XG2013-chapter05水分的测定

食品分析食品科学与工程专业刘生杰信息工程学院2014-09第五章水分与水分活度的测定3内容提要水分的测定23水分活度的测定概述14第一节概述1、水的作用水是生命活动必不可少的物质在生命活动中充当体温调节剂、溶剂、营养及废物运输载体、反应介质、反应物、润滑剂、生物大分子构象稳定剂等。食品组成体系离不开水保持食品良好的感官性状、维持食品中组分间的平衡关系、保证食品具备一定的保质期等等。6食品中水的存在意义1.水是食品的主要组成成分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7第一节概述2、水分子的结构（1）水分子构象8第一节概述（2）水分子的缔合水分子的缔合水分子在三维空间形成多重氢键的缔合，可形成氢键网络结构。水分子缔合的原因①H－O共价键使电荷非对称性分布，使其具有极性，使分子间产生引力，即氢键。②每个水分子具有数目相等的氢键受体和供体，可以在三维空间形成多重氢键。③静电效应（H－O键具有电负性）9第一节概述3、食品中水分存在的形式及特点根据水在食品中所受束缚力的不同可分为两大类：自由水FreeWater（游离水）结合水BoundWater（束缚水）自由流动水(Fluidalwater)毛细管水(Capillarywater)不可移动水(immobilizedwarer)结构水单分子层结合水多分子层结合水截留水自由流动水(Fluidalwater)毛细管水(Capillarywater)不可移动水(immobilizedwarer)自由流动水(Fluidalwater)毛细管水(Capillarywater)不可移动水(immobilizedwarer)自由流动水(Fluidalwater)毛细管水(Capillarywater)截留水结构水单分子层结合水结构水多分子层结合水单分子层结合水结构水10第一节概述①自由水FreeWater（游离水）存在形式自由流动水（Fluidalwater）——指动物的血浆、淋巴和尿液以及植物导管和细胞内液泡等内部的水；溶液的分散介质中的水，如：食盐、砂糖的水溶液的水；毛细管水（Capillarywater）——指在生物组织的细胞间隙和食品的结构组织中通过毛细管力所系留的水；不可移动水或滞化水（Immobilizedwater）——指被组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水。11第一节概述①自由水FreeWater（游离水）特点：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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，与食品的风味和功能性紧密相关，易引起食品的腐败变质。12第一节概述②结合水BoundWater（束缚水）存在形式由氢键结合力系着的水，如在食品中与蛋白质活性基(一OH，一NH2，一COOH等)和碳水化合物的活性基(一OH)以氢键相结合而不能自由运动的水，有如下形式：结构水：水和其它食品成分（如蛋白等）紧密结合在一起。单分子层结合水：waterthatstronglyinteractswithspecifichydrophilicsitesofnonaquousconstituents.不是其物质结构组成部分多分子层结合水：waterthatoccupiesremainingfirstlayersitesandformsseveraladditionallayersaroundhydrophilicgroupsofnonaqueousconstituents;water–waterandwater-solutehydrogenbondspredominate.13第一节概述②结合水BoundWater（束缚水）特点由氢键结合力系着的水，如在食品中与蛋白质活性基(一OH，一NH2，一COOH等)和碳水化合物的活性基(一OH)以氢键相结合而不能自由运动的水，有如下特点：不易结冰(冰点-40℃)不能作为溶质的溶媒，干燥时很难除去与纯水比较分子平均运动大大减少不能被微生物利用，不易引起食品的腐败变质14食品中哪些水分易除去？食品干燥、蒸发时去掉的水分主要为自由水。很难用蒸发的方法分离除去结合水，如去除，需长时间加热。但加热干燥不能不加限制地进行加热，否则食品变质，影响分析结果。水分测定要在一定的温度、时间和规定的操作条件下进行15第一节概述4、食品中水分测定的意义水是食品的重要组成成分之一，水分含量是产品的一个质量因素水分含量的减少有利于产品的包装和运输水分含量是食品保藏中的一个关键因素，可影响产品质量稳定性有些食品的水分含量有专门的规定食品营养价值的计量值要求水分含量的测定是食品分析的重要项目之一控制食品的水分含量，对于保持食品的感官性状，维持食品中其他组分的平衡关系，保证食品具有一定的保存期等均起着重要的作用16第二节水分的测定水分测定法通常可分为: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·费休法等间接法——利用食品的物理常数通过函数关系确定水分含量。如测相对密度、折射率、电导、旋光率等一般来说，直接法比间接法准确度高18一、干燥法干燥法：在一定温度和压力下，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来计算水分含量的方法干燥法包括：常压烘箱干燥法（直接干燥法）真空烘箱干燥法（减压干燥法）红外线干燥法干燥法特点：费时较长，但操作简便，应用范围较广。特别是真空烘箱干燥法，常被当作标准法19（一）干燥法的条件1、用干燥法测定水分的样品应当符合的前提条件①水分是唯一的挥发物质②水分的排除情况很完全③食品中其他组分在加热过程中由于发生化学反应而引起的重量变化可以忽略不计202、干燥法操作条件的选择①称样量②称量皿的选择③干燥设备④干燥条件21（1）称样量○称样量一般控制在其干燥后的残留物质量为1.5～3g○水分含量较低的固态、浓稠态食品，称样量控制在3～5g○水分含量较高的液态食品（果汁、牛乳等），称样量通常控制在15～20g为宜22（2）称样皿选择称量器皿分玻璃称量瓶和铝质称量盒两种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规格大小：一般使样品量≯1/3高度23称样皿选择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24（3）干燥设备电热烘箱类型对流型烘箱：箱内无风扇，空气循环慢，温差大（可达10℃），准确度精密度差强力循环通风型烘箱：箱内有风扇，空气循环快，温差小（＜2℃），准确度精密度高，要注意质轻试样的飞散真空干燥箱：配真空泵，箱内气压低，水分蒸发完全且速度快；有空气进出口，箱内空气有一定流动，温差较小，准确度、精密度较高25干燥设备干燥条件：温度、时间26（4）干燥条件干燥温度：一般是95～105℃（100±5℃）对含还原糖较多的食品应先（50～60℃）干燥然后再105℃加热对热稳定的谷物可用120～130℃干燥干燥时间：恒重——最后两次重量之差＜2mg，基本保证水分蒸发完全规定时间——只适用于准确度要求不高的样品273、操作方法清洗称量皿→烘至恒重→称取样品→放入调好温度的烘箱（100±5℃）→烘约2h→于干燥器冷却（0.5h）→称重→若未恒重，再烘约1h→于干燥器冷却（0.5h）→称至恒重（两次重量差不超过2mg即为恒重）→计算结果28（二）常压干燥法（直接干燥法）原理：在一定的温度（95-105℃（100±5℃））和压力（常压）下，将样品放在烘箱中加热干燥，除去增发水分，干燥前后样品的质量之差即为样品的水分含量。适用范围：适用于在95-105℃下，不含或含有其他挥发性物质甚微且对热稳定的食品。样品的制备原理：在一定的温度（95-105℃（100±5℃））和压力（常压）下，将样品放在烘箱中加热干燥，除去增发水分，干燥前后样品的质量之差即为样品的水分含量。为食品水分测定的国家标准第一法适用范围：适用于在95-105℃下，不含或含有其他挥发性物质甚微且对热稳定的食品。样品的制备29样品的制备及干燥过程P48固体样品：直接用来干燥半固体、液体样品：需低温浓缩后再行干燥，防止沸腾，干燥时加入海砂及玻璃棒。30结果计算：31①固态样品磨碎—混匀—称样皿准备—称样皿恒重—称样—干燥—称重—恒重—称重—结果计算P48水分大于16%采用二步干燥法P48100%3121mmmm水分100%3121mmmm水分100%1343221mmmmmmmm水分32②浓稠态样品称样皿准备—称样皿恒重—称样—加入海砂—搅拌均匀—干燥—称重—恒重—称重—结果计算②液态样品低温浓缩后，高温干燥水分（%）=100%-可溶性固形物34方法说明无法排出结合水，故不能测出食品中真正水分方法、设备简单，但耗时长、繁琐不适宜胶体、高脂肪、高糖食品级含有较多高温易氧化、易挥发物质的食品测得的水分质量中包括挥发物水分蒸干的表征只能通过恒重来判断直接干燥法最低检出限量为0.002g,取样量为2g时，检出限为0.10g/100g，方法相对误差≦5%35常压干燥法注意事项①液体样品：需在低温下预浓缩后再进行高温干燥（防止沸腾飞溅损失）②粘稠样品（如甜炼乳、酱类）：应先在皿内称取一定量经酸洗和灼烧过的海砂烘干恒重后，再加入样品搅拌均匀，然后移入烘箱内烘至恒重（增加蒸发面积，防止表面结壳）③水果、蔬菜样品：应先洗去泥沙，再用蒸馏水冲洗一次，然后用洁净纱布吸干表面的水分④易分解或焦化的样品：可适当降低温度或缩短干燥时间，或采用减压干燥测定其水分含量果糖：C6H12O6大于70℃△→C6H6O3+3H2O含较多氨基酸、蛋白质及羰基化合物的样品，在长期加热时会发生联氨反应，析出水分而导致误差36⑤油脂或高脂肪样品：由于脂肪氧化，而使后一次重量可能反而增加，应以前一次重量计算⑥含挥发性组分较多的食品（如香料油、低醇饮料等）：宜采用蒸馏法测定水分含量⑦测定过程中：盛有样品的称量器皿从烘箱中取出后，应迅速放入干燥器中进行冷却半小时后称重，否则，不易达到恒量37⑧干燥器内一般用硅胶作为干燥剂，硅胶吸潮后会使干燥效能降低，当硅胶蓝色减退或变红时，应及时更换，于135ºC左右烘2～3h使其再生后再用⑨在水分测定中，恒重的标准一般指前后2次称量之差≤2mg⑩测定水分后的样品，可供测定脂肪、灰分含量38（三）减压干燥法原理：利用较低温度，在减压下进行干燥以排除水分，样品中被减少的量为样品的水分含量适用范围：在较高温度下易热分解、变质或不易除去结合水的食品，如高糖、高蛋白、高脂肪食品、果蔬及其制品等特点：速度快、准确度高减压条件下，水分蒸发更快、更完全烘干温度低，高糖、高蛋白、高脂肪不易氧化分解39减压干燥法设备40操作方法准确称样于已恒重的称量皿中，放入真空烘箱打开真空泵抽出烘箱内空气至所需压力40—53.3kpa，并同时加热至所需温度(50一60℃)。可视样品不同调节（P50）。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，打开通大气的活塞使空气经干燥瓶缓缓进入烘箱内，待压力恢复正常后，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重复以上操作至恒重水分含量计算同直接干燥法41减压干燥法注意事项①真空烘箱内各部位温度要均匀一致，若干燥时间短，更应严格控制②减压干燥时，自烘箱内压力降至规定真空度时计算烘干时间③一般每次烘干为2h，但有的样品需烘干5h④恒重一般以减量不超过0.5mg为标准，但对受热后易分解的样品则可以不超过1～3mg的减量值为恒重标准⑤真空条件下导热性降低，样品应置于金属架上⑥多个样品置于同一烘箱会使温度降低，冷却会影响蒸