第四章 食品营养成分的测定

1. 第四章 食品营养成分的测定

2. 第一节水分的测定 一、测定水分的意义 水是维持动物、植物和人体生存所必不可少的物质。除谷物和豆类种子（一般水分为12％一16％）以外，作为食品的许多动植物含水量在60％～90％，有的可能更高。 第一，水分活度影响着食品的色、香、味和组织结构等品质。 不同种类的食品，水分含量差别很大。控制食品的水分含量，对于保持食品良好的感官性状，维持食品中其他组分的平衡关系，保证食品具有一定的保存期等均起着重要的作用。例如，新鲜面包的水分含量著低于 28％～ 30％，其外观形态干瘪，失去光泽；水果硬糖的水分含量一般控制在3．0％以下，过少则会出现返砂甚至返潮现象；奶粉水分含量控制在2．5％一3．0％以内，可抑制微生物生长繁殖，延长保存期。 第二，水分活度影响着食品的保藏稳定性。微生物的生长繁殖是导致食品腐败变质的重要因素，而它们的生长繁殖与水分活度有密不可分的关系。 第三，各种生产原料中水分含量高低，除了对它们的品质和保存有影响外，对成本核算、提高工厂的经济效益等均具有重大意义。食品中水分含量的测定常常是食品分析的重要项目之一。

4. 二、食品中水分存在形式 虽然新鲜的动、植物组织和一些固态食品中含有大量水分，但是在切开时一般都不会流出水来，这是由于水分被不同的作用力维系着的缘故。维系着水分子的作用力可以分为氢键结合力和毛细管力两类。 由氢键结合力结合的水习惯上称为结合水或束缚水（bound water），如在食品中与蛋白质活性基团（－OH，=NH，－NH，－COOH，－CONHz）和碳水化合物的活性基团（－OH）以氢键相结合而不能自由运动的水即属此类。 束缚水有两个特点：①不易结冰（冰点-40℃）；②不能作为溶质的溶媒。 由于束缚水不易结冰的特点，才使得植物的种子和微生物的抱子能在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织（如新鲜水果、蔬菜、肉等）中的非束缚水，在冰冻后结冰，细胞结构被冰晶所破坏，解冻后组织立即崩溃。

5. 与束缚水相对应的水称为自由水或游离水（free water）, 即指组织、细胞中容易结冰且能溶解溶质的这部分水，它又可细分为三类： ①不可移动水或滞化水（immobilized water）是指被组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水； ②毛细管水（capillary water）是指在生物组织的细胞间隙和制成食品的结构组织中通过毛细管力所系留的水； ③自由流动水(fliud water）主要指动物的血浆、淋巴和尿液以及植物导管和细胞内液泡

6. 以食品中水的存在形式划分，水可分为三类： 物理结合水:即被吸附在物料粒子外层的水。 溶液状态的水：包括构成液态食品的水分以及构成固态食品的生物细胞内溶液、细胞破裂后排出或渗透出细胞外的溶液和游离水分（即毛细管水分)、润湿水分和孔隙中的水分等四种状态的水分。如食盐、砂糖、氨基酸、蛋白质或植物胶的水溶液中的水； 化学结合水：即基质中化合物的结晶水以及与某些化合物以氢键联结的水分，其结合力要比吸附水的分子与物质分子间的引力大得多，很难用蒸发的方法分离除去。如葡萄糖、麦芽糖、乳糖的结晶水或果胶、明胶所形成冻腔中的结合水。 食品中的微生物赖以生存的是那些游离状态的水分。化学结合水、物理结合水和细胞内的水分都难以被微生物利用。

7. 氢键结合力 水结合力 毛细管力 自由水/游离水 水结合态 不可移动水/滞化水 结合水/束缚水 毛细管水/自由流动水 存 在 形 式 物理结合水 化学结合水

8. 三、等温线 （－）水分活度 测定食品中水分的常用方法，测得的水分是包括除结晶水以外的所有水分。它并不能完全说明是否有利于微生物生长。对食品的生产和保藏均缺乏科学的指导作用。因此，为了表示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，提出了水分活度（亦称水分活性， Water actiVity）的概念。 水分活度定义为在同一条件（温度、湿度和压力等）下，溶液中的逸度（fuyacity）与纯水逸度之比。用食品水分的蒸汽压（P）与纯水蒸气（P0）之比近似表示。公式如下： Aw = P／P。= ERH／100 式中： Aw为水分活度； P为溶液或食品中的水蒸气分压； P0为纯水的蒸汽压； ERH是平衡相对湿度

9. 水分活度反映了食品与水的亲和能力程度，它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。

10. （二）等温钱 物料中的含水量与水分活度之间的关系可用图4-1来表示。通常的高含水量食品（约1g水／1g干物质）中，Aw接近1.0，即近似于理想稀溶液。由曲线上低含水量区的线段上可见，极小的水分含量变动即可引起水分活度极大的变动。曲线的这一段称为等温吸湿曲线，放大后如图4-2。

11. 在等温吸湿曲线上，按照含水量和水分活度情况可分三段：在等温吸湿曲线上，按照含水量和水分活度情况可分三段： 第1区段是单层水分子区。水在溶质上以单层水分子层吸附着，结合力最强， Aw也最低，在 0～0.25之间，此状态下的水称为 Ⅰ型束缚水。在此区段范围内，相当于物料含水 0-0.07 g／g干物质。 第2区段是多层水分子区。在此状态下存在的水是靠近溶质的多层水分子，相互间以氢键结合，还有直径小于1μm的毛细管中的水。 Aw在0.25-0.8之间，这种状态下的水称为Ⅱ型束缚水。在此区段范围内，物料含水量在0.07 g～0.33 g／g干物质范围内。 • 第3区段是毛细管凝结水区。在此区段水分在物料上以物理截留的方式凝结在食物的多孔性结构中。例如，直径大于1μm的大毛细管中的水分和纤维纤丝上的水分，其性质接近理想溶液，Aw在0.80～0.99间，这种状态放水称为Ⅲ型束缚水。与之对应的物料含水量最低为 0.14 g／g干物质，最高为20g/g干物质。 • 完全自由水即可称之为 IV型水。

12. 水分含量与水分活度 • 水分含量是指食品中水的总含量，常以质量分数表示； • 水分活度则表示食品中水分存在的状态，即反映水分与食品的结合程度或游离程度，其值越小，说明结合程度越高，其值越大， 则说明结合程度越低。同种食品一般水分含量越高其Aw值越大，但不同种食品即使水分含量相同，往往Aw值也不同。

13. Aw值与食品的保藏性能密切相关 Aw值的大小对食品的色、香、味以及食品的稳定性都有重要影响。各种微生物的生命活动及各种化学、生物化学变化都要求一定的 Aw值，故 Aw值与食品的保藏性能密切相关。相同含水量的食品由于它们的Aw值不同而保藏性能会有明显差异。因此，测定食品的水分活度，人为控制水分活度即可提高产品的质量并延长其保存期。如水果软糖中添加琼脂，主食面包中添加乳化剂，糕点生产中添加甘油等调整食品水分活度值，对改善质构口感及延长保存期均起了很好的作用。

14. （三）水分活度值的测定方法 食品中水分活度的检验方法很多，如蒸汽压力法、电湿度计法、溶剂萃取法、扩散法、水分活度测定仪法和近似计算法等。常用的有水分活度测定仪法（Aw测定仪法）、溶剂车取法和扩散法。水分活度测定仪测定，操作简便，能在较短时间得到结果。其余两个方法，只要仔细地操作也能得到满意的结果。

15. 1. Aw 测定仪法 食品水分活度测定仪分为两大类。一是冷镜式露点法，其特点是精确、快速而且便于操作，测量时间一般在5min 以内；另一类是采用传感器的电阻或电容的变化来测定相对湿度，其特点是便宜，但精确度比前者要低，而且测量时间相对更长。 水分活度测定仪的原理属于第二类。

16. 在一定的温度下，用标准饱和溶液校正Aw 测定仪的Aw 值； 在同一条件下测定样品，利用测定仪上的传感器，根据食品中的蒸汽压力的变化，从仪器上的表头上读出指示的水分活度。 Aw 测定仪原理

17. Aw 测定仪、20℃恒温箱、氯化钡饱和溶液等。 仪器与试剂

18. 操作方法 仪器校正 用小镊子将两张滤纸浸在BaCl2饱和溶液中，待滤纸浸湿均匀后，轻轻地把它放在仪器的样品盒内； 然后将具有传感器装置的表头放在样品盒上，小心拧紧，移至20℃恒温箱中，维持恒温3h 后，再将表头上的校正螺丝拧动使Aw 值为9.000。重复上述过程再校正一次。

19. 样品测定 • 取15～25℃恒温后的适量试样，置于仪器样品盒内。 • 将具有传感器装置的表头置于样品盒上轻轻地拧紧，移至20℃恒温箱中，保持恒温放置2h 以上，待指针恒定不变时，所指示数值即为此温度下试样的Aw值。 • 如果试验条件不在20℃恒温测定时，可根据表4-1 所列的Aw 校正值即可将其校正为20℃时的数值。

20. Aw 测定法说明及注意事项 取样时，对于果蔬类样品应迅速捣碎或按比例取汤汁与固形物，肉和鱼等样品需适当切细。 所用的玻璃器皿应该清洁干燥。 仪器在常规测量时一般0.5d 校准一次。当测量结果准确度较高时，则每次测量前必须进行校正。 测量头为贵重的精密器件，在测定时，必须轻拿轻放，切勿使表头直接接触样品和水；若不小心接触了液体，需蒸发干燥进行校准后才能使用。

21. 温度校正方法：如在15℃时测得某样品的Aw＝0.930，查表15℃时校正值为－0.010，故样品在20℃时的Aw＝0.930＋(－0.010)＝0.920；温度校正方法：如在15℃时测得某样品的Aw＝0.930，查表15℃时校正值为－0.010，故样品在20℃时的Aw＝0.930＋(－0.010)＝0.920； 　　 反之，在25℃某样品Aw＝0.940，查表校正值为＋0.010，故该样品在20℃时的Aw＝0.940＋(＋0.010)＝0.950。

22. 2.溶剂萃取法 原理：在一定温度下，苯所萃取出的水量与样品中水相的水分活度成正比。用卡尔－费休法分别测定苯从食品和纯水中萃取出的水量并求出两者之比，即为样品的水分活度。

23. 主要仪器和试剂 溶剂萃取法所用的主要仪器与卡尔-费休法相同。 ①卡尔-费休试剂。 甲液：在干燥的棕色玻璃瓶中加入100mL 无水甲醇、8.5g 无水乙酸钠（在120℃干燥48h 以上）、5.5g 碘化钾，充分摇匀溶解后再通入3.0～10.0g 干燥的二氧化硫。乙液： 称取37.65g 碘、27.8g 碘化钾及42.25g 无水乙酸钠移入干燥棕色瓶中，加入500mL无水甲醇，充分摇匀溶解后备用。 将甲、乙液混合，用聚乙烯膜薄套在瓶外，将瓶放在冰浴中静置一昼夜，取出后放在干燥器中，升至室温后备用。

24. 试剂的标定 取干燥带塞的玻璃瓶称重，准确加入蒸馏水30mg 左右，加入无水甲醇2mL； 不断振摇下，用卡尔-费休试剂滴定至呈黄棕色为终点。另取无水甲醇按同法进行空白试验，按下式计算滴定度（T）：

25. 操作方法 准确称取粉碎均匀的样品1.00g，置于250mL 干燥的磨口三角瓶中，加入苯100mL，盖上瓶塞。 放在摇瓶机上振摇1h，静置10min，吸取此溶液50mL 于卡尔-费休水分测定仪中，并加入无水甲醇70mL（可事先滴定以除去可能残存的水分）。 混合，用卡尔-费休试剂滴定至产生稳定的为橙红色不褪为止，或用ZKF-1 型容量滴定卡尔-费休水分测定仪滴定至终点并保持1min 不变。整个测定操作需保持在25±1℃下进行。

26. 水分活度的计算 • 另取10mL双蒸水代替样品，加苯100mL，振摇2min，静置5min，然后按上述样品测定步骤进行滴定，至终点后，同样记录消耗卡尔-费休试剂的mL 数。

27. 方法说明和注意事项 在溶剂萃取法中，除苯（光谱纯）提取样品水分外，其他步骤同水分测定中的卡尔-费休法相同。 溶剂萃取法使用的所有玻璃器皿必须干燥，这种方法与Aw 测定仪法所得的结果相当。

28. 3. 扩散法 扩散法（恒定相对湿度平衡法） 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。

29. 主要试验仪器和试剂 康威氏微量扩散皿。 • 小铝皿或玻璃皿：盛放样品用，直径为25～28mm、深度为7mm 的圆形皿； • 分析天平：感量0.0001g。

30. 主要试剂

31. 操作方法 在测定Aw 之前，需要对样品进行预处理。固体、液体或流动的浓稠状样品，可直接取样进行称量；瓶装固体、液体混合样品可取液体部分；质量多样的混合样品，则应取有代表性的混合均匀的样品。操作方法如下： ① 在预先恒重且精确称重的铝皿或玻璃皿中，精确称取1.00g 均匀样品，迅速放入康威氏皿内室中。在外室预先放入饱和标准试剂5mL，或标准的上述各式盐5.0g，加入少许蒸馏水湿润。在操作时通常选择2～4 种标准饱和试剂，每只皿装一种，其中1～2 份的Aw 值大于或小于试样的Aw 值。

32. ② 接着在扩散皿磨口边缘均匀涂上一层凡士林，样品放入后，迅速加盖密封，并移至25±0.5℃的恒温箱中放置2±0.5h（几乎绝大多数样品可在2h 后测得Aw）。 ③ 然后取出铝皿或玻璃皿，用分析天平迅速称量，分别计算各样品的质量增减数。 ④ 以各种标准饱和溶液在25℃时的Aw 值为横坐标，样品的质量增减数为纵坐标在坐标纸上作图，将各点连结成一条直线，这条线与横坐标的交点即为所测样品的水分活度值。

33. 实例说明 某食品样品在硝酸钾标准饱和溶液平衡下增重7mg，在氯化钡标准饱和溶液中增重3mg，在氯化钡中减重9mg，在溴化钾中减重15mg。 如图，可求得其Aw＝0.878。

34. 扩散法说明和注意事项 取样时应该迅速，各份样品称量应在同一条件下进行； 康威氏皿应该具有良好的密封性； 试样的大小、形状对测定结果影响不大，取试样的固体部分或液体部分都可以，样品平衡后其测定结果没有差异。

35. 前面已提到，绝大多数样品在2h 后可测得Aw。但有的样品如米饭类、油脂类、油浸烟熏类则需4d 左右时间才能测定。 　为此，需加入样品量0.2％的山梨酸作防腐剂，并以其水溶液作空白。

36. 四 食品中水分的测定 食品中水分测定的方法有许多种，通常可分为两大类：直接测定法和间接测定法。 直接测定法：采用烘干、化学干燥、蒸馏、提取或其他物理化学方法去掉样品中的水分。如：重量法、蒸馏法、卡尔·费休法等。 间接测定法：一般不去掉水分，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。

37. 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、减压干燥法和红外线干燥法。 以原样重量 - 干燥后重量 = 水分重量

38. 干燥法的注意事项 水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性成分或极微。 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，只好用真空干燥除去结合水。 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。 干燥法的三个前提条件

39. 操作条件的选择 称量瓶的选择（铝制、玻璃） 玻璃称量皿——能耐酸碱，不受样品性质的限制，常用于常压干燥法。 铝制称量盒——质量轻，导热性强，但对酸性食品不适宜，常用于减压干燥法或原粮水分的测定。 选择称量皿的大小要合适，一般样品≯1/3高度。

40. 称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。

41. 称样量 　　样品一般控制在干燥后残留物为1.5 g～3 g； 　　固态、浓稠态样品控制在 3～5 g； 　　含水分较高的样品控制在 15～20 g； 干燥设备 　　烘箱 电热烘箱有各种形式，对流式、强力循环通风式。　　① 普通； ②真空

42. 干燥器

43. 干燥条件 • 干燥温度： • 一般是 95～105℃；对含还原糖较多的食品应先（50～60℃）干燥然后再105℃加热。 • 对热稳定的谷物可用120～130℃干燥。

44. 恒重——最后两次重量之差 ＜ 2 mg 。 基本保证水分蒸发完全。 规定时间——根据经验，准确度要求不高的。 对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。 干燥时间

45. 海砂 海砂的在无数次海浪高磨擦力的作用下,使砂表面光洁,粒形圆整,含硅高,硬度强.主要用途:铸钢,铸铁,有色金属,树脂砂,覆膜,翻砂铸造以及《水处理用滤料》的理想材料等。

46. 在常压进行干燥 原理：在一定的温度（95～105℃）和压力（常压）下，将样品在烘箱中加热干燥，除去水分，干燥前后样品的质量之差为样品的水分含量。 适用范围：适用于在95℃～105℃范围内不含或含有其他挥发性成分极微且对热稳定的各种食品。 （一） 直接干燥法

47. 样品的预处理（对分析结果影响较大） b. 固体样品要磨碎（粉碎），谷类达18目，其他30～40目。 a . 采集，处理，保存过程中，要防止组分发生变化，特别要防止水分的丢失或受潮。 c. 液态样品要在水浴上先浓缩，然后进干燥箱，不然烘箱受不了。

48. d. 浓稠液体（糖浆、炼乳等）： 加水稀释，最后要把加入的水除去。 加入海砂，海砂与玻璃棒在水浴上干燥后入干燥箱，两者要知重量。 e. 含水量﹥16%的谷类食品，采用两步干燥法。如面包，切成薄片，自然风干15~20h，再称量，磨碎，过筛，烘干 。

49. －→烘箱预热 常压干燥法一般程序 －→ 称量皿衡重m3 －→准确称样+称量皿重 m1 －－→干燥1 h －→冷却30 min 称量 ←－ 冷却30 min ←－ 干燥1 h ←－ 称量 ←－ －→反复至恒重准确称样+称量皿重 m2 。

50. 固体样品干燥方法 取洁净铝制或玻璃制的扁形称量瓶，置于95～105℃烘箱中，加热0.5～1.0 h； 取出盖好，置干燥器内冷却0.5 h，称量，重复干燥至恒重。 称取2.00~10.0g 切碎或磨细的样品，放入称量瓶中，样品厚度约为5 mm。