食品分析_水分活度的测定

1、第三章 水分及水分活度的测定4.1 概述水分含量的分析是食品分析中最重要也是最难获水分含量的分析是食品分析中最重要也是最难获得精确可靠数据的分析之一，本章将介绍测定水分的得精确可靠数据的分析之一，本章将介绍测定水分的各种方法，包括方法的基本原理、操作步骤、应用、各种方法，包括方法的基本原理、操作步骤、应用、注意点、优缺点等；同时本章还对水分活度的测定作注意点、优缺点等；同时本章还对水分活度的测定作了介绍，作为食品质量指标之一，水分活度的测定与了介绍，作为食品质量指标之一，水分活度的测定与水分含量的测定具有同样重要的意义。水分含量的测定具有同样重要的意义。 一、水的作用一、水的作用二、食品中水分

2、含量二、食品中水分含量不同食品中水分含量的差异很大，在绝大多数食品中，不同食品中水分含量的差异很大，在绝大多数食品中，水分是一个主要组成部分。水分是一个主要组成部分。 食品种类食品种类近似含水近似含水量（湿基）量（湿基）食品种类食品种类近似含水近似含水量（湿基）量（湿基）谷物制品谷物制品小麦面粉（整粒）小麦面粉（整粒） 白面包（加料）白面包（加料） 玉米片玉米片 椒盐饼干椒盐饼干 通心粉（干通心粉（干,加料）加料） 10.313.43.04.110.2 乳制品乳制品牛乳（纯的牛乳（纯的,新鲜）新鲜） 酸奶酪（清淡，低酸奶酪（清淡，低脂）脂） 酪农干酪酪农干酪 切达干酪切达干酪 香草冰淇淋香草冰

3、淇淋 88.089.079.337.561.0食品种类食品种类近似含水近似含水量（湿基）量（湿基）食品种类食品种类近似含水近似含水量（湿基）量（湿基）脂肪和油脂脂肪和油脂 人造奶油人造奶油 黄油（含盐）黄油（含盐） 大豆油（色拉）大豆油（色拉）16.716.90甜味剂甜味剂 砂糖砂糖 红糖红糖 浓缩或过滤的蜂蜜浓缩或过滤的蜂蜜01.617.1肉，家禽和鱼肉，家禽和鱼牛肉牛肉鸡肉鸡肉有鳍鱼，鲽鱼有鳍鱼，鲽鱼蛋（整蛋蛋（整蛋) 63.268.679.175. 3坚果坚果 核桃（干）核桃（干） 花生花生(加盐干烤加盐干烤)） 花生酱（含盐）花生酱（含盐） 4.41.61.2 食品种类食品种类 近似含

4、水量近似含水量/%（湿基）（湿基）水果和蔬菜水果和蔬菜西瓜（未加工）西瓜（未加工） 橙子（未加工，带皮）橙子（未加工，带皮） 苹果（未加工，连皮）苹果（未加工，连皮） 葡萄（美国品种，未加工）葡萄（美国品种，未加工）葡萄干葡萄干 黄瓜（带皮，未加工）黄瓜（带皮，未加工） 马铃薯（未加工，新鲜带皮）马铃薯（未加工，新鲜带皮） 蚕豆（绿皮，未加工）蚕豆（绿皮，未加工） 91.586.883.981.315.496.079.090.3 三、水分在食品中的存在形式三、水分在食品中的存在形式食品中水分去除的难易程度与它在食品中的存在形式食品中水分去除的难易程度与它在食品中的存在形式有关，食品中水的存在形

5、式：有关，食品中水的存在形式： （1）自由水自由水这部分水保持水本身的物理特性，这部分水保持水本身的物理特性，能作为胶体的分散剂和盐的溶剂。能作为胶体的分散剂和盐的溶剂。 不可移动水不可移动水 毛细管水毛细管水 自由流动水自由流动水 （2）结合水或束缚水结合水或束缚水 亲和水亲和水这部分水结合紧密，存在于细胞壁或原这部分水结合紧密，存在于细胞壁或原生质中，与蛋白质牢固地结合在一起。生质中，与蛋白质牢固地结合在一起。 结合水结合水这部分水属于化学结合水，例如一水合这部分水属于化学结合水，例如一水合乳糖；还有某些盐，如乳糖；还有某些盐，如Na2SO410H2O。 四、水分含量测定的重要性四、水分含

6、量测定的重要性 对食品分析来说，最基本最重要的方法之一就是对对食品分析来说，最基本最重要的方法之一就是对水分含量的测定。去除水分后剩下的干基称为总固形水分含量的测定。去除水分后剩下的干基称为总固形物。因为水可作为一种廉价的掺入物，所以对食品制物。因为水可作为一种廉价的掺入物，所以对食品制造商来说，这就意味着巨大的经济利益。造商来说，这就意味着巨大的经济利益。 水分含量在产品保藏中是一个关键的质量因素，可水分含量在产品保藏中是一个关键的质量因素，可以直接影响一些产品质量的稳定性。以直接影响一些产品质量的稳定性。如：如： 脱水蔬菜和水果；脱水蔬菜和水果； 奶粉；奶粉； 鸡蛋粉鸡蛋粉 水分含量是产品

7、的一个质量因素。水分含量是产品的一个质量因素。如：如： 在果酱和果冻中，防止糖结晶；在果酱和果冻中，防止糖结晶； 常规加工过的谷物，水分含量为常规加工过的谷物，水分含量为4%8%；吸潮；吸潮膨胀后，水分含量为膨胀后，水分含量为7%8%。含水量的减少有利于产品的包装和运输。含水量的减少有利于产品的包装和运输。如：如： 浓缩牛乳；浓缩牛乳； 液体甘蔗糖（液体甘蔗糖（67%固形物）和液体玉米糖浆固形物）和液体玉米糖浆 （80%固形物）；固形物）； 脱水产品（如果水分含量太高很难包装）；脱水产品（如果水分含量太高很难包装）； 浓缩果汁。浓缩果汁。有些产品的水分含量（或固形物含量）通常有专门有些产品的水

8、分含量（或固形物含量）通常有专门的规定，的规定，如：如： 通心粉的水分含量必须通心粉的水分含量必须15%； 葡萄糖浆的固形物含量必须葡萄糖浆的固形物含量必须70%； 菠萝汁中可溶性固形物含量必须菠萝汁中可溶性固形物含量必须10.5 0B；食品营养价值的计量值要求列出水分含量。食品营养价值的计量值要求列出水分含量。水分数据可用于表示样品的其他分析测定结果。水分数据可用于表示样品的其他分析测定结果。一、干燥法一、干燥法（一）直接干燥法（一）直接干燥法1 原理原理 基于食品中的水分受热以后，产生的蒸汽压基于食品中的水分受热以后，产生的蒸汽压高于空气在电热干燥箱中的分压，使食品中的高于空气在电热干燥箱

9、中的分压，使食品中的水分蒸发出来，同时，由于不断的加热和排走水分蒸发出来，同时，由于不断的加热和排走水蒸汽，而达到完全干燥的目的，食品干燥的水蒸汽，而达到完全干燥的目的，食品干燥的速度取决于这个压差的大小。速度取决于这个压差的大小。2 适用范围适用范围 适用于在适用于在95l05范围内不含或含其他范围内不含或含其他挥发性成分极微且对热稳定的各种食品。挥发性成分极微且对热稳定的各种食品。3 样品的制备、测定及结果计算样品的制备、测定及结果计算4.2 水分的测定固态样品固态样品 磨碎磨碎混匀混匀称样皿准备称样皿准备称样皿恒重称样皿恒重称样称样干干燥燥称重称重恒重恒重称重称重结果计算结果计算X样品中

10、的水分含量，样品中的水分含量，g/100g；m1程量瓶和程量瓶和样品的质量，样品的质量，gm2-称量瓶和样品干燥后的质量称量瓶和样品干燥后的质量 g；m3称量称量瓶的质量瓶的质量 g。100%3121mmmm水分浓稠态样品浓稠态样品称样皿准备称样皿准备称样皿恒重称样皿恒重称样称样加入海砂加入海砂搅拌均搅拌均匀匀干燥干燥称重称重恒重恒重称重称重结果计算结果计算液态样品液态样品低温浓缩后，高温干燥低温浓缩后，高温干燥水分（水分（%）=100%-可溶性固形物可溶性固形物100%41321mmmmm水分 4操作条件选择操作条件选择操作条件选择主要包括：操作条件选择主要包括：称样数量称样数量称量皿规格与

11、预处理称量皿规格与预处理干燥设备干燥设备干燥条件（温度控制、干燥条件（温度控制、 样品表面硬皮形成的控制）样品表面硬皮形成的控制）5. 注意事项注意事项本方法不适用于胶体、高脂肪、高糖、含易氧化、易本方法不适用于胶体、高脂肪、高糖、含易氧化、易挥发物质的食品中水分分析挥发物质的食品中水分分析 测定的结果包括微量的芳香油、醇、有机酸等测定的结果包括微量的芳香油、醇、有机酸等恒重标准：两次称量结果恒重标准：两次称量结果13mg干燥剂需及时更换或处理干燥剂需及时更换或处理（二）减压干燥法（二）减压干燥法 1原理原理 利用在低压下水的沸点降低的原理将取样后的称利用在低压下水的沸点降低的原理将取样后的称

12、量皿置于真空烘箱内，在选定的真空度与加热温度下量皿置于真空烘箱内，在选定的真空度与加热温度下干燥到恒重。干燥后样品所失去的质量即为水分含量。干燥到恒重。干燥后样品所失去的质量即为水分含量。 2适用范围适用范围 适用于在较高温度下易热分解、变质或不易除去结适用于在较高温度下易热分解、变质或不易除去结合水的食品，如糖浆、果糖、味精、麦乳精、高脂肪合水的食品，如糖浆、果糖、味精、麦乳精、高脂肪食品、果蔬及其制品等的水分含量测定。食品、果蔬及其制品等的水分含量测定。 3仪器及装置仪器及装置使用真空烘箱时的一些注意点如下：使用真空烘箱时的一些注意点如下：所用的干燥温度取决于样品的种类所用的干燥温度取决于

13、样品的种类; ;如果被测定的样品中有大量的挥发性物质，应考虑如果被测定的样品中有大量的挥发性物质，应考虑使用校正因子来弥补挥发量；使用校正因子来弥补挥发量；在真空下热量不能被很好地传导，因此称量皿应直在真空下热量不能被很好地传导，因此称量皿应直接置放在金属架上以确保热传导；接置放在金属架上以确保热传导；蒸发是一个吸热过程，因此应注意冷却现象；蒸发是一个吸热过程，因此应注意冷却现象；干燥时间取决于样品的总水分含量、样品的性质、干燥时间取决于样品的总水分含量、样品的性质、单位重量的表面积单位重量的表面积; ;是否使用海砂作为分散剂以及是否含有较强的持水是否使用海砂作为分散剂以及是否含有较强的持水能

14、力和易分解的高糖和其他化合物等。能力和易分解的高糖和其他化合物等。一般通过实验结果来决定干燥时间，以得到良好的重一般通过实验结果来决定干燥时间，以得到良好的重现性。现性。 ( (三三) )红外线干燥法红外线干燥法 1原理原理 以红外线灯管作为热源，利用红外线的辐射热与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。前后失重即可求出样品水分含量。 2. 特点及适用范围特点及适用范围 红外线干燥法是一种水分快速测定方法，但其精红外线干燥法是一种水分快速测定方法，但其精密度较差，可作为

15、简易法用于测定密度较差，可作为简易法用于测定23份样品的大致水份样品的大致水分，或快速检验在一定允许偏差范围内的样品水分含分，或快速检验在一定允许偏差范围内的样品水分含量。一般测定一份试样需量。一般测定一份试样需1030分钟分钟(依样品种类不同依样品种类不同而异而异)，所以，当试样份数较多时，效率反而降低。，所以，当试样份数较多时，效率反而降低。3. 仪器仪器二、蒸馏法二、蒸馏法 1原理原理 基于两种互不相溶的液体二元体系的沸点低于各基于两种互不相溶的液体二元体系的沸点低于各组分的沸点这一理论，将食品中的水分与甲苯或二甲组分的沸点这一理论，将食品中的水分与甲苯或二甲苯或苯共沸蒸出，冷凝并收集馏

16、液，由于密度不同，苯或苯共沸蒸出，冷凝并收集馏液，由于密度不同，调出液在接收管中分层，根据馏出液中水的体积，即调出液在接收管中分层，根据馏出液中水的体积，即可计算出样品中水分含量。可计算出样品中水分含量。2. 特点及适用范围特点及适用范围 对易氧化、分解、热敏性以及含有大量挥发性组对易氧化、分解、热敏性以及含有大量挥发性组分样品的测定准确度优于干燥法。设备简单，操作方分样品的测定准确度优于干燥法。设备简单，操作方便，已广泛用于谷类、果蔬、油类；香料等多种样品便，已广泛用于谷类、果蔬、油类；香料等多种样品的水分测定。的水分测定。3. 3. 仪器仪器4. 4. 试剂试剂 甲苯或二甲苯甲苯或二甲苯测

17、定食品中水分含量的回流蒸馏仪样品置于蒸馏瓶中，并用溶剂完全浸泡样品置于蒸馏瓶中，并用溶剂完全浸泡从冷凝管顶端注入溶剂，并使之充满双向水分接收管从冷凝管顶端注入溶剂，并使之充满双向水分接收管开始时慢慢加热，然后再加速让其沸腾、蒸馏开始时慢慢加热，然后再加速让其沸腾、蒸馏在蒸馏约进行在蒸馏约进行1h1h之后之后用滴管刷除去冷凝器和双向接收管上部管壁上附着的水滴用滴管刷除去冷凝器和双向接收管上部管壁上附着的水滴将滴管刷向上移至蒸汽冷凝管的上部将滴管刷向上移至蒸汽冷凝管的上部用少量的甲苯清洗去除附着在滴管刷上的水滴用少量的甲苯清洗去除附着在滴管刷上的水滴如果水滴附在刻度接收管的上部，可把刷子倒过来用直

18、的金属如果水滴附在刻度接收管的上部，可把刷子倒过来用直的金属丝把水滴刷到管子底部丝把水滴刷到管子底部将金属丝移回到冷凝管的上部，再用少量甲苯清洗将金属丝移回到冷凝管的上部，再用少量甲苯清洗在样品中没有水分再蒸馏出来后，重复用刷子和金属丝去除附在样品中没有水分再蒸馏出来后，重复用刷子和金属丝去除附着的水滴着的水滴刷子和金属丝在从冷凝器中取出以前，用甲苯清洗刷子和金属丝在从冷凝器中取出以前，用甲苯清洗V V在测定收集管中的水体积之前，先让仪器冷却至环境温度在测定收集管中的水体积之前，先让仪器冷却至环境温度水体积水体积2 2（相对（相对50g50g样品而言）样品而言）=%=%水分含量水分含量三、卡尔

19、三、卡尔费休法费休法1. 原理原理 此方法是在此方法是在1853年年Bunsen发现的基本反应的基础上建立起发现的基本反应的基础上建立起来的，即在有水存在时碘与二氧化硫会发生氧化还原反应。来的，即在有水存在时碘与二氧化硫会发生氧化还原反应。 2H2O+SO2+I2H2SO4+2HI 2 H2O + S O2+ I2+ C5H5N + H2O 2C5H5NHI+C5H5NSO3C5H5NSO3+CH3 OHC5H5N（H）SO3CH3 反应显示反应显示1mol的水需要与的水需要与1mo1碘、碘、1mo1二氧化硫、二氧化硫、3mo1吡吡啶和啶和1mo1甲醇反应。甲醇反应。2. 特点及适用范围特点及

20、适用范围 如果样品在加热和真空条件下进行水分含量分析如果样品在加热和真空条件下进行水分含量分析得不到稳定结果时，就可采用卡尔费休滴定法进行分得不到稳定结果时，就可采用卡尔费休滴定法进行分析。该法适合于测定低水分含量的食品，如脱水水果析。该法适合于测定低水分含量的食品，如脱水水果和蔬菜、糖果和巧克力、咖啡和油脂，以及任何高糖和蔬菜、糖果和巧克力、咖啡和油脂，以及任何高糖高蛋白低水分的样品。此方法快速准确且不需加热。高蛋白低水分的样品。此方法快速准确且不需加热。 适合于测定水分含量大于适合于测定水分含量大于0.03%的样品。的样品。3 仪器仪器4 测定步骤测定步骤（1）卡尔费休试剂标定）卡尔费休试

21、剂标定 纯水、无水甲醇、或二水合酒石酸钠（含水纯水、无水甲醇、或二水合酒石酸钠（含水15.66%） 作基准作基准 或购置标准试剂（或购置标准试剂（1ml相当于相当于1mg水）水） 固体样品以无水甲醇抽提后滴定。固体样品以无水甲醇抽提后滴定。5 结果计算结果计算1 0 0 0 mTVT卡尔费休试剂对水的滴定度（mg/mL）；m水的质量，g；V滴定消耗卡尔费休试剂的体积，mL.当已知当已知KFReq后，样品水分含量的计算如下：后，样品水分含量的计算如下：w样品中水分的质量分数，样品中水分的质量分数，mg/100mg；T卡尔费休试剂对水的滴定度，卡尔费休试剂对水的滴定度，mg/mL；V滴定所消耗的卡

22、尔费休试剂体积，滴定所消耗的卡尔费休试剂体积，mL；m样品体积，样品体积，g。1 0 01 0 0 01 0T VT Vwmm卡尔费休滴定法中主要的难点和误差来源：卡尔费休滴定法中主要的难点和误差来源： （1）水分的萃取不完全）水分的萃取不完全 （2）空气的湿度）空气的湿度 （3）玻璃仪器壁上吸附水分）玻璃仪器壁上吸附水分 （4）来自食品组分的干扰）来自食品组分的干扰四、其它水分测定方法四、其它水分测定方法电化学方法（介电容量法、电导率法）电化学方法（介电容量法、电导率法）相对密度法相对密度法折光法折光法微波法微波法红外光谱法红外光谱法冰点法冰点法色谱法色谱法4.3 水分活度值的测定水分活度值

23、的测定一、测定水分活度值的意义一、测定水分活度值的意义 单纯的含水量并不是表示食品稳定性的可靠指标。单纯的含水量并不是表示食品稳定性的可靠指标。日常生活中，相同含水量的食品却有不同的腐败变质日常生活中，相同含水量的食品却有不同的腐败变质现象，在一定程度上是由于水与食品中其他成分结合现象，在一定程度上是由于水与食品中其他成分结合的方式不同而造成的。水与食品中其他成分的紧密结的方式不同而造成的。水与食品中其他成分的紧密结合可减少微生物生长及化学反应所导致的分解变质。合可减少微生物生长及化学反应所导致的分解变质。水分活度水分活度Aw还还是一个感官评定的重要质量指标，比如是一个感官评定的重要质量指标，

24、比如坚硬还是柔软、松脆或是发粘等其他感官性质。坚硬还是柔软、松脆或是发粘等其他感官性质。水分活度可以定义为：水分活度可以定义为： 1000ERHAppAWW定义：定义：在同一条件下（温度、湿度、压力），溶液中的逸度与在同一条件下（温度、湿度、压力），溶液中的逸度与纯水逸度之比，可以用食品水分蒸汽压（纯水逸度之比，可以用食品水分蒸汽压（P）与纯水蒸汽压（）与纯水蒸汽压（P0）之比近似。）之比近似。水分质量分数与水分活度是两个不同概念的。水分质量分数与水分活度是两个不同概念的。水分质量分数水分质量分数是是指食品中水分的总质量分数，常以质量百分比表示。指食品中水分的总质量分数，常以质量百分比表示。水

25、分活度水分活度则表示食品中水分存在的状态，反映了食品与水的亲和能力的则表示食品中水分存在的状态，反映了食品与水的亲和能力的程度，它表示食品中所含的水分作为微生物化学反应和微生物程度，它表示食品中所含的水分作为微生物化学反应和微生物生长的可用价值，即反映水分与食品的结合程度或游离程度，生长的可用价值，即反映水分与食品的结合程度或游离程度，其值越小，说明结合程度越高，结合的越牢固，越难以被微生其值越小，说明结合程度越高，结合的越牢固，越难以被微生物利用；其值越大，说明结合的程度越低，易被微生物利用。物利用；其值越大，说明结合的程度越低，易被微生物利用。对与同一种食品是这样的。不同种类的食品之间的水

26、分活度没对与同一种食品是这样的。不同种类的食品之间的水分活度没有可比性。有可比性。食品的水分活度不能按其水分质量分数考虑。如，金黄色葡萄食品的水分活度不能按其水分质量分数考虑。如，金黄色葡萄球菌生长要求的最低水分活度是球菌生长要求的最低水分活度是0.86，而不同食品达到这个水分，而不同食品达到这个水分活度，水分质量分数不同，如干肉活度，水分质量分数不同，如干肉23、乳粉、乳粉16、干燥肉汁、干燥肉汁63。所以，水分质量分数无法判断食品的保藏性，测定和控。所以，水分质量分数无法判断食品的保藏性，测定和控制水分活度对于掌握食品品质的稳定性与保藏性具有重要的意制水分活度对于掌握食品品质的稳定性与保藏性具有重要的意义。义。 00.25单层水分子区0.250.8多层水分子区0.80.9毛细管凝结水区含水量与含水量与Aw的关系的关系等温吸附曲线二、二、AW测定方法测定方法（一