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
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 Free Water(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。 二、结合水 Bound Water 束缚水 结晶水
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 Free Water(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。 二、结合水 Bound Water 束缚水 结晶水
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 Water Activity 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
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 Water Activity 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(Equilibrum moisture) 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
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(Equilibrum moisture) 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
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)
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
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
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
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
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