1、第五章 水分和水分活度的测定（第 9 次课 2 学时）一、授课题目第五章 水分和水分活度的测定二、教学目的和要求学习本次内容，要求学生了解水分测定的意义，掌握水分测定的方法，了解水分活度测定的意义。三、教学重点和难点重点：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。难点：测定方法四、主要参考资料1、穆华荣、于淑萍主编，食品分析.北京：化学工业出版社，20042、周光理主编，食品分析与检验技术，北京：化学工业出版社，20063、杨月欣主编，实用食物营养成分分心手册（第二版） ，北京：中国轻工业出版社，2007
2、4、曲祖乙、刘靖主编，食品分析与检验.北京：中国环境科学出版社，2006五、教学过程1、学时分配：2 学时2、辅导手段：自习辅导、习题辅导3、教学办法：课堂讨论、讲授4、板书设计: 第一节 概述一、食品中水分的存在形式二 、 水分的测定方法1、直接法2、间接法三、水分的测定的意义第二节 水分的测定一 、干燥法（一）干燥法的注意事项1、干燥法的前提条件2、操作条件的选择： （二）直接干燥法（常压干燥法）1、原理： 2、适用范围：3、样品的制备、测定及结果计算第五章 水分和水分活度的测定（三） 减压干燥法1、原理：2、适用范围3、 仪器及装置（四）红外干燥法1、原理：2、装置3、操作方法二、蒸馏法
3、（应用广泛的为共沸蒸馏）1、原理：2、特点和使用范围3、仪器4、操作方法5、操作注意事项三、卡尔费休法（Karl Fischer) 1、原理2、适用范围3、主要仪器：4、试剂：5、测定注意：四、其它测定水分方法1、介电容量法2、电导率法3、红外吸收光谱法4、折光法5、其他方法 化学干燥法 气相色谱法 微波法疑难字词5、教学内容第五章 水分和水分活度的测定第一节 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根据水在食品中所处的状态不同以及与非水组分结合强弱的不同，可以把食品中的水划分为以下三类：1、自由水（游离水）是靠分子间力形成的吸附水。它是以溶液状态存在的水分，
4、它保持着水本身的物理性质，在被截留的区域内可以自由流动。2、亲和水 强极性基团单分子外的水分子层。它向外蒸发的能力较弱，与自由水相比，蒸发时吸收较多的能量。3、结合水（束缚水）以氢键结合的水，是食品中与非水组分结合最牢固的水。如葡萄糖、麦芽糖、乳糖的结晶水以及与食品中的蛋白质、淀粉、纤维素、果胶物质中的羧基、氨基、羟基、巯基通过氢键结合的水。结合水的冰点为-40，它与非水组分之间配价键的结合力比亲合水与非水组分间的结合力大得多，很难用蒸发的方法排除出去。结合水在食品内部不能作为溶剂，微生物及其孢子不能利用它来进行繁殖和发芽。 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
5、纤维、无氮抽出物、灰分等。固形物 (%) = 100 % 水份（%） 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、水分的测定的意义水分是影响食品质量的因素，对于食品分析来说，水分含量的测定是最基本、最重要的方法之一。1、水分含量是产品的一个质量因素。果酱和果冻：要防止糖结晶，必须要控制水分含量；水果硬糖：水分含量一般控制在3%以下，但过低会出现返砂甚至返潮现象；新鲜面包：水分含量若低于28%-30%，则其外形
6、干瘪，没有光泽。2、有些产品的水分含量（或固形物含量）通常有专门的规定。为了使产品达到相应的标准，有必要通过水分检测来更好地控制水分含量。3、水分含量在食品保藏中也是一个关键因素，可以直接影响一些产品，这就需要通过检测水分来调节控制食品中的水分含量。4、食品营养价值的计量值要求列出水分含量。5、水分含量数据可用于表示样品在同一计量基础上其他分析的测定结果。6、生产原料中水分含量的高低，对于它们的品质和保存、成本核算、提高工厂的经济效益等均具有重大意义。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 （50页
7、下部） 水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性成分极微。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。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） 玻璃称量瓶能耐酸碱，不受样品性质的限制，常用于常压干燥法。 铝制称量瓶质量轻，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。 选择称量瓶的大小要合适，一般样品1/3高度。 称量瓶放入烘箱内，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。
8、 称样量 样品一般控制在干燥后的残留物为1.53克；固态、浓稠态样品控制在 35 克；含水分较高的样品控制在 1520 克； 干燥设备烘箱在进行烘箱干燥时，除了使用特定的温度和时间条件外，还应考虑由于不同类型的烘箱而引起的温差变化。a、空气流动的方式：对流式、强力循环通风式。前者温度上升比较慢，温差最大可达10，若要得到较高的准确度和精密度的数据，对流烘箱就显得不适用了；后者的温差是所有烘箱中最小的，通常不超过1，其箱内空气由风扇强制在烘箱内作循环运动。b、烘箱内压力：普通；真空干燥器干燥器内一般用硅胶作干燥剂，硅胶吸湿后效能会降低，故当硅胶蓝色减退或变红时，需及时换出，置 135左右烘 2-
9、3 小时使其再生后再用。硅胶若吸附油脂等后，去湿能力也会大大降低。水分测定过程中干燥器作用：防止烘干的物料返潮；将称量瓶降温，便于操作。 干燥条件1）干燥温度：一般是 95105 。对含还原糖较多的食品应先低温（5060）干燥 0.5 小时，然后再 195105干燥。对热稳定的谷物可用 120130 干燥。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。2）干燥时间：恒重最后两次重量之差 2 mg ，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。3）易形成硬皮或结块的物料的处理对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。作用为：防止表面硬皮的形成
10、；使样品分散，减少样品水分蒸发的障碍。海砂的量依样品量定，一般每3g样品加入20-30g的海砂可以使其充分地分散。（二）直接干燥法（常压干燥法）1、原理： 在一定的温度（95105）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 95105下，不含或含其他挥发性物质甚微且对热稳定的食品。3、样品的制备、测定及结果计算 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 3040 目。 如：面包、饼干、乳粉、饲料、粮谷类、
11、大豆。 样品制备：磨碎过筛（20-40 目筛） 混匀 （1）一般水分含量在 14%（安全水分）以下，在实验室条件下进行粉碎过筛等处理，水分含量一般不会发生变化，但动作要迅速，制备好的样品存于干燥的磨口瓶中备用。 （2）水分含量16% 如面包：可采用二步干燥法。关键点：在磨碎过程中，要防止样品水分含量变化。 c、液态样品：需经低温浓缩后，再进行高温干燥。（原因直接置于高温下加热，会因沸腾而造成样品损失。）加入海砂的目的：由于干燥后固形物含量较少，可先称适量的海砂，用小玻棒与之一同搅拌，放在沸水浴上蒸干然后带上小玻棒，放入干燥箱中干燥 4 小时。 d、浓稠液体（糖浆、炼乳等）：加水稀释，最后要把加
12、入的水除去；加入精制海砂或无水硫酸钠，搅拌均匀以增大蒸发面积。如何制备海砂：海砂可购买也可自己制备。取用水洗去泥土的海砂或河砂，先用 6MHCl 煮沸半小时，用水洗至中性，再用6MNaOH 煮沸半小时，用水洗到中性，经 105干燥备用。浓稠样品直接加热，其表面易结硬壳焦化，使内部水分蒸发受阻，加入精制海砂或无水 NaSO4 ，搅拌均匀，以增大蒸发面积。实验前准备：取洁净的蒸发皿，内加 10.0g 海砂及一根小玻棒，置于 95105干燥箱中，干燥 0.5-1小时，放入干燥器内冷却 0.5小时（冷却至室温）后称量测定：称取样品 5-10g 于蒸发皿中，搅拌均匀后， 以下同固体样品。e、含水量16%
13、的谷类食品，采用两步干燥法。如面包，切成薄片，自然风干 1520h，再称量，磨碎，过筛，烘干 。（2）常压干燥法操作过程：烘箱预热 称量瓶恒重m 3 准确称样+称量瓶重 m 1 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 m 2 。（3）水分的计算：水分% = ( m 1 - m2)/ (m1 - m3) 100%4、说明及注意事项水果、蔬菜样品，应先洗去泥沙后，再用蒸馏水冲洗一次，然后用洁净纱布吸干表面的水分。在测定过程中，称量皿从烘箱中取出后，应迅速放入干燥器中进行冷却，否则，不易达到恒重。（三） 减压干燥法1、原理：利用水的沸点随P的原理
14、，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、适用范围：在 100以上加热容易变质及含有不易除去的结合水的食品。如糖浆、果糖、味精、高脂肪的食品、果蔬及果蔬制品。因为这些样品在高温下（70）长时间加热，样品中的果糖会发生氧化分解作用而导致明显误差。如蜂皇浆的干燥条件: 70, 真空度 2.7-4KPa(20-30mmHg)，干燥 4h3、 仪器及装置真空烘箱(带真空泵、干燥瓶、安全瓶） 。在用减压干燥法测水分含量时，为了除去烘干过程中样品蒸发出来的水分以及烘箱恢复常压时空气中的水分，整套仪器设备除用一个真空烘箱（带真空泵）外
15、，还连接了几个干燥瓶和一个安全瓶，设备流程如图 真空泵（抽气用，降低烘箱内压力） ； 安全瓶（调节烘箱内外气压平衡起缓冲作用，防止固体颗粒吸入真空泵） ； 干燥瓶（内装硅胶起吸收水分的作用，内装苛性钠起吸收酸气的作用） ； 真空烘箱（烘干样品）4、操作：准确称取样品于已烘干至恒重的称量皿中，放入真空烘箱内，按图所示流程连接好全套装置后，打开真空泵抽出烘箱内空气至所需压力 40-53.3KP(300-00mmH g)（如烘箱密封的好，要重新紧一次门的开关螺栓） ，并同时加热至所需温度(50-60） 。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，打开活塞使空气经干燥瓶
16、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。并重复以上操作至恒重。5、说明及注意事项真空烘箱内各部位温度要求均匀一致,若干燥时间短时,更应严格控制.第一次使用的铝质称量盒要反复烘干二次,每次置于调节到规定温度的烘箱内烘 12 小时,然后移至干燥器内冷却 45 分钟,称重(精确到 0.1mg),求出恒重.第二次以后使用时,通常采用前移次的恒重值.试样为谷粒时,入小心使用可重复 2030 次而恒重值不变.由于直读天平与被测量物之间的温度差会引起明显的误差,故在操作中应力求被称量物与天平的温度相同后再称重,一般冷却时间在 0.51 小时内.减压干燥时
17、，自烘箱内部压力降至规定真空度时起计算烘干时间，一般每次烘干时间为 2 小时，但有的样品需 5 小时；恒重一般以减量不超过 0.5mg 时为标准，但对受热后易分解的样品则可以不超过 13mg 的减量值为恒重标准。（四）红外干燥法（60页）1、原理：以红外线灯管做为热源（700300000 nm波长） ，利用红外线的辐射热加热试样，高效快速的使水分蒸发，据干燥前后的失重即可求出样品的水分。集烘箱于天平为一体。2、装置MA30 水分测定仪（德） ，样品最大为30g。SCT3A 快速水分测定仪（中） ，样品最大量为 100 g。3、操作方法特点：测定水分快速，简便，但其精密度较差，当样品份数较多时，效率反而降低。
