第五章 水分和水分活度值的测定

第五章水分和水分活度值的测定第一节概述水的作用：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①自由水（游离水）——是靠分子间力形成的吸附水。②亲和水——强极性基团单分子外的水分子层。③结合水（束缚水）——以氢键结合的水，结晶水。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。二、水分的测定方法①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。②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。直接法比间接法准确度高。三、水分的测定的意义•由于食品中水分的重要作用，在食品分析中，水分的测定是一个很重要的项目，它对于计算生产中的物料平衡、实行工艺监督以及保证产品质量等方面，都具有很重要的意义。•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。第二节水分的测定一、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:①水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性成分极微。②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。③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。2、操作条件的选择：（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。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。⑵称样量样品一般控制在干燥后的残留物为1.5～3克；固态、浓稠态样品控制在3～5克；含水分较高的样品控制在15～20克；⑶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。①普通；②真空⑷干燥条件干燥温度：1.一般是95～105℃；对含还原糖较多的食品应先（50～60℃）干燥然后再105℃加热。2.对热稳定的谷物可用120～130℃干燥。3.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。干燥器干燥时间：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——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。（二）直接干燥法（常压干燥法）1.原理：在一定的温度（95～105℃）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：适用于在95～105℃下，不含或含挥发性物质甚微且对热稳定的物质。3.样品的制备、测定及结果计算。⑴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30～40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。d.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。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15~20h，再称量，磨碎，过筛，烘干。•常压干燥法操作过程：烘箱预热称量皿横重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%（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。二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）⑴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：有关沸点：水——100℃苯——80.2℃水+苯——69.25℃有关相对密度：(20/4)d水=1.00000d苯=0.87900d甲苯=0.86694⑵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。⑶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.准确称量适量的样品（估计含水量2~5ml）。d.加热慢慢蒸馏，使2滴馏出液/每秒。⑷计算：水分（%）=(V∕W)×100V——接收管内水的体积。W——样品质量。三、卡尔·费休法（KarlFischer)简称费休法或K—F法。1935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。⑴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。•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。⑵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，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。•在食品分析中，能用于含水量从lppm到接近l00％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。⑶主要仪器：KF—l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)⑷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，配好费休试剂后，放置24小时后，进行标定且每天要标定。标定有三种方法：①是用纯水进行标定。②用事先配好的水—甲醇标定。③用二水合酒石酸钠标定。⑸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。5.其它测定水分方法⑴化学干燥法⑵气相色谱法⑶微波法⑷红外吸收光谱法⑸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。GB/T5009.3—2003《食品的水分测定》1.直接干燥2.减压干燥3.蒸馏第三节水分活度值的测定一、水分活度对食品品质的影响1、对食品保鲜的影响Aw0.6，微生物不生长Aw0.6，嗜干旱的的霉菌和酵母都会生长.Aw0.7，易于霉菌生长Aw0.75，易于嗜盐的微生物生长Aw0.8，易于胶木生长Aw0.86，易于病原微生物的生长，如金黄色葡萄球菌2、对食品中易氧化性物质的影响•Aw=0-0.35范围内，随着Aw增加，反应速度降低，原因：水与脂类物质氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分解，从而阻止氧化的进一步进行。这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。当Aw在0.35－0.8范围内，随着Aw增加，反应速度增加，原因：水中溶解氧增加大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类物质氧化催化剂和氧的流动性增加当Aw大于0.8，随着水活度增加，反应速度增加的原因：催化剂和反应物被稀释•3、对食品质地的影响食品在超过临界Aw，食品的结构和质地发生变化影响干燥和半干燥食品的质地，如欲保持饼干、油炸薯片、玉米花、防止砂糖、奶粉的结块，糖果的粘结等，要保持适当低的Aw二、水分活度的概念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，Aw↓结合程度↑，Aw↑结合程度↓。Aw影响色、香、味保存期。一般，同种食品水分含量↑，Aw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=pγ（逸度系数）。Aw=f水/f纯水≈p水分压/p纯水分压三、水分活度值的测定方法（一）Aw测定仪法；（二）扩散法；（三）溶剂萃取法。（一）Aw测定仪法•食品水分活度测定仪分为两种：一类是冷却镜露点法。另一类是采用传感器的电阻或电容的变化来测定相对湿度。相对湿度传感器测定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Aw。（二）扩散法（恒定相对湿度平衡法）原理：样品在微量扩散皿中，在恒温条件下，根据样品在不同的标准饱和溶液中平衡后，质量的增加或者减少，作图，横坐标为水活度，纵坐标为质量变化。从而计算水分活度。（三）溶剂萃取法原理：在一定温度下，苯所萃取出的水量与样品中水相的水分活度成正比。用卡尔－费休法分别测定苯从食品和纯水中萃取出的水量并求出两者之比，即为样品的水分活度。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。