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1、主主 要要 内内 容容水的有关知识1水分含量的测定2水分活度的测定3第1页/共71页本节课的内容：水分含量测定的意义；了解各种食品中水分的含量是多少；水在食品中的存在状态；如何测定水分的含量。第2页/共71页一、测定水分含量的意义测定水分含量的意义各种食品都有其特定的水分含量，因此才显示出其特有的色、香、味形特征。水起着分散蛋白质、脂类和淀粉、使其形成溶胶的作用水能影响食品的鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工性水分也是微生物繁殖的重要因素因此，研究食品中水分的含量，对食品的保藏技术，食品质量，食品设计都有十分重要的意义。第3页/共71页二、食物中的含水量食物中的含水量除谷物和豆类等种子外
2、（12-16%），食品的含水量一般都较高（60-90%），水是食物各种组分中数量最多的组分。第4页/共71页食品食品含水量含水量（%）食品食品含水量含水量（%）一、肉类一、肉类猪肉猪肉牛肉牛肉鸡肉鸡肉鱼鱼二、水果二、水果浆浆果果、樱樱桃桃、梨梨53-6050-707465-8180-85苹果、桃子苹果、桃子草莓、番茄草莓、番茄鳄梨、香蕉鳄梨、香蕉三、蔬菜三、蔬菜豌豆（绿）豌豆（绿）甜菜、胡萝卜甜菜、胡萝卜芦芦笋笋笋笋、卷卷心心菜、花菜、菜、花菜、85-9090-9574-8074-8080-9090-95第5页/共71页2.水分的存在状态水分的存在状态水分的存在状态结合水或束缚水（bondwa
3、ter）自由水或游离水(freewater)游离水：不与食品中任何成分化学或者吸附的水，具有纯水的性质，有流动性，也称为自由水或者体相水。结合水：与蛋白质、碳水化合物等以氢键结合而不能自由运动的水。第6页/共71页与游离水相比，结合水呈现低的流动性和其它显著不同的性质：它的冰点为-400C它没有溶剂作用食物中的微生物孢子不能利用结合水进行发芽和繁殖，因此，只要从食品中除去自由水，就可使食品安全地保藏。第7页/共71页水分的测定水分的测定直接测定法间接测定法21第8页/共71页水分的测定方法水分的测定方法 直接法利用水分本身的物理性质、化学性质测定水分：干燥法、蒸馏法、卡尔费休法。间接法利用食品
4、的物理常数通过函数关系确定水分含量。如测密度、折射率、电导、旋光率等。第9页/共71页方法方法优点优点缺点缺点应用应用直接测定法直接测定法准确度高、准确度高、重复性好重复性好费时、费力、费时、费力、劳动强度大劳动强度大需要准确测需要准确测定水分含量定水分含量时时间接测定法间接测定法速度快、速度快、可自动连续可自动连续测定测定准确度不如准确度不如直接测定法直接测定法生产过程的生产过程的自控控制自控控制第10页/共71页GB/T5009.32003食品的水分测定1.直接干燥法2.减压干燥法3.蒸馏法第11页/共71页一一、干燥法干燥法 以原样重量-干燥后重量=水分重量第12页/共71页2.1 直接
5、干燥法直接干燥法(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，排走水蒸气，干燥前后样品的质量之差为样品的水分含量。第13页/共71页 水分水分是是唯一唯一的挥发的挥发的物质的物质，不含或不含或含其它含其它挥发性挥发性成分极成分极微。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，只好用减压干燥法测其水分含量。1、直接干燥法的样品要求1、样品本身要符合三项条件：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。这就是说在加热时只有水分挥发。例如，样品中含酒精、香精油、芳香脂都不能用干燥法，这些都
6、有挥发成分。对于一些糖和果胶、明胶所形成冻胶中的结合水。它们结合的很牢固，不宜排除，有时样品被烘焦以后，样品中结合水都不能除掉。因此，采用常压干燥的水分，并不是食品中总的水分含量。食品中其它成分由于受热而引起的化学变化可以忽略不计。例：还原糖+氨基化合物变色（美拉德反应）+H2O还有H2C4H4O6（酒石酸）+2NaHCO3NaC4H4O6（酒石酸钠）+2H2O+2CO2发酵糖（NaHCO3+KHC4H4O6）H2O+CO2+NaKC4H4O6高糖高脂肪食品不适应第14页/共71页(2)适用范围本法以样品在蒸发前后的失重来计算水分含量，故适用于在95105范围不含其他挥发成分极微且对热稳定的各
7、种食品。比如：某些谷物制品、某些豆制品、水产品、乳制品及肉制品。第15页/共71页(3)不适用：1、果糖含量较高的食品：水果制品、蜂蜜；2、氨基酸、蛋白质及羰基化合物的食品：比如麦乳精。3、有较多挥发性物质的食品：比如香料，发酵食品。原因：1、2、3如水果制品、蜜蜂等，在高温下（70）长时间加热，其果糖会发生氧化分解作用而导致明显误差。长时间加热则会发生羰氨反应析出水分而导致误差：对次类样品宜用其他方法测定水分含量第16页/共71页(3)样品的制备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、饲料、粮谷类等)；液态(如牛乳、果汁等)；浓稠态(如炼乳
8、、果酱等）存在。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。第17页/共71页 固态样品固态样品固体样品要磨碎（粉碎）过筛，谷类达18目，其他3040目。含水量16%的谷类食品，采用两步干燥法。如面包，先称总量，然后切成薄片，自然风干1520h，再称量，磨碎，过筛，烘干。混匀，贮于洁净干燥的磨口瓶中备用。含水量14%的食品：此时称为安全水分，可在实验室条件下进行粉碎过筛等处理，水分含量一般不会发生变化。但要求动作迅速。制备好的样品存于干燥洁净的磨口瓶中备用。第18页/共71页 浓稠态样品浓稠态样品直接加热干燥时，其表面易结硬壳焦化，使内部水分蒸发受阻，故在测定前
9、，需加入精制海砂或河砂，搅拌均匀，以增大蒸发面积。但测定中，应先准确称样，再加入已知质量的海砂或河砂，搅拌均匀后干燥至恒重。注意第19页/共71页 液态样品液态样品直接置于高温加热时，会因沸腾而造成样品损失，故需经低温浓缩后，再进行高温干燥。测定时先准确称样于已烘干至恒重的蒸发皿内，置于热水浴锅上蒸发至近干，再移入干燥箱中干燥至恒重。第20页/共71页直接干燥法测定食品中的水分第21页/共71页(4)样品的测定样品的测定形态形态称样称样量量称量称量固态固态精确精确210 g烘箱预热烘箱预热 称量瓶恒重称量瓶恒重m0 准确称样准确称样+称量皿称量皿重重 m1 干燥干燥24h 冷却冷却30min称
10、量称量 干燥干燥1h 冷却冷却30min 称量称量 反复至恒重准确称反复至恒重准确称样样+称量皿重称量皿重 m2 两次称量两次称量 2 mg。液态、液态、浓稠态浓稠态精确精确510 g烘箱预热烘箱预热 称量瓶恒重（内有称量瓶恒重（内有10.0克海砂和一克海砂和一根小玻璃棒）根小玻璃棒）m0 准确称样准确称样+称量瓶重称量瓶重 m1 沸沸水浴蒸干水浴蒸干 烘箱干燥烘箱干燥4h 冷却冷却30min称量称量 干燥干燥1h 冷却冷却30min 称量称量 反复至恒重准确反复至恒重准确称样称样+称量皿重称量皿重 m2 两次称量两次称量 2 mg。（这些。（这些操作同上）操作同上）第22页/共71页 5、说
11、明及注意事项、说明及注意事项（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。第23页/共71页称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。器内，冷却后称重。第24页/共71页（2）干燥器内一般用硅胶作干燥剂，硅胶吸湿后效能会减低，故当硅较蓝色减褪或变红时，需及时换出，置135左右烘23小时使其再生
12、后再用。硅胶若吸附油脂等后，去湿能力也会大大减低。在测定过程中，称量皿从烘箱中取出后，应迅速放入干燥器中进行冷却，否则，不易达到恒重。第25页/共71页（3）油脂或高脂肪样品，由于脂肪氧化，而后面一次重量反而增加，应以前一次重量计算。对于易焦化和容易分解的食品，可以选用比较低的温度或缩短干燥时间。对于液体与半固体样品，要在称量皿中加入海砂，使样品疏松，扩大蒸发的接触面，并且用一个玻璃棒作为容器。先放到沸水浴中烘，烘的差不多，再放到烘箱烘，否则不加海砂样品容易使表面形成一层膜，造成水分不易出来，另外易沸腾的液体飞沫使重量损失。第26页/共71页样品中含有非水分易挥发性物质（酒精、醋酸、香精油、磷
13、脂等）；样品中的某些成分和水分的结合，使测的结果偏低（如蔗糖水解为二分子单糖），主要是限制水分挥发；食品中的脂肪与空气中的氧发生氧化，使样品重量增重；在高温条件下物质的分解（果糖对热敏感）；果糖C6H12O6大于70C6H6O3+3H2O被测样品表面产生硬壳，妨碍水分的扩散；尤其是对于富含糖分和淀粉的样品；烘干到结束样品重新吸水。直接干燥法产生误差的原因第27页/共71页2.2 减压干燥法减压干燥法(1)原理利用在低压下水的沸点降低的原理,将取样后的称量皿置于真空烘箱内，在选定的真空度于加热温度下干燥到恒重，干燥后样品所失去的质量即为水分含量。(2)适用范围适用于在较高温度下易热分解、变质或不
14、易除去结合水的食品，如糖浆、果糖、味精、麦乳精、高脂肪食品、果蔬及其制品等的水分含量测定。(3)不适用范围不适于样品中除水分外，还有大量挥发性物质，例如，醚类、芳香油、挥发酸、CO2等。目前AOAC规定蒸馏法用于饲料、啤酒花、调味品的水分测定，特别是香料，蒸馏法是唯一的、公认的水分检验分析方法。第28页/共71页(4)仪器及装置真空烘箱(带真空泵、干燥瓶、安全瓶）。在用减压干燥法测水分含量时，为了除去烘干过程中样品蒸发出来的水分以及烘箱恢复常压时空气中的水分，整套仪器设备除用一个真空烘箱（带真空泵）外，还连接了几个干燥瓶和一个安全瓶，设备流程如图。第29页/共71页抽气用，降低烘箱内压力调节烘
15、箱内外气压平衡起缓冲作用，防止固体颗粒吸入真空泵内装硅胶起吸收水分的作用，内装苛性钠起吸收酸气的作用安全瓶干燥瓶烘干样品第30页/共71页(5)操作方法准确称取25g样品于已烘干至恒重的称量皿中放入真空烘箱内,按流程连接好全套装置;打开真空泵抽出烘箱内空气至所需压力4053.3KP(300400mmHg),并同时加热至所需温度(5060）;关闭真空泵上的活塞，停止抽气，使烘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瓶缓缓进入烘箱内，待压力恢复正常;再打开烘箱取出称量皿，放入干燥器中冷却0.5小时后称量。并重复以上操作至恒重（？）。(6)结果计算：同直接干燥法减压干燥时，
16、自烘箱内部压力降至规定真空度时起计算烘干时间，一般每次烘干时间为2小时，但有的样品需5小时；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。第31页/共71页第32页/共71页(7)说明及注意事项说明及注意事项真空烘箱内各部位温度要求均匀一致，若干燥时间短时，更应严格控制。第一次使用的铝质称量瓶要反复烘干二次，每次置于调节到规定温度的烘箱内烘12小时，然后移至干燥器内冷却45分钟，称重(精确到0.1mg)，求出恒重。第二次以后使用时，通常采用前一次的恒重值。试样为谷粒时，如小心使用可重复2030次而恒重值不变。第33页/共71页由于直读天平
17、与被测量物之间的温度差会引起明显的误差,故在操作中应力求被称量物与天平的温度相同后再称重,一般冷却时间在0.51小时内.第34页/共71页另外一种简易的减压干燥装置第35页/共71页2.3 蒸馏法蒸馏法(1)原理基于两种互不相溶的液体二元体系的沸点低于各组分的沸点这一事实，将食品中的水分于甲苯或二甲苯或苯共沸蒸出，冷凝并收集溜液，由于密度不同,溜出液在接受管中分层，根据馏出液中水的体积，即可计算出样品中水分含量。例：有关沸点：水100苯80.2水+苯69.25第36页/共71页(2)特点及适用范围此法由于采用了一种高效的换热方式，水分可迅速移出。此外，因此测定过程在密闭容器中进行，加热温度比直
18、接干燥法低，故对易氧化、分解、热敏性以及含有大量挥发性组分的样品的测定准确度明显优于干燥法。该法设备简单，操作方便，现已广泛用于谷物、果蔬、油类香料等多种样品的水分测定，特别对于香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析法。第37页/共71页甲苯蒸馏法测定水分含量第38页/共71页(3)仪器及试剂蒸馏式水分测定仪如图所示。甲苯或二甲苯：取甲苯或二甲苯，先以水饱和后，分去水层，进行蒸馏，收集馏出液备用。第39页/共71页 有机溶剂的选择：对热不稳定的食品，一般不采用二甲苯，因为它的沸点高，常选用低沸点的苯、甲苯或甲苯二甲苯的混合液。对含糖分可分解放出水分的样品（70oC），如脱水洋葱、脱水大蒜，宜
19、选用苯。第40页/共71页(4)操作方法准确称取适量样品(估计含水量25ml)，放入水分测定测定仪器的烧瓶中，加入新蒸馏的甲苯(或二甲苯)5075ml使样品浸没，连接冷凝管及接受管，蒸馏完后分层，读取水的体积。第41页/共71页加热慢慢蒸馏,使每秒钟约蒸馏出2滴馏出液，待大部分水分蒸馏出后，加速蒸馏使每秒约蒸出4滴馏出液，当水分全部蒸出后(接收管内的体积不再增加时)，从冷凝管顶端注入少许甲苯(或二甲苯)冲洗。如发现冷凝管壁或接受管上部附有水滴，可用附用小橡皮头的铜丝擦下，再蒸馏片刻直到接受管上部及冷凝管壁无水滴附着为止。读取接受管水层的容积。第42页/共71页(5)结果计算水分(%)=式中：V
20、-接受管内水的体积，mlW-样品的质量，g。第43页/共71页(6)说明及注意事项样品用量一般谷类、豆类约20g，鱼、肉、蛋、乳制品约510克，蔬菜、水果约5g。有机溶剂一般用甲苯，其沸点为110.7。对于在高温易分解样品则用苯作蒸馏溶剂(纯苯沸点80.2，水-苯共沸点则为69.25)，但蒸馏的时间需延长。加热温度不宜太高，温度太高时冷凝管上端水汽难以全部回收。蒸馏时间一般为23小时，样品不同蒸馏时间各异。第44页/共71页为了尽量避免接受管和冷凝管壁附着水滴，仪器必须洗涤干净。要先接好冷水，且先打开冷凝水。试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。加热慢慢蒸馏，使2滴馏出液/每秒。为防
21、止乳浊液，可加少量戊醇、异丁醇。第45页/共71页产生误差的原因很多。样品中水分没完全挥发出来；水分附集在冷凝器及连接管的内壁；水分溶解在有机溶剂中；生成了乳浊液蒸馏出水溶性的成分，等等。第46页/共71页蒸馏法测定水分的优点蒸馏法测定水分的优点优点设备简单，管理方便蒸馏法采用了一种有效的热交换方式，水分可被迅速移去，食品组分所发生的化学变化，诸如氧化，分解等作用，都较常压烘箱法为小第47页/共71页蒸馏法测定水分的缺点蒸馏法测定水分的缺点缺点水分有时附在冷凝管壁上，造成读数误差。样品中水分可能完全没有挥发出来。水与有机溶剂易发生乳化现象所需时间长。第48页/共71页三、仪器法三、仪器法3.1
22、卡尔费休法卡尔费休（KarlFischer）法，简称费休法或K-F法，是在1935年由卡尔费休提出的测定水分的容量方法，属于碘量法，对于测定水分最为专一，也是测定水分最为准确的化学方法。多年来许多分析工作者是曾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、计量点的指示以及针对各种类型样品的应用和仪器操作的自动化等方面均有显著的改进，使该方法日趋成熟与完善。第49页/共71页(2)适用范围适用范围费休法广泛地应用于各种液体、固体及一些气体样品中水分含量的测定，均能得到满意的结果，在很多场合，此法也常被作为水分特别是痕量水分（低至ppm级）的标准分析方法，用以校正其他测定
23、方法。已应用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等任何高糖高蛋白低水分的食品中的水分测定，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50页/共71页原理利用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。第51页/共71页I2+SO2+H2O+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
24、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。I2+SO2+2H2OH2SO4+2HI费休法的滴定总反应式可写为：（I2+SO2+3C5H5N+CH3OH）+H2O2C5H5NHI+C5H5NHSO4CH3氢碘酸吡啶甲基硫酸吡啶实际操作中各试剂用量摩尔比为I2:SO2:C5H5N=1:3:10第52页/共71页(3)试剂卡尔费休试剂：称取85g碘于干燥的1L具塞的棕色玻璃试剂瓶中，加入670ml无水甲醇，盖上瓶塞，摇动至碘全部溶解后，加入270ml吡啶混匀，然后置于冰水浴中冷却，通入干燥的二氧化硫气体6070g，通气完毕后塞上瓶塞，放置暗处
25、至少24小时后使用。费休法的滴定总反应式可写为：（I2+SO2+3C5H5N+CH3OH）+H2O2C5H5NHI+C5H5NHSO4CH3第53页/共71页如何利用卡尔费休法测水份含量：如何利用卡尔费休法测水份含量：标定测定第二步第一步第54页/共71页第55页/共71页第56页/共71页第57页/共71页标标 定定接通仪器电源，抽取然后用10ul蒸馏水（相当于0.01g水，可先用天平称量校正，亦可用减量法滴瓶称取0.01g水于反应器中），用卡尔费休试剂滴定至终点，记录卡尔费休试剂消耗量。第58页/共71页卡尔费休试剂对水：式中：G水的质量，g；V滴定消耗卡尔费休试剂的体积，ml。第59页/
26、共71页测定测定对于固体样品，如糖果必须事先粉碎均匀，视各种样品含水量不同，一般每份被测样品中含水2040mg为宜。准确称取0.30.5g样品置于称样瓶中。第60页/共71页在水分测定仪的反应器中加入50ml甲醇中痕量水分，滴定至微安表指针的偏转程度与标定卡尔费休试剂操作中的偏转情况相当并保持1分钟不变时（不记录试剂用量），打开加料口迅速将称好的试样加入反应器中，立即塞上橡皮塞，开动电磁搅拌器使试样中的水分完全被甲醇所萃取，用卡尔费休试剂滴定至原设定的终点并保持1分钟不变，记录试剂的用量（ml）。第61页/共71页(6)结果计算结果计算式中：T卡尔费休试剂对水的滴定度，mg/ml；V滴定所消耗
27、的卡尔费休试剂体积，ml；W样品质量，g。第62页/共71页滴定操作中可用两种方法确定终点滴定操作中可用两种方法确定终点 一种是当用费休试剂滴定样品达到化学计量点时，再过量1滴费休试剂中的游离碘即会使体系呈现浅黄甚至棕黄色，据此即作为终点而停止滴定，此法适用于含有1%以上水分的样品，由其产生的终点误差不大；第63页/共71页另一方法为双指示电极安培滴定法，也叫永停滴定法，其原理是将两枚相似的微铂电极插在被滴样品溶液中，给两电极间施加1025mV电压，在开始滴定直至化学计量点前，因体系中只存留碘化物而无游离碘，电极间的极化作用使外电路中无电流通过（即微安表指针始终不动），而当过量1滴费休试剂滴入
28、体系后，由于游离碘的出现使体系变为去极化，则溶液开始导电，外路有电流通过，微安表指针偏转至一定刻度并稳定不变，即为终点，此法更适宜于测定深色样品及微量、痕量水分时采用。第64页/共71页（1）水分的萃取不完全（2）空气的湿度（3）玻璃仪器壁上吸附水分（4）来自食品组分的干扰卡尔费休滴定法中主要的难点和误差来源第65页/共71页化学干燥法化学干燥法就是将某种对于水蒸汽具有强烈吸附作用的化学药品与含水样品同装入一个干燥器（玻璃或真空干燥器），通过等温扩散及吸附作用而使样品达到干燥恒重，然后根据干燥前后样品的失重即可计算出其水分含量，此法在室温下干燥，需要较长时间，几天、几十天甚至几个月。干燥剂有五
29、氧化二磷、氧化钡、高氯酸镁、氢氧化锌、硅胶、氧化氯等。气相色谱法3.2其它仪器法其它仪器法第66页/共71页微波法微波是指频率范围为1033105MHZ的电磁波。当微波通过含水样品时，因水分引起的能量损耗远远大于干物质所引起的损耗，所以测量微波能量的损耗就可以求出样品含水量。红外吸收光谱法红外线属于电磁波，波长0.751000m的光。红外波段可分三部分：近红外区0.752.5m；中红外区2.525m；远红外区251000m。根据水分对某一波长的红外光的吸收程度与其在样品中含量存在一定的关系的事实即建立了红外光谱测定水分方法。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67页/共71页鱼干水分活性的测定鱼干水分活性的测定第68页/共71页思考题思考题1.什么是结合水？什么是自由水？2.水分的测定方法有那些？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69页/共71页第70页/共71页感谢您的观看！第71页/共71页