水分的測定

**節  概述
水是食品的重要組成成分，不同種類的食品，水分含量差別大。水分是食品分析的重要項目之一。水分測定對于計算生產中的物料平衡，和實行工藝監督等方面，有很重要的意義。
一、食品中水分的存在形式：食品中水分可分為結合水和自由水兩大類。
一)自由水（游離水）
特點：游離水主要存在植物細胞間隙，具有水的一切特性，也就是說100℃時水要沸騰，0℃以下要結冰，并且易汽化。游離水是食品的主要分散劑，可以溶解糖、酸、無機鹽等，可用簡單的熱力方法除掉。
二)結合水 ：這種水是與食品中脂肪、蛋白質、碳水化合物等物質結合。它是以氫鍵的形式與有機物的活性基團結合在一起，故稱束縛水。注意：束縛水不具有水的特性，所以要除掉這部分水是困難的。特點：①不易結冰（冰點為－40℃）；②不能作為溶質的溶劑。
結合水和食品的構成成分結合，穩定食品的活性基，自由水促使腐蝕食品的微生物繁殖和酶促作用，并加速非酶褐變或脂肪氧化等化學劣變。
三)水分活度 
1、水分活度：從食品保藏的角度出發，食品的含水量不用**含量（%）表示，而用活度表示。定義：食品所顯示的水蒸氣壓P對在同一濕度下**大水蒸氣壓之比。
即：  
P ：食品中水蒸氣分壓； ：純水的蒸氣壓；：平衡相對濕度。
2、水分活度的意義：（1）反映了食品與水的親和能力程度，它表示了食品中所含的水分作為微生物化學反應和微生物生長的可用價值。（2）所以按水分含量多少難以判斷食品的保存性，只有測定和控制水分活度才對于食品保藏性具有重要意義。
    食品水分檢測方法分在線檢測和離線檢測兩類，離線檢測指的是常規取樣分析法，在線檢測指在物料處理過程中的檢測，此方法又分為在線取樣檢測和在線無損檢測。
     食品加工中**理想的水分測定方法應該是在線無損檢測，它有著比常規檢測方法更為突出的特：非破壞性、隨機性、遠距離探測、現場檢測、且檢測數據可連續性采集，并通過數理分析和邏輯判斷，能夠比較準確地推定出質量的狀況，使監督檢測的結果更具有真實性、科學性和**性，對食品加工過程實施實時、在線、全程檢測，既節約時間、保護環境、又降低成本。
二、水分的測定方法
①直接法——利用水分本身的物理性質、化學性質測定水分：重量法、蒸餾法、卡爾·費休法、化學方法。
②間接法——利用食品的物理常數通過函數關系確定水分含量。
    如測相對密度、折射率、電導、旋光率等。
第二節  水分的測定
水分測定方法有許多種，我們在選擇時要根據食品的性質來選擇。
水分測定方法：㈠熱干燥法：①常壓干燥法（此法用的廣泛）；②真空干燥法（有的樣品加熱分解時用）；③紅外線干燥法；④真空器干燥法（干燥劑法）。 ㈡蒸餾法。㈢卡爾費休法。㈣水分活度的測定。
    一、干燥法：以原樣重量—干燥后重量=水分重量
一）干燥法的注意事項
1、干燥法的前提條件：樣品本身要符合三項條件，①水分是**的揮發的物質，不含或含其它揮發性成分極微。②水分的排除情況很完全，即含膠態物質、含結合水量少。因為常壓很難把結合水除去，只好用真空干燥除去結合水。③食品中其他組分在加熱過程中發生化學反應引起的重量變化非常小。
2、操作條件的選擇
（1）稱量瓶的選擇（鋁制、玻璃）：玻璃稱量皿——能耐酸堿，不受樣品性質的限制，常用于常壓干燥法。鋁制稱量盒——質量輕，導熱性強，但對酸性食品不適宜，常用于減壓干燥法。選擇稱量皿的大小要合適，一般樣品≯1/3高度。
稱量皿放入烘箱內，蓋子應該打開，斜放在旁邊，取出時先蓋好蓋子，用紙條取，放入干燥器內，冷卻后稱重
⑵稱樣量：樣品一般控制在干燥后的殘留物為2～4克；固態、濃稠態樣品控制在 3～5 克；含水分較高的樣品控制在 15～20克。
⑶干燥設備
烘箱：電熱烘箱有各種形式，對流式、強力循環通風式。①普通；②真空。
⑷ 干燥條件（溫度和時間）
干燥溫度：1、一般是 95～105 ℃；對含還原糖較多的食品應 先（50～60℃）干燥然后再105℃加熱。2、對熱穩定的谷物可用120～130 ℃干燥。#p#分頁標題#e#
干燥時間：恒重——**后兩次重量之差 ＜ 2 mg ，基本保證水分蒸發完全。規定時間——根據經驗，準確度要求不高的。對于易結塊或形成硬皮的樣品要加入定量的海砂。
二）直接干燥法（常壓干燥法）
    1、原理：采用比水的沸點稍高的溫度（105℃)加熱試樣一定時間，讓水分充分蒸發，根據試樣減輕的質量計算水分的含量。 
2、適用范圍：適用于95～105oC下，不含或含其他揮發性物質甚微的食品。
3、樣品的制備、測定及結果計算。
⑴樣品的預處理（對分析結果影響較大）：a . 采集，處理，保存過程中，要防止組分發生變化，特別要防止水分的丟失或受潮。b. 固體樣品要磨碎（粉碎），谷類達18目，其他30～40目。c. 液態樣品要在水浴上先濃縮，然后進干燥箱。d. 濃稠液體（糖漿、煉乳等）：加水稀釋，**后要把加入的水除去；加入海砂，海砂與玻璃棒在水浴上干燥后入干燥箱，兩者要知重量。e. 含水量﹥16%的谷類食品，采用兩步干燥法。如面包，切成薄片，自然風干15~20h，再稱量，磨碎，過篩，烘干 。
常壓干燥法操作過程：烘箱預熱→稱量皿恒重→準確稱樣+稱量皿重→干燥1h→冷卻30min 稱量→干燥1h→冷卻30min 稱量→反復**恒重→準確稱樣+稱量皿重。
水分的計算：  
注意事項：不同地區、G家對加熱干燥法測定水分的條件規定不盡相同。誤差來源于樣品細度、烘干時間和溫度。水分的去除通過兩個階段完成**好。兩次干燥法。樣品的水分揮發量與干燥的時間和溫度有關。
烘箱干燥法產生誤差的原因：
⑴樣品中含有非水分易揮發性物質（酒精、醋酸、香精油、磷脂等）；
⑵樣品中的某些成分和水分的結合，使測的結果偏低（如蔗糖水解為二分子單糖），主要是限制水分揮發；
⑶食品中的脂肪與空氣中的氧發生氧化，使樣品重量增重；
⑷在高溫條件下物質的分解（果糖對熱敏感）；果糖；
⑸被測樣品表面產生硬殼，妨礙水分的擴散；尤其是對于富含糖分和淀粉的樣品；
⑹烘干到結束,樣品重新吸水。
三）減壓干燥法
（1）原理：利用水的沸點隨P↓的原理，將樣品稱量后放入真空干燥箱內，在選定的真空度與加熱溫度下干燥**恒重，干燥后樣品所失去的質量百分比即為水分含量。
（2）適用范圍：適用于105oC左右的溫度下組分易發生變化的食品如糖漿、果糖、麥乳精、果蔬等的水分測定。
測定方法（GB/T 5009.3-2003)：精密稱取試樣2.00~10.00g于恒重鋁盒內, 置于真空烘箱中, 關緊箱門, 抽**工作壓力40~50 kPa, 在60oC ± 5oC溫度下烘4h, 緩緩放進干燥空氣,打開箱門,冷**室溫稱重,兩次稱重值差不超過2mg為恒重。注意事項：樣品要放置在溫度計附近；放進空氣時要緩慢。
四）近紅外分光光度法：本法為測定微量水的方法，適用于含水量少的食品，如干菜類等。
利用近紅外線具有的被吸收特性，被吸收的能量與所測物質的含水量有關的原理來測量水分的方法即為紅外線法。用近紅外光譜法測定水分與其它的分光光度法測定一樣，繪制標準曲線，計算含量。說明：（1）測定中所用全部玻璃儀器均應烘干。（2）所用二甲基甲酰胺（DMF）必須無水。（3）本法為AOAC法，于1969年**后通過。
五）快速微波能干燥法
原理：用微波能把水分從樣品中去除。在干燥前和干燥后用電子天平讀數來測定失重并且用帶有數字百分讀數的微處理機將失重換算成水分含量。
說明：(1)本法是近年發展的新技術，適用于奶酷、肉及肉制品、番茄制品等食品中的水分測定。(2)對不同品種食品，時間設定與能量比率均有不同：奶酷食品，電源能量定為74%單位，定時器定在2.25min; 加工番茄制品電源微波能量定于100%，定時為4min?？傊?，使用的微波能量和時間取決于食品的類型。(3)對某些不同種類的產品，需要附加調整系數來取得準確的結果數據。例如：熟香腸、混合肉餡，腌、熏、曬、烤等方法加工處理過的熟肉，系數為0.55%。 
二、蒸餾法（應用廣泛的為共沸蒸餾）
    ⑴原理：兩種互不相溶的液體，二元體系的沸點低于其中各組分沸點。將食品中的水分與有機溶劑如甲苯、苯、二甲苯等，共沸蒸出，冷凝并收集餾出液，由于水與其他組分密度不同，餾出液在有刻度的接收管中分層,根據水的體積計算水分含量。
【例】有關沸點：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特點和使用范圍：此法為一種高效的換熱方法，水分可以被迅速的移去，加熱溫度比直接干燥法低。食品組分所發生的化學變化，諸如氧化，分解等作用，都較常壓烘箱法為小。另外設備簡單，操作方便，廣泛用于各類果蔬、油類等多種樣品的水分的測定。特別是香料，此法是**公認的水分含量的標準分析方法。#p#分頁標題#e#
有機溶劑種類很多, **常用的是甲苯、苯、二甲苯。通常按照下列因素選擇溶劑，如能否完全濕潤樣品，適當的熱傳導，化學惰性，可燃性以及樣品的性質等，樣品性質是選擇溶劑的重要依據。
蒸餾法的優點：⑴熱交換充分；⑵受熱后發生化學反應比重量法少；⑶設備簡單，管理方便。
        蒸餾法的缺點：⑴ 水與有機溶劑易發生乳化現象；⑵樣品中水分可能完全沒有揮發出來；
⑶水分有時附在冷凝管壁上，造成讀數誤差。
⑶操作注意事項：a. 要先接好冷水，且先打開冷凝水。b. 試劑苯、甲苯、二甲苯，要預先蒸餾，除去水分備用。c. 準確稱量適量的樣品（估計含水量2~5ml）。d. 加熱慢慢蒸餾，使2滴餾出液/每秒。
⑷計算：水分（%）= ( V∕W )×100    V：接收管內水的體積     W：樣品質量
說明及注意事項：（1）本法與干燥法有較大的差別，避免了揮發性物質減失的質量及脂肪氧化對水分測定的誤差。因此，適用于含水較多又有較多揮發性成分的蔬菜、水果、發酵食品、油脂及香辛料等食品。（2）一般加熱時要用石棉網，如樣品含糖量高，用油浴加熱較好。（3）樣品為粉狀或半流體時，先將瓶底鋪滿干潔海沙，再加入樣品及甲苯。（4）所用甲苯必須無水，也可將甲苯經過氯化鈣或無水硫酸鈉吸水，過濾蒸餾，棄去**初餾液，收集澄清透明溶液即為無水甲苯。（5）為避免接受器和冷凝管壁附著水珠，儀器必須干凈。（7）對不同品種的食品，可以選擇不同溶劑，如用正戊醇-十二甲苯（129～134?C）（1+1）混合溶劑測定奶酪;甲苯用于測定大多數香辛料；已烷用于測定辣椒類、蔥類、大蒜和其他含大量糖的香辛料。
三、卡爾·費休法（Karl Fischer)
    簡稱費休法或K—F法：1935年由卡爾·菲休提出的測定水分的定量方法，屬于碘量法，是測定水分**為準確的化學方法。卡爾費休法是測定各種物質中微量水分的一種方法，這種方法自從1935年由卡爾費休提出后，一直采用I2、SO2、吡啶、無水CH3OH（含水量在0.05%以下）配制而成，并且G際標準化組織把這個方法定為G際標準測微量水分，我們G家也把這個方法定為G家標準測微量水分。
⑴原理：利用I2氧化SO2時需要有一定的水參加反應，（氧化還原反應）。

此反應具有可逆性，當生成物 H2SO4濃度＞0.05%時，即發生可逆反應，要使反應順利向右進行，要加入適量的堿性物質以中和生成的酸，吡啶（C5H5N）可以。

                                                   氫碘酸吡啶   硫酸吡啶
硫酸吡啶很不穩定，與水發生副反應，形成干擾。若有甲醇存在，則可生成穩定的化合物。碘-二氧化硫-吡啶按1:3:10比例溶解在甲醇中，稱為卡爾-費歇爾試劑。用此卡爾-費歇爾試劑滴定**剛出現微弱黃棕色，表示有過量的碘存在，說明滴定已達到終點。
⑵適用范圍：適合于測定低水分含量的食品, 如脫水水果和蔬菜, 糖果和巧克力及高糖高蛋白低水分樣品。費休法廣泛地應用于各種液體、固體、及一些氣體樣品中水分含量的測定，也常作為水分痕量級標準分析方法，也可用于此法校定其他的測定方法。使用范圍有化工、試劑、化肥、醫藥、食品等。
    在食品分析中，能用于含水量從lppm 到接近l00％的樣品的測定，已應用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶葉、乳粉、煉乳及香料等食品中的水分測定，結果的準確度優于直接干燥法，也是測定脂肪和油品中痕量水分的理想方法。
⑶主要儀器：KF—l 型水分測定儀(上?；ぱ芯吭褐?；SDY一84 型水分滴定儀(上海醫械專機廠制。
⑷試劑：盡量用無水的試劑，有時需要蒸餾后再使用，加入無水硫酸鈉保存無水甲醇、無水吡啶，或選用費休試劑滴一下，配好費休試劑后，放置24小時后，進行標定且每天要標定。
標定有二種方法： ①是用純水進行標定。②用事先配好的水—甲醇標定。
⑸測定注意：甲醇有毒，操作時注意。
    卡爾·費歇爾滴定已被作為法定方法用于多種物質中水分的測定。但由于所用試劑的不穩定性、對樣品的溶解度及用于微量水的測定等問題，研究仍在進展，以求改進試劑和測定方法。
注：①此法適用于食品中糖果、巧克力、油脂、乳糖和脫水果蔬類等樣品；②樣品中有強還原性物料，包括維生素C的樣品不能測定；③卡爾費休法不僅可測得樣品中的自由水，而且可測出結合水，即此法測得結果更客觀地反映出樣品中總水分含量。④固體樣品細度以40目為宜，**好用粉碎機而不用研磨，防止水分損失。
5、其它測定水分方法：
1）化學干燥法#p#分頁標題#e#：就是將某種對水蒸汽具有強烈吸附作用的化學藥品與含水樣品同裝入一個干燥器（玻璃或真空干燥器），通過等溫擴散及吸附作用而使樣品達到干燥恒重，然后根據干燥前后樣品的失重即可計算出其水分含量，此法在室溫下干燥，需要較長時間，幾天、幾十天甚**幾個月。注：干燥劑有五氧化二磷、氧化鋇、高氯酸鎂、氫氧化鋅、硅膠、氧化氯等。
2）微波法：微波是指頻率范圍為103～3×105MHZ的電磁波。當微波通過含水樣品時，因水分引起的能量損耗遠遠大于干物質所引起的損耗，所以測量微波能量的損耗就可以求出樣品含水量。
3）紅外吸收光譜法：根據水分對某一波長的紅外光的吸收程度與其在樣品中含量存在一定的關系的事實即建立了紅外光譜測定水分方法。