水分和水分活度值的測(cè)定方法和原則

1、水分和水分活度值的測(cè)定方法和原則 水的作用：沒(méi)有水就沒(méi)有生命，食品組成離不開(kāi)水。 水不僅是身體中體溫的重要調(diào)節(jié)劑、溶劑、營(yíng)養(yǎng)成分和廢物的載體，它還是一種反應(yīng)介質(zhì)、潤(rùn)滑劑和增塑劑、生物大分子構(gòu)象的穩(wěn)定劑。 食品中水分多少，直接影響到食品的感官性狀，影響膠體狀態(tài)的形成和測(cè)定。不同食品中含水量差別很大。如表5-1。第一節(jié) 概述食品的變質(zhì)或腐敗是由于微生物的生長(zhǎng)引起的，這與食品的水分含量有直接的關(guān)系?？刂剖称分械乃趾?，對(duì)于保持食品良好的感官性狀、維持食品中其他組分的平衡關(guān)系、保證食品具有一定的保存期均起著重要作用。一、水分的存在形式自由水（游離水）由分子所構(gòu)成基質(zhì)物理截留的水，保持著水本身的物理性

2、質(zhì)，能作為膠體的分散劑和鹽的溶劑。如食鹽、砂糖等吸附水。結(jié)合水（束縛水）指食品中非水成分與水借助化學(xué)力或物理化學(xué)力相結(jié)合的水。包括單分子層結(jié)合水和多分子層結(jié)合水。單分子層結(jié)合水是指通過(guò)氫鍵與非水物質(zhì)以離子形式存在的一些強(qiáng)極性基團(tuán)結(jié)合緊密的水，在非水組織外層形成一層水膜。多分子層結(jié)合水是指強(qiáng)極性基團(tuán)單分子水層外的幾個(gè)水分子層所包含的水，以及與非水組分中弱極性基團(tuán)以氫鍵結(jié)合的水。食品中以自由水形態(tài)存在的水分，在干燥時(shí)易被除去，而以結(jié)合態(tài)存在的水分不易除去。二 、 水分的測(cè)定方法直接法利用水分本身的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)測(cè)定水分. 如:重量法、蒸餾法、卡爾費(fèi)休法、化學(xué)方法。 間接法利用食品的密度、折射率

3、、電導(dǎo)率、介電常數(shù)等物理性質(zhì)測(cè)定水分的方法。直接法比間接法準(zhǔn)確度高。三、水分的測(cè)定的意義 水分是影響食品質(zhì)量的因素，控制水分是保障食品不變質(zhì)的手段，也是食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的計(jì)量值的要求和其他分析的測(cè)定的需要。固形物 (%) = 100 % 水份（%） 食品中的固形物指食品內(nèi)將水分排除后的全部殘留物，包括蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、無(wú)氮抽出物、灰分等。 干燥法 蒸餾法 卡爾費(fèi)休法第二節(jié) 水分的測(cè)定一 、 干燥法以原樣重量 - 干燥后重量 = 水分重量（一）直接干燥法（常壓干燥法）1. 原理： 在一定的溫度（95105）和壓力（常壓）下，將樣品在烘箱中加熱干燥，除去水分，干燥前后樣品的質(zhì)量之差為樣品的水分含量

4、。2. 適用范圍：不含或含其它揮發(fā)性物質(zhì)甚微且對(duì)熱穩(wěn)定的食品3.樣品的制備、測(cè)定及結(jié)果計(jì)算。 樣品的預(yù)處理（對(duì)分析結(jié)果影響較大）a . 采集，處理，保存過(guò)程中，要防止組分發(fā)生變化，特別要防止水分的丟失或受潮。b. 固體樣品要磨碎（粉碎），谷類(lèi)達(dá)18目，其他3040目。c. 液態(tài)樣品要在水浴上先濃縮，然后進(jìn)干燥箱，不然烘箱受不了。d. 濃稠液體（糖漿、煉乳等）： 加水稀釋?zhuān)詈笠鸭尤氲乃ァ?加入海砂，海砂與玻璃棒在水浴上干燥后入干燥箱，兩者要知重量。e. 含水量16%的谷類(lèi)食品，采用兩步干燥法。如面包，切成薄片，自然風(fēng)干1520h，再稱(chēng)量，磨碎，過(guò)篩，烘干 。 常壓干燥法操作過(guò)程： 烘箱預(yù)

5、熱 稱(chēng)量皿恒重m3 準(zhǔn)確稱(chēng)樣+稱(chēng)量皿重 m1 干燥1h 冷卻30min 稱(chēng)量 干燥1h 冷卻30min 稱(chēng)量 反復(fù)至恒重 準(zhǔn)確稱(chēng)樣+稱(chēng)量皿重 m2 。水分的計(jì)算：水分% = ( m1 - m2)/ (m1 - m3) 100%（二）、 減壓干燥法（1） 原理：在低壓條件下，水分的沸點(diǎn)會(huì)隨之降低，將樣品稱(chēng)量后放入真空干燥箱內(nèi)，在選定的真空度與加熱溫度下干燥至恒重。干燥前后樣品所失去的質(zhì)量即為樣品中的水分含量。（2）適用范圍：在100以上加熱容易變質(zhì)及含有不易除去的結(jié)合水的食品。如淀粉制品、豆制品、罐頭食品、水果、蔬菜等（3）樣品的測(cè)定：在真空干燥箱的低壓條件下，樣品中的水分可以在3-6h內(nèi)完全除

6、去，而其他組分可以保持不分解。真空干燥箱內(nèi)需要干燥的空氣，可以通過(guò)控制溫度和真空度來(lái)加以干燥。（4）水分含量的計(jì)算：與直接干燥法相同（三）干燥法的注意事項(xiàng)1、干燥法的前提條件樣品本身要符合三項(xiàng)條件： 水分是唯一的揮發(fā)的物質(zhì)，不含或含其它揮發(fā)性成分極微。水分可以徹底地被去除。食品中其他組分在加熱過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的質(zhì)量變化非常小，可忽略不計(jì)，對(duì)熱穩(wěn)定的食品。 2、操作條件的選擇： （1）稱(chēng)量瓶的選擇 （鋁制、玻璃）玻璃稱(chēng)量皿能耐酸堿，不受樣品性質(zhì)的限 制，常用于常壓干燥法。鋁制稱(chēng)量盒質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性強(qiáng)，但 對(duì)酸性食品不適宜，常用于 減壓干燥法或原糧水分的測(cè)定。選擇稱(chēng)量皿的大小要合適，一般樣品1

7、/3高度。（3）樣品測(cè)定及方法:將準(zhǔn)確稱(chēng)好的樣品放入真空干燥箱內(nèi)，打開(kāi)真空泵抽出烘箱內(nèi)空氣至所需的壓力，如烘箱密封得好，要重新緊一次門(mén)的開(kāi)關(guān)螺栓（4）水分含量的計(jì)算:與直接干燥法相同（5）方法說(shuō)明及注意事項(xiàng)稱(chēng)量皿放入烘箱內(nèi)，蓋子應(yīng)該打開(kāi)，斜靠在一邊（稱(chēng)量瓶蓋半開(kāi) ），取出時(shí)先蓋好蓋子，用紙條取，放入干燥器內(nèi)，冷卻后稱(chēng)重。 稱(chēng)樣量 樣品一般控制在干燥后的殘留物為3克；固態(tài)、濃稠態(tài)樣品控制在 35 克；含水分較高的樣品控制在 1520 克； 干燥設(shè)備烘箱 電熱烘箱有各種形式，對(duì)流式、強(qiáng)力循環(huán)通風(fēng)式。 普通； 真空烘箱干燥器 干燥條件干燥溫度：一般是 95105 ；對(duì)含還原糖較多的食品應(yīng) 先（506

8、0）干燥然后再105加熱。2.對(duì)熱穩(wěn)定的谷物可用120130 干燥。3.對(duì)于脂肪高的樣品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），應(yīng)用前一次的數(shù)據(jù)計(jì)算。干燥時(shí)間：恒重最后兩次重量之差 2 mg 。 基本保證水分蒸發(fā)完全。規(guī)定時(shí)間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確度要求不高的。對(duì)于易結(jié)塊或形成硬皮的樣品要加入定量的海砂，其作用一是防止表面硬皮的形成，二是可以使樣品分散，減少樣品水分蒸發(fā)的障礙。二、蒸餾法（應(yīng)用廣泛的為共沸蒸餾） 原理：它采用與水互不相溶的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑與樣品中的水分共沸蒸餾，收集餾 分于接收管內(nèi)，從所得水分容量計(jì)算水分含量。蒸餾方法：直接蒸餾和回流蒸餾。直接蒸餾使用沸點(diǎn)比水高、與水互不相溶劑如礦物

9、油；回流蒸餾使用沸點(diǎn)僅比水略高的溶劑如甲苯、二甲苯。 適用范圍 此法為一種高效的換熱方法，水分可以被迅速的移去，加熱溫度比直接干燥法低。另外是在密閉的容器中進(jìn)行的，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，廣泛用于各類(lèi)果蔬、油類(lèi)等多種樣品的水分的測(cè)定。 特別是香料，此法是唯一公認(rèn)的水分含量的標(biāo)準(zhǔn)分析方法。 操作注意事項(xiàng) 蒸餾法與干燥法有較大差別，干燥法是以烘烤后減少的質(zhì)量為依據(jù)，而蒸餾法是以蒸餾后收集到的水量為準(zhǔn)，避免了揮發(fā)性物質(zhì)減少的質(zhì)量以及脂肪氧化對(duì)水分測(cè)定造成的誤差。 注意溶劑的選擇：對(duì)熱不穩(wěn)定的食品，常選用低沸點(diǎn)的，如苯、甲苯或甲苯-二甲苯混合液；對(duì)含糖分、可分解釋出水分的樣品，如脫水大蒜和脫水洋蔥，選苯。

10、三、卡爾費(fèi)休法（Karl Fischer) 1935年由卡爾菲休提出的測(cè)定水分的定量方法，屬于碘量法，是對(duì)于測(cè)定水分最為準(zhǔn)確的化學(xué)方法。多年來(lái)，許多分析工作者對(duì)此方法進(jìn)行了較為全面的研究，在反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量、試劑的穩(wěn)定性、滴定方法、計(jì)量點(diǎn)的指示及各類(lèi)樣品的應(yīng)用和儀器操作的自動(dòng)化等方面，有許多改進(jìn)，使該方法日趨成熟與完善。 原理 利用I2氧化SO2時(shí)需要有一定的水參加反應(yīng)，（氧化還原反應(yīng)） I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI 此反應(yīng)具有可逆性，當(dāng)生成物 H2SO4 濃度0.05 % 時(shí)，即發(fā)生可逆反應(yīng)，要使反應(yīng)順利向右進(jìn)行，要加入適量的堿性物質(zhì)以中和生成的酸，吡啶（C5H5N）可以。I2+

11、SO2+H2O+3C5H5N 2C5H5NHI+C5H5NSO3 氫碘酸吡啶 硫酸吡啶硫酸吡啶很不穩(wěn)定，與水發(fā)生副反應(yīng)，形成干擾。若有甲醇存在，則可生成穩(wěn)定的化合物。將I2、 SO2、C5H5N 按1：3：10的比例溶在CH3OH 溶液中，該溶液稱(chēng)為卡爾-費(fèi)休試劑。 適用范圍 適用于含有1%或更多水分的樣品。 在食品分析中，能用于含水量從lppm 到接近l00的樣品的測(cè)定，已應(yīng)用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶葉、乳粉、煉乳及香料等食品中的水分測(cè)定，結(jié)果的準(zhǔn)確度優(yōu)于直接干燥法，也是測(cè)定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。 KFl 型水分測(cè)定儀(上?；ぱ芯吭褐? 卡爾-費(fèi)休水分滴定儀 主要

12、儀器和試劑 試劑： 盡量用無(wú)水的試劑，有時(shí)需要蒸餾后再使用，加入無(wú)水硫酸鈉保存無(wú)水甲醇、無(wú)水吡啶，或選用費(fèi)休試劑滴一下，配好費(fèi)休試劑后，放置24小時(shí)后，進(jìn)行標(biāo)定且每天要標(biāo)定。 標(biāo)定有三種方法： 是用純水進(jìn)行標(biāo)定。 用事先配好的水甲醇標(biāo)定。 用二水合酒石酸鈉標(biāo)定。滴定度T( B/A)：每毫升標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量，單位是g/ml或mg/ml。T (B/A)=mA/VB （B指標(biāo)液，A指被測(cè)物） 測(cè)定注意： 甲醇有毒 ，操作時(shí)注意； 費(fèi)休試劑可分為甲乙液儲(chǔ)存。四、其它測(cè)定水分方法 化學(xué)干燥法 氣相色譜法 微波法 紅外吸收光譜法 其它還有聲波和超聲波法 ，直流和交流電導(dǎo)率法，介電容量法，核磁共

13、振波譜法，中子法。第三節(jié) 水分活度值的測(cè)定一、水分活度表示食品中水分存在的狀態(tài)，反應(yīng)水與食品的結(jié)合或游離程度，Aw結(jié)合程度，Aw結(jié)合程度。 Aw影響色、香、味保存期。一般，同種食品水分含量，Aw值 。 定義： 溶液中水的逸度與純水的逸度之比值，可近似表示為 溶液中水蒸氣分壓與純水蒸汽壓之比。逸度溶液中水逸出的趨勢(shì)、能力。 f=p（逸度系數(shù)）。Aw = f水/f純水 p水分壓/p純水分壓 ERH是平衡相對(duì)濕度，它是指食品中水分蒸發(fā)達(dá)到平衡時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)脫離食品的水的物質(zhì)的量等于返回食品的水的物質(zhì)的量時(shí)候，食品上方恒定的水蒸汽分壓與在此溫度時(shí)水的飽和蒸汽壓的比值。水分活度值對(duì)食品的色香味組織結(jié)構(gòu)以及食品的穩(wěn)定性有著重要影響。不同水分含量的食品由于其水分活度值不同，故儲(chǔ)藏時(shí)的穩(wěn)定性也不同。利用食品的水分活度原理，從而控制其水分活度，就可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)食品保藏期。（一）康威氏皿擴(kuò)散法二、水分活度值的測(cè)定方法原理：樣品在康威氏微量擴(kuò)散皿的密封和恒溫條件下，分別在Aw較高和較低的標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液中擴(kuò)散平衡