量2.5%（GB7101-86）；蛋制品（巴氏消毒冰
4、鸡全蛋）76%（GB2749-1996）；加工肉类食品时，水分的百分比通常也有专门的指标，如肉松太仓式（福建式）20%（8%）（GB2729-94）。所以为了能使产品达到相应的标准，有必要通过水分检测来更好地控制水分含量。第9页/共60页10（3）水分含量在食品保藏中也是一个关键因素，可以直接影响一些产品质量的稳定性，如脱水蔬菜和水果、奶粉、鸡蛋粉、脱水马铃薯、香料香精等。这就需要通过检测水分来调节控制食品中的水分含量。全脂乳粉的水分含量须控制在2.5%3.0%以内，这种条件不利于微生物的生长，以延长保质期。（4）食品营养价值的计量值要求列出水分含量。（5）水分含量数据可用于表示样品在同一计量
5、基础上其他分析的测定结果。此外，各种生产原料中水分含量的高低，对于它们的品质和保存、成本核算、提高工厂的经济效益等均具有重大意义。因此，食品中水分含量的测定被认为是食品分析的重要项目之一。第10页/共60页115.2 水分的测定一、干燥法一、干燥法一、干燥法一、干燥法二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）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。四、其它测定水分方法（一）直接干燥法（常压干燥法）（一）直接干燥
6、法（常压干燥法）（二）减压干燥法（二）减压干燥法（三）红外干燥法（三）红外干燥法水分含量水分含量16%:16%:两步干燥法两步干燥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，中子介电容量法，核磁共振波谱法，中子法第11页/共60页12GB/T5009.3-2003范围本标准规定了食品中水分的测定方法。本标准中直接干燥法适用于谷物及其制品、水产品、豆制品、乳制品、肉制品及卤菜制品等食品中水分的测定。减压干燥法适用于糖及糖果、味精等易分解食品中水分的测
7、定。蒸馏法适用于含较多的挥发性物质的食品如油脂、香辛料等水分的测定。第12页/共60页135.2 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 （5050页下部）第13页/共60页14 水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性成分极微。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。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。第14页/共60页15 2 2、操作条件的选择：（1 1）称量瓶的选择 （铝制、玻璃）玻璃称量皿能
8、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1/31/3高度。第15页/共60页16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。第16页/共60页17 称样量 样品一般控制在干燥后的残留物为1.53克；固态、浓稠态样品控制在 35 克；含水分较高的样品控制在 1520 克；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。普通；真空第17页/共60页18第18页/共60页19第19页/共60页20第20页/共60
9、页21 干燥条件干燥温度：干燥温度：1.一般是一般是 95105；对含还原糖较多的食品应；对含还原糖较多的食品应 先（先（5060）干燥然后再）干燥然后再105加热。加热。2.对热稳定的谷物可用对热稳定的谷物可用120130 干燥。干燥。3.对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一次对于脂肪高的样品，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。（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。干燥器第21页/共60页22干燥时间：恒重最后两次重量之差 2 mg。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。第22页/共60页23
10、（二）直接干燥法（常压干燥法）1.原理：在一定的温度（95105）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：3.样品的制备、测定及结果计算。第23页/共60页24 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，要防止组分发生变化，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18目，其他3040目。c.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。第24页/共60页25d.浓稠液体（糖浆、炼乳等）：加水稀释，最后要把加入的水除去。加入海砂，海砂与玻璃棒在水浴上干燥后入干燥箱，两者要知重量。
11、e.含水量16%的谷类食品，采用两步干燥法。如面包，切成薄片，自然风干1520h，再称量，磨碎，过筛，烘干。第25页/共60页26常压干燥法操作过程：烘箱预热 称量皿恒重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%第26页/共60页27（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）装置如（下图）（3）操作：将准确称好的样品放入真空
12、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。第27页/共60页28第28页/共60页29（四）红外干燥法（60页）原理：以红外线灯管做为热源（700700300000 nm300000 nm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。第29页/共60页30装置MA30 MA30 水分测定仪（德），样品最大为30g30g。SCTSCT3 A 3 A 快速水分测定仪（中），样品最大量为 100 g100 g。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
13、而降低。第30页/共60页31SC69-02CSC69-02C型水分快速测定仪型水分快速测定仪原理原理:使试样受红外线辐射使试样受红外线辐射波的热能后，游离水分迅速波的热能后，游离水分迅速蒸发后，即能通过仪器上的蒸发后，即能通过仪器上的光学投影装置直接读出试样光学投影装置直接读出试样物质含水率的百分比。物质含水率的百分比。第31页/共60页32二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）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
14、：有关沸点：水 100 100 苯 80.2 80.2 水 +苯 69.25 69.25 第32页/共60页33有关相对密度：(20/4)(20/4)d水=1.00000 d苯=0.87900 d甲苯=0.86694 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。第33页/共60页34第34页/共60页35 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
15、.准确称量适量的样品（估计含水量25ml）。d.加热慢慢蒸馏，使2滴馏出液/每秒。计算：水分（%）=(V W)100 V接收管内水的体积。W样品质量。第35页/共60页36三、卡尔费休法（Karl Fischer)Karl Fischer)简称费休法或 K KF F 法。19351935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。第36页/共60页37 原理 利用I2氧化S
16、O2时需要有一定的水参加反应，（氧化还原反应）I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI 此反应具有可逆性，当生成物 H2SO4 浓度0.05%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。第37页/共60页38I2+SO2+2H2O+3C5H5N 2C5H5NHI+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。第38页/共60页39 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
17、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。第39页/共60页40在食品分析中，能用于含水量从lppm lppm 到接近l00l00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。第40页/共60页41 主要仪器：KFl 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)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
18、，配好费休试剂后，放置2424小时后，进行标定且每天要标定。第41页/共60页42第42页/共60页43标定有三种方法：是用纯水进行标定。用事先配好的水甲醇标定。用二水合酒石酸钠标定。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。第43页/共60页445.其它测定水分方法 化学干燥法 气相色谱法 微波法 红外吸收光谱法 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。第44页/共60页45GB/T 5009.32003 食品的水分测定 1.直接干燥 2.减压干燥 3.蒸馏 第45页/共60页46第一法 直接干燥法原理原理 食品中的水分一般是指在食品中
19、的水分一般是指在100100左右直接于燥的情况下，所失去物质的总量。左右直接于燥的情况下，所失去物质的总量。直接干燥法适用于在直接干燥法适用于在95 95 105105下，不含或含其他挥发性物质甚微的食品。如酱下，不含或含其他挥发性物质甚微的食品。如酱腌菜的水分测定。腌菜的水分测定。操作方法操作方法 固体样品：取洁净铝制或玻璃制的扁形称量瓶，置于固体样品：取洁净铝制或玻璃制的扁形称量瓶，置于9510595105干燥箱中，瓶盖斜支干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热于瓶边，加热0.51.0h0.51.0h，取出盖好，置干燥器内冷却，取出盖好，置干燥器内冷却0.5h0.5h，称量，并重复干燥至恒，称量，
20、并重复干燥至恒量。称取量。称取2.0010.0g2.0010.0g切碎或磨细的样品，放入此称量瓶中，样品厚度约为切碎或磨细的样品，放入此称量瓶中，样品厚度约为5 mm5 mm。加盖，精密称量后，置加盖，精密称量后，置9510595105干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，干燥干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，干燥24h24h后，盖好取后，盖好取出，放入干燥器内冷却出，放入干燥器内冷却0.5h0.5h后称量。然后再放入后称量。然后再放入9510595105干燥箱中干燥干燥箱中干燥1 h1 h左右，左右，取出，放干燥器内冷却取出，放干燥器内冷却0.5h0.5h后再称量。至前后两次质量差不超过后再称量。至前后两次质量
21、差不超过2mg2mg，即为恒量。，即为恒量。第46页/共60页47半固体或液体样品：取洁净的蒸发皿，内加10.0g海砂及一根小玻棒，置于95105干燥箱中，干燥0.51.0h后取出，放入干燥器内冷却0.5h后称量，并重复干燥至恒量。然后精密称取510g样品，置于蒸发皿中，用小玻棒搅匀放在沸水浴上蒸干，并随时搅拌，擦去皿底的水滴，置95105干燥箱中干燥4 h后盖好取出，放入干燥器内冷却0.5h后称量。然后再按固体样品方法操作。计算 第47页/共60页48第二法 减压干燥法 原理:在一定的温度及压力下失去的物质的总量，适用于含糖、味精等易分解的食品。仪器:真空干燥箱。操作方法:称取样品，放入真空
22、干燥箱内，将干燥箱连接水泵，抽出干燥箱内空气至所需压力（一般为300400 mmHg），并同时加热至所需温度（5060）。关闭通水泵或真空泵上的活塞，停止抽气，使干燥箱内保持一定的温度和压力，经一定时间后，打开活塞，使空气经干燥装置缓缓通入至干燥箱内，待压力恢复正常后再打开。取出称量瓶，放入干燥器中0.5 h 后称量，并重复以上操作至恒量。结果计算：同前。计算结果保留三位有效数字。精密度：在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%10%。第48页/共60页49第三法 蒸馏法 原理:食品中的水分与甲苯或二甲苯共同蒸出，收集馏出液于接收管内，根据体积计算含量。适用于含
23、较多其他挥发性物质的食品，如油脂、香辛料等。操作方法 称取适量样品（估计含水25ml），放入250ml形瓶中，放入新蒸馏的甲苯（或二甲苯）75m1，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。加热慢慢蒸馏，使每秒钟得馏出液两滴，待大部分水分蒸出后，加速蒸馏约每秒钟4滴，当水分全部蒸出后，接收管内的水分体积不再增加时，从冷凝管顶端加入甲苯冲洗。如冷凝管壁附有水滴，可用附有小橡皮头的铜丝擦下，再蒸馏片刻至接收管上部及冷凝管壁无水滴附着为止，读取接收管水层的容积。第49页/共60页505.3 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，AwA
24、w结合程度，AwAw结合程度。AwAw影响色、香、味保存期。一般，同种食品水分含量，AwAw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=pf=p（逸度系数）。第50页/共60页51Aw=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）AwAw测定仪法；（二）扩散法；（三）溶剂萃取法。第51页/共60页52第52页/共60页53第53页/共60页54第54页/共60页55第55页/共60页56扩散法（恒定相对湿度平衡法）：扩散法（恒定相对湿度平衡法）：将已知含水量的样品置于恒温密度的容器中，使其达到平将已知含水量的样品置于恒温密度的容器中，使其达到平衡，然后用电子或者湿度测定仪测样品和环境空气的平衡相衡，然后用电子或者湿度测定仪测样品和环境空气的平衡相对湿度，即可得到对湿度，即可得到AwAw。第56页/共60页57第57页/共60页58第58页/共60页59第五章 重点1.什么是结合水？什么是自由水？2.水分的测定方法。3.各种测定方法的原理、仪器。4.卡尔费休法原理、试剂。5.水分活度的测定方法。第59页/共60页60感谢您的观看！第60页/共60页