模块四　食品化学分析检验技术

模块四　食品化学分析检验技术 重量分析法重量分析法：一般是将被测组分与试样中的其他组分分离后，转化为一定的称量形式，然后用称量的方法测定该组分的含量。食品中的水分测定、灰分测定、脂肪测定，多属于重量分析法。

不同食品中水分含量的差异很大，在绝大多数食品中，水分是一个主要组成部分。不同食品中水分含量的差异很大，在绝大多数食品中，水分是一个主要组成部分。一、水分的测定

食品中水分含量的测定常是食品分析的重要项目之一。去除水分后剩下的干基称为总固形物。因为水可作为一种廉价的掺入物，所以对食品制造商来说，这就意味着巨大的经济利益。（一）水分测定的意义 • 食品中的固形物——指食品内将水分排除后的全部残留物，包括蛋白质、脂肪、粗纤维、无氮抽出物、灰分等。

水分含量关系到食品组织形态的保持； 水分含量关系到水分与其它组分平衡关系的维持；水分含量关系到食品在一定时期内的品质稳定性。

结合水或束缚水 水分的存在状态不可移动水或滞化水自由水或游离水毛细管水自由流动水（二）水分在食品中存在的形式

1.游离水（Free Water ）： 具有水的一切特性。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。 2.结合水（Bound Water）：形成食品胶体状态的水，如与食品中脂肪、蛋白质、糖类形成结合状态。不具有水的特性，难以除去。 3.束缚水：以配价键形式存在，结合得非常牢固。难以用普通的方法除去。

（三）水分测定的方法 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、红外干燥法、化学干燥法等。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。直接法比间接法准确度高。

1. 干燥法 以原样重量 - 干燥后重量 = 水分重量如何测出这些食品中的水分含量？减压干燥法常压干燥法

（1）固态样品 磨碎（过20～40目筛）—混匀（存于磨口瓶中备用）—称样皿准备 —称样皿恒重 —称样（2～10g样品）—干燥（ 95~105℃）—称重—干燥—恒重—结果计算常压干燥法

水分大于16%采用二步干燥法 面包称重——切片（2-3mm）——风干（15-20小时）——再称重——磨碎——过筛——用烘箱干燥法测定水分二步干燥法：先在自然条件下风干，再用较高温度干燥的方法。风干面包的水分含量

（2）液态样品 称样皿准备—称样皿恒重—称样—加入海砂—搅拌均匀—干燥—称重—恒重—称重—结果计算浓稠样品加水稀释、加入海砂、干燥液态样品先低温浓缩，后高温干燥

对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。 • 加入海砂(无水硫酸钠)是为了增加受热与蒸发面积，防止食品结块、液体溅失，加速水分蒸发，缩短分析时间。

减压干燥法 原理利用在低压下水的沸点降低的原理，将样品在减压低温(40~53.3KPa 、50~60 ℃）的真空烘箱内，加热至恒重。干燥后样品所失去的质量即为水分含量。适用胶状样品、高温下易热分解的样品和含水分较多的样品。

利用烘箱干燥法测定水分要符合三项条件 • 水分是唯一的挥发物质； • 水分排除情况很完全； • 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忽略不计。

注意事项 （1）称量瓶（铝制、玻璃） • 选择称量皿的大小要合适，一般样品≯1/3高度。 • 称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜支于瓶边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。

⑵ 称样量 样品一般控制在干燥后的残留物为1.5～3克；固态、浓稠态样品控制在 3～5 克；含水分较高的样品控制在 15～20 克；

(3)干燥温度 • 一般是 95～105 ℃；对含还原糖较多的食品应先于（50～60℃）干燥然后再105℃加热。 • 对热稳定的谷物可用120～130 ℃干燥。 • 对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。

以红外线灯管作为热源，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。快速，但其精密度较差红外线干燥法

2.蒸馏法 (1) 原理　　食品中的水分与有机溶剂(甲苯、二甲苯或苯)共沸蒸馏, 收集馏液于接收管内,由于密度不同,馏出液在接受管中分层,根据馏出液中水的体积,即可计算出样品中水分含量。 (2) 特点及适用范围对易氧化、分解、热敏性以及含有大量挥发性组分样品的测定准确度优于干燥法。设备简单，操作方便，已广泛用于谷类、果蔬、油类等样品中水分的测定。特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。

⑶蒸馏式水分测定仪如图所示。 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→至接收管水量不再增加→读数水分（mL/100g）=V/m ×100 V —— 接收管中水层的体积，mL m —— 样品的质量（g）

3.卡尔·费休法（Karl Fischer) ⑴ 原理利用I2氧化SO2时需要有一定的水参加反应，（氧化还原反应） I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI 此反应可逆，当生成物 H2SO4 浓度＞0.05 % 时，即发生可逆反应，要使反应顺利向右进行，要加入适量的吡啶（C5H5N）以中和生成的酸。

I2+SO2+H2O+3C5H5N 2C5H5NHI+C5H5NSO3 氢碘酸吡啶硫酸吡啶硫酸吡啶很不稳定，与水发生副反应，形成干扰。若有甲醇存在，则可生成稳定的化合物。费休法的滴定总反应式可写为：（ I2+SO2+3C5H5N+CH3OH ）+H2O 2 C5H5N •HI+ C5H5N •HSO4CH3 实际操作中各试剂用量摩尔比为 I2：SO2：C5H5N=1：3：10

卡尔费休试剂： 甲液：I2、 CH3OH 乙液：SO2、 CH3OH -C5H5N

滴定操作中可用两种方法确定终点 一种是当用费休试剂滴定样品达到化学计量点时，再过量1滴费休试剂中的游离碘即会使体系呈现浅黄甚至棕黄色，据此即作为终点而停止滴定，此法适用于含有1%以上水分的样品，由其产生的终点误差不大；

另一方法为双指示电极安培滴定法，也叫永停滴定法，其原理是将两枚相似的微铂电极插在被滴样品溶液中，给两电极间施加10~25mV电压，在开始滴定直至化学计量点前，因体系中只存留碘化物而无游离碘，电极间的极化作用使外电路中无电流通过（即微安表指针始终不动），而当过量1滴费休试剂滴入体系后，由于游离碘的出现使体系变为去极化，则溶液开始导电，外路有电流通过，微安表指针偏转至一定刻度并稳定不变，即为终点，此法更适宜于测定深色样品及微量、痕量水分时采用。另一方法为双指示电极安培滴定法，也叫永停滴定法，其原理是将两枚相似的微铂电极插在被滴样品溶液中，给两电极间施加10~25mV电压，在开始滴定直至化学计量点前，因体系中只存留碘化物而无游离碘，电极间的极化作用使外电路中无电流通过（即微安表指针始终不动），而当过量1滴费休试剂滴入体系后，由于游离碘的出现使体系变为去极化，则溶液开始导电，外路有电流通过，微安表指针偏转至一定刻度并稳定不变，即为终点，此法更适宜于测定深色样品及微量、痕量水分时采用。

⑵ 适用范围 卡尔费休法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，也常作为水分痕量级标准分析方法，是对于测定水分最为准确的化学方法。使用范围有化工、试剂、化肥、医药、食品等。从1ppm到接近100%

（3）仪器

标定预先加入50ml无水甲醇于水分测定仪的反应器中，接通仪器电源，启动电磁搅拌器，先用卡尔•费休试剂滴入甲醇中使其尚残留的痕量水分与试剂作用达到计量点，即为微安表的一定刻度值（45uA或48uA），并保持1分钟内不变，不记录卡尔•费休试剂的消耗量。然后用10ul蒸馏水（相当于0.01g水，可先用天平称量校正，亦可用减量法滴瓶称取0.01g水于反应器中），此时微安表指针偏向左边接近零点，用卡尔•费休试剂滴定至终点，记录卡尔•费休试剂消耗量。

卡尔•费休试剂对水： 式中： G—水的质量，g； V—滴定消耗卡尔•费休试剂的体积，ml。

操作方法 对于固体样品，如糖果必须事先粉碎均匀，视各种样品含水量不同，一般每份被测样品中含水20~40mg为宜。准确称取0.3~0.5g样品置于称样瓶中。

在水分测定仪的反应器中加入50ml甲醇中痕量水分，滴定至微安表指针的偏转程度与标定卡尔•费休试剂操作中的偏转情况相当并保持1分钟不变时（不记录试剂用量），打开加料口迅速将称好的试样加入反应器中，立即塞上橡皮塞，开动电磁搅拌器使试样中的水分完全被甲醇所萃取，用卡尔•费休试剂滴定至原设定的终点并保持1分钟不变，记录试剂的用量（ml）。

结果计算 式中： T—卡尔•费休试剂对水的滴定度，mg/ml； V—滴定所消耗的卡尔•费休试剂体积，ml； W—样品质量，g。

（四）水分活度 单纯的含水量并不是表示食品稳定性的可靠指标。相同含水量的食品却有不同的腐败变质现象，在一定程度上是由于水与食品中其他成分结合的方式不同而造成的。 • 水分活度的定义 • 在一定温度下，样品水蒸气压与纯水蒸气压的比值。aw＝p/p0 aw:水分活度； p:一定温度下食品中水蒸气分压 p0:同温度下纯水的饱和蒸汽分压纯水aw＝1，溶液aw﹤1。

扩散法测定水分活度 原理：样品在微量扩散皿中，在恒温条件下，根据样品在不同的标准饱和溶液中平衡后，质量的增加或者减少，作图，横坐标为水活度，纵坐标为质量变化。从而计算水分活度。 • 测定方法： • 标准系列准备 • 准确称样 • 吸附或解吸平衡 • 称量，作图计算

标准水分活性试剂的Aw值(25℃)

例：某食品与氯化镁饱和溶液达到平衡后质量减少10 mg，与硝酸钾标准饱和溶液达到平衡后增重15 mg，与氯化钠饱和溶液达到平衡后样品增加6.5 mg，求样品的水分活度。

mg 20 15 10 10 5 5 5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1 0.7 Aw -5 -10 -15

例:某食品样品在硝酸钾(0.924)中增重7mg，在氯化钡(0.901)中增重3mg，在氯化钾(0.842)中减重9mg，在溴化钾(0.807)中减重15mg，可求得其Aw=0.878

二、灰分的测定 (一)灰分的概念　　在高温灼烧时，食品发生一系列物理和化学变化，最后有机成分挥发逸散，而无机成分（主要是无机盐和氧化物）则残留下来，这些残留物称为灰分。它标示食品中无机成分总量的一项指标。

从数量和组成上看，食品的灰分与无机成分并不完全相同。如某些金属氧化物会吸收有机物分解产生的CO2而形成碳酸盐，使无机成分增多了；有些易挥发元素如Cl、I、Pb等会挥发散失，P、S等也能以含氧酸的形式挥发散失，使无机成分减少了。从这个观点出发通常把食品经高温灼烧后的残留物称为粗灰分。从数量和组成上看，食品的灰分与无机成分并不完全相同。如某些金属氧化物会吸收有机物分解产生的CO2而形成碳酸盐，使无机成分增多了；有些易挥发元素如Cl、I、Pb等会挥发散失，P、S等也能以含氧酸的形式挥发散失，使无机成分减少了。从这个观点出发通常把食品经高温灼烧后的残留物称为粗灰分。

水溶性灰分 水不溶性灰分总灰分酸溶性灰分酸不溶性灰分水溶性灰分——反映可溶性K、Na、Ca、Mg等的氧化物和盐类的含量。酸溶性灰分——反映Fe、Al等氧化物、碱土金属的碱式磷酸盐的含量。酸不溶性灰分——反映污染的泥沙及机械物和食品中原来存在的微量SiO2的含量。

(二)测定灰分的意义 (1)灰分可评价食品加工精度和食品的品质；例：面粉生产，往往在分等级时要用灰分指标，因小麦麸皮的灰分含量比胚乳高20倍，所以灰分越低，就说明精度越高。标准粉应为0.6～0.9%，全麦粉为1.2～2%，。 (2)评定食品是否卫生，有没有污染。某种食品的灰分常在一定范围内。如果超过了正常范围，说明食品生产中使用了不合乎卫生标准要求的原料或食品添加剂，或食品在加工、贮运过程中受到了污染。 (3)判断食品是否掺假

(三)总灰分的测定 １.原理　　把一定量的样品经炭化后放入高温炉内灼烧，使有机物质被氧化分解，以二氧化碳、氮的氧化物及水等形式逸出，而无机物质以硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氯化物等无机盐和金属氧化物的形式残留下来，这些残留物即为灰分，称量残留物的重量即可计算出样品中总灰分的含量。

２.灰化条件的选择 (1)灰化容器——坩埚。坩埚盖子与埚要配套。坩埚材质有多种： ① 素瓷(耐高温、酸，但耐碱性差) 　② 铂(耐高温、HF、碱，昂贵) 　③ 石英 ④ 铁　⑤ 镍等，个别情况也可使用蒸发皿。

(2)取样量 根据试样种类和性状来定，一般控制灼烧后灰分为 10～100mg 。通常：乳粉、麦乳精、大豆粉、调味料、水产品等取 1～2g 。谷物及制品、肉及制品、糕点、牛乳等取3～5g。蔬菜及制品、砂糖及制品、蜂蜜、奶油等取5～10g 。水果及制品取20g、油脂取50g。

很重要 (3)样品预处理 • 谷物、豆类等含水分较少固体试样，直接炭化； • 果汁、牛奶等浓稠液体样品，先在水浴上蒸至近干，再炭化（防止液体沸腾造成溅失）； • 果蔬、动物组织等含水分较多试样，先于烘箱内干燥再炭化（可取测定水分后的试样直接炭化）； • 富含脂肪的样品先提取脂肪再炭化； • 富含糖、蛋白质、淀粉的试样，灰化前加几滴纯植物油（防止发泡）

(4)灰化温度 灰化温度的高低对灰分测定结果影响很大。由于各种食品中无机成分的组成、性质及含量各不相同，灰化温度也应有所不同，一般为500～600℃，谷类的饲料达600℃以上。　　例如：鱼类及海产品、谷类及其制品、乳制品≤5500C；果蔬及其制品、砂糖及其制品、肉制品≤5250C；个别样品（如谷类饲料）可以达到6000C。　　

　　温度太高，将引起K、Na、Cl等元素的挥发损失，磷酸盐、硅酸盐也会熔融，将炭粒包藏起来，使其无法氧化。　　温度太高，将引起K、Na、Cl等元素的挥发损失，磷酸盐、硅酸盐也会熔融，将炭粒包藏起来，使其无法氧化。　　温度太低，则灰化速度慢，时间长，灰化不完全，也不利于除去过剩的碱性食物吸收的CO2。原则：保证灰化完全的前提下，尽可能减少无机成分的挥发和缩短灰化时间。

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