[科普中國]-平衡水分

食品的水分活度

根據(jù)熱力學原理，在一定的溫度和相對濕度(RH)下，當食品內的蒸汽壓與外界空氣的蒸氣壓達到平衡時，食品中的含水量。

大多數(shù)新鮮食品中都含有較多的水分，例如一般情況下果實的含水量為70%～90%，蔬菜為75%～90%，肉類為50%～80%，當空氣的相對濕度低于食品的蒸氣壓時，這些食品就會失水萎蔫。

煤炭平衡水分煤在規(guī)定溫度與規(guī)定相對濕度相平衡時的水分。

所屬學科：煤炭科技（一級學科）；煤炭加工利用（二級學科）；煤化學及煤質分析（三級學科）

糧食平衡水分的概念糧食在貯藏期中的水分，是隨著空氣中溫、濕度的變化而變化。當糧食從周圍環(huán)境中吸收水分的速率相等于糧食從周圍環(huán)境中散失水分的速率時，則糧食處于與環(huán)境平衡狀態(tài)，這種處于平衡狀態(tài)時的水分，叫做平衡水分或濕度平衡。與糧食周圍空氣相平衡的相對濕度叫做平衡相對濕度。各種糧食的平衡水分含量隨著溫度和相對濕度而變化，它可用濕基或干基表示。用于數(shù)學上計算時，通常用干基表示。

在各種溫度下，各種糧食的含水量和平衡相對濕度之間的關系，可用平衡曲線來表示。有時，這種曲線被涉及到等溫線，因為每一條曲線的效用，常常與某種特殊的溫度相一致。

影響糧食平衡水分的因素有糧食的種類、等級、成熟度、溫度和濕度。在一定溫度下，同一含水量的糧食放置在不同的相對濕度中，將隨著放置日數(shù)而逐漸達到平衡。相對濕度愈大，糧食平衡水分愈大；相對濕度愈小，平衡水分亦小。在相對濕度相同時，溫度愈高夕平衡水分愈低，溫度愈低，平衡水分反而變大。

糧食及其加工產品的平衡水分由于平衡水分含量在糧食貯藏實踐上的重要性，許多糧種的平衡水分含量業(yè)已用實驗方法進行側定。根據(jù)不同文獻所查得其特點值，分別以谷類、油料類、薯類、成品糧、加工制品與付產品進行敘述由于不同種類或不同品種的糧食，其組織結構與化學成分或多或少有所差異。因而，在同狀況下所達到的平衡水分亦有不同。歸納有如下幾點。

由于谷類、薯類中的薯干所含親水物質較多，油料類所含疏水物質較多。其平衡水分就明顯的表現(xiàn)了油料類小于谷類、薯干。如在20℃時,相對濕度70%的空氣中，小麥平衡水分為14.8%，大豆為11.5%，蓖麻籽僅為6.10%，其平衡水分幾乎比谷類要少一半。但大豆在相對濕度接近于90%以上時，又呈現(xiàn)了幾乎反常的平衡水分。

在同一溫度下，空氣相對濕度愈大，糧食平衡水分愈大，而在同一相對濕度下，則糧溫與平衡水分呈現(xiàn)負相關。這種關系與吸附過程的熱化學式有關，可用勒夏泰列原理解釋。

糧食加工制品，在相同狀況下，平衡水分顯然小于谷類及其加工產品，如面包、餅干等。這種現(xiàn)象可能與淀粉外露的極性分子數(shù)目減少有關。由于具有相應低的相對平衡值，所以易于貯藏。而加工付產品如糠裁、亞麻仁餅等，在同一狀況下，顯然，平衡值高于其他糧食,特別是在飽和狀態(tài)時,可達38一40多，而谷類一般為20%左右。所以，加工付產品在高水分時，易于發(fā)熱，不好貯藏。

不同糧食品種,其化學分析稍有差異。這可能是不同成熟度的糧食被看成同樣的緣故。糧食作物化學成分或生長歷程的變化，對平衡水分含量影響極大。在糧粒溫度達到60℃以上進行干燥的過程中，由于稍有化學變化，這種人工千燥會使玉米的平衡水分含量減少0.5一1%。糧食平衡水分含量還取決于以往其解吸和吸附經(jīng)歷。吸附過程平衡水分含量與解吸過程平衡水分含量之間有所差別。

平衡含水分的測定測定平衡水分常常有二種方法。一種是靜態(tài)法，即是糧食在一定狀態(tài)下達到平衡不用空氣或糧粒的機械震動而完成的。一種是動態(tài)法，即是糧食在一定狀態(tài)下達到平衡是用空氣或糧粒的機械震動而完成的，其中動態(tài)法測定很快，通常用的是濕糧，干燥至平衡狀態(tài)為止，在第二天或更少時間，就可得到數(shù)據(jù)，但在設計上和裝備上還有問題。所以，靜態(tài)法已經(jīng)更加廣泛的應用著。但靜態(tài)法需用時間長達幾個星期。

當用靜態(tài)法測定時，一種是飽和鹽溶液，一種是酸溶液。由于糧食及其加工產品需要長時間才能達到平衡夕因而相對濕度約80%以上時，霉菌發(fā)育很快，如果沒有特殊處理，所得平衡值常常不夠正確。

用飽和鹽溶液保持相對濕度在一個密閉容器中，應用飽和鹽溶液，可以從試驗開始到終了獲得同樣的相對濕度。

在一定濃度的溶液下的相對濕度由于溫度變化而有不同，在一定濃度下，當溫度增高時,相對濕度往往減少。

在某一溫度下，每種鹽類都有它相應的飽和溶液。超過一定數(shù)值，就要成為過飽和狀態(tài)。過飽和的鹽類，當溶液冷卻后，它將從溶液中結晶出來。所需要的飽和溶液的溶解數(shù)，取決于溶液所用藥劑達到平衡的變化和容器的大小。

在一定溫度下，同時試驗兒種不同的相對濕度，其試驗樣品，一般支撐在一個有飽和鹽溶液的密閉容器的網(wǎng)眼籃子里。為防止生銹可外涂銀粉。測定時置放小樣品的數(shù)量為10一15顆谷粒。谷粒的表面積不要超過鹽溶液所暴露的表面積。同時樣品在溶液上應有足夠遠的某一距離，使容器移動時，鹽溶液不致濺濕糧粒為原則。

在恒溫箱內置放天平。測定前后及在整個試驗過程中的稱重，可在恒溫箱內連同支撐網(wǎng)眼籃子的細銅絲一起進行。達到平衡時間約為7一12天。但有的記載要經(jīng)過幾個星期。

用酸溶液保持相時濕度在密閉容器中，由于酸的百分比的變的是硫酸。其酸的局部蒸氣壓比水的局部蒸氣壓較小。其硫酸的局部蒸氣壓與水比較，比其他酸類更低，在更低濃度和更低的溫度下，其硫酸的分壓力更小，因而就有可能到實際工作中。

將糧粒放在硫酸溶液上面1.5一2個月，達到平衡后，再來測定其含水量。在我國有人試驗僅放14天。

如果將糧粒放在玻璃管或特制的吸收劑里用預先通過硫酸溶液的空氣來進行，可以很快地測定平衡含水量。一般的測定時間為5一7天。

從以前測定資料來看，小麥和玉米已干燥至8%的平衡含水量，與糧粒使其重新再濕至16%比較,水分大約減少0.5%。其含水量的不同，由于滯后作用的結果。關于達到平衡的時間，在實際觀測中，上述有的測定可能有時過短，糧粒在4一8星期將會接近平衡。低溫之下，平衡更慢。

此外，測定糧食平衡水分含量更為正確的方法是直接測量置于預先抽成真空容器內的糧食水蒸氣壓。這時水蒸氣分子將由糧粒擴散直至平衡。測定容器中的水蒸氣壓和溫度以及處于平衡狀態(tài)下的糧食水分含量，可求得該試祥的平衡水分含量。這種方法快速而且精確。但所需要實驗費用較大。需要一臺真空汞，一個精密的壓力計以及一套密閉的玻璃管道裝置。

平衡水分的應用平衡水分含量一溫度一相對濕度三者之間的關系十分密切，在生產實際上具有重要意義。通過日曬、烘干方法來干燥糧食，運用自然通風與人工通風來降溫除濕，化學成分不同的糧食在相同貯藏條件下對于水分大小的要求，都是遵循吸濕平衡的原理來實現(xiàn)的。

多管自然通風法就是利用冬春季節(jié)自然通風引入于冷空氣使含水量在25%以下的玉米和18%的高粱降低溫度、水分至安全標準進行長期貯藏的方法，目前已經(jīng)在東北地區(qū)遼寧、黑龍江等省試驗成功。這種方法具有減輕勞動強度，節(jié)省人力物力、降低保管費用，避免糧食污染等優(yōu)點。它的依據(jù)就是由于冬春季節(jié)空氣干冷，相對濕度很低,據(jù)據(jù)平衡水分理論，高水分糧食就會在干冷空氣條件下，通過通風管道和糧堆孔隙逐步向空氣中放出水分并降低溫度，從而在較長時間內把糧食水分降低到相對安全標準，并保持糧食處于低溫狀態(tài)。

糧食干燥大都采用空氣做介質。干燥空氣起著兩種作用：(1)排除糧食蒸發(fā)出來的水分；(2)提供使糧食水分蒸發(fā)的熱量。糧食水分的蒸發(fā)主要是糧食的表面水分，糧食通過解吸作用使糧食內的水分逐漸向表面擴散，最終達到均勻干燥的目的。1