1、,第四章 食品营养成分的测定,4.1 水分的测定,测定水分的意义 食品中水分存在形式与性质 水分活度及等温线 食品中水分测定方法,各种食品的水分含量差别很大。例如：鲜果：69.7%-92.5% 鲜蛋：67.3%-74.0% 鲜菜：79.7%-97.1% 脱水蔬菜：6%9% 鲜瘦肉：52.6%-77.4% 面粉：12%-14% 牛乳：87.0%-87.5% 饼干：2.5%-4.5% 乳粉（全）3.0%-5.0% 面包一般：32%-42% 主食面包32%-36% 花色面包 36%-42%,4.1 水分的测定,一、 水分的测定,一、水分测定的意义 控制食品及其原料水分含量 有利于保持食品的感官品质（
2、面包28-30%） 有利于维持食品中其他组分的平衡 保证食品的保质期（奶粉2.5-3.0%） 有利于成本核算，提高企业经济效益 水分是影响食品质量的因素，控制水分是保障食品不变质的手段。食品中水分含量的测定常常是食品分析的重要项目之一,二、食品中水分存在形式及其性质,二、食品中水分存在形式及其性质,（吸附力）,（结晶及氢键力）,滞化水：被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞 留的水。 特 点：不能自由流动，与非水物质没有关系；毛细管水：由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水。 特 点：理化性质与滞留水相同。自由流动水：以游离态存在的水。 特 点：可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用。,结合水（束
3、缚水）：以氢键结合的水，结晶水。 特 点： 不易结冰（-40）不能作为溶剂很难用 蒸发的方法分离除去,食品中微生物赖以生存的是游离水； 而结合水（理、化）和细胞内滞化水都难以被微生物利用。,三、水分活度及等温线,（一）水分活度：在同一条件(温度、湿度和压力等)下，溶液或食品中水的逸度(fugacity)与纯水逸度之比。,逸度溶液中水逸出的趋势、能力。,例如金黄色葡萄球菌生长要求的最低水分活度为0.86，而相当于这个水分活度的水分含量则随不同的食品而异如干肉为23、乳粉为16、干燥肉汁为63。所以按水分含量多少难以判断食品的保存性只有测定和控制水分活度才对于食品保藏性具有重要意义。,它反映了食品
4、与水的亲和力，以及这些水可被生化反应及微生物利用的程度。,（二）等温线,单层水分子区 型束缚水,多层水分子区 型束缚水,毛细管凝结水区 型束缚水及型水,在吸附与解吸之间有滞后现象,等温吸湿曲线,滞后现象,Hysteresis,1、定义：采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和按解吸(desorption)的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象称为滞后现象。,在一指定的Aw时，解吸过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量,高蛋白食品,冷冻干燥熟猪肉 Aw0.85开始出现滞后 滞后不严重 回吸和解吸等温线均保持S形,淀粉质食品,冷冻干燥大米 存在大的滞后环 Aw=0.70时最严重,高
5、糖-高果胶食品,空气干燥苹果 总的滞后现象明显 滞后出现在真实单层水区域 Aw0.65时，不存在滞后,2、滞后现象产生的原因,（1）解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分。（2）不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出需P内P外， 要填满则需P外 P内)。（3）解吸作用时，因组织改变,当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw。,水分含量与水分活度是两种不同的概念,水分含量是指食品中水的总含量，常以质量分数表示（%）水分活度表示食品中水分存在的状态，反应水与食品的结合或游离程度，Aw结合程度，Aw结合程度。 Aw影响色、香、味
6、保存期。一般，同种食品水分含量，Aw值 。Aw 值的大小对食品的色、香、味以及食品的稳定性都有重要影响 相同水分含量的食品由于Aw 不同而保藏性能会有明显差异。,（三）水分活度的测定方法,Aw测定仪法,（三）水分活度的测定方法,溶剂萃取法,扩散法,Aw测定几种主要方法的基本原理,溶剂萃取法在一定的温度下，苯所萃出的水量与样品中水分活度成正比。利用卡尔费休法测定苯从食品和纯水中萃取出的水量并求出两者之比值，即为样品的Aw值。,将I2、SO2、C5H5N 、CH3OH 配在一起成为费休试剂。,扩散法 样品在康威氏（Conway）微量扩散皿的密封和恒温的条件下，分别在Aw较高和较低的标准饱和溶液中扩
7、散平衡后，据样品增加和减少的量，求出样品的Aw值,Aw测定仪法 利用在一定温度下，水分活度测定仪器装置中的传感器可根据食品中水蒸汽压的变化而变化的原理。,四、食品中水分测定方法,采用烘干、化学干燥、蒸馏、提取或其他物理化学方法去掉样品中的水分，再通过称量或其他手段获得分析结果。,（容量法）,（化学方法）,间接测定法 近红外线分光光度法 微波法 声波和超声波法 直流和交流电导率法 介电容量法,一般不从样品中去除水分，而是根据在一定的条件下样品的某些物理性质与其水分含量存在简单的函数关系来确定水分含量的。,直接法比间接法准确度高。,(一)、 常压干燥法以原样重量 - 干燥后重量 = 水分重量,四、
8、食品中水分测定方法,原理：食品中水分含量指在100左右直接干燥的情况下所失去物质的质量、但实际上，在此温度下所失去的是挥发性物质的总量，而不完全是水，同时在这种条件下食品中结合水的排除也比较困难。适用范围：本法除了含有水分并含挥发性化合物的食品或在100易于分解的食品外，可适用于其他所有食品。,二、操作条件的选择：,（1）称量瓶的选择 （铝制、玻璃） 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 减压干燥法或原粮水分的测定。 选择称量皿的大小要合适，一般样品1/3高度。,在营养学上，一般将食品分成酸性食品和碱性食品两大类
9、。食品的酸碱性与其本身的PH值无关（味道是酸的食品不一定是酸性食品），主要是食品经过消化、吸收、代谢后，最后在人体内变成酸性或碱性的物质来界定。产生酸性物质的称为酸性食品，如动物的内脏、肌肉、植物种子（五谷类）。产生碱性物质的称为碱性食品，如蔬菜瓜豆类，茶类等。动物的内脏、肌肉、脂肪、蛋白质、五谷类，因含硫（S）、磷（P）、氯（Cl）元素较多，在人体内代谢后产生硫酸、盐酸、磷酸和乳酸等，他们是人体内酸性物质的来源；而大多数菜蔬水果、海带、豆类、乳制品等含钙（Ca）、钾（K）、钠（Na）、镁（Mg）元素较多，在体内代谢后可变成碱性物质。,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
10、子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。,操作要点: 样品的预处理（对分析结果影响较大）,二步干燥法：先在低温条件下干燥，再用较高温度干燥的方法。 二步操作法的分析结果准确度较高，但费时更长。,2.1、称量瓶称重：称量瓶清洗烘干（100-105 开盖1小时）干燥器中冷却（半小时）称重（精确至0.001g),2.2、样品测定,2.操作步骤 ：,3、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；4、干燥设备 烘箱 电热烘箱有各种形式，对流式、强力循环通风式。 普通； 真空,5、干燥条件,干燥温度： 一般是 95105
11、；对含还原糖较多的食品应 先（5060）干燥然后再105加热。 2.对热稳定的谷物可用120130 干燥。 3.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。,干燥器,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。对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。,干燥器及其使用：干燥器带有磨口的玻璃盖子。为了使干燥器密闭，在盖子磨口处均匀地涂上一层凡士林油。干燥器中带孔的圆板将干燥器分为上、上两室，上室放被干燥的物体，下室装干燥剂。干燥剂不宜过多，约占下室的一半即可，否则可能沾污被干燥的物体，影响分析的结
12、果。,最常用的干燥剂有硅胶、CaO、无水CaCl2、分子筛等。 硅胶是硅酸凝胶，烘干除去大部分水后，得到白色多孔的固体，具有高度的吸附能力。为了便于观察，将硅胶放在钴盐溶液中浸泡，使之呈粉红色，烘干后变蓝色。 蓝色的硅胶具有吸湿能力，当硅胶变为粉红色时，表示已经失效，应重新烘干至蓝色。,干燥器使用注意事项启盖时，左手扶住干燥器，右手握住盖上的圆球，向前推开器盖，不可向上提。 搬动干燥时，要用双手捧住，并用两上拇指压住盖沿，防止盖子滑下打碎。,（一）常压干燥法,特点由于常压干燥法不能完全排出食品中的结合水，因此常压干燥法不可能测出食品中真正的水分。常压干燥法所用设备和操作简单，但时间较长，不适用
13、于胶体、高脂肪、高糖食品以及含有较多在高温中易氧化和易挥发物质的食品。,a.烘干过程中，样品内出现物理栅(Physical barriers)，可防碍水分从食品内部和它的表层扩散。例如：干燥糖浆，富含糖分的水果、蔬菜等在样品表层结成薄膜，水分不能扩散，水分减少。b.有些样品水分含量高，干燥温度也较高时，样品可能发生化学反应，这些变化会使水分无形损失。例如：淀粉的糊精化，水解作用等。,分析结果产生误差的原因：,c.对热不稳定的样品，温度高于70会发生分解，产生水分及其他挥发物质。如蜂蜜、果浆、富含果糖的水果。d.样品中含有除水分以外的其他易挥发物，如乙醇、醋酸等将影响测定。e.样品中含有双键或其
14、他易于氧化的基团。如不饱和脂肪酸、酚类等会使残留物增重，水分含量偏低。,消除（防止）误差的方法：(a)严格执行三项条件1、水分是唯一的挥发物质；2、水分排除情况很完全；3、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忽略不计。(b)像糖浆、富含糖分的果蔬，可加水稀释；或加入干燥助剂（如海砂、石英砂）。(c)对于水分含量高，易发生化学反应的样品，可采用红外线干燥或二步干燥法。 (d) 对热不稳定的富含果糖制品可采用真空烘箱法。,（三） 减压干燥法 （1） 原理：利用水的沸点随P的原理，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
15、比即为水分含量。 （2）装置如 （下图） （3）操作：将准确称好的样品放入真空干燥箱内，打开真空泵抽出烘箱内空气至所需的压力，如烘箱密封的好，要重新紧一次门的开关螺栓。,（二）减压干燥法,（三）蒸馏法,互,例：有关沸点：水 100苯 80.2 水 + 苯 69.25 ,有关相对密度：(20/4)d水 = 1.00000 d苯 = 0.87900 d甲苯 = 0.86694,有机溶剂的选择：常用的是甲苯、二甲苯、苯（苯、甲苯可与水形成共沸混合物）。样品的性质是选择溶济的重要依据。如:对热不稳定的食品，一般不用二甲苯，因它的沸点高，常选用低沸点的苯、甲苯或甲苯一二甲苯的混合液。,（三）蒸馏法,特别
16、是香料，此法是唯一公认的水分含量的 标准分析方法。,操作注意事项a. 要先接好冷水，且先打开冷凝水。b. 试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。c. 准确称量适量的样品（估计含水量25ml）。d. 加热慢慢蒸馏，使2滴馏出液/每秒。 计算：水分（%）= ( V W ) 100V接收管内水的体积。W样品质量。,(四)、卡尔费休法（Karl Fischer) 简称费休法或 KF 法。1935年由卡尔菲休提出的测定水分的定量方法，属于碘量法，是对于测定水分最为准确的化学方法。多年来，许多分析工作者对此方法进行了较为全面的研究，在反应的化学计量、试剂的稳定性、滴定方法、计量点的指示及各类样品
17、的应用和仪器操作的自动化等方面，有许多改进，使该方法日趋成熟与完善。, 原理利用I2氧化SO2时需要有一定的水参加反应，（氧化还原反应）I2+ SO2 +2H2O H2SO4+2HI此反应具有可逆性，当生成物 H2SO4 浓度0.05 % 时，即发生可逆反应，要使反应顺利向右进行，要加入适量的碱性物质以中和生成的酸，吡啶（C5H5N）可以。,（甲基硫酸氢吡啶、稳定）,常用的卡尔费休试剂，以甲醇作溶剂，试剂浓度每毫升相当于3.5毫克水，则 I2：SO2：C5H5N=1：3：10卡尔费休试剂的有效浓度取决于碘的浓度。新鲜配制的试剂有效浓度会降低，由于试剂中各组分本身也会有水分。 主要是因为发生一些
18、副反应，消耗了一部分碘。新配试剂需放置一定时间后才能使用。临用前均需标定，可采用稳定的水合盐和标准水溶液进行标定，常用的水合盐为酒石酸钠二水合物 （Na2C4H4O6.2H2O)其理论含水量为15.66%,滴定终点的确定：可用试剂本身的碘作为指示剂，试剂中有水存在时，呈淡黄色，接近终点时呈琥珀色，当刚出现微弱的黄棕色时，即为滴定终点，棕色表示有过量碘存在。 这种确定终点的方法适用于含有1%或更多水分的样品，产生误差不大。如测微量水分或测深色样品时，电化学法确定终点。,说明: 能迅速而准确测定水分,反应样品实际水分含量。 样品粒径为40目时,最好用破碎机处理,以防水分损失,且粉碎样品时使样品含水
19、量均匀是获得测定水分准确性的关键。 含有强还原性的物料样品不能测定。,5.其它测定水分方法 化学干燥法 气相色谱法 微波法 红外吸收光谱法 其它还有声波和超声波法 ，直流和交流电导率法，介电容量法，核磁共振波谱法，中子法。,（五）近红外线分光光度法（间接测定法）,原理：不同的水分含量的样品在二甲基甲酰胺存在的情况下对近红外线（0.75-2.5m）有不同的吸光度。适用范围：适用于水分含量较低的干菜等干制品中水分含量的测定。特点：准确、快速、方便,（六）微波法,原理：当微波（波长为0.1-30cm）通过含水样品时，因微波能把水分从样品中驱除而引起样品质量的损耗，在干燥前和干燥后用电子天平来测定失量
20、,并且用数字百分读数的微处理机将失量换算成水分含量。,（七）红外吸收光谱法,原理：根据水分对某一波长的红外光(波长0.75-1000um)的吸收强度与其在样品中含量存在一定的关系的事实建立起来的一种水分测定方法。,本节思考题,食品水分测定有何意义？束缚水的有何特点？ 两种不同食品的水分含量相同，但耐藏性却差异较大，这是为什么？ 说明水活度值的概念及其在食品工业生产中的重要意义。 水分活度测定有哪三种常用的方法？请简述其原理 请列举4-5种食品水分测定的常用方法，请简述常压干燥法测定食品水分的基本过程及结果计算方法。 简述卡尔费休法的基本原理，并说明采用吡啶作溶剂的原因。,干燥法测定水分的操作过程中最容易引起误差的地方是哪些?如何避免? 指出下列各类食品水分测定的方法及操作要点：谷类、肉类、香料、乳粉、糖果、脱水蔬菜、油脂。 解释恒量的概念，在水分测定的过程中应怎样进行恒量操作? 在水分测定中干燥器起什么作用?如何正确使用和维护干燥器?,本节思考题,
