第三章 水分的测定
一、水分测定意义：
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。
1、食品中水分含量多少，关系到食品品质的保持和食品稳定性的提高。例如，脱水果蔬的非酶褐变，可随水分含量的增加而增加。
2、水分减少（某些食品的水分减少到一定程度时）将引起水分和食品中其他组分的平衡关系的破坏。例如，水分少可产生pro的变性，糖和盐的结晶的，食品降低的复水性等。
3、水分多会引起食品的腐败变质。
对于果汁、番茄酱、糖水、糖浆等食品及其辅料，质量标准中常列入固形物的含量。
二、固形物：是指将食品内水分排除以后的全部残留物，其组分有pro.fat.粗纤维、无氮抽出物和灰分等。直接测定固形物的方法也就是间接测定水分的方法。反之也一样。即固形物（%）=100—水分（%）
对于果汁、番茄酱、糖水、糖浆等食品及其辅料常需测定其固形物含量，因此我们引入固形物这个概念。
第一节 食品的水分含量
各种食品的水分含量差别很大。例如：
鲜果：69.7%--92.5% 鲜蛋：67.3%--74.0% 鲜菜：79.7%--97.1%
脱水蔬菜：6%—9% 鲜瘦肉：52.6%--77.4% 面粉：12%--14%
牛乳：87.0%--87.5% 饼干：2.5%--4.5% 乳粉（全）3.0%--5.0%
面包一般：32%--42% 主食面包32%--36% 花色面包 36%--42%
第二节 食品中水分的存在形式
食品中水分主要有三种存在形式：
1、机械结合水：（常说的游离水）由分子间力形成的吸附水及充满在毛细管或巨大孔隙中的毛细管水。容易蒸发。
2、真溶液和胶态溶液的分散介质：（结合水）如食盐、砂糖、氨基酸、蛋白质或植物胶的水溶液中的水。这部分水一部分容易除去，一部分不容易除去。
3、化学结合水；（化合水）是以配价键结合的，其结合力要比分子间力大。如葡萄糖、麦芽糖、乳糖的结晶水或果胶、明胶所形成冻胶中的结合水。很难用蒸发的方法除去。（灰化时才可除去）
第三节 常见的几种水分测定法
水分测定法通常分为两类
直接法：利用水分本身的物理性质和化学性质测定水分的方法叫直接法。如 如重量法、蒸留法和卡尔·费休法。
间接法：利用食品的比重、折射率、电导、介电常数等物理性质测定水分的方法，叫间接法。一般测定水分的方法要根据食品性质和测定目的来选定。
一、重量法
重量法：凡操作过程中包括有称量步骤的测定方法统称为重量法。如烘箱干燥法、红外线干燥法、干燥剂法等。
（一）烘箱干燥法
1、定义：在一定温度和压力条件下，将样品加热干燥，以排除其中水分的方法，叫做烘箱干燥法。
2、分类：a：常压烘箱干燥法：（1）不可能测出食品中的真正水分，残留学1%的水分（2）设备简单时间长，不适于胶体、高脂肪、高糖食品以及易氧化、易挥发物质的食品。
b：真空烘箱干燥法：常被当做标准法。（1）测定结果比较接近真正水分，重现性好。（2）温度低，可减少氧化，时间短。
3、利用烘箱干燥法测定水分要符合三项条件
第三节 常见的几种水分测定法
水分测定法通常分为两类
直接法：利用水分本身的物理性质和化学性质测定水分的方法叫直接法。如 如重量法、蒸留法和卡尔·费休法。
间接法：利用食品的比重、折射率、电导、介电常数等物理性质测定水分的方法，叫间接法。一般测定水分的方法要根据食品性质和测定目的来选定。
一、重量法
重量法：凡操作过程中包括有称量步骤的测定方法统称为重量法。如烘箱干燥法、红外线干燥法、干燥剂法等。
（一）烘箱干燥法
1、定义：在一定温度和压力条件下，将样品加热干燥，以排除其中水分的方法，叫做烘箱干燥法。
2、分类：a：常压烘箱干燥法：（1）不可能测出食品中的真正水分，残留学1%的水分（2）设备简单时间长，不适于胶体、高脂肪、高糖食品以及易氧化、易挥发物质的食品。
b：真空烘箱干燥法：常被当做标准法。（1）测定结果比较接近真正水分，重现性好。（2）温度低，可减少氧化，时间短。
3、利用烘箱干燥法测定水分要符合三项条件
符合条件：1、水分是唯一的挥发物质；2、水分排除情况很完全；3、食品中其他组分在加热过程中由于发生化学反应，而引起的重量变化可忽略不计。
4、烘箱干燥法的操作要点
（1）样品的预处理：
a、固体样品：必须磨碎过筛。谷类约为18目其他食品为30—40目。
b、液态样品：先在水浴上浓缩，然后用烘箱干燥。
c、浓稠液体：如糖浆、甜炼乳等，一般要加水稀释。糖浆稀释到固形物含量为20—30%。如甜炼乳稀释，取样品25克加水定容到100ml。
d、水分含量大于16%的谷类食品，可采用二步干燥法。如面包称重——切片（2-3mm）——风干（15-20小时）——再称重——磨碎——过筛——用烘箱干燥法测定水分
二步干燥法：先在低温条件下干燥，再用较高温度干燥的方法。
在二步操作法中，测定结果用下式表示：
z（%）=（W1-W2）+W2x%/W1*100
其中 z：新鲜面包的水分百分含量
x：风干面包的水分百分含量
W1：新鲜面包的总重量
W2：风干面包的总重量
二步操作法的分析结果准确度较高，但费时更长。
（2）烘箱干燥法的操作步骤 ：
1、称量瓶称重：称量瓶—清洗—烘干（100-105 开盖1小时）—干燥器中冷却（半小时）—称重
2、称取样品：（用分析天平精密称取2克左右样品）
3、烘箱烘干：称量瓶与样品—烘干（100-105 5-6h）揭开瓶盖少许—冷却（干燥器中，半小时）—称重
4、再次称重：称量瓶+样品—烘干（100-105 1h）—称重直到前后两次称重差不超过千分之二。即为恒重（2mg）
5、结果计算：干物质（%）=W3-W1/W2-W1*100 水分（%）=1-干物质（%）
W1——称量瓶重（g）
W2——称量瓶+样品重（g）
W3——烘干后称重瓶+样品重（g）
真空干燥法条件（温度50-60℃，真空度为40-53.3kpa 300-400mmHg)
(3)样品重量和称量皿规格：
样品重量通常控制其干燥残留物为2-5克，有的国家，对于番茄制品等蔬菜制品，规定每平方厘米称量皿底面积内，干燥残留物为9-12毫克。
（玻璃）称量皿底部直径：
对少量液体为4—5厘米；对多量液体为6.5—9.0厘米；对水产品为9厘米
（2）烘箱干燥法的操作步骤 ：
1、称量瓶称重：称量瓶—清洗—烘干（100-105 开盖1小时）—干燥器中冷却（半小时）—称重
2、称取样品：（用分析天平精密称取2克左右样品）
3、烘箱烘干：称量瓶与样品—烘干（100-105 5-6h）揭开瓶盖少许—冷却（干燥器中，半小时）—称重
4、再次称重：称量瓶+样品—烘干（100-105 1h）—称重直到前后两次称重差不超过千分之二。即为恒重（2mg）
5、结果计算：干物质（%）=W3-W1/W2-W1*100 水分（%）=1-干物质（%）
W1——称量瓶重（g）
W2——称量瓶+样品重（g）
W3——烘干后称重瓶+样品重（g）
真空干燥法条件（温度50-60℃，真空度为40-53.3kpa 300-400mmHg)
(3)样品重量和称量皿规格：
样品重量通常控制其干燥残留物为2-5克，有的国家，对于番茄制品等蔬菜制品，规定每平方厘米称量皿底面积内，干燥残留物为9-12毫克。
（玻璃）称量皿底部直径：
对少量液体为4—5厘米；对多量液体为6.5—9.0厘米；对水产品为9厘米
（铝质）称量皿的规格为：直径5厘米、高度至少2厘米
直径加大时，高度至少3厘米
（4）干燥条件选择：
烘箱干燥法所选用的温度、压力及干燥时间，因被测样品的性质及分析目的不同而有改变。
a、干燥温度：通常为70—100℃，对热稳定可用120℃、130℃或更高温度。这样可大大缩短干燥时间。
b、干燥压强：常压：1个大气压760mmHg
减压（真空）：油脂罐头食品绝对压强<100mmHg、糖和糖制品<50mmHg、面包、蛋<25mmHg、其他制品见表4—1（P80）
C、干燥时间：确定方法有两种
恒重法：干燥至恒重的方法：即干燥残留物重为2--5克时当连续两次干燥放冷称重后，重量相差<1—3mg达到恒重，即可确定干燥时间。
规定干燥时间法：是指在这个时间内样品内大部分水分，已被除去，以后的干燥对测定结果改变很小可忽略不计。具体时间应通过实验来确定。操作条件更严格。
（5）干燥设备
最简便的干燥设备是装有温度调节器的常压电热烘箱。
a、常压电热烘箱
可分为 对流式：一般采用对流式，烘箱内各部位的温度变动不应超过±2℃，偏差为0.1—0.3% 。
强力通风式：利用通风设备进行通风。风循环，温度差变动最小1℃
b、双层烘箱：在两层之间灌水，也就是水浴加热保证恒温。
c、全自动或半自动水分测定仪：不需取出称量皿，也不用放冷，可直接读水分含量。
d、真空烘箱：利用连续抽气的方法降低空气中的蒸汽压，提高干燥速率。干燥时最好送入干燥空气，来除去水蒸汽。
真空烘箱内各部位温度应均匀一致，若干燥时间短，要求更应严格。例如，当干燥温度为70℃，温度差只要相差±1℃，对分析结果就会有较大的影响。
（6）干燥器中的干燥剂
有效干燥剂：无水CaSO4(无水过氯酸镁、无水过氯酸钡、刚灼烧过的氧化钙、无水p2o5、无水浓H2SO4及变色硅胶。)
效能较差的干燥剂：常见的浓H2SO4和颗粒状的CacL2等干燥剂。
（7）分析结果产生误差的原因：
a.烘干过程中，样品内出现物理栅(Physical barriers)，可防碍水分从食品内部和它的表层扩散。例如：干燥糖浆，富含糖分的水果、蔬菜等在样品表层结成薄膜，水分不能扩散，水分减少。
b.有些样品水分含量高，干燥温度也较高时，样品可能发生化学反应，这些变化会使水分无形损失。例如：淀粉的糊精化，水解作用等。
c.对热不稳定的样品，温度高于70℃会发生分解，产生水分及其他挥发物质。如蜂蜜、果浆、富含果糖的水果。
d.样品中含有除水分以外的其他易挥发物，如乙醇、醋酸等将影响测定。
e.样品中含有双键或其他易于氧化的基团。如不饱和脂肪酸、酚类等会使残留物增重，水分含量偏低。
（8）消除（防止）误差的方法：
(a)严格执行前面提到的三项条件（水分唯一、排水完全、重量忽略）
(b)像糖浆、富含糖分的果蔬，可加水稀释；或加入干燥助剂（如海砂、石英砂）。
(c)对于水分含量高，易发生化学反应的样品，可采用红外线干燥或二步干燥法。
(d)(对热不稳定的富含果糖制品可采用真空烘箱法。
（二）、红外线干燥法：以红外线发热管为热源，通过红外线的辅射热和直接热加热样品，高效迅速使水分蒸发的方法。采用一种低光度的特制的钨丝灯，功率250—500W（微波炉）利用辐射热穿透样品，使水分由内向外蒸发，加速了水分蒸发，样品本身温度升高也不大，此法称红外线干燥法。钨丝灯与样品的间距是一项重要参数。距离太近，样品会分解，通常取10cm左右，样品厚度为10—15mm，干燥时间的最大值为肉制品20分钟；焙烤制品25分钟，样品重量为2.5—10g。
（三）、干燥剂法：就是在室温常压或减压条件下利用干燥剂吸收样品中扩散出来的水分直至达到平衡状态（恒重）。
常用干燥剂：浓H2SO4、固体氢氧化钠、硅胶、活性氧化铝、无水氯化钙等。
特点：所费时间较长，几天几星期几个月，但简便，比较适用。
适用范围：对热不稳定的样品及含有易挥发组分的样品采用干燥剂法，如茶叶、香料。
二、蒸馏法
蒸馏法出现在二十世纪初，利用液体混合物中各组分挥发度的不同分离为纯组分的方法。
蒸馏方法分类：常压蒸馏、水蒸汽蒸馏、扫集共蒸馏法、减压蒸馏、分馏
1、蒸馏法：就是利用沸腾的有机液体，将样品中水分分离的方法叫蒸馏法。
2、优点：
（1）蒸馏法是采用了一种有效的热交换方式。水分可被迅速移去。发生的化学变化如氧化、分解、挥发等比常压烘箱干燥法小。
（2）设备简单经济，管理方便，准确度能满足常规分析的要求，能够快速测定水分。
（3）适于含有较多挥发性成分的样品的水分测定。分析结果准确。例如，测香料水分，蒸馏法是唯一的，公认的水分测定法。谷类、干果、油类都可用此法。
3、共沸蒸馏法：（应用最广的蒸馏法）加入与水互不溶解的有机溶剂（有的与水形成共沸混合物）进行蒸馏出的蒸汽被冷凝，收集于标有刻度的承接管中冷凝的溶剂回流到蒸馏瓶中而和水分分离。
4、有机溶剂的选择：
常用的是甲苯、二甲苯、苯（苯、甲苯可与水形成共沸混合物）还有CcL4（比水重）、四氯（代）乙烯和偏四氯乙烷见表4—2（P82）。样品的性质是选择溶济的重要依据。如对热不稳定的食品，一般不用二甲苯，因它的沸点高，常选用低沸点的苯、甲苯或甲苯一二甲苯的混合液。
5、具体操作步骤：如图
（1）称取样品与甲苯放入蒸馏瓶，甲苯应浸没样品。
（2）连接冷凝管与水分接收管，从冷凝管顶端注入甲苯，装满水分接收管。
（3）加热蒸馏，冷凝的蒸汽回流于接收管的下部，溶剂上部，当超过支管时，溶剂就回流入蒸馏瓶中，待水分体积不再增加后，读取接收管水层体积。
（4）计算：x%=v/m*100
X---样品中水分含量 v---接收管内水分的体积ml m---样品质量（g）
６、产生误差的原因及其防止
原因（1）样品中水分没有完全挥发出来
（2）水分附集在冷凝器、蒸馏器及连接管内壁
（3）水分溶解在有机溶剂中
（4）形成了乳浊液（选用比水重的溶剂 CcL等容易形成乳浊液）
（5）馏出了水溶性的组分
防止措施：（1）添加少量戊醇、异丁醇可防止乳浊液形成。
（2）对富含糖分，pro的粘性样品，将样品分散涂布于硅藻土上或用蜡纸包裹。例如，富含糖分、pro的粘性样品和对热不稳定食品。
（3）为了防止水分附集于内壁，要充分清洗仪器。
三、卡尔.费休法
卡尔.费休法是一种以滴定法测定水分的化学分析法。是一种迅速而又准确的水分测定法。被广泛应用于多种化工产品的水分测定。在食品工业，凡是用烘箱法得到 异常结果的样品（或用真空烘箱法测定的样品），均可用本法测定。
适用范围：脱水果蔬、糖果、巧克力、油脂、乳粉、炼乳及香料等。
原理：是基于水存在时，碘与二氧化硫的氧化还原反应，反应是可逆的，体系中加入吡啶和甲醇，反应会顺利进行。
方程式：2H2O+I2+SO2——2HI+H2SO4
C3H5I2+C5H5N.SO2+3C5H5N+H2O——2C5H5N.HI+C5H5N.SO3
C5H5N.SO3+CH3OH(甲醇)——C5H5N（H）SO4CH3
常用的卡尔费休试剂，以甲醇作溶剂，试剂溶度每毫升相当于3.5毫克水，则I2：SO2：C5H5N=1：3：10
2、卡尔费休试剂的有效浓度取决于碘的浓度。新鲜配制的试剂有效浓度会降低，由于试剂中各组分本身也会有水分。主要是因为发生一些副反应，消耗了一部分碘。新配试剂需放置一定时间后才能使用。临用前均需标定，可采用稳定的水合盐和标准水溶液进行标定，常用的水合盐为酒石酸钠二水合物（Na2C4H4O6.2H2O)其理论含水量为15.66%
3、滴定终点的确定：
可用试剂本身的碘作为指示剂，试剂中有水存在时，呈淡黄色，接近终点时呈琥珀色，当刚出现微弱的黄棕色时，即为滴定终点，棕色表示有过量碘存在。
这种确定终点的方法适用于含有1%或更多水分的样品，产生误差不大。如测微量水分或测深色样品时，常用“永停法”确定。
4、实例：卡尔费休法测定脱水蔬菜中水分。 见P85（图4---3）
