水分和水分活度值课件

第四章水分和水分活度值的测定

Determinationofmoistureandwateractivity

前言(preface)水分的测定(determinationofmoisture)水分活度值的测定(determinationofwateractivity)第一节前言

一、食品中的水分二、水分的存在状态结合水或束缚水:由氢键结合力系着的水指在食品中与蛋白质活性基和碳水化合物的活性基以氢键相结合而不能自由移动的水。①不易结冰（冰点-40℃）例如：种子、孢子②不能作为溶质的溶媒:保藏后结冰容易腐烂三、水分测定的意义

控制食品的水分含量，对于保持食品具有良好的感官性状，维持食品中其它组分的平衡关系，保证食品具有一定的保存期等均起到重要作用例：新鲜面包的水分含量若低于28-30%，其外观形态干瘪，失去光泽各种生产原料中水分含量高低，对于它们的品质和保存，进行成本核算，提高工厂经济效益等均具有重大意义。

固形物(solids)，是指食品内将水分排除以后的全部残留物，其组分有蛋白质、脂肪、粗纤维和灰分等。直接测定固形物的方法，也就是间接测定水分的方法。

固形物（%）=100-水分（%）第二节水分的测定

Determinationofmoisture一、干燥法(dryingmethods)二、蒸馏法(distillationmethods)三、卡尔.费休法(karlFischerTitration,chemicalmethods)四、其他测定水分方法简介(others)一、干燥法直接干燥法(air-ovenmethods)减压干燥法（vacuum-ovenmethods)红外线干燥法(infrareddryingmethods)3、

样品的制备、测定及结果计算①固态样品

固态样品必须磨碎，全部经过20-40目筛，混匀。在磨碎过程中，要防止样品中水分含量变化。14%以下时称为安全水分

安全水分含量样品称样2-10g称量瓶→开盖烘95-1050C2-4小时→干燥器加盖冷却0.5h→称重→烘箱烘1h→冷却0.5h→恒重（前后两次质量差不超过2mg）水分含量16%以上的样品二步法

称总质量→自然风干至安全水分标准（15-20h）→称重→粉碎、过筛、混匀备用（洁净干燥的磨口瓶）→安全水分含量样品测定4、

操作条件选择①称样数量：测定时称样数量一般控制在其干燥后的残留物质量1.5-3g为宜。

水分含量较低的固态、浓稠态食品，将称样数量控制在3-5g，果汁、牛乳等液态食品，通常每份样量控制在15-20g为宜。③干燥设备电热烘箱，强力循环通风(forced-draft)④干燥条件温度一般控制在95-105℃，热稳定的谷物等，可提高到120-130℃范围内进行干燥；含还原糖较多的食品应用低温（50-60℃）干燥0.5小时，然后再用100-105℃干燥。干燥时间的确定：

○干燥到恒重（准确度高)○规定一定的干燥时间5、说明及注意事项

①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。

②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。③干燥器内一般用硅胶作干燥剂，硅胶吸湿后效能会减低，故当硅胶蓝色减退或变红时，需及时换出，置1350C左右烘2-3小时使其再生后再用。硅胶若吸附油脂等后，去湿能力也会大大减低。比较常用的干燥剂:无水硫酸钙、无水氯酸镁、无水过氯酸钡、刚灼烧过的氧化钙、无水无氧化二磷、无水硫酸、变色硅胶

④果糖含量较高的样品，如水果制品、蜂蜜等，在高温（>700C）长时间加热，其果糖会发生氧化分解作用而导致明显误差：故宜采用减压干燥法测定水分含量

⑤含有较多氨基酸、蛋白质及羰基化合物的样品，长时间加热则会发生羰氨反应析出水分而导致误差对此类样品宜采用其他方法测定水分含量⑥在水分测定中，恒重的标准一般定为1-3mg，依食品种类和测定要求而定⑦对于含挥发性组分较多的样品，如香料油、低醇饮料等宜采用蒸馏法测定水分含量⑧测定水分后的样品，可供测脂肪，灰分含量用2、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3、仪器及装置真空烘箱(带真空泵、干燥瓶、安全瓶）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4、操作方法准确称样于称量皿→真空烘箱→关闭活塞→2-5g40-53.3KPa保持温度压力50-60oC一定时间打开活塞→取出称量皿→冷却。。。→恒重空气经压力恢复0.5h干燥瓶进入干燥器5、结果计算同直接干燥法！6、说明及注意事项

①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。②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1-2小时，然后移至干燥器内冷却45分钟，称重，求出恒重第二次以后使用时，通常采用前一次的恒重值。试样为谷粒时，如小心使用可重复20-30次而恒重值不变④减压干燥时，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1-3mg的减量值为恒重标准。（三）

红外线干燥法1、原理

以红外线灯管作为热源，利用红外线的辐射与直射加热试样，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。2、特点及适用范围

快速测定方法，精密度较差，可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含量。一般测定一份试样需10-30分钟，当试样份数较多时，效率反而低。3、仪器及装置图简易红外线水分测定仪4、操作方法5、说明及注意事项①先规定测得结果与标准法（如烘箱干燥法）测得结果相同的测定条件后再使用。每台仪器都需通过测定已知水分含量的标准样进行校正。更换灯管后也进行校正②试样可直接放入试样皿中，也可将其先放在铝箔上称重，再连同铝箔一起放在试样皿上。粘性、糊状的样品放在铝箔上摊平即可。

③调节灯管高度时，开始要低，中途再升高；调节灯管电压则开始要高，随后再降低。这样既可防止试样分解，又能缩短干燥时间④根据测定仪的精密度与方法本身的准确程度，分析结果精确到0.01%即可。

二、蒸馏法1、原理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事实，将食品中的水分与甲苯或二甲苯共沸蒸出，冷凝并收集馏液，由于密度不同，馏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。2、特点及适用范围

采用了高效的换热方式，水分可被迅速移去。测定过程在密闭容器中进行，加热温度比直接干燥低，对易氧化、分解、热敏性、以及含有大量挥发性组分的样品的测定准确度明显优于干燥法。

现已广泛应用于谷类、果蔬、油类、香料等，对于香料是唯一公认的水分含量的标准分析方法3.有机溶剂的选择最常用的是甲苯、二甲苯和苯选择的标准：①能否完全湿润洋品②适当的热传导③化学惰性④可燃性⑤样品的性质4、仪器及试剂

蒸馏式水分测定仪甲苯或二甲苯：取甲苯或二甲苯，先以水饱和后，分去水层，进行蒸馏，收集馏出液备用。5、操作方法样品（估计含水2-5ml)甲苯（或二甲苯）50-75ml烧瓶、冷凝管、接受管、每秒2滴、每秒4滴6、结果计算7、说明及注意事项（1）样品用量一般谷类、豆类约20g，鱼、肉、蛋、乳制品约5-10g，蔬菜、水果约5g（2）有机溶剂一般用甲苯，沸点110.7℃。对于在高温易分解样品则用苯作蒸馏溶剂（纯苯沸点80.2℃，水苯其沸点则为69.25℃），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汽难以全部回收。蒸馏时间一般为2-3小时，样品不同蒸馏时间各异（4）为了尽量避免接受管和冷凝管壁附着水滴，仪器必须洗涤干净。三、卡尔•费休法（Karl.Fischermethod）是1935年提出的，是测定水分最为准确的化学方法。是一种以滴定法测定水分的化学方法。1、原理

费休法的基本原理是利用I氧化SO2时，需要有定量的水参加反应：但此反应具可逆性，当硫酸浓度达0.05％以上时，即能发生逆反应，要使反应顺利地向右进行，需要加入适当的碱性物质以中和反应过程中生成的酸。经实验证明，采用吡啶(C5H5N)作溶剂可满足此要求，此时反应进行如下：

生成的硫酸吡啶很不稳定，能与水发生副反应，消耗一部分水而干扰测定：

若有甲醇存在，则硫酸吡啶可生成稳定的甲基硫酸氢吡啶,于是促使测定水的滴定反应得以定量完成。

从上式可以看到lmol水需要与1mol碘、1mol二氧化硫和3mol吡啶及1mol甲醇反应而产生2mol氢碘酸吡啶和1mol甲基硫酸氢吡啶(实际操作中各试剂用量摩尔比为I:SO2:C5H5N=1:3:10)。确定终点(endpoint)：1)当费休试剂滴定样品达到化学计量点时，再过量1滴费休试剂中的游离碘（iodine)即会使体系呈现浅黄甚至棕黄色，据此即作为终点而停止滴定，此法适用于含有1%以上水分的样品，由其产生的终点误差不大。2)双指示电极安培滴定法也叫永停滴定法其原理是将两枚相似的微铂电极插在被滴定样品溶液中，给两电极间施加10～25mV电压，在开始滴定直至化学计量点前，因体系中只存碘化物而无游离碘，电极间的极化作用使外电路中无电流通过（即微安表指针始终不动）。当过量1滴费休试剂滴入体系后，由于游离碘的出现使体系变为去极化，则溶液开始导电，外路有电流通过，微安表指针偏转至一定刻度并稳定不变，即为终点，

此法更适宜于测定深色样品及微量、痕量水分时采用2、适用范围

广泛应用于各种液体、固体及一些气体样品中水分含量的测定。

作为水分特别是痕量水分（低至ppm级）的标准分析方法，用以校正其他测定方法。食品分析中，采用适当预防措施后此法能用于含水量从1ppm到接近100%的样品的测定

已应用面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定，结果的准确度优于直接干燥法，也是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。3、主要仪器KF-1型水分测定仪SDY—84型水分滴定仪4、试剂无水甲醇：要求其含水量在0.05%以下无水吡啶：要求其含水量在0.1%以下。碘：将固体碘置干燥器内干燥48小时以上卡尔.费休试剂(KarlFischerreagentKFR)KF-1型水分测定仪

配制法：

称取85g碘于干燥的1L具塞的棕色玻璃试剂瓶中，加入670ml无水甲醇，盖上瓶塞，摇动至碘全部溶解后，加入270ml吡啶混匀，然后置于冰水浴中冷却，通入干燥的二氧化硫气体60～70g，通气完毕后塞上瓶塞，放置暗处至少24小时后使用。

标定：预先加入50ml无水甲醇于水分测定仪的反应器中，接通仪器电源，启动电磁搅拌器，先用卡尔.费休试剂滴入甲醇中使其尚残留的痕量水分与试剂作用达到计量点，即为微安表的一定刻度值（45uA或48uA），并保持1分钟内不变，不记录卡尔.费休试剂的消耗量。然后用10ul蒸馏水（相当于0.01g水，可先用天平称量校正，亦可用减量法滴瓶称取0.01g水于反应器中），此时微安表指针偏向左边接近零点，用卡尔.费休试剂滴定至原定终点，记录卡尔.费休试剂消耗量5、操作方法固体样品事先粉碎均匀，一般每份被测样品中含水20～40mg为宜。准确称取0.3～0.5g样品于称样瓶预先加入50ml无水甲醇于水分测定仪的反应器中，完全浸没电极，先用卡尔.费休试剂50ml滴定甲醇中的痕量水分，与试剂作用达到计量点，即为微安表的一定刻度值（45uA或48uA），并保持1分钟内不变，不记录卡尔.费休试剂的消耗量。迅速加入样品，开动电磁搅拌器使样品中的水分完全被甲醇所萃取，再滴定，记录试剂用量6、结果计算7、说明及注意事项（1）卡尔.费休法只要现成仪器及配好费休试剂，它是快速而准确的测定水分的方法，除用于食品分析外，还广泛用于测定化肥、医药以及其他工业产品中的水分含量（2）固体样品细度以40目为宜。最好用破碎机处理而不用研磨机，以防水分损失，另外粉碎样品时保证其含水量均匀也是获得准确分析结果的关键（3）5A分子筛供装入干燥塔或干燥氮气或空气使用（4）

无水甲醇及无水吡啶宜加入无水硫酸钠保存之

（5）试验验证，对于含有诸如维生素C等强还原性组分的样品不宜用此法测定（6）试验表明，卡尔.费休法测定糖果样品的水分等于烘箱干燥法测定的水分加上干燥法烘过的样品再用卡尔.费休测定的残留水分，由此说明卡尔.费休法不仅可测得样品中的自由水，而且可测出其结合水，即此法所得结果能更客观地反映出样品总水分含量。

四、其他测定水分方法简介（一）化学干燥法(chemicaldryingmethod）（二）气相色谱法（三)微波法（microwavemethod)（四）红外吸收光谱法将某种对于水蒸气具有强烈吸附作用的化学药品与含水样品同装入一个干燥器(dessicator)（如普通玻璃干燥器或真空干燥器）中，通过等温扩散及吸附作用而使样品达到干燥恒重，然后根据干燥前后样品的失重即可计算出其水分含量。

一般在室温下进行，需要较长的时间，如数天、数周甚至数月的时间，此为其主要缺点。干燥剂(dehydratingorwater-absorbingchemicals)：无氧化二磷、氯化钡、高氯酸镁、氢氧化钾（熔融）、氧化铝、硅胶、硫酸（100%）、氧化镁、氢氧化钠(熔融)、氧化钙、无水氯化钙、硫酸（95%），它们的干燥效果依次降低

常用的：硫酸(sulfuricacid)、固体氢氧化钠、硅胶、活性氧化铝、无水氯化钙等。

该法对于热不稳定含有易挥发组分的样品(如茶叶、香料等)中的水分含量测定微波是指频率范围在103～3×105MHz（波长为0.1～30cm）的电磁波。当微波通过含水样品时，因水分引起的能量损耗远远大于干物质所引起的损耗，所以测量微波能量的损耗就可以求出样品含水量。用于测定固体和液体的低水分食品中含水量的微波频率通常为9×（103～104）MHz。根据水分对某一波长的红外光的吸收强度与其在样品中含量存在一定的关系的事实即建立了红外光谱测水方法。第二节

水分活度值的测定一、测定水分活度值的意义二、水分活度值的测定方法以上将生物组织和食品中的水按其存在状态分为束缚水和自由水两类，但这种区分是将问题太简单化了。因为事实上除了自由流动水以外，其余水分都是程度不同地被束缚着的。如果样品周围环境的空气干燥、湿度低，则样品中的水分就会不断地向空气中蒸发，即水分逐渐减少而得以干燥；反之，如果环境湿度高，则本来干燥的样品就会叹湿以至水分逐渐增多。总之，不管是吸湿还是干燥，最终直至两者平衡时样品内的水分含量才能保持相对稳定一、测定水分活度值的意义水分活度（wateractivity）:溶液中水的逸度（Fugacity）与纯水逸度之比值；也可近似地表示为溶液中水蒸汽分压与纯水蒸汽压之比Aw水分活度P为溶液或食品中的水蒸汽分压P0为纯水的蒸汽压ERH是平衡相对湿度（EquilibriumRelativeHumidity），即上述的既不被干燥也不吸湿时的大气相对湿度一、测定水分活度值的意义图：含水量与Aw的关系高水含量食品（约1g水/1g干物质）中，Aw接近1.0，即近似于理想稀溶液低水含量区，极小的水分含量变动即可引起水分活度极大的变动图：等温吸湿曲线吸附与解吸之间有滞后现象Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ三个区段：

Ⅰ单层水分子区：水在溶质上以单层水分子层吸附着，结合力最强

Aw也最低，在0～0.25之间，此状态下的水称为Ⅰ型束缚水。在该区段范围内，相当于物料含水0～0.07g/g干物质。

Ⅱ多层水分子区：

水靠近溶质的多层水分子，相互间以氢键结合，还有直径小于1μm的毛细管中的水。

Aw在0.25～0.8之间，这种状态下的水称为Ⅱ型束缚水。在此区段范围内，物料含水量在0.07～0.33g/g干物质范围内。Ⅲ毛细管凝结水区：水分在物料上以物理截留的方式凝结在食物的多孔性结构中，例如直径大于1μm的大毛细管中的水分和纤维纤丝上的水分，其性质接近理想溶液，

Aw在0.80～0.99之间，这种状态的水称为Ⅲ型束缚水。

与之对应的物料含水量最低为0.14g/g干物质，最高为20g/g干物质。完全自由水即可称为为Ⅳ型水对比：水分含量：食品中水的总含量，常以重量百分数表示水分活度：食品中水分的存在状态，即反映水分与食品结合的程度或游离程度，其值越小，说明结合程度越高，其值越大，则说明结合程度越低。

同种食品一般水分含量越高其Aw越大，但不同种食品即使水分含量相同Aw值也不同。意义:Aw值的大小对食品的色、香、味、质构以及食品的稳定性都有着重要影响。各种微生物的生命活动及各种化学、生物化学变化都要求一定的Aw值，故Aw值与食品的保藏性能密切相关。二、水分活度值的测定方法（一）

AW测定仪法（二）

扩散法（三）

溶剂萃取法

1、原理在一定温度下主要利用AW测定仪装置中的传感器，根据食品中的水的蒸汽压力的变化，从仪器的表头上可读出指示针所示的水分活度。在样品测定前须校正AW测定仪。2、主要仪器及试剂3、

操作方法①仪器校正：将两张滤纸浸没于BaCl2饱和溶液中，待滤纸均匀地浸湿后，用小夹子轻轻地把它放在在仪器的样品盒内，然后将具有传感器装置的表头放在样品盒上，轻轻地拧紧，移置于20℃恒温箱中，维持恒温3小时后，用小钥匙将表头上的校正螺丝拧动使AW值为9.000。最好重复上述手续再校正一次。②样品测定：取试样经15～25℃恒温后，果蔬类样品迅速捣碎或按比例取汤汁与固形物，肉和鱼等试样需适当切细，置于仪器样品盒内，保持平整不高出盒内垫圈底部。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20℃恒温箱中，维持恒温放置2小时以后，不断从仪器表头上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AW4、说明①

要用氯化钡饱和溶液经常对仪器进行校正②

测定时切勿使表头沾上样品盒内样品③

温度校正（二）扩散法1、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(即在较高AW标准溶液中平衡后)的量，求出样品的AW值。2、

主要仪器3、

试剂4、操作方法内室：1.00g均匀切碎样品+称重过的铝皿或玻璃皿外室：标准饱和试剂5ml，或标准的盐5.0g，*一般进