食品分析-3.1水分分析

1、水水 分分 分析分析讲授内容讲授内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 水分含量分析方法水分含量分析方法第三节第三节 溶液中固形物的测定溶液中固形物的测定第四节第四节 水分活度的测定水分活度的测定第五节第五节 水分分析的进展水分分析的进展第一节第一节 概述概述3 3、水分的含量高低，对微生物的生、水分的含量高低，对微生物的生长及生化反应都有密切的关系。长及生化反应都有密切的关系。测定测定水分水分的的意义意义1 1、重要的质量指标之一、重要的质量指标之一 2 2、一项重要的经济指标、一项重要的经济指标水分存在的状态水分存在的状态具有水的一切特性具有水的一切特性自由水自由水向外蒸发能力较弱向外蒸发

2、能力较弱亲和水亲和水是食品中与非水组分结合是食品中与非水组分结合最牢固的水最牢固的水结合水结合水水分水分在食在食品中品中存在存在形式形式水分的测定方法水分的测定方法 利用水分本身的物理性质、化学利用水分本身的物理性质、化学性质测定水分：干燥法、蒸馏性质测定水分：干燥法、蒸馏法、卡尔法、卡尔费休法等方法。费休法等方法。1 1、直接法、直接法2 2、间接法、间接法 利用食品的物理常数通过函数利用食品的物理常数通过函数关系确定水分含量。如测相对密关系确定水分含量。如测相对密度、折射率、电导、旋光率等。度、折射率、电导、旋光率等。第二节第二节 水分含量分析方法水分含量分析方法一一 、烘干法、烘干法以原

3、样重量以原样重量 - - 干燥后重量干燥后重量 = = 水分重量水分重量干燥法包括常压干燥法（直接干燥法）和减压干燥法。干燥法包括常压干燥法（直接干燥法）和减压干燥法。（一）直接干燥法（常压干燥法）（一）直接干燥法（常压干燥法）1、原理、原理 直接干燥法是基于纯水的沸点在常压下直接干燥法是基于纯水的沸点在常压下是是100 ，然后在高于此温度下加热样品使水，然后在高于此温度下加热样品使水分蒸发。通常在常压及温度分蒸发。通常在常压及温度103+2条件下条件下加热样品，使水分不断向外界蒸发，直至样加热样品，使水分不断向外界蒸发，直至样品质量恒重。品质量恒重。2、主要仪器与设备、主要仪器与设备 分析天

4、平、组织捣碎机、研钵、具盖铝皿、分析天平、组织捣碎机、研钵、具盖铝皿、电热鼓风干燥箱、干燥器电热鼓风干燥箱、干燥器3、操作步骤、操作步骤试样的准备试样的准备 （1）固体样品）固体样品 200g代表样品，捣碎混合均匀，置于密闭容器内；代表样品，捣碎混合均匀，置于密闭容器内； （2）固、液样品）固、液样品 200g代表样品，捣碎混合均匀，置于密闭容器内；代表样品，捣碎混合均匀，置于密闭容器内； （3）肉制品）肉制品 去除不可食部分，去除不可食部分，200g代表样品，绞虽，置于密闭容代表样品，绞虽，置于密闭容器内。器内。 测定测定（1）将洁净的称量瓶连同瓶盖置于）将洁净的称量瓶连同瓶盖置于103+2

5、鼓风电热恒温干燥箱内，加热鼓风电热恒温干燥箱内，加热1h至恒重。至恒重。（2）称取约）称取约5g试样，精确至试样，精确至0.001g，放置已知，放置已知衡量的称量瓶中，置于衡量的称量瓶中，置于103+2鼓风电热恒鼓风电热恒温干燥箱内（瓶盖斜放在瓶边），加热温干燥箱内（瓶盖斜放在瓶边），加热2-4h至恒重。至恒重。结果计算结果计算式中：式中：m1干燥前样品与称量瓶质量之和，干燥前样品与称量瓶质量之和，g； m2干燥后样品与称量瓶质量之和，干燥后样品与称量瓶质量之和，g； m3称量瓶质量，称量瓶质量，g。100%3121mmmm）水分含量（测量误差测量误差（1）烘干过程中，样品内形成物理栅，可妨碍

6、水分从）烘干过程中，样品内形成物理栅，可妨碍水分从食品内部向其表层扩散；食品内部向其表层扩散；（2）干燥温度过高时样品在高水分含量条件下可能发）干燥温度过高时样品在高水分含量条件下可能发生化学反应；生化学反应；（3）对热不稳定的样品在高温下易分解；）对热不稳定的样品在高温下易分解；（4）含有易挥发性成分；）含有易挥发性成分；（5）含有易氧化的基团；）含有易氧化的基团；（6）美拉德反应析出水分）美拉德反应析出水分注意事项注意事项（1）使用的前提条件：水分是测定条件下唯一的散失；）使用的前提条件：水分是测定条件下唯一的散失；（2）此法使用于大多数动植物食品水分含量的测定；）此法使用于大多数动植物食

7、品水分含量的测定；（3）水分含量较低（）水分含量较低（14%）的固态样品应先研碎，过筛；）的固态样品应先研碎，过筛；高于高于16%的样品应先在自然通风条件下干燥；对于含水的样品应先在自然通风条件下干燥；对于含水量大于量大于20%的试样，陈取试样后先置于的试样，陈取试样后先置于70-85 的鼓风的鼓风电热恒温烘箱内，加热电热恒温烘箱内，加热2-4h，然后在升温至，然后在升温至103+2。 半固态或胶稠态样品半固态或胶稠态样品加海砂或无水硫酸钠加海砂或无水硫酸钠 液体样品液体样品先低温蒸发浓缩先低温蒸发浓缩（4）对于不宜常压干燥的样品，依据其自身的理化性质）对于不宜常压干燥的样品，依据其自身的理化

8、性质和测定目的和要求选用其他方法。和测定目的和要求选用其他方法。（二）真空干燥法（减压干燥法）（二）真空干燥法（减压干燥法）1、原理、原理 真空干燥室根据水的沸点随压强下降而真空干燥室根据水的沸点随压强下降而降低的原理，在一定真空度（真空度为降低的原理，在一定真空度（真空度为3.3-13.3kPa）的真空干燥箱内低温（）的真空干燥箱内低温（50-60 ）加热，即可使样品内的水分蒸发出来，达到加热，即可使样品内的水分蒸发出来，达到完全干燥的目的。完全干燥的目的。2、主要仪器与设备、主要仪器与设备 真空烘箱，真空泵，干燥瓶，安全瓶真空烘箱，真空泵，干燥瓶，安全瓶3、注意事项、注意事项（1）真空干燥

9、特别适合于在较高温度易分解、易变质和）真空干燥特别适合于在较高温度易分解、易变质和不易去除结合水的样品；不易去除结合水的样品；（2）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样品的种类；（3）真空烘箱内各部位温度要求均匀一致，若干燥时间）真空烘箱内各部位温度要求均匀一致，若干燥时间短，则更应严格控制；短，则更应严格控制；（4）真空下热传导性差，因此称量瓶应直接放置在金属）真空下热传导性差，因此称量瓶应直接放置在金属架上以确保良好的热传导；架上以确保良好的热传导；（5）蒸发是一个吸热过程，因此要注意冷却现象；）蒸发是一个吸热过程，因此要注意冷却现象；（6）如待测样品中有大量的挥发性物

10、质，应考虑使用校）如待测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物，或考虑使用其他方法；正因子来弥补挥发物，或考虑使用其他方法；（7）干燥时间取决于样品的总水分含量、样品的特性、）干燥时间取决于样品的总水分含量、样品的特性、单位质量样品的表面积、是否使用分散剂以及是否含有单位质量样品的表面积、是否使用分散剂以及是否含有较多持水能力强的物质。较多持水能力强的物质。二二 、蒸馏法、蒸馏法 蒸馏法是香精、香料类食品水分测定的标准方法。蒸馏法是香精、香料类食品水分测定的标准方法。1、原理、原理 依据两种互不相溶的液体组成的二元体系的沸依据两种互不相溶的液体组成的二元体系的沸点比其中任一组

11、分的沸点都低的原理，加热使他们点比其中任一组分的沸点都低的原理，加热使他们共沸，由于相对密度不同，而且不互溶，可根据流共沸，由于相对密度不同，而且不互溶，可根据流出液中水的体积计算水分含量。出液中水的体积计算水分含量。 直接蒸馏直接蒸馏 溶剂沸点高，且与水不互溶溶剂沸点高，且与水不互溶矿物油；矿物油； 回流蒸馏回流蒸馏 只需比水的沸点略高的有机溶剂只需比水的沸点略高的有机溶剂甲苯、甲苯、 二甲苯或者苯。二甲苯或者苯。2、主要仪器及试剂、主要仪器及试剂 蒸馏烧瓶，冷凝管，接受瓶（带刻度），精制蒸馏烧瓶，冷凝管，接受瓶（带刻度），精制甲苯或二甲苯甲苯或二甲苯准确称取一定样品准确称取一定样品加入约加

12、入约100ml有机溶剂有机溶剂加热蒸馏加热蒸馏至水分大部分蒸出后，加快蒸馏速度至水分大部分蒸出后，加快蒸馏速度当刻度管水量不在增加当刻度管水量不在增加读数读数3、操作步骤、操作步骤4、结果计算、结果计算式中：式中：该温度下水的密度，该温度下水的密度，g/mL； V接收管内水的体积，接收管内水的体积，mL； m样品质量，样品质量，g100V%m）水分含量（5、可能的误差来源、可能的误差来源（1）冷凝管壁或者接收管上方附着有水珠；）冷凝管壁或者接收管上方附着有水珠；（2）样品中含有能与水互溶的挥发性组分；）样品中含有能与水互溶的挥发性组分；（3）甲苯或二甲苯本身不够纯净，含有水分或）甲苯或二甲苯本

13、身不够纯净，含有水分或能与水互溶的杂质；能与水互溶的杂质；（4）样品水分蒸发不完全，使结果偏低；）样品水分蒸发不完全，使结果偏低；（5）在蒸馏过程中样品的热敏性物质分解或发）在蒸馏过程中样品的热敏性物质分解或发生氧化反应；生氧化反应；（6）蒸馏出的水与有机溶剂形成乳浊液。）蒸馏出的水与有机溶剂形成乳浊液。6、有机溶剂的选择、有机溶剂的选择对于热不稳定的样品，一般不选用二甲苯，常选用沸点较低的苯、甲苯或对于热不稳定的样品，一般不选用二甲苯，常选用沸点较低的苯、甲苯或甲苯甲苯- -二甲苯的混合物；二甲苯的混合物；对于含有糖分、可分解析出水分的样品，宜采用苯作为溶剂；对于含有糖分、可分解析出水分的样

14、品，宜采用苯作为溶剂；对于相对密度比水大的溶剂，样品浮在溶剂上面，不易过热和炭化，但有对于相对密度比水大的溶剂，样品浮在溶剂上面，不易过热和炭化，但有机溶剂被蒸馏出来，经冷凝后，会穿越水层进入接受瓶底部形成乳浊液。机溶剂被蒸馏出来，经冷凝后，会穿越水层进入接受瓶底部形成乳浊液。7、注意事项、注意事项（1）样品用量；）样品用量；（2）有机溶剂一般用甲苯。对于高温易分解的样品则）有机溶剂一般用甲苯。对于高温易分解的样品则用苯作蒸馏溶剂，但蒸馏时间需延长；用苯作蒸馏溶剂，但蒸馏时间需延长；（3）加热温度不宜太高，温度太高时冷凝管上端水蒸）加热温度不宜太高，温度太高时冷凝管上端水蒸气难以全部回收；气难

15、以全部回收；（4）仪器必须洗涤干净；）仪器必须洗涤干净；（5）蒸馏加热时一般需要石棉网，以防止局部过热。）蒸馏加热时一般需要石棉网，以防止局部过热。三、卡尔三、卡尔-费休法费休法v测定微量水分的国际标准；测定微量水分的国际标准；v依据样品中的水发生化学反应而进行定量测依据样品中的水发生化学反应而进行定量测定的一种方法；定的一种方法；v适用在加热或真空条件下测定水分含量不易适用在加热或真空条件下测定水分含量不易得到稳定结果的样品；得到稳定结果的样品；v无需加热，可有效避免易氧化、热敏性组分无需加热，可有效避免易氧化、热敏性组分的氧化、分解，适宜测定低水分含量的食品，的氧化、分解，适宜测定低水分含

16、量的食品，或难以用以上两种方法测定的食品。或难以用以上两种方法测定的食品。1、原理、原理 1mol的水与的水与1mol碘、碘、 1mol二氧化硫、二氧化硫、 3mol吡啶和吡啶和1mol甲醇反应，可生成甲醇反应，可生成2mol吡啶吡啶碘化氢和碘化氢和1mol甲基硫酸氢吡啶。通常碘：二甲基硫酸氢吡啶。通常碘：二氧化硫：吡啶按氧化硫：吡啶按1：3：10的质量比例溶解在的质量比例溶解在甲醇溶液中，即为卡尔甲醇溶液中，即为卡尔-费休试剂（费休试剂（KFR），），1mL试剂相当于试剂相当于3.5mg水。水。2、主要仪器及试剂、主要仪器及试剂 每次适用卡尔每次适用卡尔-费休试剂测定水分时必须先标定费休试剂

17、测定水分时必须先标定其效价（其效价（KFReq），该效价表示与），该效价表示与1molKFR完全反完全反应的水分含量值。应的水分含量值。 使用甲醇标定的方法：在水分测定仪的反应器使用甲醇标定的方法：在水分测定仪的反应器内加入内加入50mL无水甲醇，按通电源，启动磁力搅拌器，无水甲醇，按通电源，启动磁力搅拌器，先将先将KFR滴入甲醇中，使其中残存的微量水分与试滴入甲醇中，使其中残存的微量水分与试剂作用达到化学计量点，保持剂作用达到化学计量点，保持1min内不变，此时并内不变，此时并不记录不记录KFR试剂的消耗量。然后用试剂的消耗量。然后用10 L的微量注射的微量注射器从反应器的加料口缓慢注入器从

18、反应器的加料口缓慢注入10 L水水-甲醇标准溶甲醇标准溶液（相当于液（相当于0.01g水），用水），用KFR滴定到原定终点，记滴定到原定终点，记录录KFR的消耗量。的消耗量。3、测定步骤、测定步骤 准确称取事先粉碎并混匀的固态样品准确称取事先粉碎并混匀的固态样品0.5g置于称样瓶内。在水分测定仪反应器内加入置于称样瓶内。在水分测定仪反应器内加入50mL无水甲醇，用卡尔无水甲醇，用卡尔-费休试剂滴定样品费休试剂滴定样品的水分含量，使反应终点颜色保持的水分含量，使反应终点颜色保持1min不变不变（不记录试剂用量）。打开加料口迅速将已（不记录试剂用量）。打开加料口迅速将已称好的试剂加入反应器内，立即

19、塞上橡皮塞，称好的试剂加入反应器内，立即塞上橡皮塞，开动磁力搅拌器使试样中的水分完全被甲醇开动磁力搅拌器使试样中的水分完全被甲醇所萃取，再用卡尔所萃取，再用卡尔-费休试剂滴定至终点并保费休试剂滴定至终点并保持持1min不变，记录所用试剂的体积。不变，记录所用试剂的体积。4、结果计算、结果计算式中：式中：KFReq卡尔卡尔-费休试剂效价；费休试剂效价； m样品的质量，样品的质量，mg； V滴定样品所用的滴定样品所用的KFR的体积，的体积，mL.mVeq）（）水分质量分数（100KFR%5、卡尔、卡尔-费休试剂要求费休试剂要求 参与化学反应的甲醇、吡啶均需无水，参与化学反应的甲醇、吡啶均需无水，这

20、些试剂应该加入无水硫酸钠或其他可行的这些试剂应该加入无水硫酸钠或其他可行的吸水剂保存，也可以使用其他替代试剂。吸水剂保存，也可以使用其他替代试剂。6、误差来源、误差来源（1）样品自身存在的还原性物质会干扰测定结）样品自身存在的还原性物质会干扰测定结果的准确性；果的准确性；（2）空气的湿度：仪器、外界的空气不允许有）空气的湿度：仪器、外界的空气不允许有交换；交换；（3）玻璃仪器上吸附的水分；）玻璃仪器上吸附的水分；（4）水分萃取不完全；）水分萃取不完全；7、注意事项、注意事项（1）卡尔）卡尔-费休法可测定费休法可测定1%或更多水分的样品，或更多水分的样品，其测定准确度比直接干燥法法高，是测定脂其

21、测定准确度比直接干燥法法高，是测定脂肪和油类物品中微量水分的理想方法；肪和油类物品中微量水分的理想方法；（2）有强还原性成分（包括抗坏血酸）的样品）有强还原性成分（包括抗坏血酸）的样品不能用该法测定；不能用该法测定；（3）不仅可测样品中的体相水，而且可测出结）不仅可测样品中的体相水，而且可测出结合水；合水；（4）固体样品细度以）固体样品细度以40目为宜，最好用粉碎机目为宜，最好用粉碎机而不用研磨，防止水分损失。而不用研磨，防止水分损失。第三节第三节 溶液中固形物的测定溶液中固形物的测定一、相对密度法一、相对密度法（一）比重瓶法（一）比重瓶法 将等体积的待测样液和水分别置于将等体积的待测样液和水

22、分别置于标准玻璃皿中并比较它们的质量。标准玻璃皿中并比较它们的质量。 用一清洁干燥的比重瓶，先测定空用一清洁干燥的比重瓶，先测定空的比重瓶质量，再加入满刻度的的比重瓶质量，再加入满刻度的20的蒸馏水，插入温度计并封口，然后的蒸馏水，插入温度计并封口，然后檫净水滴，盖上防溢流管的盖子，比檫净水滴，盖上防溢流管的盖子，比重瓶必须是完全檫干后再称量，以防重瓶必须是完全檫干后再称量，以防止因溢出液体所造成的误差。止因溢出液体所造成的误差。 适用于测定酒精饮料中的乙醇含量、糖适用于测定酒精饮料中的乙醇含量、糖浆中的固形物含量和牛乳中的固形物含量浆中的固形物含量和牛乳中的固形物含量空比重瓶质量装满水的比重

23、瓶质量空比重瓶质量装满样液的比重瓶质量样品相对密度（二）比重计法（二）比重计法 悬浮于液体中的固体的浮力等于它所排出的液悬浮于液体中的固体的浮力等于它所排出的液体的重力，可通过测定标准质量的物质所排开的液体的重力，可通过测定标准质量的物质所排开的液体体积来测定液体单位体积的质量。体体积来测定液体单位体积的质量。（1）乳比重计）乳比重计 测定牛乳相对密度。从测定牛乳相对密度。从14到到50个单位的读数适个单位的读数适合测定的牛乳相对密度范围为合测定的牛乳相对密度范围为1.015-1.040.（2）波美计）波美计 最初是用于测定盐溶液的相对密度（最初为最初是用于测定盐溶液的相对密度（最初为10%的

24、盐溶液），但现在已更广泛地用于其它溶液。的盐溶液），但现在已更广泛地用于其它溶液。（3）百利糖度比重计）百利糖度比重计 是一种用于测定果汁和糖浆等糖溶液的是一种用于测定果汁和糖浆等糖溶液的比重计。在比重计。在20时可直接读取蔗糖的质量分时可直接读取蔗糖的质量分数。数。（4）酒精比重计）酒精比重计 用于测定酒精饮料中的酒精含量，经用于测定酒精饮料中的酒精含量，经0.1-0.2度度标准酒精校正后，用于测定蒸馏酒的酒精含量。标准酒精校正后，用于测定蒸馏酒的酒精含量。（5）特瓦德尔比重计）特瓦德尔比重计 仅用于测定相对密度大于水的液体。仅用于测定相对密度大于水的液体。（三）韦斯特尔比重秤（三）韦斯特尔

25、比重秤 基于阿基米德原理，秤上的铅锤在液体中所受基于阿基米德原理，秤上的铅锤在液体中所受的浮力相当于所排开液体的重力。这种比重秤比液的浮力相当于所排开液体的重力。这种比重秤比液体比重计精确，但不如比重瓶，可提供四位小数点体比重计精确，但不如比重瓶，可提供四位小数点的精确度。的精确度。二、折光法二、折光法 通过测定折光率来确定物质纯度、浓度通过测定折光率来确定物质纯度、浓度及判断物质的品质。及判断物质的品质。第四节第四节 水分活度值的测定水分活度值的测定一、水分活度定义一、水分活度定义 溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似表示为表示为 溶液中水蒸气分压

26、与纯水蒸汽压之比。溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比。1 1、水分活度指示食品的腐败变质比用水分含量指标更好；、水分活度指示食品的腐败变质比用水分含量指标更好；2 2、水分活度不仅是感官评定的重要指标，而且影响食品、水分活度不仅是感官评定的重要指标，而且影响食品 的色、香、味和组织结构等品质；的色、香、味和组织结构等品质；3 3、水分活度影响食品的货架期。、水分活度影响食品的货架期。二、水分活度仪法二、水分活度仪法1、原理、原理 在一定温度下，用标准饱和盐溶液校正水分活在一定温度下，用标准饱和盐溶液校正水分活度测定仪是度测定仪是aw值，在相同条件下测定样品，利用测值，在相同条件下测定样品，利用测

27、定仪上的传感器，根据食品中蒸汽压的变化，从仪定仪上的传感器，根据食品中蒸汽压的变化，从仪器上读出水分活度值。器上读出水分活度值。 一般在一般在20恒温箱内测定，以饱和氯化钡溶液恒温箱内测定，以饱和氯化钡溶液为标准校正仪器。为标准校正仪器。2、主要仪器及试剂、主要仪器及试剂 水分活度测定仪，水分活度测定仪， 20恒温箱，镊子，研钵恒温箱，镊子，研钵3、操作步骤、操作步骤（1）仪器校正）仪器校正 将两张滤纸浸入将两张滤纸浸入BaCl2饱和溶液中，待滤纸均饱和溶液中，待滤纸均匀地浸湿后，用镊子轻轻地把它放在仪器的样品盒匀地浸湿后，用镊子轻轻地把它放在仪器的样品盒内，然后讲具有传感器装置的表头放在样品

28、盒上，内，然后讲具有传感器装置的表头放在样品盒上，轻轻地拧紧，移置于轻轻地拧紧，移置于20恒温箱中恒温恒温箱中恒温3h后，用小后，用小钥匙将表头上的校正螺丝拧动使钥匙将表头上的校正螺丝拧动使aw值读数为值读数为0.900。重复上述操作再校正一次。重复上述操作再校正一次。（2）样品测定）样品测定 取试样经取试样经15-25恒温后置于仪器样品盒内，保恒温后置于仪器样品盒内，保持平整，不高于盒内垫圈底部。然后将具有传感器持平整，不高于盒内垫圈底部。然后将具有传感器装置的表头置于样品盒上轻轻地拧紧，移置于装置的表头置于样品盒上轻轻地拧紧，移置于20恒温箱中，维持恒温放置恒温箱中，维持恒温放置2h以后，

29、不断从仪器表头以后，不断从仪器表头观察仪器指针的变化状况，待指针恒定不变时，所观察仪器指针的变化状况，待指针恒定不变时，所指示的数值即为此温度下试样的指示的数值即为此温度下试样的aw值。值。三、扩散法三、扩散法1、原理、原理 将样品置于康威氏微量扩散皿中，密封并保持将样品置于康威氏微量扩散皿中，密封并保持温度恒定，分别于较高和较低温度恒定，分别于较高和较低aw的标准盐饱和溶液的标准盐饱和溶液之间达到扩散平衡，根据样品质量的增加（与较高之间达到扩散平衡，根据样品质量的增加（与较高aw值的标准饱和溶液平衡）和减小（与较低值的标准饱和溶液平衡）和减小（与较低aw值的值的标准饱和溶液平衡），以质量的增加为纵坐标、各标准饱和溶液平衡），以质量的增加为纵坐标、各个标准溶液的个标准溶液的aw值为横坐标作直线，该直线与横轴值为横坐标作直线，该直线与横轴交点的交点的aw即为样品的即为样品的aw值。值。2、主要仪器及试剂、主要仪器及试剂 康威氏微量扩散皿，小铝皿或玻璃皿，分析天康威氏微量扩散皿，小铝皿或玻璃皿，分析天平（精确到平（精确到0.0001g）。标准水分活度饱和盐溶液。）。标准水分活度饱和盐溶液。3、操作方法、操作方法（1）在预先干燥恒重的康威氏微量扩散皿