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1、第四章第四章 水分及水分活度的测定水分及水分活度的测定1概述概述一、水分和水分活度的概念、测定意义一、水分和水分活度的概念、测定意义1.水的作用：水的作用：没有水就没有生命，食品组成离不开水。没有水就没有生命，食品组成离不开水。具体作用：具体作用：溶剂、电解质电离、生化反应介质和物溶剂、电解质电离、生化反应介质和物质运输质运输 2、水分存在的状态、水分存在的状态自由水（游离水）：自由水（游离水）：是靠分子间力形成的吸附水。是靠分子间力形成的吸附水。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。结合水（束缚水）：结合水（束缚水）：以氢键结合的水，结晶水。以氢键结合的
2、水，结晶水。二、水分测定的方法二、水分测定的方法1.直接测定法直接测定法烘干法烘干法 化学干燥法化学干燥法 蒸馏法蒸馏法 卡尔费休法卡尔费休法2、间接测定法、间接测定法 利用密度、折光率、电导率、利用密度、折光率、电导率、介电常数等物理性质测定水分。介电常数等物理性质测定水分。三、水分测定的意义三、水分测定的意义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。有些产品的水分含量有些产品的水分含量(或固形物含量或固形物含量)通常有通常有专门的规定。专门的规定。水分含量在食品保藏中也是一个关键因素。水分含量在食品保藏中也是一个关键因素。食品营养价值的计量值要求列出水分含量。食品营养价值
3、的计量值要求列出水分含量。水分含量数据可用于表示样品在同一计量基水分含量数据可用于表示样品在同一计量基础上其他分析的测定结果。础上其他分析的测定结果。2水分测定的方法水分测定的方法一、干燥法一、干燥法 直接干燥法直接干燥法 减压干燥法减压干燥法（一）干燥法的注意事项（一）干燥法的注意事项应用干燥法测水分样品应符合的条件应用干燥法测水分样品应符合的条件1 1、水分是样品中唯一的挥发物质。、水分是样品中唯一的挥发物质。2 2、水分可以彻底去除。、水分可以彻底去除。3 3、在加热过程中，如其他组分发生变化，由、在加热过程中，如其他组分发生变化，由此引起的质量变化可忽略。此引起的质量变化可忽略。（二）
4、操作条件的选择（二）操作条件的选择1、称量皿的使用称量皿的使用称量瓶的选择称量瓶的选择:玻璃称量皿玻璃称量皿:能耐酸碱，不受样品性质的限制，常用能耐酸碱，不受样品性质的限制，常用于常压干燥法。于常压干燥法。铝铝制制称称量量盒盒:质质量量轻轻，导导热热性性强强，但但对对酸酸性性食食品品不不适适宜，常用于减压干燥法或原粮水分的测定。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，选择称量皿的大小要合适，一般样品一般样品1/31/3高度。高度。称称量量皿皿放放入入烘烘箱箱内内，盖盖子子应应该该打打开开，斜斜放放在在旁旁边边，取取出出时时先先盖盖好好盖盖子子，用用纸纸条条取取，放放入入干
5、干燥燥器器内内，冷冷却后称重。却后称重。2、称量量、称量量 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1.51.53 3克；固态、浓稠态样品控制在克；固态、浓稠态样品控制在 3 35 5 克；含水分较高的样品控制在克；含水分较高的样品控制在 151520 20 克。克。3、干燥设备、干燥设备对流型干燥箱对流型干燥箱强力通风型干燥箱强力通风型干燥箱真空干燥箱真空干燥箱4、干燥条件、干燥条件（1 1）干燥温度）干燥温度一般是一般是 9595105 105；对含还原糖较多的食；对含还原糖较多的食品应先（品应先（50506060）干燥然后再）干燥然后再105105加加热。热。对热稳定
6、的谷物可用对热稳定的谷物可用120120130 130 干燥。干燥。对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），应用前一次的前一次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。数据计算。（2）干燥时间）干燥时间恒重恒重最后两次重量之差最后两次重量之差 2 mg 2 mg。基本保证水分蒸发完全。基本保证水分蒸发完全。规定时间规定时间根据经验（准确度要求不高的）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对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。海砂。（二）直接干燥法（二）直接干燥法原理：原理：在一定的温度（在一定的温度（959
7、5105105）和压）和压力（常压）下，将样品在烘箱中加热干力（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燥，除去水分，干燥前后样品的质量之差为样品的水分含量。差为样品的水分含量。适用范围：适用范围：不不含含或或含含其其他他挥挥发发性性物物质质甚甚微微且且对对热稳定的物质。热稳定的物质。样样品的制品的制备备采集，处理，保存过程中，要防止组分发生变采集，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。化，特别要防止水分的丢失或受潮。固体样品要磨碎（粉碎），谷类达固体样品要磨碎（粉碎），谷类达1818目，其他目，其他30304040目。目。液态样品要在水浴上
8、先浓缩，然后进干燥箱，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。不然烘箱受不了。浓稠液体（糖浆、炼乳等）：加水稀释，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，砂与玻璃棒在水浴上干燥后入干燥箱，两者要知重量。两者要知重量。含水量含水量 16%16%的谷类食品，采用两步干燥的谷类食品，采用两步干燥法。如面包，切成薄片，自然风干法。如面包，切成薄片，自然风干1520h1520h，再称量，磨碎，过筛，烘干。再称量，磨碎，过筛，烘干。测定测定 烘烘箱箱预预热热称称量量皿皿恒恒重重m m0 0 准
9、准确确称称样样+称称量量皿皿重重 m m1 1干干燥燥1h1h冷冷却却30min30min称称量量干干燥燥1h1h冷冷却却30min30min称称量量 反反复至恒重准确称复至恒重准确称样样+称量皿称量皿质量质量 m m2 2。结果计算结果计算 水分水分%=(m%=(m1 1-m-m2 2)/(m)/(m1 1mm0 0)100%)100%m m0 0 称量皿的质量，称量皿的质量，g g m m1 1 称量皿和样品的质量，称量皿和样品的质量，g g m m2 2 干燥后称量皿和样品的质量，干燥后称量皿和样品的质量，g g优缺点：优缺点：优点：优点：设备和操作都比较简单设备和操作都比较简单缺点：缺
10、点：不可测定食品中真实水分含量（不能完全排除不可测定食品中真实水分含量（不能完全排除食品中结合水）。食品中结合水）。耗时长。耗时长。不适宜胶态、高脂肪、高糖食品。不适宜胶态、高脂肪、高糖食品。不适合含高温易氧化、易挥发物质的食品。不适合含高温易氧化、易挥发物质的食品。（三）减压干燥（三）减压干燥原理：原理：采用较低温度，在减压条件下蒸发排采用较低温度，在减压条件下蒸发排除样品中的水分，根据干燥前后样品失除样品中的水分，根据干燥前后样品失去的质量计算样品的水分含量。去的质量计算样品的水分含量。适用范围适用范围 适用于适用于100100以上加热容易变以上加热容易变质及含有不易出去结合水的食品。质及
11、含有不易出去结合水的食品。样品的测定样品的测定称量皿恒重（质量称量皿恒重（质量mm0 0）准确称样准确称样+称量皿质量（称量皿质量（mm1 1）真真空空干干燥燥箱箱40-53KPa40-53KPa，5555干干燥燥至至恒恒重重准确称样准确称样+称量皿重称量皿重 mm2 2。二、蒸馏法二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）（应用广泛的为共沸蒸馏）1.原理：原理：采用与水互不相溶的高沸点有机溶剂采用与水互不相溶的高沸点有机溶剂与样品中的水分共沸蒸馏，收集馏分于接与样品中的水分共沸蒸馏，收集馏分于接收管内，从所得的水分的容量求出样品中收管内，从所得的水分的容量求出样品中的水分含量。的水分含量。溶剂选择溶
12、剂选择 两种互不相溶的液体，二元体系的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刻度的接收管中分层,根据水的体积计算根据水的体积计算水分含量。水分含量。在蒸馏法测定水分含量时，使用沸点比在蒸馏法测定水分含量时，使用沸点比水高，密度比水小，与水互不相溶的有水高，密度比水小，与水互不相溶的有机溶剂，如：苯、甲苯和二甲苯作为溶
13、机溶剂，如：苯、甲苯和二甲苯作为溶剂。其中甲苯是最常用的。对热不稳定剂。其中甲苯是最常用的。对热不稳定的食品一般不用二甲苯，常用苯、甲苯的食品一般不用二甲苯，常用苯、甲苯或甲苯或甲苯-二甲苯的混合液。二甲苯的混合液。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 甲苯甲苯 110.7 110.7 二甲苯二甲苯140 140 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=0.866942.2.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，水分可以此法为一种
14、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。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，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。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。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。3.3.操作注意事项操作注意事项要先接好冷水，且先打开冷凝水。要先接好冷水，且先打开冷凝水。试剂苯、甲苯
15、、二甲苯，要预先蒸馏，试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。除去水分备用。准确称量适量的样品（估计含水量准确称量适量的样品（估计含水量25ml25ml）。）。加热慢慢蒸馏，使加热慢慢蒸馏，使2 2滴馏出液滴馏出液/每秒。每秒。4.计算：计算：水分（水分（%）=(V W)100 V接收管内水的体积，接收管内水的体积，ml。W样品质量，样品质量，g。5.优缺点优缺点优点：优点：避免了挥发性物质的减少避免了挥发性物质的减少避免了脂肪氧化对水分测定造成的误差避免了脂肪氧化对水分测定造成的误差缺点：缺点：水分易富集在冷凝管和接收管的内壁水分易富集在冷凝管和接收管的内壁容易形成乳浊液，干扰读数容
16、易形成乳浊液，干扰读数三、卡尔三、卡尔费休法（费休法（Karl Karl Fischer)Fischer)简称费休法或简称费休法或 KF KF 法。属于碘量法，法。属于碘量法，是一种迅速而又准确的分析方法，是对于是一种迅速而又准确的分析方法，是对于测定水分最为准确的化学方法。此法快速测定水分最为准确的化学方法。此法快速准确且不需要加热，在很多场合，此法作准确且不需要加热，在很多场合，此法作为水分特别是微量水分的标准分析方法，为水分特别是微量水分的标准分析方法，用于校正其他分析方法。用于校正其他分析方法。原理：原理：原理是基于水分存在时碘和二氧化硫的氧化还原反应。原理是基于水分存在时碘和二氧化硫
17、的氧化还原反应。I2+SO2+2H2O 2HI+H2SO4 此反应是可逆的，在体系中加入吡啶和甲醇则反应顺利向右进行。此反应是可逆的，在体系中加入吡啶和甲醇则反应顺利向右进行。I2+SO2+H2O+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 配在一起成为费休试剂配在一起成为费休试剂。适用范围适用范围 费休法广泛地应用于各种液体、固体、费休法广泛地应用
18、于各种液体、固体、及一些气体样品中水分含量的测定，也常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。工、试剂、化肥、医药、食品等。特点特点 在食品分析中，能用于含水量从在食品分析中，能用于含水量从lppmlppm 到接近到接近l00l00的样品的测定，已应的样品的测定，已应用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、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
19、优于直接中的水分测定，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干燥法，也是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。分的理想方法。仪器和试剂：仪器和试剂：尽量用无水的试剂，有时需要蒸馏后再尽量用无水的试剂，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，配好费休试吡啶，或选用费休试剂滴一下，配好费休试剂后，放置剂后，放置2424小时后，进行标定且每天要标小时后，进行标定且每天要标定。定。标定有三种方法：标定有三种方法：是用纯水进行标定。是用纯水进行标定。用事先配好的水用事先配好的水甲醇标定。甲醇标定。用二水合酒石酸
20、钠标定。用二水合酒石酸钠标定。注意：注意：甲醇有毒甲醇有毒 ，操作时注意；费休试剂可分，操作时注意；费休试剂可分为甲乙液储存。为甲乙液储存。四、其它测定水分方法四、其它测定水分方法1 1 化学干燥法化学干燥法2 2 气相色谱法气相色谱法3 3 微波法微波法4 4 红外吸收光谱法红外吸收光谱法5 5 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，直流和交流电导率法，介电容量法，核磁共振波谱电导率法，介电容量法，核磁共振波谱法，中子法。法，中子法。33食品中水分活度的测定 1.1.定义：定义：溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似表示为表示为
21、 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。逸度：溶液中水逸出的趋势、能力。逸度：溶液中水逸出的趋势、能力。f=f=pp（逸度系数）。逸度系数）。Aw=fAw=f水水/f/f纯水纯水 p p水分压水分压/p/p纯水分压纯水分压 2 2测定意义测定意义水分活度影响食品的色、香、味和水分活度影响食品的色、香、味和组织结构等品质。组织结构等品质。水分活度影响食品的保藏稳定性。水分活度影响食品的保藏稳定性。水分活度表示食品中水分存在的状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态，反应水与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
22、度。AwAw影响色、香、味保存期。一般，同种影响色、香、味保存期。一般，同种食品水分含量食品水分含量，AwAw值值。水分含量水分含量：一定量食品中水的质量分：一定量食品中水的质量分数。数。水分活度值水分活度值：反映食品中水的存在状：反映食品中水的存在状态，即水分与其他非水组分的结合程态，即水分与其他非水组分的结合程度或游离程度。度或游离程度。相对湿度相对湿度：食品周围的空气状态。：食品周围的空气状态。3 3水分活度值的测定方法水分活度值的测定方法（1 1）AwAw测定仪法；测定仪法；（2 2）扩散法；）扩散法；（3 3）溶剂萃取法。）溶剂萃取法。（1 1）AwAw测定仪法测定仪法一类一类：冷却
23、镜露点法，精确、快：冷却镜露点法，精确、快速便于操作，测量时间一般为速便于操作，测量时间一般为5min5min。另一类另一类：采用传感器的电阻或电：采用传感器的电阻或电容的变化来测定相对湿度，便宜，容的变化来测定相对湿度，便宜，精确度比前类低，测量时间比前精确度比前类低，测量时间比前类长。类长。（2 2）扩散法）扩散法原理原理：样品在康威氏微量扩散皿的密封和样品在康威氏微量扩散皿的密封和恒温条件下，分别在恒温条件下，分别在AwAw较高和较高和AwAw较低较低的标准饱和溶液中扩散平衡后，根据样的标准饱和溶液中扩散平衡后，根据样品质量的增加或减少，以质量的增加为品质量的增加或减少，以质量的增加为纵
24、坐标，各个标准试剂的水分活度为横纵坐标，各个标准试剂的水分活度为横坐标，计算样品的水分活度值。坐标，计算样品的水分活度值。实验器材实验器材 分析天平、恒温箱、康维氏微量扩分析天平、恒温箱、康维氏微量扩散皿、座标纸、小玻璃皿或小铝皿散皿、座标纸、小玻璃皿或小铝皿（直径（直径25 mm25 mm28 mm28 mm、深度、深度7 7 mmmm）、凡士林。）、凡士林。操作步骤操作步骤 在在3 3个康维皿的外室分别加入个康维皿的外室分别加入AwAw高、中、低的高、中、低的3 3种标准饱和盐溶液种标准饱和盐溶液5.0 5.0 mLmL,并在磨口处涂一层并在磨口处涂一层凡士林。凡士林。将将3 3个小玻皿准
25、确称重，然后分别称取约个小玻皿准确称重，然后分别称取约1 g1 g的的试样于皿内（准确至毫克数，每皿试样质量应试样于皿内（准确至毫克数，每皿试样质量应相近）。迅速依次放入上述相近）。迅速依次放入上述3 3个康维皿的内室个康维皿的内室中，马上加盖密封，记录每个扩散皿中小玻皿中，马上加盖密封，记录每个扩散皿中小玻皿和试样的总质量。和试样的总质量。在在25 25 的恒温箱中放置（的恒温箱中放置（20.520.5）h h后，取出后，取出小玻皿准确称重，以后每隔小玻皿准确称重，以后每隔30 min30 min称重一次，称重一次，至恒重为止。记录每个扩散皿中小玻皿和试样至恒重为止。记录每个扩散皿中小玻皿和
26、试样的总质量。的总质量。结果处理结果处理 计算每个康维皿中试样的质量增减计算每个康维皿中试样的质量增减值。值。以各种标准饱和盐溶液在以各种标准饱和盐溶液在25 25 时的时的AwAw值为横坐标，被测试样的增减值为横坐标，被测试样的增减质量质量mm为纵座标作图。并将各点为纵座标作图。并将各点连结成一条直线，此线与横座标的连结成一条直线，此线与横座标的交点即为被测试样的交点即为被测试样的AwAw值。值。注意事项注意事项称重要精确迅速。称重要精确迅速。扩散皿密封性要好。扩散皿密封性要好。对试样的对试样的AwAw值范围预先有一估计，值范围预先有一估计，以便正确选择标准饱和盐溶液。以便正确选择标准饱和盐
27、溶液。测定时也可选择测定时也可选择2 2种或种或4 4种标准饱和种标准饱和盐溶液盐溶液(水分活度大于或小于试样的水分活度大于或小于试样的标准盐溶液各标准盐溶液各1 1种或种或2 2种种)。（3 3）溶剂萃取法）溶剂萃取法原理：食品中的水可用不混溶的原理：食品中的水可用不混溶的溶剂苯来萃取。苯在一定温度下溶剂苯来萃取。苯在一定温度下其萃取的水量随样品中水分活度其萃取的水量随样品中水分活度而变化，即萃取的水量与水相中而变化，即萃取的水量与水相中的水分活度成比例，其结果与同的水分活度成比例，其结果与同温度下测定的苯中饱和溶解水值温度下测定的苯中饱和溶解水值与水相中的水的比值即为该样品与水相中的水的比
28、值即为该样品的水分活度。的水分活度。步骤步骤 称样称样1.00g1.00g于于250ml250ml磨口三角烧瓶磨口三角烧瓶加加100ml100ml苯苯塞上瓶塞塞上瓶塞振摇振摇1 1小时小时静静置置1010分钟分钟 吸吸50ml50ml于卡尔费休水分测于卡尔费休水分测定器中定器中加无水甲醇加无水甲醇70ml70ml混合混合用用KFKF试剂滴至微红色试剂滴至微红色置电流指针再不变即为置电流指针再不变即为终点终点记录记录求苯中饱和溶解水值：求苯中饱和溶解水值：取蒸馏水取蒸馏水10ml10ml代替样代替样品品加苯加苯100ml100ml振摇振摇2 2分钟分钟静置静置5 5分钟分钟同上样品测定同上样品测定 计算计算 AW=HAW=H2 2On10/HOn10/H2 2O0 O0 AWAW样品中水分活度值样品中水分活度值 HH2 2OnOn从食品中萃取的水量，即从从食品中萃取的水量，即从KFKF试剂滴定试剂滴定度乘滴定样品消耗度乘滴定样品消耗KFKF试剂毫升数试剂毫升数 HH2 2O0O0测定纯水中萃取水量测定纯水中萃取水量