第五章 水分和水分活度的测定.ppt
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1、第五章 水分和水分活度的测定,教学内容水分和水分活度的测定教学目标掌握水分测定不同方法的适用范围掌握干燥法的基本操作流程掌握水分含量的计算方法掌握水分活度的-扩散法测定原理及步骤,为什么植物种子可以放冰箱冷冻而水果则不行?食品的腐败变质与水分含量有关系吗?,食品分析的一般程序为,样品的采集和保存,样品的制备和处理,成分分析,分析数据处理,分析报告的撰写,一、水的作用:没有水就没有生命,食品组成离不开水。水约占人体组成的70%。动植物含水量大多在60%-90%之间(谷类和豆类种子一般水分含量为12-16%)。水是体温调节剂、溶剂、营养成分和代谢载体,同时也是机体反应剂、反应介质和润滑剂。,第一节
2、 概述,二、水分的存在状态,根据水分在食品中所处的状态不同以及与非水组分结合强弱的不同可以把水分分为以下三类:自由水(游离水):以溶液状态存在的水分,保持着水分的物理性质,在被截留的区域内可以自由流动,是良好的溶剂和运输工具。低温下易结冰,化学反应进行场所。它的数量制约着细胞的代谢强度,如呼吸速度、光合速度、生长速度等。自由水占总含水量百分比越大则代谢越旺盛。,亲和水:强极性基团单分子外的几个水分子层所包含的水,以及与非水组分中的弱极性基团以氢键结合的水。结合水:又称束缚水,是食品中与非水成分结合最牢固的水。如结晶水和通过氢键与氨基、羧基、羟基等结合的水。所有这些水不再能溶解其他物质,较难流动
3、。如心肌含水79%,与血液含水量相差不多,但所含的水均为结合水,故呈坚实的形态。干燥的成熟种子也保持约25%左右的水即结合水,结合水不参与代谢作用,在食品内部不能作为溶剂,微生物也不能利用它们来进行繁殖,很难用蒸发的方法排除出去。,食品中以自由水形态存在的水在加热时容易蒸发,另外两种状态存在的水加热也能蒸发,但不如自由水蒸发容易。但若长时间对食品加热,非但不能去除水分,反而会使食品发生变质,影响分析结果。因此水分测定要严格控制温度、时间等规定的操作条件,方能得到满意的结果。,三、水分测定的意义,水分含量的测定是食品分析中最基本、最重要的测试内容之一。去掉水分后剩下的干基称为总固形物。水是一种廉
4、价的掺入物,对食品制造商来说意味着巨大的经济利益。,如:在果酱和果冻中,控制水分含量,可防止糖返砂结晶;常规加工过的谷物,水分含量应为4-8;吸潮膨胀后,水分含量为7-8;硬糖水分含量控制在3.0%以内,可抑制微生物生长繁殖,延长保质期;新鲜面包水分含量若低于28%30%,其外观形态干瘪,失去光泽;,1.水分含量是产品的重要质量因素,2.水分含量在产品保藏中是一个关键的质量因素,可直接影响一些产品质量的稳定性。如:脱水蔬菜和水果;奶粉;鸡蛋粉;脱水马铃薯;香精香料。,水分对粮谷安全贮藏和加工品质的影响,A、对粮谷而言,水分低于13.5时是安全的,可看为全部是结合水,粮食颗粒的生命活动很微弱,微
5、生物不能生长,粮谷不会长霉。但含水量上升后,生命活动增强,不仅消耗谷粒的营养成分,还放出热量和水分,导致生霉。,安全的贮藏水分是:谷物:12-14;豆类:10-13。,B、在加工粮谷时,含水量应达到13.5-14。过高过低都会影响粮食颗粒的物性和工艺品质,对加工不利。如碎米率、出米率等。C、加工面粉时,对小麦的麦皮和胚乳的含水量要求不一样,表皮应被压扁而不碎,胚乳应被磨成细粉,一般要求入磨小麦水分达到 14-14.5。,如:浓缩牛乳或奶粉;液体蔗糖(67固形物)液体玉米糖浆(80固形物)脱水产品(如果水分含量太高很难包装)浓缩果汁 干邑白兰地,3.含水量的减少有利于产品的包装和运输,干邑白兰地
6、:,九公升白酒经过两次蒸馏程序后,只能酿制成一公升干邑白兰地,如:干酪的水分含量必须39;通心粉的水分含量必须15;葡萄糖浆的固形物含量必须70;加工肉类食品时,添加水的百分比通常有专门的指标。,4.有些产品的水分含量(或固形物含量)通常有专门的规定,5.食品营养价值的计量值要求列出水分含量。6.水分含量数据可用于表示样品在同一计量基础上的其他分析测定结果(干基、湿基含量计算)。,湿基表示法是以物料质量为基准计算的,而干基表示法是以物料中固体干物质为基准计算的。湿基含水量=物料中所含水的质量/(物料中所含水的质量+物料中所含干物质的质量)*100%干基含水量=物料中所含水的质量/物料中所含干物
7、质的质量*100%干基含水量=湿基含水量/(1-湿基含水量)*100%,各种食品中水分含量的范围,一、水分测定的方法1.直接测定法 利用水分本身的物理和化学性质去掉样品中的水分,再对其进行定量的方法。烘干法 化学干燥法 蒸馏法 卡尔费休法,第二节 水分的测定,2、间接测定法,利用密度、折光率、电导率、介电常数等物理性质测定水分的方法。间接测定法不需要除去样品中的水分。,二、水分的测定 干燥法,在一定的温度和压力下,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称为干燥法。包括直接干燥法和减压干燥法。水分含量测定值的大小与所用烘箱的类型,箱内条件、干燥温度和干燥
8、时间等密切相关。虽然费时长,但操作简便,应用范围广。,干燥法的注意事项,应用干燥法测水分样品应符合的条件 水分是唯一的挥发的物质,不含或含其它挥发性成分极微。水分的排除情况很完全,即含胶态物质、含结合水量少,因为常压很难把结合水除去。食品中其他组分在加热过程中发生化学反应引起的重量变化非常小,可忽略不计,对热稳定的食品。,1直接干燥法(常压加热干燥法)原理 利用食品中水分的物理性质,在101.3 kPa(一个大气压),温度101 105 下采用挥发方法测定样品中干燥减失的重量,包括吸湿水、部分结晶水和该条件下能挥发的物质,再通过干燥前后的称量数值计算出水分的含量。适用范围在101105范围内不
9、含或含有极微量挥发性成分,而且对热稳定的各种食品。,所用到的仪器,区分几个概念:表面皿、蒸发皿,仪器:电热恒温干燥箱;精密天平(感量0.1mg);干燥器(内附有效干燥剂);称量瓶;,样品制备 固体样品先磨碎、过筛。谷类样品过18目筛,其他食品过30-40目筛。糖浆等浓稠样品为防止物理栅的发生,一般要加水稀释,或加入干燥助剂(如石英砂、海砂等)。糖浆稀释液的固形物质量分数应控制在20-30%,海砂量为样品质量的1-2倍。液态样品先在水浴上浓缩,然后用烘箱干燥。,面包等水分含量大于16%谷类食品一般采用两步干燥法,即样品称量后,切成2-3mm薄片,风干15-20h后再次称重,然后磨碎、过筛,再用烘
10、箱干燥至恒重。果蔬类样品可切成薄片或长条,按上述方法进行两步干燥,或先用50-60低温烘3-4h,再升温至95-105,继续干燥至恒重。,操作方法(1)固体样品称量瓶的处理:洁净铝制或玻璃制称量瓶 置于干燥箱中,瓶盖斜支于瓶边 101-105干燥1 h 加盖,置于干燥器内 冷却0.5 h 称量 重复干燥冷却步骤至恒重。样品的测定:粉碎或磨细的样品 2-10g 置于称量瓶中 加盖,精密称量开盖,置于干燥箱中101-105干燥2-4 h 加盖,置于干燥器内 冷却0.5 h 称量 101-105干燥1h 冷却0.5 h 称量重复干燥冷却步骤至恒重(前后两次质量差不超过2 mg)。,食品中水分测定方法
11、,(2)半固体或液体样品海砂的准备:水洗净的海砂 加入6M HCl 煮沸0.5 h 水洗至中性 加入6M NaOH 煮沸0.5 h 水洗至中性101-105干燥备用。蒸发皿的准备:洁净蒸发皿内放入10.0g海砂及一根小玻棒 置于干燥箱中 101-105干燥1 h 置于干燥器内 冷却0.5 h 称量 重复干燥冷却步骤至恒重。样品的测定:样品5-10g 置于蒸发皿中 精密称量搅匀,沸水浴蒸干 擦去瓶底水滴 置于干燥箱中101-105干燥4 h 置于干燥器内 冷却0.5 h 称量 101-105干燥1h 冷却0.5 h 称量重复干燥冷却步骤至恒重。,加入海砂的作用防止物理栅的形成 物理栅是食品物料表
12、面收缩和封闭的一种特殊现象。在烘干过程中,有时样品内部的水分还来不及转移至物料表面,表面便形成一层干燥薄膜,以至于大部分水分留在食品内不能排除。例如在干燥糖浆、富含糖分的水果、富含糖分和淀粉的蔬菜等样品时,如不加以处理,样品表面极易结成干膜,妨碍水分从食品内部扩散到它的表层。增加称量准确度 液体样品干燥后固形物含量较少,加入海砂可增加称量准确度。,式中 X 水分含量,g/100 g();m1称量瓶(或称量瓶加海砂、玻璃棒)和样品的质量,即恒重前样品和称量瓶的质量,g;m2称量瓶(或称量瓶加海砂、玻璃棒)和样品干燥后的质量,即恒重后样品和称量瓶的质量g;m0称量瓶(或称量瓶加海砂、玻璃棒),g;
13、水分含量1 g/100 g时,计算结果保留三位有效数字;水分含量1 g/100 g时,结果保留两位有效数字。,计算公式,练习 称取5.0012g虾肉,置于恒重后质量为10.6231g的蒸发皿中,加热干燥后恒重,测定质量为11.7481g,计算虾肉中的水分含量。,(77.5%,77.5g/100g),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在24g为宜。对于水分含量较低的固态、浓稠态食品,将称样数量控制在210g。,2、称量瓶规格:称量瓶分为玻璃称量瓶和铝质称量盒两种。前者能耐酸碱,不受样品性质的限制,故常用于干燥法。铝质称量盒质量轻,导热性强,但对酸性食品不适宜
14、,常用于减压干燥法。称量瓶规格的选择,以样品置于其中平铺开后厚度不超过瓶高的1/3为宜。,3、干燥条件:温度一般控制在101105,对热稳定的谷物等,可提高到120130范围内进行干燥;对含还原糖较多的食品应先用低温(5060)干燥0.5小时,然后在用101105干燥。,说明及注意事项水果、蔬菜样品,先洗去泥沙,再用蒸馏水冲洗,然后吸干表面的水分。测定过程中,盛有试样的称量器瓶从烘箱中取出后,应迅速放入干燥器中进行冷却,否则不易达到恒重。干燥器内一般用硅胶作为干燥剂,当硅胶蓝色减退或变红时,应及时更换,再生后使用。硅胶吸附油脂等后,去湿力会大大降低。恒重一般指2次称量之差不大于2mg,根据食品
15、的类型和测定要求来确定。测定水分后的样品,可供测定脂肪、灰分含量用。常压干燥法虽设备和操作简单,但时间较长,且不大适宜胶体食品以及高脂肪和高糖食品或含有较多高温易氧化、易挥发物质的食品。,练习 1 写出面粉中水分的测定方法及所用仪器。注意 称样量的表述,天平感量、干燥时间和干燥温度等的描述。,2减压干燥法 原理利用食品中水分的物理性质,在达到40 kPa53 kPa压力后加热至60 5,采用减压烘干方法去除试样中的水分,再通过烘干前后的称量数值计算出水分的含量。适用范围适用于在较高温度(100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
16、含量测定。,仪器及装置 真空干燥箱,扁形铝制或玻璃制称量瓶。干燥器:内附有效干燥剂。天平:感量为0.1 mg,操作方法取已恒重的称量瓶称取约2 g10 g(精确至0.0001 g)试样,放入真空干燥箱内,将真空干燥箱连接真空泵,抽出真空干燥箱内空气(所需压力一般为40 kPa53 kPa),并同时加热至所需温度60 5。关闭真空泵上的活塞,停止抽气,使真空干燥箱内保持一定的温度和压力,经4 h后,打开活塞,使空气经干燥装置缓缓通入至真空干燥箱内,待压力恢复正常后再打开。取出称量瓶,放入干燥器中0.5 h后称量,并重复以上操作至前后两次质量差不超过2 mg,即为恒重。,分析结果表述 同常压干燥法
17、,1.原理:,利用食品中水分的物理化学性质,使用水分测定器将食品中的水分与甲苯或二甲苯共同蒸出,根据接收的水的体积计算出试样中水分的含量。本方法适用于含较多其他挥发性物质的食品,如油脂、香辛料等。液体二元体系的沸点低于各组分的沸点;水与其他组分密度不同,馏出液在有刻度的接收管中分层,根据水的体积计算水分含量。例:有关沸点:水 100 甲苯110 水+甲苯 84.1 有关相对密度:(20/4)d水=1.00000 d苯=0.87900 d甲苯=0.86694,三、共沸蒸馏法,此法由于采用了一种高效的换热方式,水分可迅速移出。因此测定过程在密闭容器中进行,加热温度比直接干燥法低,对易氧化、分解、热
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- 第五章 水分和水分活度的测定 第五 水分 测定
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