《食品分析》課件-第四章1 食品的物理檢驗法1

第四章食品的物理檢測法【教學目標與要求】1、教學目標：根據(jù)說明書，能夠正確使用密度計、折光儀和旋光儀。2、教學要求：通過本章學習，使學生能夠了解物理檢測法的意義，掌握相對密度法、折光法、旋光法的基本原理、方法及具體應用?！窘虒W重點與難點】1、教學重點：相對密度法和折光法的基本原理及測定方法的應用。2、教學難點：密度計及折光儀的具體使用方法。主要內(nèi)容§1概述§2物理檢測的幾種方法§3食品的物性測定思考題物理檢驗法定義？種類？應用？§1概述根據(jù)食品的物理常數(shù)與食品的組成及含量之間的關(guān)系進行檢測的方法稱為物理檢驗法。物理檢驗法是食品分析及食品工業(yè)生產(chǎn)中常用的檢測方法。在食品分析中，常常需要測定產(chǎn)品的比重，如醬油等產(chǎn)品，有些原料也要測定比重，又如，乳品廠在原料驗收時要測牛奶的比重。通過比重的測定，了解產(chǎn)品及原料質(zhì)量如何。比重是物質(zhì)的一種物理指標，根據(jù)比重大小可以幫助我們了解食品品質(zhì)的純度、攙假情況；還比如牛奶比重的測定，可檢出牛奶是否脫脂、是否摻水等；還有油脂的比重測定，了解油脂是否酸敗，因為油脂酸敗后比重比沒有酸敗的高。對于番茄制品等，在一些罐頭手冊上以制成比重與固形物關(guān)系表，根據(jù)比重即可查出固形物的含量。概述一、測定相對密度意義

1.牛乳摻假檢驗正常牛乳相對密度1.028-1.034

脫脂乳相對密度1.034-1.040

摻水相對密度降低，部分除脂肪增高。

2.制糖工業(yè)、番茄制品測定出液態(tài)食品的相對密度以后，通過查表可求出其固形物的含量。

3.酒精查酒精含量-相對密度關(guān)系表，確定酒精含量概述二、測定折射率的意義通過測定液態(tài)食品的折射率?？梢澡b別食品的組成，確定食品的濃度，判斷食品的純凈程度及品質(zhì)。

1.蔗糖溶液的折射率測定

隨濃度增大而升高。通過測定折射率可以確定糖液的濃度及飲料、糖水罐頭等食品的糖度，還可以測定以糖為主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量概述2.折射率可以鑒別油脂的組成和品質(zhì)

各種油脂具有其一定的脂肪酸構(gòu)成，每種脂肪酸均有其特定的折射率。含碳原子數(shù)目相同時不飽和脂肪酸的折射率比飽和脂肪酸的折射率大得多；不飽和脂肪酸分子量越大，折射率也越大；酸度高的油脂折射率低。概述

3.判斷食品是否摻假、變質(zhì)正常情況下，某些液態(tài)食品的折射率有一定的范圍，芝麻油的折射率在1.4692-1.4791（20℃）之間，蜂蠟的折射率在1.4410-1.4430（75℃）之間。當這些液態(tài)食品因摻雜、濃度改變或品種改變等原因而引起食品的品質(zhì)發(fā)生了變化時，折射率常常會發(fā)生變化。概述4.可溶性固形物含量測定

折光法測得的只是可溶性固形物含量，但對于番茄醬，果醬等個別食品，已通過實驗編制了總固形物與可溶性固形物關(guān)系表．先用折光法測定可溶性固形物含量．即可查出總固形物的含量。概述四、旋光法的應用五、生產(chǎn)工藝中色度應用六、食品流變學特性、物性學應用§2物理檢測的幾種方法相對密度法1折光法2旋光法3物理檢測方法定義？測定方法？儀器設備？儀器使用方法？相對密度法1有關(guān)密度的概念2密度測定的意義3液態(tài)食品密度的測定法GB5009.2-2016食品安全國家標準食品相對密度的測定一、有關(guān)密度的概念密度真密度視密度真固形物視固形物密度相關(guān)概念一、有關(guān)密度的概念1.密度ρ

物質(zhì)在一定溫度下，每單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。以符號ρ表示。單位：g/cm32.相對密度d

某一溫度下物質(zhì)的質(zhì)量與同體積某一溫度下水的質(zhì)量之比。3.密度與相對密度的關(guān)系一、有關(guān)密度的概念4.真密度

某一液體在20℃時的質(zhì)量與同體積純水在4℃時的質(zhì)量之比。5.視密度溶液對同溫度水的密度之比。以符號表示。6.真固形物某一溶液，當其中水分全被蒸發(fā)干涸時，所得的固形物。一、有關(guān)密度的概念7.視固形物

對于真固形物（蔗糖、非蔗糖成分）的混合物來說，它對溶液密度的影響與蔗糖不一樣，但為方便起見，假定非蔗糖物質(zhì)對溶液密度的影響程度和蔗糖相等。因此，非蔗糖溶液的密度亦可以從純蔗糖的質(zhì)量濃度表中查知其固形物含量的近似值，稱為視固形物。。

一、有關(guān)密度的概念因為物質(zhì)一般都具有熱脹冷縮的性質(zhì)，所以密度和相對密度的值都隨溫度的改變而改變。故密度應標示出測定時物質(zhì)的溫度，表示為

。而相對密度應標示出測定時物質(zhì)的溫度及水的溫度，表示為如

，其中t1

表示物質(zhì)的溫度，t2表示水的溫度。

一、有關(guān)密度的概念當用密度瓶或密度天平測定液體的相對密度時，以測定溶液對同溫度水的相對密度比較方便．通常測定液體在20℃時對水在20℃時的相對密度，以表示。和之間可以用下式換算：

＝×0.99823

一、有關(guān)密度的概念

同理，若要將換算為，可按下式計算：＝×式中:——溫度t2時水的密度，g/cm3。相對密度的測定方法密度瓶法（準確度高，耗時長）普通密度瓶附溫度計密度瓶密度計法（簡便快速，準確度較差）普通密度計糖錘度密度計波美密度計乳稠計酒精密度計三、相對密度的測定方法1.密度瓶法1.1原理與構(gòu)造

利用具有已知的同一密度瓶，在一定溫度下，分別稱取等體積的樣品試液與蒸餾水的質(zhì)量。兩者的質(zhì)量比，就是該樣品試液的密度。常見的密度瓶有兩種：普通密度瓶、帶溫度計密度瓶。1.密度瓶法帶溫度計的密度瓶三、相對密度的測定方法

密度瓶是測定液體相對密度的專用精密儀器，是容積固定的玻璃稱量瓶，其種類和規(guī)格有多種。常用的有帶溫度計的精密度瓶和帶毛細管的普通密度瓶，見圖。

在一定溫度下，同一密度瓶分別稱取等體積的樣品溶液和蒸餾水的質(zhì)量，兩者之比即為該樣品溶液的相對密度。三、相對密度的測定方法

1.2測定方法比重瓶重量的測定：洗滌(水、乙醇、乙醚)→烘干→冷卻→精確稱重m0供試品重量的測定：裝滿液，蓋瓶蓋→20℃，0.5小時→濾紙吸樣液→蓋側(cè)帽取出→擦干瓶→天平室30min后稱重m2水重量的測定洗凈→裝水（蒸餾水是煮沸30min冷卻20℃以下）→同上→稱重m1三、相對密度的測定方法三、相對密度的測定方法水洗干凈乙醇洗滌乙醚洗滌烘干冷卻精確稱重M0裝滿樣液，蓋上瓶蓋20℃水浴、0.5小時濾紙吸去支管標線上的樣液蓋上側(cè)管帽后取出用濾紙擦干瓶外天平室內(nèi)30min后稱重M2同一溫度同一個比重瓶測定蒸餾水的重量M1按下式計算式中m0——空密度瓶質(zhì)量，g；m1——密度瓶和水的質(zhì)量，g；m2——密度瓶和樣品的質(zhì)量．g；0.99823——20℃時水的密度，g／cm3。三、相對密度的測定方法1.3說明

①本法適用于測定各種液體食品的相對密度，特別適合于樣品量較少的場合，對揮發(fā)性樣品也適用，結(jié)果準確，但操作較繁瑣。②測定較粘稠樣液時，宜使用具有毛細管的密度瓶。③水及樣品必須裝滿密度瓶，瓶內(nèi)不得有氣泡。④拿取已達恒溫的密度瓶時，不得用手直接接觸密度瓶球部，以免液體受熱流出。應帶隔熱手套取拿瓶頸或用工具夾取。⑤水浴中的水必須清潔無油污，防止瓶外壁被污染。⑥天平室溫度不得高于20℃，以免液體膨脹流出。三、相對密度的測定方法2.密度計法2.1原理和結(jié)構(gòu)

密度計是根據(jù)阿基米德原理制成的，其種類很多、但結(jié)構(gòu)和形式基本相同，都是由玻璃外殼制成。頭部呈球形或圓錐形，里面灌有鉛珠、水銀或其它重金屬，使其能立于溶液中，中部是胖肚空腔，內(nèi)有空氣故能浮起，尾部是一細長管．內(nèi)附有刻度標記，刻度是利用各種不同密度的的液體標度的。三、相對密度的測定方法2.2種類

食品工業(yè)中常用的密度計按其標度方法的不同，可分為普通密度計、錘度計、乳稠計、波美計等。一個封口的玻璃管，內(nèi)有空氣，中間略粗，下部有重錘，能浮在一定密度的液體中。三、相對密度的測定方法1.普通密度計2.附有溫度計的糖度計3.4.波美密度計5.酒精計6.乳稠計

普通密度計是直接以20℃時的密度值為刻度的。一套通常由幾支組成，每支的刻度范圍不同，刻度值小于1的（0.700~1.000）稱為輕表，用于測量比水輕的液體，刻度值大于1的（1.000~2.000）稱為重表，用來測量比水重的液體。讀數(shù)時應以密度計與液體形成的彎月面

的下緣為準。若液體顏色較深，不易看清彎月面下緣

時，則以彎月面上緣為準。①普通密度計三、相對密度的測定方法又稱勃力克斯計（Brixscale，簡寫為Bx）

錘度計是專用于測定糖液濃度的密度計。它是以蔗糖溶液重量百分濃度為刻度的，以符號。0BX表示。其刻度方法是以20℃為標準溫度，在蒸餾水中為00

BX，在1％蔗糖溶液中為10

BX（即100g蔗糖溶液中含lg蔗糖），以此類推。錘度計的刻度范圍有多種，常用的有：0-6，5-11，10-16，15-21等。②錘度計三、相對密度的測定方法

若測定溫度不在標準溫度（20℃），應進行溫度校正。

三、相對密度的測定方法當測定溫度高于20℃時，因糖液體積膨脹導致相對密度減小，即錘度降低，故應加上相應的溫度校正值（見附表），反之，則應減去相應的溫度校正值。三、相對密度的測定方法16.00＋0.24＝16.24（0

BX

）例：在17℃時觀測錘度為22.00查附表1得校正值為0.18，則標準溫度20℃時糖錘度為22.00－0.18＝21.82（0

BX

）例：在24℃時觀測錘度為16.00，查表得校正值為0.24，則標準溫度（20℃）時糖錘度為三、相對密度的測定方法15.20＋0.51(oBx)=15.71(oBx)在28℃時觀測錘度為15.20oBx，查附表1得校正值為0.51，則標準溫度(20℃)時糖錘度為多少?

乳稠計是專用于測定牛乳相對密度的密度計，測量相對密度的范圍1.015~1.045。三、相對密度的測定方法③乳稠計它是將相對密度減去1.000后再乘以1000作為刻度，以度（符號：數(shù)字右上角標“0”）表示，其刻度范圍為15°～45°。

使用時把測得的讀數(shù)按上述關(guān)系可換算為相對密度值。乳稠計按其標度方法不同分為兩種：

一種是按20°/4°標定的，

另一種是按15°/15°標定的。

兩者的關(guān)系是：后者讀數(shù)是前者讀數(shù)加2，即

三、相對密度的測定方法三、相對密度的測定方法

使用乳稠汁時，若測定溫度不是標準溫度，應將讀數(shù)校正為標準溫度下的讀數(shù)。對于20°/4°乳稠計，在10~25℃范圍內(nèi)，溫度每升高1℃，乳稠計讀數(shù)平均下降0.2°，即相當于相對密度值平均減小0.0002。故當乳溫高于標準溫度20℃時，每高一度應在得出的乳稠計讀數(shù)上加0.2°，乳溫低于20℃時,每低1℃應減去0.2°。

三、相對密度的測定方法例1：16℃時20°/4°乳稠計讀數(shù)為31°

換算為20℃應為多少？解：31－（20－16）×0.2＝31－0.8＝30.2

即＝1.0302

＝1.0302＋0.002＝1.0322

三、相對密度的測定方法例2：25℃時20°/4°乳稠計讀數(shù)為29.8°

換算為20℃應為多少？解：29.8+（25－20）×0.2＝29.8＋1.0＝30.8

即＝1.0308

=1.0308＋0.002＝1.0328三、相對密度的測定方法

牛乳的干物質(zhì)含量的測定當求得牛乳的脂肪數(shù)及比重后，則可計算牛乳的固形物（即牛乳中除去水分所剩余的干物質(zhì)）與非脂肪固形物（即在總固形物中再減去脂肪的百分數(shù)），求固形物有三種方法。①烘干法具體方法如下：吸管取5ml→與已知恒重的稱量皿中→稱重→于水浴上蒸干為止→擦去外壁水→入98～100℃烘箱烘兩小時→冷卻→稱重→再入烘箱1小時→冷卻→稱重（恒重）→兩次重量差不超過2mg計算干物質(zhì)=G2－GO/G1－GOG1—空瓶子樣品重（g）

G2—空瓶子干物質(zhì)重（g）

GO—空瓶重（g）②計算法T=0.25L+1.2F+0.14T—牛乳的干物質(zhì)含量（%）F—牛乳的脂肪含量（%）L—比重乳稠計（15℃/15℃）的度數(shù)，若是20℃/4℃再加2度③牛乳非脂干物質(zhì)含量的計算非脂干物質(zhì)含量（%）=干物質(zhì)含量（%）－脂肪含量（%）④波美計

波美計是以波美度（以0Bé

表示）來表示液體濃度大小。按標度方法的不同分為多種類型，常用的波美計的刻度方法是以20℃為標準，在蒸餾水中為00Bé；在15％氯化鈉溶液中150Bé；在純硫酸（相對密度為1.8427）中為660Bé；其余刻度等分。三、相對密度的測定方法

波美計分為輕表和重表兩種，分別用于測定相對密度小于1的和相對密度大于1的液體。波美度與相對密度之間存在下列關(guān)系：

輕表：0Bé

＝或＝

重表：0Bé

＝

或＝三、相對密度的測定方法三、相對密度的測定方法

已知:測得氯化鈉溶液為12oBé；其相對密度是多少?

三、相對密度的測定方法

5.酒精比重計表示溶液中含酒精的體積百分含量。注意：當樣品中酒精含量低時，測量誤差較大；T≠20℃時要校正。

將混合均勻的被測樣液沿筒壁徐徐注入適當容積的清潔量筒中，注意避免起泡沫。將密度計洗凈擦干，緩緩放入樣液中，待其靜止后，再輕輕按下少許，然后待其自然上升，靜止并無氣泡冒出后，從水平位置讀取與液平面相交處的刻度值。同時用溫度計測量樣液的溫度，如測得溫度不是標準溫度，應對測得值加以校正。2.3密度計測定方法三、相對密度的測定方法2.4說明

①該法操作簡便迅速，但準確性差，需要樣液量多，且不適用于極易揮發(fā)的樣品。②操作時應注意不要讓密度計接觸量筒的壁及底部，待側(cè)液中不得有氣泡。③讀數(shù)時應以密度計與液體形成的彎月面的下緣為準。若液體顏色較深，不易看清彎月面下緣時，則以彎月面上緣為準。三、相對密度的測定方法

折光法1基本概念2測定折射率的意義3折光儀的構(gòu)造和性能的簡介一、基本概念1光的反射現(xiàn)象與反射定律2光的折射現(xiàn)象與折射定律3.全反射與臨界角1光的反射現(xiàn)象與反射定律

通過測量物質(zhì)的折光率來鑒別物質(zhì)的組成，確定物質(zhì)的純度、濃度及判斷物質(zhì)的品質(zhì)的分析方法稱為折光法。

一束光線照射在兩種介質(zhì)的分界面上時，要改變它的傳播方向，但仍在原介質(zhì)上傳播，這種現(xiàn)象叫光的反射，見下圖。光的反射遵守以下定律:

①入射線、反射線和法線總是在同一平面內(nèi)，入射線和反射線分居于法線的兩側(cè)。

②入射角等于反射角。一、基本概念2光的折射現(xiàn)象與折射定律

光的折射現(xiàn)象當光線從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)時，在分界面上，光線的傳播方向發(fā)生了改變，一部分光線進入第二種介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為折射現(xiàn)象。

光的折射

光線從一種介質(zhì)（如空氣）射到另一種介質(zhì)（如水）時，除了一部分光線反射回第一種介質(zhì)外，另一部分進入第二種介質(zhì)中并改變它的傳播方向，如下圖。一、基本概念光的折射示意圖一、基本概念光的折射定律

①入射線、法線和折射線在同一平面內(nèi)，入射線和折射線分居法線的兩側(cè)。

②無論入射角怎樣改變，入射角正弦與折射角正弦之比，恒等于光在兩種介質(zhì)中的傳播速度之比。

式中：v1——光在第一種介質(zhì)中的傳播速度；

v2——光在第二種介質(zhì)中的傳播速度。

α1——入射角α2——折射角

一、基本概念折射率

光在真空中的速度c和在介質(zhì)中的速度v之比，叫做介質(zhì)的絕對折射率（簡稱折射率，折光率），以n表示，即：

n＝

顯然n1＝n2＝式中：n1和n2分別為第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的絕對折射率。故折射定律可表示為

一、基本概念3.全反射與臨界角光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)

兩種介質(zhì)相比較，光在其中傳播速度較大的叫光疏介質(zhì)，其折射率較??；反之叫光密介質(zhì)，其折射率較大。

一、基本概念全反射光從光密物質(zhì)射向光疏物質(zhì)時，增大入射角，折射角增大，折射光線變暗，反射光線變強。當入射角增大到某一角度時，折射角達到90℃，折射光線消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做全反射。一、基本概念一、基本概念光的全反射1.α2

隨著α1增大而增大。2.當α1為90°、α2為臨界角。3.當光線從臨界角射入，折射線沿OM面平行射出，為全反射。

樣品棱鏡一、基本概念絕對折射率：

光在真空中的速度C與在介質(zhì)中的速度V之比。以n表示。n=c/vn樣液

×Sin90=n棱鏡×Sinα臨

發(fā)生全反射的入射角稱為臨界角。式中：n棱鏡——棱鏡的折射率，是已知的。因此，只要測得了臨界角α臨，就可求出被測樣液的折射率n樣液

。n樣液

=n棱鏡×Sinα臨一、基本概念

發(fā)生全反射的入射角稱為臨界角因為發(fā)生全反射時折射角等于90°，所以：即n1＝n2sinα臨式中：n2——棱鏡的折射率，是已知的。因此，只要測得了臨界角α臨就可求出被測樣液的折射率n1。三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介折光儀是利用臨界角原理測定物質(zhì)折射率的儀器食品工業(yè)中最常用的是阿貝折光儀、手提式折光儀、數(shù)字阿貝折光儀。1阿貝折光儀1.1結(jié)構(gòu)及原理

其光學系統(tǒng)由觀測系統(tǒng)和讀數(shù)系統(tǒng)兩部分組成，如圖。三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介

觀測系統(tǒng)：光線由反光鏡l反射，經(jīng)進光棱鏡2、折射棱鏡3及其間的樣液薄層折射后射出。再經(jīng)色散補償器4消除由折射棱鏡及被測樣品所產(chǎn)生的色散，然后由物鏡5將明暗分界線成像于分劃板6上，經(jīng)目鏡7、8放大后成像于觀測者眼中。阿貝折光計的光學系統(tǒng)三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介

讀數(shù)系統(tǒng)：光線由小反光鏡14反射，經(jīng)毛玻璃13射到刻度盤12上，經(jīng)轉(zhuǎn)向棱鏡11及物鏡10將刻度成像于分劃板9上，通過目鏡7、8放大后成像觀測者眼中。當旋動旋鈕2時，使棱鏡擺動，視野內(nèi)明暗分界線通過十字交叉點，表示光線從棱鏡入射角達到了臨界角。當測定樣液濃度不同時，折射率也不同，故臨界角的數(shù)值亦有不同。在讀數(shù)鏡筒中即可讀取折射率n，或糖液濃度,或固形物的含量。三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介1.2影響折射率測定的因素(1)光波長的影響

物質(zhì)的折射率因光的波長而異，波長較長折射率較小，波長較短折射率較大。測定時光源通常為白光。當白光經(jīng)過棱鏡和樣液發(fā)生折射時，因各色光的波長不同，折射程度也不同，折射后分解成為多種色光，這種現(xiàn)象稱為色散。光的色散會使視野明暗分界線不清，產(chǎn)生測定誤差。

為了消除色散，在阿貝折光儀觀測鏡筒的下端安裝了色散補償器。三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介(2)溫度的影響

溶液的折射率隨溫度而改變，溫度升高折射率減小；溫度降低折射率增大．折光儀上的刻度是在標準溫度20℃下刻制的．所以最好在20℃下測定折射率。否則，應對測定結(jié)果進行溫度校正。超過20℃時，加上校正數(shù)；低于20℃時，減去校正數(shù)。

三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介1.3阿貝折光儀的使用方法(1)折光儀的校正

通常用測定蒸餾水折射率的方法進行校準，在20℃下折光儀應表示出折射率為1.33299或可溶性固形物為0％。苦校正時溫度不是20℃應查出該溫度下蒸餾水的折射率再進行核準。對于高刻度值部分．用具有一定折射率的標準玻璃塊（儀器附件）校準。

三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介

校正方法是打開進光棱鏡，在校準玻璃塊的拋光面上滴一滴溴化萘．將其粘在折射棱鏡表面上，使標準玻璃塊拋光的一端向下，以接受光線。測得的折射率應與標準玻璃塊的折射率一致。校準時若有偏差，可先使讀數(shù)指示于蒸餾水或標準玻璃塊的折射率值，再調(diào)節(jié)分界線調(diào)節(jié)螺絲．使明暗分界線恰好通過十字線交叉點。三、折光儀的構(gòu)造和性能的簡介

(2)使用方法

①以脫脂棉球蘸取酒精擦凈棱鏡表面，揮干乙醇