第三章水分的测定介绍.ppt

第三章水分与水分活度的测定,内容提要,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溶剂、营养运载体、反应介质、反应物、润滑剂等等。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。,第一节概述,2、水分子的结构,第一节概述,2、水分子的结构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HO键的极性使分子间产生引力，即氢键。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。静电效应,第一节概述,3、食品中水分存在的形式根据水在食品中所受束缚力的不同可分为两大类：,第一节概述,3、食品中水分存在的形式自由水FreeWater（游离水）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。,第一节概述,3、食品中水分存在的形式自由水FreeWater（游离水）自由水有如下特点：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。,第一节概述,3、食品中水分存在的形式结合水BoundWater（束缚水）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,食品中哪些水分是易除去的？,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。,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；水是重要的营养素之一；有些食品的水分含量有专门的规定；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。,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。,第二节水分的测定,干燥法常压干燥法减压干燥法红外线干燥法蒸馏法卡尔费休法其他方法,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：常压烘箱干燥法真空烘箱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。,一干燥法,（一）干燥法的注意事项1、干燥法的前提条件用干燥法测定水分的样品应当符合以下三个条件水分是唯一的挥发物质；水分的排除情况很完全；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。,一干燥法,（一）干燥法的注意事项2、干燥法操作条件的选择操作条件选择主要包括：称样量称量皿的选择干燥设备干燥条件,称样量,称样量一般控制在其干燥后的残留物质量为1.53g。水分含量较低的固态、浓稠态食品，称样量控制在35g。水分含量较高的液态食品（果汁、牛乳等），称样量通常控制在1520g为宜。,一干燥法,（一）干燥法的注意事项2、干燥法操作条件的选择操作条件选择主要包括：称样量称量皿的选择干燥设备干燥条件,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,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。,一干燥法,（一）干燥法的注意事项2、干燥法操作条件的选择操作条件选择主要包括：称样量称量皿的选择干燥设备干燥条件,干燥设备,电热烘箱常有以下三种类型对流型烘箱：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（不超过1），准确度精密度高。但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。,一干燥法,（一）干燥法的注意事项2、干燥法操作条件的选择操作条件选择主要包括：称样量称量皿的选择干燥设备干燥条件,干燥条件,干燥温度：一般是95105（1005）；对含还原糖较多的食品应先（5060）干燥然后再105加热。对热稳定的谷物可用120130干燥。干燥时间：恒重最后两次重量之差3mg，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。,一干燥法,（一）干燥法的注意事项2、干燥法操作条件的选择操作条件选择主要包括：称样量称量皿的选择干燥设备干燥条件,一干燥法,（二）常压干燥法原理：在一定温度（1005）和常压下，将样品放在烘箱中加热干燥，蒸发除去水分，干燥前后样品的质量之差即为样品的水分含量。适用范围：在1005下，不含或含其他挥发性物质甚微且对热稳定的食品。仪器：称量皿、常压烘箱（对流型或通风型）、干燥器、分析天平等。,一干燥法,（二）常压干燥法操作方法：清洗称量皿烘至恒重称取样品放入调好温度的烘箱（1005）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3mg即为恒重）计算结果,一干燥法,（二）常压干燥法结果计算：,一干燥法,（二）常压干燥法注意事项：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）。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）。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。,一干燥法,（二）常压干燥法注意事项：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70C6H6O3+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。,一干燥法,（二）常压干燥法注意事项：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。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。,一干燥法,（二）常压干燥法注意事项：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。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135C左右烘23h使其再生后再用。,一干燥法,（二）常压干燥法注意事项：在水分测定中，恒重的标准一般指前后2次称量之差3mg。测定水分后的样品，可供测定脂肪、灰分含量。,一干燥法,（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，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；,一干燥法,（三）减压干燥法,一干燥法,（三）减压干燥法操作方法：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4053.3kpa，并同时加热至所需温度(50一60)；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。,一干燥法,（三）减压干燥法注意事项：真空烘箱内各部位温度要均匀一致，若干燥时间短时，更应严格控制；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；一般每次烘干为2h，但有的样品需烘干5h；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13mg的减量值为标准。,一干燥法,（四）红外线干燥法原理：以红外线灯管作为热源，利用红外线的辐射热与直射热加热试样，高效快速地使水分蒸发，根据干燥前后失重即可求出样品水分含量。特点：是一种水分快速测定方法，一份试样需10一30分钟(依样品种类不同而异)，但其精密度较差。适用范围：作为简易法用于测定2-3份样品的大致水分，或快速检验在一定允许偏差范围内的样品水分。,一干燥法,（四）红外线干燥法仪器：红外线水分测定仪有多种型号。一般组成部件有:红外线管架盘天平内置砝码微电脑控制系统等,一干燥法,（四）红外线干燥法操作方法：将样品置样品皿上摊平，仪器自动校准内置砝码，在键盘上选择干燥温度，开始干燥。一段时间后（约10min），直接读出水分含量。仪器允许的测定温度范围一般在室温160，样品量的允许范围是020g，测定的精度为0.1%。,第二节水分的测定,干燥法常压干燥法减压干燥法红外线干燥法蒸馏法卡尔费休法其他方法,二蒸馏法,原理：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，冷凝并收集馏液，根据馏出液分层后水的体积，即可计算出样品中水分含量。特点：换热高效，测定快速；加热温度较低，故对易氧化、分解、热敏性以及含大量挥发性组分的样品的测定准确度好。适用范围：广泛用于谷类、果蔬、油类、香料等多种样品的水分测定，特别对于香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析法。,二蒸馏法,二蒸馏法,操作方法：称样(估计含水量25mL)，放入烧瓶，加入新蒸馏的甲苯(或二甲苯)使样品浸没，连接冷凝管及接收管，从冷凝管顶端注入甲苯(或二甲苯)，使之充满水分接收刻度管。加热蒸馏（2-4滴/秒），待水分全部蒸出(接收管内水的体积不再增加)，从冷凝管顶端注入少许甲苯(或二甲苯)冲洗管壁水滴。读取接收管水层的容积。,二蒸馏法,注意事项：溶剂的选择：最常用的是甲苯、二甲苯、苯等。选择溶剂时依据主要有：能否完全湿润样品适当的热传导化学惰性可燃性样品的性质等,二蒸馏法,注意事项：样品用量以含水量25mL为宜：谷豆类约20g，鱼、肉、蛋、乳制品约5-10g，蔬果类约5g。加热温度不宜太高：温度太高时冷凝管上端水汽难以全部回收。仪器必须洗涤干净：尽量避免接收管和冷凝管壁附着水滴。,第二节水分的测定,干燥法常压干燥法减压干燥法红外线干燥法蒸馏法卡尔费休法其他方法,三卡尔-费休法,卡尔费休法是在1935年由卡尔费休提出的测定水分的方法，属于碘量法，对于测定水分最为专一，也是测定水分最为准确的化学方法ISO已把把这个方法定为测定微量水分的国际标准，我们国家也把这个方法定为国家标准测微量水分。,三卡尔-费休法,原理：I2氧化SO2时，需要有定量的水参加反应。I2+SO2+2H2O2HI+H2SO4此反应可逆，加入吡啶和甲醇，可使反应向右进行：C5H5NI2+C5H5NSO2+C5H5N+H2O2C5H5NHI+C5H5NSO3C5H5NSO3+CH3OHC5H5NHSO3CH3总反应为：I2+SO2+3吡啶+CH3OH+H2O2氢碘酸吡啶+甲基硫酸吡啶终点判断：过量1d费休试剂中的碘即会使体系呈现浅黄色；“时间滞留法”卡尔费休水分测定仪,三卡尔-费休法,适用范围：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，特别是痕量水分(ppm级)的标准分析方法。主要仪器：KF一1型水分测定仪(上海化工研究院制)卡尔费休试剂：85g碘于干燥具塞的棕色试剂瓶中加入670mL无水甲醇，盖塞摇溶加入270ml吡啶混匀，冰水浴中冷却通入干燥的二氧化硫气体60-70g盖塞置暗处至少24小时后使用,第二节水分的测定,干燥法常压干燥法减压干燥法红外线干燥法蒸馏法卡尔费休法其他方法,第三节水分活度的测定,1、水分活度(wateractivity)表示食品中水分存在的状态，是以热力学来表示的水的自由度。它近似地表示为溶液中水蒸气分压与纯水蒸气压之比值。Aw=f样品水/f纯水p样品水/p纯水2、水分活度测定的意义影响食品的色、香、味和组织结构等品质；影响着食品保藏稳定性。,第三节水分活度的测定,3、测定方法,第三节水分活度的测定,（1）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从食品和纯水中萃取的水量并求出两者之比值，即为样品的水分活度值。,第三节水分活度的测定,（2）扩散法原理：样品在康威氏微量扩散皿的密封和恒温条件下，分别在Aw较高和较低的标准饱和溶液中扩散平衡后，根据样品质量的增加（在Aw较高的标准溶液中）和减少（在Aw较低的标准溶液中）量，作图求出样品的水分活度值。,第三节水分活度的测定,（3）水分活度仪法原理：在一定温度下，用饱和溶液校正活度测定仪的Aw值，在同一条件下测定样品，利用测定仪上的传感器，感应出食品中的蒸汽压变化，直接读出样品Aw值。,第三章复习题,1.水分测定法通常可分为哪几种方法？各有什么特点？2.烘箱干燥法法测定水分的样品应当符合什么条件？3.常压干燥法测定水分含量的原理是什么？操作过程中有什么注意事项？4.减压