食品分析与检验 专题一：水分分析

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SP 1.1 水分测定的意义

  1. 水分含量直接影响保藏过程食品的稳定性
  2. 水分含量是产品的一个质量因素
  3. 含水量的减少有利于产品的包装和运输
  4. 有些产品的水分含量有专门规定
  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

SP 1.2 食品中水分的存在形式

  1. 自由水：保持水本身的物理特性，可作为胶体分散剂和盐的溶剂
  2. 亲和水：通过氢键与蛋白质牢固结合
  3. 结合水：配位键化学结合

SP 1.3 测定水分的方法

  • 直接法
    • 重量法
    • 卡尔·费休法
    • 蒸馏法
  • 间接法
    • 介电容量法
    • 电导率法
    • 相对密度测定法
    • 折光法
    • 红外光谱分析法
    • 冰点分析法

SP 1.3.1 重量法（干燥法）

原理：将样品中的水分除去，利用测得的剩余固体质量计算水分含量。非水挥发性物质在干燥过程中也有挥发，但与挥发掉的水相比量很少，常忽略不计。

  • 分类
    1. 烘箱干燥
    2. 微波干燥
    3. 红外线干燥 此类方法还未被AOAC验证，然而由于该法具有快速分析的特点，往往适合于在线定性分析
    4. 化学干燥
  • 所有称量皿在使用前必须先用烘箱干燥处理
  • 铝盒在使用前必须在真空烘箱中干燥3 h
  • 经干燥后的称量皿应存放在干燥箱中
  • 烘箱干燥法产生误差的原因
    1. 样品含有非水易挥发物质 考虑校正因子弥补挥发量
    2. 样品中某些成分与水分结合
    3. 食品中脂肪与空气中的氧反应，使样品重量增加
    4. 高温条件下物质（如果糖）的分解可能产生水分
    5. 被测样品表面产生硬壳，妨碍水分扩散（尤富含糖分和淀粉的样品）
    6. 烘干后样品重新吸水
  • 70℃适用于水果和其他一些高糖样品
  • 蒸发是一个吸热过程，因此应注意冷却现象
  • 通过实验结果来决定干燥时间，以得到良好的重现性
  • 控制红外线加热的距离、样品的厚度等因素，注意干燥时样品不能有燃烧或出现表面结成硬皮的现象
  • 化学干燥的优缺点
优点适用于对热不稳定及含有易挥发组分的样品（如茶叶、香料）
缺点耗时较长

SP 1.3.2 卡尔·费休法

原理：基于水存在时碘与二氧化硫的氧化还原反应。水分的多少可由滴定液的用量反映。

  • 过程：1 mol的水需要与1 mol碘，1 mol二氧化硫、3 mol 吡啶和1 mol甲醇反应，产生2 mol吡啶碘和1 mol吡啶硫酸。反应完毕后多余的游离碘呈现红棕色，即可确定达到终点
  • 卡尔费休试剂（KFR）：碘:二氧化硫:吡啶按1:3:10的比例溶解在甲醇溶液，每l mL试剂相当于3.5 mg水
  • 硫酸吡啶会和水发生副反应 加甲醇，则不会发生副反应
  • 用该法测定水分最重要的是要水分萃取完全，对样品颗粒大小有一定要求。通常样品细度约为40目，宜用粉碎机非研磨机处理，以防水分损失。
  • 食品中一些组分（如抗坏血酸）会和KFR反应，故要根据情况对结果进行修正
  • 反应终点可用试剂本身中的碘作为指示剂
    • 试液中有水存在时，呈淡黄色；接近终点时呈琥珀色；当刚出现微弱的黄棕色时，表示有过量的碘存在，说明已到滴定终点（适用于含有2%水分或更多水分的样品）
  • 如测定样品的微量水分，常用电化学方法来指示终点
    • 当溶液中另有碘化合物而无游离碘时，电极间极化无电流通过； 当溶液中存在游离碘时，体系变为去极化，则溶液导电，有电流通过，微安表指针偏转至一定刻度并稳定不变，即为终点。
  • 误差分析
    1. 研磨程度不合适，水分萃取不完全
    2. 空气的湿度
    3. 玻璃仪器壁上吸附水分
    4. 来自食品组分的干扰
      • 抗坏血酸被KFR试剂氧化成脱氢抗坏血酸，使测定值偏高；而羰基化合物则与甲醇发生缩 醛反应生成水，从而使测定值偏高(这个反应也会使终点消失)；不饱和脂肪酸和碘反应也会使测定值偏高

SP 1.3.3 蒸馏法

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，收集馏分于接收管内，从所得水分的容量求出样品中的水分含量。与烘箱干燥法相比，不同点在于蒸馏法直接通过测定水的体积来定量。

  • 分类
    • 直接蒸馏法：使用沸点比水高，与水互不相溶的溶剂
    • 回流蒸馏法：使用沸点比水略高的溶剂 如甲苯、二甲苯 回流蒸馏法是AOAC认可的一种用来分析巧克力、脱水蔬菜、浓缩牛乳和脂肪的标准方法
  • 优点
    1. 热交换方式有效，水分可被迅速移去
    2. 设备简单经济、管理方便，准确度能满足常规分析的要求
    3. 对谷类、干果、香料等样品分析结果准确 特别是对香料，蒸馏法是唯一的、公认的水分测定方法

SP 1.3.4 介电容量法

原理：通过测定电流通过样品时的电容和电阻的变化来确定食品中的水分含量。

SP 1.3.5 电导率法

原理：根据水的电化学性质

SP 1.3.6 相对密度测定法（比重法）

原理：基于相对密度与水分含量之间的关系

SP 1.3.7 折光法

原理：基于样品中的水对光反射的影响

  • 只能测定可溶性固形物的含量

SP 1.3.8 红外光谱分析法

原理：测定食品中的分子对中、近红外辐射的吸收

SP 1.3.9 冰点分析法

原理：利用牛乳的物理性质，它随着溶质浓度的改变而改变

  • 常用此法来分析牛乳性质变化，对于原料乳和巴氏杀菌乳而言都有重要的经济意义
  • 测定冰点的用途是测定掺水量