食品分析zz04.docx

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食品分析zz04

第四章     水分的测定

第一节              测定水分的意义

1、是重要的质量指标之一

一定的水分含量可保持食品品质，延长食品保藏，各种食品的水都有各自的标准，有时若水分含量超过或降低1%，无论在质量和经济效益上均起很大的作用。

例如，奶粉要求水分为3.0～5.0%，若为4～6%，也就是水分提高到3.5%以上，就造成奶粉结块，则商品价值就低，水分提高后奶粉易变色，贮藏期降低，另外有些食品水分过高，组织状态发生软化，弹性也降低或者消失。

蔬菜含水量85～91%，水果80～90%，鱼类67～81%，蛋类73～75%，乳类87～89%，猪肉43～59%。

从含水量来讲，食品的含水量高低影响到食品的风味、腐败和发霉，同时，干燥的食品及吸潮后还会发生许多物理性质的变化，如面包和饼干类的变硬就不仅是失水干燥，而且也是由于水分变化造成淀粉结构发生变化的结果，此外，在肉类加工中，如香肠的口味就与吸水、持水的情况关系十分密切，所以，食品的含水量对食品的鲜度、硬软性、流动性、呈味性、保藏性、加工性等许多方面有着至为重要的关系。

2、是一项重要的经济指标

 食品工厂可按原料中的水分含量进行物料衡算。

如鲜奶含水量87.5%，用这种奶生产奶粉（是2.5%含水量）需要多少牛奶才能生产一吨奶粉（7︰1出奶粉率）。

像这样类似的物料衡算，均可以用水分测定的依据进行。

这也可对生产进行指导管理。

又例如生产面包，100斤面需用多少斤水，要是先进行物料衡算。

面团的韧性好坏与水分有关，加水量多面团软，加水量少面团硬，做出的面包体积不大，影响经济效益。

3、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。

在一般情况下要控制水分低一点，防止微生物生长，但是并非水分越低越好。

通常微生物作用比生化作用更加强烈。

从上面三点就可说明测定水分的重要性，水分在我们食品分析中是必测的一项。

第二节 水分在食品中存在的形式

 我们大家都知道，食品有固体状的、半固体状的，还有液体状的，它们不论是原料，还是半成品以及成品，都含有一定量的水，那么这一定量的水在食品中以什么形式存在呢？

我们说食品中的水分总是以两种状态存在的。

一、自由水 FreeWater（游离水）

游离水主要存在植物细胞间隙，具有水的一切特性，也就是说100℃时水要沸腾，0℃以下要结冰，并且易汽化。

游离水是我们食品的主要分散剂，可以溶解糖、酸、无机盐等，可用简单的热力方法除掉。

束缚水

结晶水

二、结合水 BoundWater

1、束缚水

这种水是与食品中脂肪Fat、蛋白质Protein、碳水化合物CHO等形式结合状态。

它是从氢键的形式与有机物的活性基团结合在一起，故称束缚水。

束缚水不具有水的特性，所以要除掉这部分水是困难的。

特点：

①不易结冰（冰点为－40℃）

②不能作为溶质的溶剂

2、结晶水

是以配价键的形式存在，它们之间结合的很牢固，难以用普通方法除这一部分水。

在烘干食品时，自由水就容易气化，而结合水就难于气化。

冷冻食品时，自由水冻结，而结合水在－30℃仍然不冻。

结合水和食品的构成成分结合，稳定食品的活性基，自由水促使腐蚀食品的微生物繁殖和酶起作用，并加速非酶褐变或脂肪氧化等化学劣变。

三、水分活度 WaterActivity

食品中的水分，上面我们按其存在状态分为两种；自由水、结合水。

不论是自由水或是结合水均以加热至100～115℃时的减重来定量的。

实际上，食品中的水分无论是新鲜的或是干燥的都随环境条件的变动而变化。

如果食品周围环境的空气干燥、湿度低，则水分从食品向空气蒸发，水分逐渐少而干燥，反之，如果环境湿度高，则干燥的食品就会吸湿以至水分增多。

总之，不管是吸湿或是干燥最终到两者平衡为止。

通常，我们把此时的水分称为平衡水分（Equilibrummoisture）

也就是说，食品中的水分并不是静止的，应该视为活动的状态，所以，我们从食品保藏的角度出发，食品的含水量不用绝对含量（%）表示，而用活度表示AW。

其定义为食品所显示的水蒸气压P对在同一湿度下最大水蒸气压PO之比。

即             AW=P/P0=RH/100

P——食品中水蒸气分压

P0——纯水的蒸气压

RH——平衡相对湿度

AW反映了食品与水的亲和能力程度，它表示了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。

食品的水分活度的高低是不能按其水分含量来考虑的。

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。

第三节水分测定方法

水分测定方法有许多种，我们在选择时要根据食品的性质来选择。

常采用的水份测定方法如下：

1、热干燥法：

①常压干燥法（此法用的广泛）；

            ②真空干燥法（有的样品加热分解时用）；

            ③红外线干燥法；

            ④真空器干燥法（干燥剂法）；

2、蒸馏法

3、卡尔费休法

4、水分活度AW的测定

下面我们分别讲述测定水分的方法。

一、常压干燥法

1、特点与原理

⑴特点：

此法应用最广泛，操作以及设备都简单，而且有相当高的精确度。

⑵原理：

食品中水分一般指在大气压下，100℃左右加热所失去的物质。

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。

2、干燥法必须符合下列条件（对食品而言）：

⑴水分是唯一挥发成分

这就是说在加热时只有水分挥发。

例如，样品中含酒精、香精油、芳香脂都不能用干燥法，这些都有挥发成分。

⑵水分挥发要完全

对于一些糖和果胶、明胶所形成冻胶中的结合水。

它们结合的很牢固，不宜排除，有时样品被烘焦以后，样品中结合水都不能除掉。

因此，采用常压干燥的水分，并不是食品中总的水分含量。

⑶食品中其它成分由于受热而引起的化学变化可以忽略不计。

例：

还原糖+氨基化合物 △→   变色（美拉德反应）+H2O↑

还有H2C4H4O6（酒石酸）+2NaHCO3  →  NaC4H4O6（酒石酸钠）+2H2O+2CO2

发酵糖（NaHCO3+KHC4H4O6） △ →H2O+CO2+NaKC4H4O6

高糖高脂肪食品不适应

只看符合上面三点就可采用烘箱干燥法。

烘箱干燥法一般是在100～105℃下进行干燥。

我们讲的上面三点，应该是具体的具体分析，对于一个分析工作人员，或者是一个技术员，虽然干燥法必须符合三点要求，那么我们在只有烘箱的情况下，而且蓑红样品不见得符合以上讲的三点，难道就不测水分吗？

例如，啤酒厂要经常测啤酒花的水分，啤酒花中含有一部分易挥发的芳香油。

这一点不符合我们的第一点要求，如果用烘箱法烘，挥发物与水分同时失去，造成分析误差。

此外，啤酒花中的α—酸在烘干过程中，部分发生氧化等化学反应，这又造成分析上的误差，但是一般工厂还是用烘干法测定，他们一般采取低温长时间（80～85℃烘4小时），或者高温短时（105℃烘1小时）

所以应根据我们所在的环境和条件选择合适的操作条件，当然我们应该首先明白有没有挥发物和化学反应等所造成的误差。

3、烘箱干燥法的测定要点

⑴取样（称样）

在采样时要特别注意防止水分的变化，对有些食品例如奶粉、咖啡等很容易吸水，在称量时要迅速，否则越称越重。

⑵干燥条件的选择

三个因素：

①温度；②压力（常压、真空）干燥；③时间。

一般是温度对热不稳定的食品可采用70～105℃；温度对热稳定的食品采用120～135℃。

4、操作方法

清洗称量皿→烘至恒重→称取样品→放入调好温度的烘箱（100～105℃）→烘1.5小时→于干燥器冷却→称重→

再烘0.5小时→称至恒重（两次重量差不超过0.002g即为恒重）

  ＊油脂或高脂肪样品，由于脂肪氧化，而后面一次重量反而增加，应以前一次重量计算。

＊对于易焦化和容易分解的食品，可以选用比较低的温度或缩短干燥时间。

＊对于液体与半固体样品，要在称量皿中加入海砂，使样品疏松，扩大蒸发的接触面，并且用一个玻璃棒作为容器。

先放到沸水浴中烘，烘的差不多，再放到烘箱烘，否则不加海砂样品容易使表面形成一层膜，造成水分不易出来，另外易沸腾的液体飞沫使重量损失。

计算     水分=  G2   －   G1/  W   

固形物（%）=100－水分%

G1——恒重后称量皿重量（g）

G2——恒重后称量皿和样品重量（g）

W——样品重量（g）

固形物——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、无氮抽出物和灰分等。

5、烘箱干燥法产生误差的原因

⑴样品中含有非水分易挥发性物质（酒精、醋酸、香精油、磷脂等）；

⑵样品中的某些成分和水分的结合，使测的结果偏低（如蔗糖水解为二分子单糖），主要是限制水分挥发；

⑶食品中的脂肪与空气中的氧发生氧化，使样品重量增重；

⑷在高温条件下物质的分解（果糖对热敏感）；

  果糖C6H12O6  大于70℃ △→C6H6O3+3H2O

⑸被测样品表面产生硬壳，妨碍水分的扩散；尤其是对于富含糖分和淀粉的样品；

⑹烘干到结束样品重新吸水。

二、真空干燥法

1、原理：

利用较低温度，在减压下进行干燥以排除水分，样品中被减少的量为样品的水分含量。

本法适用于在100℃以上加热容易变质及含有不易除去结合水的食品。

其测定结果比较接近真正水分。

2、操作方法

准确称2.00～5.00g样品→于烘至恒重的称量皿→至真空烘箱→70℃、真空度93.3～98.6KPa（700～740mmHg）→烘5小时→于干燥皿冷却→称至恒重

计算：

             水分=  G/  W

G——样品中干燥后的失重（g）

W——样品重量（g）

真空干燥法测水分，一般用于100℃以上容易变质、破坏或不易除去结合水的样品，如糖浆、味精、砂糖、糖果、蜂蜜、果酱和脱水蔬菜等样品都可采用真空干燥法测定水分。

三、蒸馏法测定水分（迪安—斯达克）

蒸馏发出现在二十世纪初，当时它采用沸腾的有机液体，将样品中水分分离出来，此法直到如今仍在适用。

1、原理：

把不溶于水的有机溶剂和样品放入蒸馏式水分测定装置中加热，试样中的水分与溶剂蒸汽一起蒸发，把这样的蒸汽在冷凝管中冷凝，由水分的容量而得到样品的水分含量。

2、步骤

准确称2.00～5.00g样品→于250ml水分测定蒸馏瓶中→加入约50～75ml有机溶剂→接蒸馏装置→徐徐加热蒸馏→至水分大部分蒸出后→在加快蒸馏速度→至刻度管水量不在增加→读数

计算：

           水分=V/W

V——刻度管中水层的容量ml

W——样品的重量（g）

3、常用的有机溶剂及选择依据

常用的有机溶剂有比水清的，也有比水重的。

苯     甲苯     二甲苯     CCl4

 密度  0.88     0.86      0.86       1.59

 沸点  80℃    80℃      140℃     76.8℃

选择依据：

对热不稳定的食品，一般不采用二甲苯，因为它的沸点高，常选用低沸点的有机溶剂，如苯。

对于一些含有糖分，可分解释放出水分的样品，如脱水洋葱和脱水大蒜可采用苯，要根据样品的性质来选择有机溶剂。

4、蒸馏法的优缺点

          ⑴热交换充分

优点        ⑵受热后发生化学反应比重量法少

⑶设备简单，管理方便

            ⑴水与有机溶剂易发生乳化现象

缺点      ⑵样品中水分可能完全没有挥发出来

⑶水分有时附在冷凝管壁上，造成读数误差

对分层不理想，造成读数误差，可加少量戊醇或异丁醇防止出现乳浊液。

这种方法用于测定样品中除水分外，还有大量挥发性物质，例如，醚类、芳香油、挥发酸、CO2等。

目前AOAC规定蒸馏法用于饲料、啤酒花、调味品的水分测定，特别是香料，蒸馏法是唯一的、公认的水分检验分析方法。

四、卡尔—费休法

众所周知，卡尔费休法是测定各种物质中微量水分的一种方法，这种方法自从1935年由卡尔费休提出后，一直采用I2、SO2、吡啶、无水CH3OH（含水量在0.05%以下）配制而成，并且国际标准化组织把这个方法定为国际标准测微量水分，我们国家也把这个方法定为国家标准测微量水分。

1、原理：

在水存在时，即样品中的水与卡尔费休试剂中的SO2与I2产生氧化还原反应。

  I2+SO2+2H2O  →   2HI+H2SO4

但这个反应是个可逆反应，当硫酸浓度达到0.05%以上时，即能发生逆反应。

如果我们让反应按照一个正方向进行，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，在体系中加入吡啶，这样就可使反应向右进行。

3C5H5N+H2O+I2+SO2 →  2氢碘酸吡啶+硫酸酐吡啶

生成硫酸酐吡啶不稳定，能与水发生反应，消耗一部分水而干扰测定，为了使它稳定，我们可加无水甲醇。

 硫酸酐吡啶+CH3OH（无水）→    甲基硫酸吡啶

我们把这上面三步反应写成总反应式为

I2+SO2+H2O+3吡啶+CH3OH    2氢碘酸吡啶+甲基硫酸吡啶

从反应式可以看出1mol水需要1mol碘，1mol二氧化硫和3mol吡啶及1mol甲醇而产生2