水分结构和水分活度的测定课件

水分结构和水分水分结构和水分活度的活度的测定测定内容提要水分的测定水分的测定23水分活度的测定水分活度的测定概述概述1第一节 概述水是生命活动必不可少的物质在生命活动中充当溶剂、营养运载体、反应介质、反应物、润滑剂等等。食品组成体系离不开水保持食品良好的感官性状、维持食品中组分间的平衡关系、保证食品具备一定的保质期等等。一、水的作用作用第一节 概述二、水分子的结构第一节 概述水分子的缔合水分子在三维空间形成多重氢键的缔合，可形成氢键网络结构。第一节 概述三、食品中水分存在的形式根据水在食品中所受束缚力的不同可分为两大类：自由水自由水Free Water（游离水）（游离水）结合水结合水Bound Water（束缚水）（束缚水）自由流动水自由流动水(Fluidal water)毛细管水毛细管水(Capillarywater)不可移动水不可移动水(immobilized warer)第一节 概述1.自由水（游离水）特点（1）能结冰，但冰点有所下降（2）溶解溶质的能力强，干燥时易被除去（3）与纯水分子平均运动接近（4）适合微生物生长和大多数的化学反应，与食品的风味和功能性紧密相关，易引起食品的腐败变质。第一节 概述2、结合水（束缚水）（1）不易结冰(冰点-40)（2）不能作为溶质的溶媒，干燥时很难除去（3）与纯水比较分子平均运动大大减少（4）不能被微生物利用，不易引起食品腐败变质食品中哪些水分是易除去的？食品干燥、蒸发时去掉的水分主要为自由水。很难用蒸发的方法分离除去结合水。第一节概述水是食品的重要组成成分之一水是重要的营养素之一有些食品的水分含量有专门的规定控制食品的水分含量，对于保持食品的感官性状，维持食品中其他组分的平衡关系，保证食品具有一定的保存期等均起着重要的作用四、四、食品中水分测定的意义食品中水分测定的意义第二节 水分含量分析方法水分测定法通常可分为:直接法利用水分本身的物理性质、化学性质测定水分：干燥法、蒸馏法、卡尔费休法等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、旋光率等一般来说，直接法比间接法准确度高 干燥法 常压干燥法 减压干燥法 红外线干燥法 蒸馏法 卡尔费休法 其他方法第二节 水分含量分析方法一、干燥法干燥法 在一定温度和压力下，通过加热方式将样品中的水分蒸发完全，并根据样品加热前后的质量差来计算水分含量的方法。干燥法包括：常压烘箱干燥法真空烘箱干燥法红外线干燥法（一）干燥法注意事项1、用干燥法测定水分的样品应当符合的条件水分是唯一的挥发物质水分的排除情况很完全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以忽略不计2、干燥法操作条件的选择（1）称样量（2）称量皿的选择（3）干燥设备（4）干燥条件（1）称样量一般控制在其干燥后的残留物质量为24g水分含量较低的固态、浓稠态食品：35g水分含量较高的液态食品：1520g称样皿选择称量器皿分玻璃称量瓶和铝质称量盒两种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，常用于减压干燥法规格大小：一般使样品量1/3高度干燥设备电热烘箱类型对流型烘箱：箱内无风扇，空气循环慢，温差大（可达10），准确度精密度差强力循环通风型烘箱：箱内有风扇，空气循环快，温差小（2），准确度精密度高，要注意质轻试样的飞散真空干燥箱：配真空泵，箱内气压低，水分蒸发完全且速度快；有空气进出口，箱内空气有一定流动，温差较小，准确度、精密度较高常压电热烘箱干燥条件干燥温度：一般是 101105 对含还原糖较多的食品应先（5060）干燥然后再105加热对热稳定的谷物可用120130干燥干燥时间：恒重最后两次重量之差2mg，基本保证水分蒸发完全规定时间只适用于准确度要求不高的样品1.原理：在一定的温度（101105）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：适用于在101105下，不含或含其它挥发性物质甚微且对热稳定的食品。（二）常压干燥法3、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（1005）烘约2h于干燥器冷却（0.5h）称重若未恒重，再烘约1h于干燥器冷却（0.5h）称至恒重（两次重量差不超过3mg即为恒重）计算结果05、常压干燥法注意事项（1）液体样品：需在低温下预浓缩后再进行高温干燥（防止沸腾飞溅损失）（2）粘稠样品（如甜炼乳、酱类）：应先在皿内称取一定量经酸洗和灼烧过的海砂烘干恒重后，再加入样品搅拌均匀，然后移入烘箱内烘至恒重（增加蒸发面积，防止表面结壳）（3）水果、蔬菜样品：应先洗去泥沙，再用蒸馏水冲洗一次，然后用洁净纱布吸干表面的水分（4 4）易分解或焦化的样品：）易分解或焦化的样品：可适当降低温度或缩短干燥时间，或采用减压干燥测定其水分含量果糖：C6H12O6 大于70 C6H6O3+3H2O含较多氨基酸、蛋白质及羰基化合物的样品，在长期加热时会发生联氨反应，析出水分而导致误差（5）油脂或高脂肪样品：由于脂肪氧化，而使后一次重量可能反而增加，应以前一次重量计算（6）含挥发性组分较多的食品（如香料油、低醇饮料等）：宜采用蒸馏法测定水分含量（7）测定过程中：盛有样品的称量器皿从烘箱中取出后，应迅速放入干燥器中进行冷却半小时后称重，否则，不易达到恒量（8）干燥器内一般用硅胶作为干燥剂，硅胶吸潮后会使干燥效能降低，当硅胶蓝色减退或变红时，应及时更换，于135C左右烘23h使其再生后再用（9）恒重的标准一般指前后2次称量之差2mg（10）测定水分后的样品，可供测定脂肪、灰分含量（三）减压干燥法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2、适用范围：在较高温度下易热分解、变质或不易除去结合水的食品，如高糖、高蛋白、高脂肪食品、果蔬及其制品等3、特点：速度快、准确度高减压条件，水分蒸发更快、更完全烘干温度低，高糖、高蛋白、高脂肪不易氧化分解减压干燥箱4、操作方法准确称样于已恒重的称量皿中，放入真空烘箱打开真空泵抽出烘箱内空气至所需压力4053.3kpa，并同时加热至所需温度(605)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，打开通大气的活塞使空气经干燥瓶缓缓进入烘箱内，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小时后称量重复以上操作至恒重5、减压干燥法注意事项真空烘箱内各部位温度要均匀一致，若干燥时间短时，更应严格控制减压干燥时，自烘箱内压力降至规定真空度时计算烘干时间一般每次烘干为2h，但有的样品需烘干5h恒重一般以减量不超过0.5mg为标准，但对受热后易分解的样品则可以不超过13mg的减量值为标准（四）红外线干燥法原理：以红外线加热管作为热源，利用红外线的辐射热与直射热加热试样，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特点：是一种水分快速测定方法，一份试样需10一30分钟(依样品种类不同而异)，但其精密度较差适用范围：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仪器：红外线水分测定仪有多种型号。一般组成部件有:红外线管架盘天平内置砝码微电脑控制系统等操作方法：将样品置样品皿上摊平，仪器自动校准内置砝码，在键盘上选择干燥温度，开始干燥。一段时间后（约10min），直接读出水分含量。仪器允许的测定温度范围一般在室温160，样品量的允许范围是 020g，测定的精度为 0.1%。二、蒸馏法1、原理：采用与水互不相溶的高沸点有机溶剂与样品中的水分共沸蒸馏，冷凝并收集馏液，根据馏出液分层后水的体积，即可计算出样品中水分含量。2、特点：换热高效，测定快速；加热温度较低，故对易氧化、分解、热敏性以及含大量挥发性组分的样品的测定准确度好。3、适用范围：广泛用于谷类、果蔬、油类、香料等多种样品的水分测定，特别对于香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析法。4、操作方法称样(估计含水量25mL)，放入烧瓶，加入新蒸馏的甲苯(或二甲苯)使样品浸没，连接冷凝管及接收管，从冷凝管顶端注入甲苯(或二甲苯)，使之充满水分接收刻度管加热蒸馏（2-4滴/秒），待水分全部蒸出(接收管内水的体积不再增加)，从冷凝管顶端注入少许甲苯(或二甲苯)冲洗管壁水滴读取接收管水层的容积5、注意事项溶剂的选择：最常用的是甲苯、二甲苯、苯等。选择溶剂时依据主要有：n能否完全湿润样品 适当的热传导n化学惰性 可燃性 样品的性质等样品用量以含水量25mL为宜：谷豆类约20g，鱼、肉、蛋、乳制品约5-10g，蔬果类约5g温度不宜太高：太高时冷凝管上端水汽难以全部回收仪器必须洗涤干净：尽量避免接收管和冷凝管壁附着水三、卡尔-费休法1935年由卡尔费休提出的测定水分的方法，属于碘量法，对于测定水分最为专一，也是测定水分最为准确的化学方法ISO已把把这个方法定为测定微量水分的国际标准，我们国家也把这个方法定为国家标准测微量水分1、原理I2氧化SO2时，需要有定量的水参加反应。I2+SO2+2H2O2HI+H2SO4此反应可逆，加入吡啶和甲醇，可使反应向右进行：C5H5NI2+C5H5NSO2+C5H5N+H2O2C5H5NHI+C5H5NSO3C5H5NSO3+CH3OH C5H5NHSO3CH3总反应为：I2+SO2+3吡啶+CH3OH+H2O2氢碘酸吡啶+甲基硫酸吡啶终点判断：过量一滴费休试剂中的碘即会使体系呈现浅黄色；“时间滞留法”卡尔费休水分测定仪2、适用范围：广泛地应用于各种液体、固体及一些气体样品中水分含量的测定，特别是痕量水分(ppm级)的标准分析方法3、主要仪器：KF一1型水分测定仪(上海化工研究院制)4、卡尔费休试剂：85g碘于干燥具塞的棕色试剂瓶中加入670mL无水甲醇，盖塞摇溶 加入270ml吡啶混匀，冰水浴中冷却 通入干燥的二氧化硫气体60-70g 盖塞置暗处至少24小时后使用 卡尔卡尔-费休（费休（Kcal FisherKcal Fisher）测定仪）测定仪第三节水分活度的测定一、水分活度(wateractivity)表示食品中水分存在的状态，是以热力学来表示的水的自由度。它近似地表示为溶液中水蒸气分压与纯水蒸气压之比值Aw=f样品水/f纯水 p样品水/p纯水二、水分活度测定的意义影响食品的色、香、味和组织结构等品质影响着食品保藏稳定性第三节水分活度的测定三、测定方法1、溶剂萃取法原理：在一定温度下，苯所萃取出的水量与样品中水相的水分活度成正比。用卡尔费休法分别测定从食品和纯水中萃取的水量并求出两者之比值，即为样品的水分活度值2 2、扩散法、扩散法v原理：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（在Aw较高的标准溶液中）和减少（在Aw较低的标准溶液中）量，作图求出样品的水分活度值（3）水分活度仪法原理：在一定温度下，用饱和溶液校正活度测定仪的Aw值，在同一条件下测定样品，利用测定仪上的传感器，感应出食品中的蒸汽压变化，直接读出样品Aw值