水分的测定

**节  概述
水是食品的重要组成成分，不同种类的食品，水分含量差别大。水分是食品分析的重要项目之一。水分测定对于计算生产中的物料平衡，和实行工艺监督等方面，有很重要的意义。
一、食品中水分的存在形式：食品中水分可分为结合水和自由水两大类。
一)自由水（游离水）
特点：游离水主要存在植物细胞间隙，具有水的一切特性，也就是说100℃时水要沸腾，0℃以下要结冰，并且易汽化。游离水是食品的主要分散剂，可以溶解糖、酸、无机盐等，可用简单的热力方法除掉。
二)结合水 ：这种水是与食品中脂肪、蛋白质、碳水化合物等物质结合。它是以氢键的形式与有机物的活性基团结合在一起，故称束缚水。注意：束缚水不具有水的特性，所以要除掉这部分水是困难的。特点：①不易结冰（冰点为－40℃）；②不能作为溶质的溶剂。
结合水和食品的构成成分结合，稳定食品的活性基，自由水促使腐蚀食品的微生物繁殖和酶促作用，并加速非酶褐变或脂肪氧化等化学劣变。
三)水分活度 
1、水分活度：从食品保藏的角度出发，食品的含水量不用**含量（%）表示，而用活度表示。定义：食品所显示的水蒸气压P对在同一湿度下**大水蒸气压之比。
即：  
P ：食品中水蒸气分压； ：纯水的蒸气压；：平衡相对湿度。
2、水分活度的意义：（1）反映了食品与水的亲和能力程度，它表示了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。（2）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。
    食品水分检测方法分在线检测和离线检测两类，离线检测指的是常规取样分析法，在线检测指在物料处理过程中的检测，此方法又分为在线取样检测和在线无损检测。
     食品加工中**理想的水分测定方法应该是在线无损检测，它有着比常规检测方法更为突出的特：非破坏性、随机性、远距离探测、现场检测、且检测数据可连续性采集，并通过数理分析和逻辑判断，能够比较准确地推定出质量的状况，使监督检测的结果更具有真实性、科学性和**性，对食品加工过程实施实时、在线、全程检测，既节约时间、保护环境、又降低成本。
二、水分的测定方法
①直接法——利用水分本身的物理性质、化学性质测定水分：重量法、蒸馏法、卡尔·费休法、化学方法。
②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。
第二节  水分的测定
水分测定方法有许多种，我们在选择时要根据食品的性质来选择。
水分测定方法：㈠热干燥法：①常压干燥法（此法用的广泛）；②真空干燥法（有的样品加热分解时用）；③红外线干燥法；④真空器干燥法（干燥剂法）。 ㈡蒸馏法。㈢卡尔费休法。㈣水分活度的测定。
    一、干燥法：以原样重量—干燥后重量=水分重量
一）干燥法的注意事项
1、干燥法的前提条件：样品本身要符合三项条件，①水分是**的挥发的物质，不含或含其它挥发性成分极微。②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。③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。
2、操作条件的选择
（1）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。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
⑵称样量：样品一般控制在干燥后的残留物为2～4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。
⑶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。
⑷ 干燥条件（温度和时间）
干燥温度：1、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。2、对热稳定的谷物可用120～130 ℃干燥。#p#分页标题#e#
干燥时间：恒重——**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。
二）直接干燥法（常压干燥法）
    1、原理：采用比水的沸点稍高的温度（105℃)加热试样一定时间，让水分充分蒸发，根据试样减轻的质量计算水分的含量。 
2、适用范围：适用于95～105oC下，不含或含其他挥发性物质甚微的食品。
3、样品的制备、测定及结果计算。
⑴样品的预处理（对分析结果影响较大）：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。b. 固体样品要磨碎（粉碎），谷类达18目，其他30～40目。c. 液态样品要在水浴上先浓缩，然后进干燥箱。d. 浓稠液体（糖浆、炼乳等）：加水稀释，**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 。
常压干燥法操作过程：烘箱预热→称量皿恒重→准确称样+称量皿重→干燥1h→冷却30min 称量→干燥1h→冷却30min 称量→反复**恒重→准确称样+称量皿重。
水分的计算：  
注意事项：不同地区、G家对加热干燥法测定水分的条件规定不尽相同。误差来源于样品细度、烘干时间和温度。水分的去除通过两个阶段完成**好。两次干燥法。样品的水分挥发量与干燥的时间和温度有关。
烘箱干燥法产生误差的原因：
⑴样品中含有非水分易挥发性物质（酒精、醋酸、香精油、磷脂等）；
⑵样品中的某些成分和水分的结合，使测的结果偏低（如蔗糖水解为二分子单糖），主要是限制水分挥发；
⑶食品中的脂肪与空气中的氧发生氧化，使样品重量增重；
⑷在高温条件下物质的分解（果糖对热敏感）；果糖；
⑸被测样品表面产生硬壳，妨碍水分的扩散；尤其是对于富含糖分和淀粉的样品；
⑹烘干到结束,样品重新吸水。
三）减压干燥法
（1）原理：利用水的沸点随P↓的原理，将样品称量后放入真空干燥箱内，在选定的真空度与加热温度下干燥**恒重，干燥后样品所失去的质量百分比即为水分含量。
（2）适用范围：适用于105oC左右的温度下组分易发生变化的食品如糖浆、果糖、麦乳精、果蔬等的水分测定。
测定方法（GB/T 5009.3-2003)：精密称取试样2.00~10.00g于恒重铝盒内, 置于真空烘箱中, 关紧箱门, 抽**工作压力40~50 kPa, 在60oC ± 5oC温度下烘4h, 缓缓放进干燥空气,打开箱门,冷**室温称重,两次称重值差不超过2mg为恒重。注意事项：样品要放置在温度计附近；放进空气时要缓慢。
四）近红外分光光度法：本法为测定微量水的方法，适用于含水量少的食品，如干菜类等。
利用近红外线具有的被吸收特性，被吸收的能量与所测物质的含水量有关的原理来测量水分的方法即为红外线法。用近红外光谱法测定水分与其它的分光光度法测定一样，绘制标准曲线，计算含量。说明：（1）测定中所用全部玻璃仪器均应烘干。（2）所用二甲基甲酰胺（DMF）必须无水。（3）本法为AOAC法，于1969年**后通过。
五）快速微波能干燥法
原理：用微波能把水分从样品中去除。在干燥前和干燥后用电子天平读数来测定失重并且用带有数字百分读数的微处理机将失重换算成水分含量。
说明：(1)本法是近年发展的新技术，适用于奶酷、肉及肉制品、番茄制品等食品中的水分测定。(2)对不同品种食品，时间设定与能量比率均有不同：奶酷食品，电源能量定为74%单位，定时器定在2.25min; 加工番茄制品电源微波能量定于100%，定时为4min。总之，使用的微波能量和时间取决于食品的类型。(3)对某些不同种类的产品，需要附加调整系数来取得准确的结果数据。例如：熟香肠、混合肉馅，腌、熏、晒、烤等方法加工处理过的熟肉，系数为0.55%。 
二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）
    ⑴原理：两种互不相溶的液体，二元体系的沸点低于其中各组分沸点。将食品中的水分与有机溶剂如甲苯、苯、二甲苯等，共沸蒸出，冷凝并收集馏出液，由于水与其他组分密度不同，馏出液在有刻度的接收管中分层,根据水的体积计算水分含量。
【例】有关沸点：水— 100℃；苯— 80.2℃; 甲苯—110.7℃；二甲苯—139℃；水+苯、甲苯、二甲苯— 69.25℃、84.1℃、92℃。
⑵特点和使用范围：此法为一种高效的换热方法，水分可以被迅速的移去，加热温度比直接干燥法低。食品组分所发生的化学变化，诸如氧化，分解等作用，都较常压烘箱法为小。另外设备简单，操作方便，广泛用于各类果蔬、油类等多种样品的水分的测定。特别是香料，此法是**公认的水分含量的标准分析方法。#p#分页标题#e#
有机溶剂种类很多, **常用的是甲苯、苯、二甲苯。通常按照下列因素选择溶剂，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，样品性质是选择溶剂的重要依据。
蒸馏法的优点：⑴热交换充分；⑵受热后发生化学反应比重量法少；⑶设备简单，管理方便。
        蒸馏法的缺点：⑴ 水与有机溶剂易发生乳化现象；⑵样品中水分可能完全没有挥发出来；
⑶水分有时附在冷凝管壁上，造成读数误差。
⑶操作注意事项：a. 要先接好冷水，且先打开冷凝水。b. 试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。c. 准确称量适量的样品（估计含水量2~5ml）。d. 加热慢慢蒸馏，使2滴馏出液/每秒。
⑷计算：水分（%）= ( V∕W )×100    V：接收管内水的体积     W：样品质量
说明及注意事项：（1）本法与干燥法有较大的差别，避免了挥发性物质减失的质量及脂肪氧化对水分测定的误差。因此，适用于含水较多又有较多挥发性成分的蔬菜、水果、发酵食品、油脂及香辛料等食品。（2）一般加热时要用石棉网，如样品含糖量高，用油浴加热较好。（3）样品为粉状或半流体时，先将瓶底铺满干洁海沙，再加入样品及甲苯。（4）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**初馏液，收集澄清透明溶液即为无水甲苯。（5）为避免接受器和冷凝管壁附着水珠，仪器必须干净。（7）对不同品种的食品，可以选择不同溶剂，如用正戊醇-十二甲苯（129～134˚C）（1+1）混合溶剂测定奶酪;甲苯用于测定大多数香辛料；已烷用于测定辣椒类、葱类、大蒜和其他含大量糖的香辛料。
三、卡尔·费休法（Karl Fischer)
    简称费休法或K—F法：1935年由卡尔·菲休提出的测定水分的定量方法，属于碘量法，是测定水分**为准确的化学方法。卡尔费休法是测定各种物质中微量水分的一种方法，这种方法自从1935年由卡尔费休提出后，一直采用I2、SO2、吡啶、无水CH3OH（含水量在0.05%以下）配制而成，并且G际标准化组织把这个方法定为G际标准测微量水分，我们G家也把这个方法定为G家标准测微量水分。
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）。

此反应具有可逆性，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，要加入适量的碱性物质以中和生成的酸，吡啶（C5H5N）可以。

                                                   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。碘-二氧化硫-吡啶按1:3:10比例溶解在甲醇中，称为卡尔-费歇尔试剂。用此卡尔-费歇尔试剂滴定**刚出现微弱黄棕色，表示有过量的碘存在，说明滴定已达到终点。
⑵适用范围：适合于测定低水分含量的食品, 如脱水水果和蔬菜, 糖果和巧克力及高糖高蛋白低水分样品。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，也可用于此法校定其他的测定方法。使用范围有化工、试剂、化肥、医药、食品等。
    在食品分析中，能用于含水量从lppm 到接近l00％的样品的测定，已应用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定，结果的准确度优于直接干燥法，也是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。
⑶主要仪器：KF—l 型水分测定仪(上海化工研究院制)；SDY一84 型水分滴定仪(上海医械专机厂制。
⑷试剂：尽量用无水的试剂，有时需要蒸馏后再使用，加入无水硫酸钠保存无水甲醇、无水吡啶，或选用费休试剂滴一下，配好费休试剂后，放置24小时后，进行标定且每天要标定。
标定有二种方法： ①是用纯水进行标定。②用事先配好的水—甲醇标定。
⑸测定注意：甲醇有毒，操作时注意。
    卡尔·费歇尔滴定已被作为法定方法用于多种物质中水分的测定。但由于所用试剂的不稳定性、对样品的溶解度及用于微量水的测定等问题，研究仍在进展，以求改进试剂和测定方法。
注：①此法适用于食品中糖果、巧克力、油脂、乳糖和脱水果蔬类等样品；②样品中有强还原性物料，包括维生素C的样品不能测定；③卡尔费休法不仅可测得样品中的自由水，而且可测出结合水，即此法测得结果更客观地反映出样品中总水分含量。④固体样品细度以40目为宜，**好用粉碎机而不用研磨，防止水分损失。
5、其它测定水分方法：
1）化学干燥法#p#分页标题#e#：就是将某种对水蒸汽具有强烈吸附作用的化学药品与含水样品同装入一个干燥器（玻璃或真空干燥器），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失重即可计算出其水分含量，此法在室温下干燥，需要较长时间，几天、几十天甚**几个月。注：干燥剂有五氧化二磷、氧化钡、高氯酸镁、氢氧化锌、硅胶、氧化氯等。
2）微波法：微波是指频率范围为103～3×105MHZ的电磁波。当微波通过含水样品时，因水分引起的能量损耗远远大于干物质所引起的损耗，所以测量微波能量的损耗就可以求出样品含水量。
3）红外吸收光谱法：根据水分对某一波长的红外光的吸收程度与其在样品中含量存在一定的关系的事实即建立了红外光谱测定水分方法。