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如何精准测定样品中的水分含量?

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:水分含量测定值的大小与所用烘箱的类型、箱内条件、干燥温度和干燥时间等密切相关。应用干燥法测定水分的样品应当符合下述三个条件。①水分是样品中唯一的挥发物质。称量瓶的预处理可用100℃烘箱进行重复干燥,以使其达到恒重。前者基本能保证水分完全蒸发;而后者则需根据测定对象的不同而规定不同的干燥时间,准确度不如前者,一般只适用于对水分测定结果准确度要求不高的样品。

如何精准测定样品中的水分含量?

(一)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。它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、干燥温度和干燥时间等密切相关。这种测定方法虽然费时较长,但操作简便,应用范围较广。

1.干燥法的注意事项

(1)干燥法的前提条件。应用干燥法测定水分的样品应当符合下述三个条件。

①水分是样品中唯一的挥发物质。因为食品中挥发组分的损失会造成测量误差,例如醋酸、丙酸、丁酸、醇、酯和醛等。

②可以比较彻底地去除水分。如果食品中含有较多的胶态物质,就很难通过直接干燥法来排除水分。

③在加热过程中,如果样品中其他组分之间发生化学反应,由此而引起的质量变化可以忽略不计。在分析过程中,样品中的水分含量与干燥温度和持续的时间有关,但当干燥时间持续太久、温度太高时,食品中其他的组分就会产生分解。水分检测存在的主要问题仍在于如何蒸发要去除的水,同时又不能因为其他成分分解所释放出的水分而使得结果偏高;同样,食品中有的成分的化学反应(例如蔗糖水解)却要利用食品中的水分,这会使其测得的水分含量偏低。所以,如果当这些变化产生的影响很小时,可考虑使用烘箱干燥法。

(2)操作条件的选择。在使用干燥法进行水分测定时,操作条件的选择显得相当重要,主要包括:称量瓶的选择、称样量、干燥设备和干燥条件等。

①称量瓶的选择。用于水分测定的称量瓶有各种不同的形状,从材料看有玻璃称量瓶和铝制称量瓶两种。玻璃称量瓶能够耐酸碱,不受样品性质的限制;而铝制称量瓶质量轻,导热性强,但对酸性食品不大适宜,常用于减压干燥法。称量瓶的盖子对防止样品因逸散而造成的损失有着重要意义,在蒸发水分时,盖子需斜靠在一边,这样可避免加热时样品溢出而造成的损失。如果使用的是一次性称量皿,可选择使用玻璃纤维做的盖子。这种盖子既可防止液体的飞溅,同时又不阻碍表面的透气,能有效提高水分蒸发的效果。

称量瓶在使用之前需要进行预处理操作,而且在移动称量瓶时应该使用钳子,因为指纹也会对称量的结果产生影响。称量瓶的预处理可用100℃烘箱进行重复干燥,以使其达到恒重。所谓恒重,是指两次烘烤后称量的质量差不超过规定的质量(mg),一般不超过2mg。预处理后的称量瓶需要存放在干燥器中。玻璃纤维盖子在使用前不需要干燥。

②称样量。样品的称取量一般以其干燥后的残留质量保持在1.5~3g为宜。对于水分含量较低的固态、浓稠态样品,称样量应控制在3~5g,而对于水分含量较高的果汁、牛乳等液态食品,通常每份样品的称样量在15~20g为宜。

③干燥设备。在进行烘箱干燥时,除了使用特定的温度和时间条件外,还应考虑由于不同类型的烘箱而引起的温差变化。在对流型、强力通风型、真空烘箱中,温差最大的是对流型,这是因为它没有安装风扇,空气循环缓慢,烘箱中的称量瓶会进一步阻碍空气的流动。当烘箱门关闭后,温度上升通常比较慢,其温差最大可达10℃。若要得到较高准确度和精密度的数据,对流烘箱就显得不适用。

强力通风型烘箱的温差是所有烘箱中最小的,通常不超过1℃,其箱内空气由风扇强制在烘箱内做循环运动,这也使其具有了更多的优点,如:在空气沿水平方向通过支架时,无论上面是否装满称量瓶,测得的结果都是一致的。

真空干燥烘箱有两个特点:a.装有耐热钢化玻璃窗,可以通过它观察干燥进程。b.空气进入烘箱的方式不同。若空气进出口安排在烘箱的两侧,则空气就会直接穿过整个箱体。部分新型真空烘箱在其底部和顶部开有进口和出口,空气可以先从前面向上运动,再返回至出口排出,其优点是最大限度地减少了“冷点”的存在,从而使内部空气中的水分完全蒸发。

④干燥条件。它包含两个因素,即温度和时间。温度一般控制在95℃~105℃,对热稳定的样品如谷类,可提高到120℃~130℃范围内进行干燥;而对含糖量高的食品应先用低温(50℃~60℃)干燥0.5h,再用95℃~105℃进行干燥。干燥时间的确定有两种方式:一种是干燥到恒重,另一种是规定一定的干燥时间。前者基本能保证水分完全蒸发;而后者则需根据测定对象的不同而规定不同的干燥时间,准确度不如前者,一般只适用于对水分测定结果准确度要求不高的样品。

在干燥过程中,一些食品原料可能易形成硬皮或结块,从而造成不稳定或错误的水分测量结果。为了避免产生这种情况,可使用清洁干燥的海砂和样品一起搅拌均匀,再将样品加热干燥直至恒重。加入海砂的主要作用是既可以防止表面硬皮的形成,又可以使样品分散,减少样品水分蒸发的障碍。海砂的用量依样品量而定,一般每3g样品加入20~30g的海砂就可以使其充分地分散。除海砂之外,也可使用其他对热稳定的惰性物质,如硅藻土等。

2.直接干燥法

(1)原理。在一定的温度(95℃~105℃)和压力(常压)下,将样品放在烘箱中加热干燥,除去蒸发的水分,干燥前后样品的质量之差即为样品的水分含量。

(2)适用范围。直接干燥法适用于在95℃~105℃下,不含或含其他挥发性物质甚微且对热稳定的食品。

(3)样品的制备、测定及结果计算。根据食品种类及存在状态的不同,样品的制备方法也不同。一般情况下,食品以固态(如面包、饼干、乳粉等)、液态(如牛乳、果汁等)和浓稠态(如炼乳、糖浆、果酱等)存在。

固体样品:取洁净铝制或玻璃制的扁形称量瓶,置于95℃~105℃烘箱中,瓶盖斜支在瓶边,加热0.5~1.0h,取出盖好,置于干燥器内冷却0.5h,称量,重复干燥直至恒重。称取2.0~10.0g切碎或磨细的样品,放入称量瓶中,样品厚度约为5mm。加盖,精确称量后,置于95℃~100℃烘箱中,瓶盖斜支于瓶边,干燥2~4h后,加盖取出并放入干燥器中冷却0.5h后称量。然后再放入95℃~100℃干燥箱中再干燥1h左右,取出,放于干燥器内冷却0.5h并称量,至前后两次称量结果的质量差不超过2mg为恒重。

液体样品:液体样品若直接在高温下加热,会因沸腾而造成样品损失,所以需低温浓缩后再进行高温干燥。

取洁净的蒸发皿,内加10.0g海砂及一根小玻棒,放在100℃烘箱中,如上述方法重复干燥直至恒重。然后精确称取5~10g样品放于蒸发皿中,用小玻棒搅匀后放在沸水浴上蒸干,并随时搅拌,擦去皿底的水滴,置95℃~100℃烘箱中干燥4h后盖好取出,并放在干燥器内冷却0.5h后称量。然后再放入烘箱中干燥1h左右,冷却0.5h并称量,至前后两次称量结果质量差不超过2mg。

经过上述操作进行测量的样品中水分含量为

式中:x——样品中的水分含量,g/100g;

m1——称量瓶(或蒸发皿加海砂、玻棒)和样品的质量,g;

m2——称量瓶(或蒸发皿加海砂、玻棒)和样品干燥后的质量,g;

m3——称量瓶(或蒸发皿加海砂、玻棒)的质量,g。

浓稠态样品:这种样品若直接干燥,表面易结壳焦化,使内部水分蒸发受到阻碍,故需要加入精制海砂或无水硫酸钠,搅拌均匀以增大蒸发面积。糖浆、甜炼乳等浓稠液体,一般要加水稀释,如糖浆稀释液的固形物含量应该控制在20%~30%。

测量结果按下式计算:

式中:m1——干燥前样品和称量瓶的质量,g;

m2——海砂(或无水硫酸钠)的质量,g;

m3——干燥后样品、海砂(或无水硫酸钠)及称量瓶的总质量,g;

m4——称量瓶的质量,g。

对于水分含量在16%以上的样品,如面包之类的谷类食品,通常采用二步干燥法进行测定。二步干燥法的测定步骤为:先将样品称出总质量后,切成厚为2~3mm的薄片,在自然条件下风干15~20h,使其与大气湿度大致平衡,然后再次称量,并将样品粉碎、过筛、混匀,放于洁净干燥的称量瓶中以直接干燥法测定水分,测量时按上述固体样品的程序进行。分析结果按下式计算:

式中:m1——新鲜样品总质量,g;

m2——风干后样品的质量,g;

m3——干燥前样品与称量瓶的质量,g;

m4——干燥后样品与称量瓶的质量,g;

m5——称量瓶质量,g。

二步干燥法所得分析结果的准确度较直接用一步法来得高,但费时更长。

高温干燥:对于热稳定性较好的食品,如有些谷物,可采用120℃~130℃甚至更高的温度进行干燥,因而大大缩短了干燥时间,这样的干燥方法称为高温干燥。

(4)方法说明和注意事项。直接干燥法的设备和操作都比较简单,但是由于直接干燥法不能完全排出食品中的结合水,所以它不可能测定出食品中的真实水分。直接干燥法耗时较长,且不适宜胶态、高脂肪、高糖食品及含有较多的高温易氧化、易挥发物质的食品;用这种方法测得的水分含量中包含了所有在100℃下失去的挥发物的质量,如微量的芳香油、醇、有机酸等挥发性物质的质量;含有较多氨基酸蛋白质及羰基化合物的样品,长时间加热则会发生羰氨反应析出水分而导致误差,宜采用其他方法测定水分含量;测定水分之后的样品,可以用来测定脂肪、灰分的含量;经加热干燥的称量瓶要迅速放到干燥器中冷却;干燥器内一般采用硅胶作为干燥剂,当其颜色由蓝色减退或变成红色时,应及时更换,于135℃条件下烘干2~3h后再重新使用;硅胶若吸附油脂后,除湿能力也会大大降低;在使用直接干燥法时,要观察水分是否蒸发干净,没有一个直观的指标,只能依靠是否达到恒重来判断;直接干燥法的最低检出限为0.002g,当取样量为2g时,方法检出限为0.10g/100g,方法相对误差≤5%。

3.减压干燥法

(1)原理。采用较低的温度,在减压条件下蒸发排除样品中的水分,根据干燥前后样品所失去的质量计算样品的水分含量。

(2)适用范围。减压干燥法的操作压力较低,水的沸点也相应降低,因而可以在较低温度下将水分蒸发完全。它适用于在100℃以上加热容易变质及含有不易除去结合水的食品,如淀粉制品、豆制品罐头食品、糖浆、蜂蜜、蔬菜、水果、味精、油脂等。由于采用了较低的蒸发温度,可以防止含脂肪高的样品在高温下的脂肪氧化;可防止含糖高的样品在高温下的脱水炭化;也可防止含高温易分解成分的样品在高温下分解等。

(3)样品的测定及方法。在真空干燥箱的低压条件下,样品中的水分可以在3~6h内完全去除,而其他组分可以保持不分解。真空干燥箱内需要干燥的空气,可通过控制温度和真空度来加以干燥。较早的干燥空气的方法是通过装有一定体积浓硫酸的细颈真空瓶来进行,现在的真空干燥箱则使用空气捕集器,其中填装有硫酸钙,并含有显示水分饱和度的指示剂,在空气捕集器与真空干燥箱之间装有转子流量计,以测量进入烘箱内的空气流量(100~120mL/min)。

减压干燥法的操作方法如下:样品的称取要求与直接干燥法相同,将样品放入真空干燥箱内,将干燥箱连接水泵,抽出箱内空气至所需压力(一般为40~53kPa),并同时加热至所需温度55℃左右,关闭通水泵或真空泵上的活塞,停止抽气,使干燥箱内保持一定的温度和压力,经一定时间后,打开活塞,使空气经干燥装置缓缓通入至干燥箱内,待压力恢复正常后再打开。取出称量瓶,放入干燥器中冷却0.5h后称量,并重复以上操作至恒重。

(4)水分含量的计算。同直接干燥法。

(5)方法说明及注意事项。减压干燥法选择的压力一般为40~53kPa,温度为50℃~60℃。但实际应用时可根据样品性质及干燥箱耐压能力不同而调整压力和温度,如AOAC法中咖啡的干燥条件为:3.3kPa和98℃~100℃;奶粉:13.3kPa和100℃;干果:13.3kPa和70℃;坚果和坚果制品:13.3kPa和95℃~100℃;糖和蜂蜜:6.7kPa和60℃。

减压干燥时,自干燥箱内部压力降至规定真空度时起计算干燥时间,一般每次烘干时间为2h,但有的样品需5h;恒重一般以减量不超过0.5mg时为标准,但对受热后易分解的样品则可以不超过1~3mg的减量值为恒重标准。不过,在使用真空干燥箱时还需注意,如果被测样品中含有大量的挥发物质,应考虑使用校正因子来弥补挥发量;另外,在真空条件下热量传导不是很好,因此称量瓶应该直接置放在金属架上以确保良好的热传导;蒸发是一个吸热过程,要注意由于多个样品放在同一烘箱中使箱内温度降低的现象,冷却会影响蒸发。但不能通过升温来弥补冷却效应,否则样品在最后干燥阶段可能会产生过热现象;干燥时间取决于样品的总水分含量、样品的性质、单位质量的表面积、是否使用海砂以及是否含有较强持水能力和易分解的糖类及其他化合物等因素。

(二)蒸馏法

(1)原理。蒸馏法出现在20世纪初,它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,从所得的水分的容量求出样品中的水分含量。目前所用的方法有两种:直接蒸馏和回流蒸馏。在直接蒸馏中,使用沸点比水高、与水互不相溶的溶剂,样品用矿物油或沸点比水高的液体在远高于水沸点的温度下加热,而回流蒸馏则可使用沸点仅比水略高的溶剂如甲苯二甲苯和苯。其中采用甲苯进行的回流蒸馏是应用最广泛的蒸馏方法之一。

(2)适用范围。蒸馏法采用了一种有效的热交换方式,水分可被迅速移去,食品组分所发生的化学变化如氧化、分解等作用,都较直接干燥法小。这种方法最初是作为水分测定的快速分析法被提出来的,其设备简单经济,管理方便,准确度能够满足常规分析的要求。对于谷类、干果、油类、香料等样品,分析结果准确,特别是对于香料,蒸馏法是唯一的、公认的水分测定法。

(3)仪器及试剂。蒸馏式水分测定仪(如图5-1所示);精制甲苯或二甲苯:取甲苯或二甲苯,先以水饱和后,分去水层,进行蒸馏,收集馏出液备用。

(4)操作方法。称取适量样品(约含水2~5mL),放入250mL锥形瓶中,加入50~75mL新蒸馏的甲苯(或二甲苯)使样品浸没,连接冷凝管与水分接收管,从冷凝管顶端注入甲苯,装满水分接收管。加热,当蒸馏瓶中甲苯刚开始沸腾时,可看到从蒸馏烧瓶中升起一团雾,这是水在甲苯中的蒸汽,不久就会有冷凝液产生。慢慢蒸馏,使每秒得馏出液2滴,待大部分水分蒸出后,加速蒸馏约每秒4滴,当水分全部蒸出后,接收管内的水分体积不再增加时,从冷凝管顶端加入甲苯冲洗。如冷凝管壁附有水滴,蒸馏片刻至接收管上部及冷凝管壁无水滴附着为止,读取接受管水层的体积。

图5-1 蒸馏式水分测定仪

(5)水分含量的计算。(www.xing528.com)

式中:X——样品中的水分含量,mL/100g;或按水在20℃时的密度0.9982g/mL计算质量含量;

V——接收管内水的体积,mL;

m——样品的质量,g。

(6)方法说明和注意事项。蒸馏法与干燥法有较大的差别,干燥法是以烘烤干燥后减少的质量为依据,而蒸馏法是以蒸馏收集到的水量为准,避免了挥发性物质减少的质量以及脂肪氧化对水分测定造成的误差。在使用蒸馏法时,对于有机溶剂的选择(表5-1),可考虑如能否完全湿润样品、适当的热传导、化学惰性、可燃性以及样品的性质等因素,但样品的性质是选择溶剂的重要依据。对热不稳定的食品,一般不采用二甲苯,因为它的沸点高;因此常选用低沸点的溶剂,如苯、甲苯或甲苯-二甲苯混合液;对于一些含有糖分、可分解出水分的样品,如脱水洋葱和脱水大蒜,宜选用苯作为溶剂。对于比水重的溶剂,其特点是样品会浮在上面,不宜过热及炭化,又安全防火。但是,它也存在一些缺点,如:这种溶剂被馏出冷凝后,会穿过水面进入接收管下方,增加了形成乳浊液的机会。

表5-1 蒸馏法常用有机溶剂的物理常数

蒸馏法测量误差产生的原因有很多,如:样品中水分没有完全蒸发出来;水分附集在冷凝器和连接管内壁;水分溶解在有机溶剂中;生成了乳浊液;馏出了水溶性的成分等。在加热时一般要使用石棉网,如果样品含糖量高,用油浴加热较好。样品为粉状或半流体时,先将瓶底铺满干净的海砂,再加样品及甲苯。所用甲苯必须无水,也可将甲苯经过氯化钙或无水硫酸钠吸水,过滤蒸馏,弃去最初馏液,收集澄清透明溶液即为无水甲苯。为防止出现乳浊液,可以添加少量戊醇、异丁醇。最后,为避免接收管和冷凝管附着水珠,使用的仪器必须清洗干净。

(三)卡尔-费休(Karl-Fischer)法

卡尔-费休法,简称费休法或K-F法,是一种迅速而又准确的水分测定法,它属于碘量法,被广泛应用于多种化工产品的水分测定中。此方法快速准确且不需加热,在很多场合,该法也常被作为水分特别是微量水分的标准分析方法,用于校正其他分析方法。

1.原理

卡尔-费休法测定水分的原理是基于水分存在时碘和二氧化硫的氧化还原反应

2H2O+SO2+I2→2HI+H2SO4

上述反应是可逆的,在体系中加入了吡啶甲醇则使反应顺利向右进行。

C5H5N·I2+C5H5N·SO2+C5H5N+H2O→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3

C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N(H)SO4·CH3

由此反应式可知,1mol的水需要与1mo1碘、1mo1二氧化硫、3mol吡啶和1mol甲醇反应,而产生2mol吡啶碘和1mo1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。现在所用的卡尔-费休水分测定仪采用“时间滞留”法作为终点判断准则,并有声光报警指示,如ZKF-1型容量滴定卡尔-费休水分测定仪。

2.适用范围

卡尔-费休法可适用于含有1%或更多水分的样品,如砂糖可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定,其测定准确性比直接干燥法要高,它也是测定脂肪和油类物品中微量水分的理想方法。

3.仪器和试剂

(1)仪器可用ZKF-1型容量滴定卡尔-费休水分测定仪或类似装置。卡氏试剂的配制可参阅GB/T12100-1989或ISO5381-1983《淀粉水解产品含水量测定方法》中的试剂配制,或分析手册中的方法。

(2)卡尔-费休试剂的标定。在水分测定仪的反应器中加入50mL的无水甲醇,接通电源,启动电磁搅拌器,先用卡尔-费休试剂滴入甲醇中使其中残存的微量水分与试剂作用达到计量点,保持1min内不变,此时不记录卡尔-费休试剂的消耗量。然后用10μL的微量注射器从反应器的加料口缓缓注入10μL水-甲醇标准溶液(相当于0.01g水),用卡尔-费休试剂滴定至原定终点,记录卡尔-费休试剂的消耗量。

卡尔-费休试剂的水含量T(mg/mL)按下式计算:

式中:m——所用水-甲醇标准溶液中水的质量,g;

V——滴定消耗卡尔-费休试剂的体积,mL。

4.样品中水分的测定

对于固体样品,必须要先粉碎均匀。准确称取0.30~0.50g样品置于称样瓶中。在水分测定仪的反应器内加入50mL无水甲醇,用卡尔-费休试剂滴定其中的微量水分,滴定至终点并保持1min不变时(不记录试剂用量),打开加料口迅速将已称好的试剂加入反应器中,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-费休试剂滴定至终点并保持1min不变,记录所使用试剂的体积(mL)。

5.结果计算

样品中水分的含量:

式中:X——样品中的水分含量,mg/100mg;

T——卡尔-费休试剂的水含量,mg/mL;

V——滴定所消耗卡尔-费休试剂,mL;

m——样品的质量,g。

6.卡尔-费休法说明及注意事项

在使用卡尔-费休法时,若要使水分萃取完全,样品的颗粒大小非常重要。通常样品细度约为40目,宜用粉碎机处理,不要用研磨机以防水分损失,在粉碎样品中还要保证其含水量的均匀性。

卡尔-费休法是测定食品中微量水分的方法,如果食品中含有氧化剂、还原剂、碱性氧化物、氢氧化物、碳酸盐硼酸等,都会与卡尔-费休试剂所含组分起反应,干扰测定。含有强还原性的物料(如抗坏血酸)会与卡尔-费休试剂产生反应,使水分含量测定值偏高;羰基化合物则与甲醇发生缩醛反应生成水,从而使水分含量测定值偏高,而且这个反应也会使终点消失;不饱和脂肪酸和碘的反应也会使水分含量测定值偏高。

样品溶剂可用甲醇或吡啶,这些无水试剂应该要加入无水硫酸钠保存。此外,也可以使用其他溶剂,如甲酰胺二甲基甲酰胺。卡尔-费休滴定法中所用的玻璃器皿都必须充分干燥,外界的空气也不允许进入反应室中。

在卡尔-费休滴定法中,吡啶会产生强烈异味,现在有研究正在尝试用其他的胺类来代替吡啶来溶解碘和二氧化硫,目前已发现某些脂肪胺和其他的杂环化合物比较适宜。在这些新的铵盐的基础上,分别制备了单组分试剂(溶剂和滴定组分合在一起)和双组分的试剂(溶剂和滴定组分是分开的),单组分使用较方便,而双组分更适合于大量试剂的储存。

(四)其他侧定水分的方法

1.介电容量法

介电容量法是根据样品的介电常数与含水率有关,以含水食品作为测量电极间的充填介质,通过电容的变化达到对食品水分含量的测定。用该方法测定水分含量的仪器需要使用已知水分含量的样品(标准方法测定)来进行校准,为了控制分析结果的可靠性和重现性,需要考虑样品的密度、样品的温度等重要因素,其中温度对电容值的影响很大,水分仪上都装有一个或两个温度传感器,对测定结果进行温度补偿。

由于水的介电常数(80.37,20℃)比其他大部分溶剂都要高,所以可用介电容量法来进行水分的测定。例如:介电容量法常用于谷物中水分含量的测定,这是根据水的介电常数是80.37,而蛋白质和淀粉的介电常数只有10来确定的。在检测样品时,可以根据仪器的读数从预先制作好的标准曲线上得到水分含量的测定值。

介电容量法的测量速度快,对于需要进行质量控制而要连续测定的加工过程非常有效,但该方法不大适用于检测水分含量低于30%~35%的食品。

2.电导率

电导率法的原理是当样品中水分含量变化时,可导致其电流传导性随之变化,因此,通过测量样品的电阻,从而得到水分含量的方法,就成为一种具有一定精确度的快速分析方法。根据欧姆定律:电流强度等于电压与电阻之比。例如:含水量为13%的小麦的电阻是含水量为14%的小麦电阻的7倍,是含水量为15%的小麦电阻的50倍。在用电导率法测定样品时,必须要保持温度的恒定,而且每个样品的测定时间必须恒定为1min。

3.红外吸收光谱法

红外线是一种电磁波,一般指波长为0.75~1000μm的光,按其波段范围又可分为三部分:①近红外区,0.75~2.5μm;②中红外区,2.5~25μm;③远红外区,25~1000μm。其中,红外区是研究、应用最多的区域。水分子对这三个区域的光波均具有选择吸收作用。红外吸收光谱法测定的是食品中的分子对(中、近红外)辐射的吸收,即频率不同的红外辐射被食品分子中不同的官能团所吸收,这与紫外可见光谱中的紫外光或可见光的应用相似。根据水分对某一波长的红外光的吸收强度与其在样品中的含量存在一定的关系建立红外吸收光谱测水分法。

日本、美国和加拿大等国已将近红外吸收光谱法应用于谷物、咖啡、可可、核桃、花生、肉制品、牛乳、马铃薯等样品的水分测定中;中红外法需要通过计算机处理才能分析水分和固形物含量,因为测定中红外光谱的仪器不能检出水分的波长。有人将中红外光谱法用于面粉、脱脂乳粉及面包中水分的测定,其结果与卡尔-费休法、近红外光谱法及减压干燥法一致;远红外光谱法可测出样品中大约0.05%的水分含量。总之,红外吸收光谱法准确、快速、方便,存在深远的研究意义和广阔的应用前景。

4.折光法

通过测量物质的折射率来鉴别物质的组成、确定物质的纯度和浓度及判断物质的品质的分析方法称为折光法。折射率是物质的一种物理性质。它是食品生产中常用的工艺控制指标,通过测定液体食品的折射率,可以鉴别食品的组成、确定食品的浓度、判断食品的纯净程度和品质。如果操作正确且样品中无明显固体粒子存在时,折光法分析速度最快且准确性也非常高。折光法现已广泛应用于水果及水果类产品中可溶性固形物的测定。测得食品固形物的方法,也就是间接测定水分的方法。

需要指出的是,折光法只能测定可溶性固形物的含量,因为固体粒子不能在折光仪上反映出它的折射率。含有不溶性固形物的样品,不能用折光法直接测出总固形物含量。但对于番茄酱、果酱等个别食品,已通过实验制定了总固形物与可溶性固形物的关系表,先用折光法测定可溶性固形物的含量,即可查出总固形物的含量,也就可以得到样品中的水分含量。

5.其他干燥法

(1)化学干燥法。化学干燥法就是将某种对于水蒸气具有强烈吸附的化学药品与含水样品一同装入一个干燥容器,如普通玻璃干燥器或真空干燥器中,通过等温扩散及吸附作用而使样品达到干燥恒重,然后根据干燥前后样品的质量差计算出其中的水分含量。但此法的缺点是时间比较长,需要数天、数周甚至数月时间。用于干燥(吸收水蒸气)的化学样品叫干燥剂,主要包括五氧化二磷、氧化钡、高氯酸镁、氢氧化钾(熔融)、氧化铝、硅胶、硫酸(100%)、氧化镁、氢氧化钠(熔融)、氧化钙、无水氯化钙、硫酸(95%)等,它们的干燥效率依次降低。其中浓硫酸、固体氢氧化钠、硅胶、活性氧化铝、无水氯化钙等最为常用。该法适用于对热不稳定及含有易挥发组分的样品,如茶叶、香料等。

(2)微波烘箱干燥法。微波是指频率范围为103~105MHz的电磁波。微波加热是靠电磁波把能量传播到被加热物体的内部,这种加热方法具有很多特点:①加热速度快。它利用被加热物体本身作为发热体而进行内部加热,不靠热传导的作用,可以令物体内部温度迅速升高。②加热均匀性好。因为它是内部加热,往往具有自动平衡的性能,所以与外部加热相比较,容易达到均匀加热的目的。③加热易于瞬时控制。微波热惯性小,可以立即发热和升温,易于控制。④选择性吸收。某些成分非常容易吸收微波,另一些成分则不易,这种微波加热的吸收性有利于产品质量的提高。如:食品中的水分吸收微波能量要比干物质多得多,温度也高得多,这有利于水分的蒸发。干物质吸收微波能少,温度低,不过热,而且加热时间又短,因此能够保持食品的色、香、味等。⑤加热效率高。由于加热作用来自于物料本身,而且基本上不会辐射热能,所以热效率较高。

在食品工业中,部分食品在被包装之前可利用微波烘箱干燥法快速测定食品在生产过程中的水分含量,并据此加以调整。例如,在加工干酪时,在原料加入容器之前,可利用此法分析成分组成,并在搅拌之前调整成分,在以后的几个月内都应用微波烘箱干燥法来有效地控制水分。

(3)红外线干燥法。红外线干燥法是一种快速测定水分的方法,它以红外线发热管为热源,通过红外线的辐射热和直接热加热样品,高效迅速地使水分蒸发,根据干燥前后样品的质量差可以得出其水分含量。与采用热传导和对流方式的普通烘箱相比,热渗透至样品中蒸发水分所需的干燥时间能显著缩短至10~25min。但比较起来,其精密度较差,可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含量。

现在有很多型号的红外线测定仪,但基本上都是先规定测定条件后再使用,即要使得测定结果与标准法如直接干燥法测得的结果相同。仪器需要进行校正。在操作时,要控制红外线加热的距离,开始时灯管要低,然后升高;调节电压则开始应较高,后来再降低,这样既可防止样品分解,又能缩短干燥时间。此外,还要考虑样品的厚度等因素,如黏性、糊状样品要放在铝箔上摊平;还要注意样品不能有燃烧和出现表面结成硬皮的现象。随着计算机技术的发展,红外线水分测定仪的性能得到了很大的提高,在测定精度、速度、操作简易性、数字显示等方面都表现出优越的性能。

在食品领域应用的水分分析方法还有很多,如气相色谱法、冰点分析法等,这些方法在其他文献上也有阐述,限于篇幅,在这里不加以赘述。

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