第三章 水分的测定

第三章水分和水分活度的测定本章的主要学习内容包括：第一节水分的概述，复习食品化学中学到的水分存在形态和水分测定的意义。

第二节水分的测定，讲述三种测定方法，干燥法和K-F法需要掌握，蒸馏法了解第三节水分活度的测定，讲述三种方法，掌握康威氏皿扩散法。

第一节水分的概述水是生物体的溶剂、载体、反应介质、构象稳定剂。

一切生理生化反应、酶反应、微生物活动，都需要水的参与。

水分在食品分析中，几乎是所有产品的必检项，因为它是：1.重要的质量指标：影响感官（干瘪、结块等）、物性（持水性、弹性等）、保藏性（主要指水分活度的影响，对微生物、酶、化学反应有直接影响）。

2.重要的经济指标：成本（每增加一个百分点，成本相差很多，特别是高附加值产品），它还是其它成分的测定基础。

食品中固形物：指食品内水分排除后的全部残留物，包括蛋白质、脂肪、组纤维、灰分等。

它们的含量可以用干基含量/湿基含量来表示。

一、水分存在的形态：分结合水和自由水。

结合水：食品中与其它成分结合在一起水。

此部分的水在沸点和冰点不发生相变；压榨不与组织细胞分离；不具有溶剂特性。

如：1）与蛋白质的活性基团（-OH,=NH,-NH3,-COOH,-CONH2)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；2）与蛋白质、淀粉水合作用和膨润吸收作用水分、以及某些盐类结晶水等。

自由水：包括动植物食品组织中通过毛细管作用力所吸存的不可移动的凝胶态水；存在于细胞外各种毛细管和腔体中的水；吸附于食品表面的吸附水。

此部分水具有水的基本特性，有相变，有溶剂特性，可以热力去除。

二、水分活度水分活度是指食品中水分存在的状态，表征水分与食品结合程度（游离程度）。

(1)水分活度值越高，结合程度越低；水分活度值越低，结合程度越高；(2)水分活度数值：用Aw表示，水分活度值等于用百分率表示的相对湿度；(3)水分活度的测试意义：Aw值对食品保藏具有重要的意义。

因为A W反映了食品与水的亲和能力程度，它表示了食品中所含水分作为化学反应和微生物生长的可用价值。

食品的水分活度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。

第二节水分的测定水分测定有两种方式：①直接法——利用水分本身的物理性质，采用烘干、化学干燥、蒸馏等方法去除样品中水分，再通过称量等手段得到水分含量。

如重量法、蒸馏法、卡尔·费休法等。

②间接法——不去除水分，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。

其中直接法比间接法准确度高。

一、干燥法干燥法是根据重量减少来测定水分含量的，原样重量- 干燥后重量= 水分重量1.干燥样品的一般条件（并非绝对）：（1）水分是唯一的挥发物质，不含其它挥发性成分或含量极微。

（2）水分排除完全，即含结合水量少。

（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，可忽略不计，对热稳定的食品。

如美拉德反应。

或者对于其中发生的反应是已经的，也可以继续采用这种方法。

比如啤酒厂要经常测啤酒花的水分，啤酒花中含有一部分易挥发的芳香油。

这一点不符合我们的第一点要求，如果用烘箱法烘，挥发物与水分同时失去，造成分析误差。

此外，啤酒花中的α-酸在烘干过程中，部分发生氧化等化学反应，这又造成分析上的误差，在已知了这两种分析误差后，一般工厂还是用便捷的烘干法测定，他们一般采取低温长时间（80～85℃烘4小时），或者高温短时（105℃烘1小时）。

2.称量条件的选择：（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测定。

选择称量皿的大小要合适，一般样品≯1/3高度（2）称样量样品一般控制在干燥后的残留物为1.5～3g ：*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；（3）干燥条件*一般是95～105 ℃；*对热稳定的谷物可用120～130 ℃干燥。

*对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一次（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。

（4）干燥时间：达到恒重，即最后两次重量之差＜2mg ，基本保证水分蒸发完全。

或根据经验，按既定的规定时间控制时间。

（5）对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂。

如：测定冰淇淋固形物时，可加入海砂，不仅使搅拌更加均匀，防样品结块，同时增大受热与蒸发面积，加速水分蒸发，使样品达到恒重，缩短分析时间。

（6）对于水分含量高于16%的样品，为避免长时间热处理，需要进行二次干燥，即首先进行风干，再进行干燥箱加热测定。

干燥法分为常压干燥法和减压干燥法，下面分述之：（一）常压干燥法：1. 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。

对含还原糖较多的食品应先（50~60℃）干燥然后再105℃加热；对含较多结合水的样品，可用真空干燥除去结合水。

2. 样品制备、测定及结果计算：（1）样品制备：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，不然时间大大延长。

d. 浓稠液体（糖浆、炼乳等）：加水稀释（为什么）？加入海砂防止表壳焦化，海砂干燥入干燥箱，要已知重量。

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。

避免长时间加热，也避免液体成分多，溅出及爆裂，损失样品。

（2）样品测定过程烘箱预热、称量皿衡重m3、准确称样+称量皿重m1、干燥1h、冷却30min 称量、干燥1h、冷却30min、称量、反复至恒重准确称样+称量皿重m2。

（3）结果的计算：水分% = ( m1 - m2)/ (m1 - m3) ×100%（4）烘箱直接干燥法的误差原因：a 样品中含有非水分易挥发性物质（酒精、醋酸、香精油、磷脂等）；b样品中的某些成分和水分的结合，使结果偏低（如蔗糖水解为二分子单糖），限制水分挥发；c 脂肪与空气中的氧发生氧化，样品增重；d 在高温条件下物质的分解（果糖对热敏感）；果糖C6H12O6 在大于70℃时△→C6H6O3 + 3H2O；e 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；f 烘干到结束，样品重新吸水。

生产中会常用到红外线快水仪和卤素灯快水仪。

（二）减压干燥法：1. 原理利用水的沸点随P↓而降低的原理，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至恒重，干燥后样品所失去的质量百分比即为水分含量。

如：AOAC 927.05, 奶粉中水分的测定；AOAC 934.01，饲料中干物质和水分（干燥失重）的测定（AOAC是分析化学家协会的颁布的系列标准简称），本法适用于在100℃以上加热容易变质及含有不易除去结合水的食品，接近真实水分，如糖浆、味精、高脂肪的食品、果蔬及果蔬制品。

如：蜂皇浆在高温下长时加热，果糖氧化分解，因此，水分测定条件为：温度70℃，真空度2.7kpa，干燥4h。

2.真空干燥工作流程：包括真空系统，干燥箱，安全瓶和过滤装置。

硅胶和苛性钠的作用分别是吸收水分和吸收酸性气体，安全瓶的作用是防止颗粒物质被吸入真空装置。

二、蒸馏法（广泛应用于共沸蒸馏法）1. 原理把不溶于水的有机溶剂（如二甲苯、甲苯、苯等）和样品放入蒸馏式水分测定装置中加热，试样中的水分与溶剂蒸汽共沸蒸发，蒸汽在冷凝管中冷凝，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。

对热不稳定的食品，一般不采用二甲苯，因其沸点高，常选用低沸点的有机溶剂，如苯。

对于一些含有糖分，可分解释放出水分的样品，如脱水洋葱和脱水大蒜可采用苯，要根据样品的性质来选择有机溶剂。

2.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。

另外是在密闭的容器中进行的，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。

特别是香料产品，此法是AOAC（分析化学家协会）唯一公认的水分含量的标准分析方法。

3.操作方法：a. 准确称取2.00~5.00g样品（估计含水量2~5mL为好）于250mL水分测定蒸馏瓶中，加入约50~75mL有机溶剂（有机溶剂要预先蒸馏，除去水分）；b. 先接好冷水，且先打开冷凝水，徐徐蒸馏，使2滴馏出液/s。

c. 水分大部分蒸发后，加快蒸馏速度，至水量不再增加，以二甲苯冲洗冷凝管，即可读数。

4.计算：水分（mL/g）= V / WV ——刻度管中水层的容量mLW ——样品的重量（g）蒸馏法的特点：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水分或附在冷凝管壁上，造成读数误差三、卡尔-费休法卡尔-费休（Karl • Fischer）法，简称费休法或K-F法，是在1935年由卡尔•费休提出的测定水分的容量方法，属于碘量法，对于测定水分最为专一，也是测定水分最为准确的化学方法。

国际标准化组织把此方法定为国际标准测微量水分，我国也将此法定为国家标准测微量水分。

1.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）I2+SO2+2H2O →H2SO4+2HI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吡啶（C5H5N）以中和生成的酸。

总反应式：I2+SO2+2H2O+3C5H5N →2C5H5NHI+C5H5NSO3氢碘酸吡啶硫酸吡啶（不稳定）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。

※将I2、SO2、C5H5N 、CH3OH 配在一起成为费休试剂。

费休试剂的组成要熟练掌握。

终点判定：目视法：是当用费休试剂滴定样品达到化学计量点时，再过量1滴费休试剂中的游离碘即会使体系呈现浅黄甚至棕黄色，据此即作为终点而停止滴定，此法适用于含有1%以上水分的样品，由其产生的终点误差不大；永停法：为双指示电极安培滴定法，利用电流或电压判定终点。

此法更适宜于测定深色样品及微量、痕量水分时采用。

2.适用范围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，也可用于校定其他的测定方法。