第3章 水分和水分活度的測定

3.1 水分的測定

實驗12 常壓干燥法測定曲奇餅干中水分的含量

1．實驗目的

（1）了解食品中水分含量測定的意義。

（2）掌握常壓干燥法測定食品中水分含量的原理與操作。

（3）掌握恒溫干燥箱的使用方法。

2．實驗原理

利用食品中水分的物理性質，在101.3kPa（一個大氣壓）,101℃～105℃下采用揮發的方法測定食品中干燥減失的重量，包括吸濕水、部分結晶水和該條件下能揮發的物質，再通過干燥前后的稱量數值計算出食品中水分的含量。

3．實驗材料與試劑

曲奇餅干：粉碎，過40目篩，取篩下的曲奇餅干粉末進行實驗。

4．實驗儀器

鋁制或玻璃制扁形稱量瓶、電熱恒溫干燥箱、干燥器、分析天平等。

5．實驗步驟

（1）取潔凈的鋁制或玻璃制扁形稱量瓶，用記號筆編號，后將其置于101℃～105℃的電熱恒溫干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，加熱干燥1.0h，蓋好取出，移入干燥器內冷卻0.5h，取出稱量，然后重新放入電熱恒溫干燥箱重復上述干燥操作至前后兩次質量差不超過2mg，完成稱量瓶的恒重。

（2）稱取2～10g曲奇餅干粉末（精確至0.0001g）放入已恒重的稱量瓶中，鋪平，使樣品在稱量瓶中的厚度不超過5mm，加蓋蓋好，精密稱量其質量。將盛放好曲奇餅干樣品的稱量瓶置于101℃～105℃的電熱恒溫干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，加熱干燥2～4h，蓋好取出，移入干燥器內冷卻0.5h，取出稱量，然后再放入101℃～105℃的電熱恒溫干燥箱中干燥1h左右，取出，移入干燥器內冷卻0.5h后再稱量。重復上述干燥操作至前后兩次質量差不超過2mg，完成曲奇餅干樣品的恒重。

6．實驗結果的分析與計算

試樣中水分的含量按照下式計算：

式中，X——試樣中水分的含量，單位為克/百克（g/100g）；

m1——稱量瓶和試樣的質量，單位為克（g）；

m2——稱量瓶和試樣干燥后的質量，單位為克（g）；

m3——稱量瓶的質量，單位為克（g）；

100——單位換算系數。

注：水分含量≥1g/100g時，計算結果保留三位有效數字；水分含量＜1g/100g時，計算結果保留兩位有效數字。在重復性條件下獲得的兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的10%。

7．注意事項

（1）本方法適用于在101℃～105℃下，蔬菜、谷物及其制品、水產品、豆制品、乳制品、肉制品、鹵菜制品、糧食（水分含量低于18%）、油料（水分含量低于13%）、淀粉及茶葉類等食品中水分含量的測定，不適用于水分含量小于0.5g/100g的樣品分析。

（2）曲奇餅干樣品必須磨碎，全部過40目篩，混合均勻后方可用于測定。

（3）若所測試的曲奇餅干樣品水分含量較大，可適當延長第一次干燥時間。

（4）測定水分含量后的曲奇餅干粉末，可供測定脂肪、灰分含量用。

8．思考題

（1）在水分含量測定過程中，干燥器有什么作用？怎樣正確使用和維護干燥器？

（2）解釋恒重的概念。在水分含量測定過程中應怎樣進行恒重操作？

（3）在下列情況下，曲奇餅干樣品中水分含量測定的結果是偏高還是偏低？并給出合理的解釋：①曲奇餅干樣品粉碎不充分；②曲奇餅干樣品中的脂肪發生氧化；③曲奇餅干樣品表面結了硬皮；④裝有曲奇餅干樣品的干燥器未密封好；⑤干燥器中的硅膠已受潮。

實驗13 減壓干燥法測定蜂蜜中水分的含量

1．實驗目的

（1）掌握減壓干燥法測定食品中水分含量的原理與操作。

（2）掌握真空干燥箱的使用方法。

2．實驗原理

利用食品中水分的物理性質，在達到40～53kPa壓力后加熱至（60±5）℃，采用減壓烘干方法去除試樣中的水分，再通過烘干前后的稱量數值計算出水分的含量。

3．實驗材料與試劑

蜂蜜：市售。

4．實驗儀器

鋁制或玻璃制扁形稱量瓶、真空干燥箱、干燥器、分析天平等。

5．實驗步驟

（1）試樣的制備。

將未結晶的蜂蜜樣品攪拌均勻。有結晶的蜂蜜樣品，可將樣品蓋塞緊后，置于不超過60℃的水浴或恒溫器中溫熱，待樣品全部融化后，攪拌，迅速冷卻至室溫，以備檢驗用。在融化時必須注意防止水分侵入。

（2）測定。

取已編號并恒重的稱量瓶（見常壓干燥法），稱取2～10g蜂蜜（精確至0.0001g），放入真空干燥箱內，將真空干燥箱連接真空泵，抽出真空干燥箱內的空氣（所需壓力一般為40～53kPa），并同時加熱至所需溫度（60±5）℃。關閉真空泵上的活塞，停止抽氣，使真空干燥箱內保持一定的溫度和壓力，經4h后，打開活塞，使空氣經干燥裝置緩緩通入真空干燥箱內，待壓力恢復正常后再打開。取出稱量瓶，移入干燥器內冷卻0.5h后再稱量，重復上述干燥操作至前后兩次質量差不超過2mg，完成蜂蜜樣品的恒重。

6．實驗結果的分析與計算

同常壓干燥法。

7．注意事項

（1）減壓干燥法適用于高溫易分解的樣品及水分較多的樣品（如糖、味精等食品）中水分含量的測定，不適用于添加了其他原料的糖果（如奶糖、軟糖等食品）中水分含量的測定，不適用于水分含量小于0.5g/100g的樣品（糖和味精除外）中水分含量的測定。

（2）測定蜂蜜中水分的含量應保證樣品的均勻性，同時注意結晶樣品融化時的溫度控制，才能保證檢驗結果的準確性。

8．思考題

減壓干燥法測定蜂蜜樣品中水分含量的結果準確性受哪些因素影響？請舉例說明。

實驗14 蒸餾法測定新鮮花椒中水分的含量

1．實驗目的

（1）掌握蒸餾法測定食品中水分含量的原理與操作。

（2）掌握水分測定器的使用方法。

2．實驗原理

利用食品中水分的物理化學性質，使用水分測定器將食品中的水分與甲苯或二甲苯共同蒸出，根據接收的水的體積計算出試樣中水分的含量。

3．實驗材料與試劑

新鮮花椒，市售；甲苯或二甲苯，均為分析純；水，為GB/T 6682規定的二級水。

4．實驗儀器

分析天平、水分測定器（圖3-1）。

5．實驗步驟

（1）準確稱取適量鮮花椒（應使最終蒸出的水在2～5mL，但取樣量最多不得超過蒸餾瓶的2/3），放入250mL蒸餾瓶中，加入新蒸餾的甲苯（或二甲苯）75mL，連接冷凝管與水分接收管，從冷凝管頂端注入甲苯，裝滿水分接收管。同時做甲苯（或二甲苯）的試劑空白實驗。

（2）加熱慢慢蒸餾，使每秒鐘的餾出液為2滴，待大部分水分蒸出后，加速蒸餾約每秒鐘餾出液為4滴，當水分全部蒸出后，接收管內的水分體積不再增加時，從冷凝管頂端加入甲苯沖洗。如冷凝管壁附有水滴，可用附有小橡皮頭的銅絲擦掉，再蒸餾片刻至接收管上部及冷凝管壁無水滴附著，接收管水平面保持10min不變為蒸餾終點，讀取接收管水層的容積。

6．實驗結果的分析與計算

試樣中水分的含量按照下式計算：

式中，X——試樣中水分的含量，單位為毫升/百克（mL/100g）（或按水在20℃的相對密度0.9982g/mL計算質量）；

V——接收管內水的體積，單位為毫升（mL）；

V0——做試劑空白實驗時接收管內水的體積，單位為毫升（mL）；

m——試樣的質量，單位為克（g）；

100——單位換算系數。

注：結果以重復性條件下獲得的兩次獨立測定結果的算術平均值表示，保留三位有效數字；在重復性條件下獲得的兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的10%。

7．注意事項

（1）本方法適用于含水較多又有較多揮發性成分的水果、香辛料及調味品、肉與肉制品等食品中水分含量的測定，不適用于水分含量小于1g/100g的樣品中水分含量的測定。

（2）蒸餾法測定水分含量樣品用量一般為谷類、豆類約20g，魚、肉、蛋、乳制品約5～10g，蔬菜、水果約5g。

（3）有機溶劑一般用甲苯，沸點110.7℃。對熱敏性樣品則用苯作蒸餾溶劑（純苯沸點80.2℃，水苯沸點則為69.25℃），但蒸餾時間需延長。

（4）加熱溫度不宜太高，溫度太高時冷凝管上端水汽難以全部回收。蒸餾時間一般為2～3h，樣品不同，蒸餾時間各異。

（5）為盡量避免接收管和冷凝管壁附著水滴，儀器必須洗滌干凈。

8．思考題

（1）蒸餾法與干燥法相比有何優缺點？

（2）蒸餾法選擇溶劑時需要注意哪些問題？

實驗15 卡爾·費休法測定茶葉中水分的含量

1．實驗目的

（1）掌握卡爾·費休法測定食品中水分含量的原理與操作。

（2）掌握恒溫干燥箱的使用方法。

2．實驗原理

根據碘能與水和二氧化硫發生化學反應，在有吡啶和甲醇共存時，1mol碘只與1mol水作用，反應式如下：

C5H5N·I2+C5H5N·SO2+C5H5N+H2O+CH3OH→2C5H5N·HI+C5H6N [SO4CH3]

卡爾·費休法又分為庫侖法和容量法。其中，容量法測定的碘是作為滴定劑加入的，滴定劑中碘的濃度是已知的，根據消耗滴定劑的體積，計算消耗碘的量，從而計量出被測物質水的含量。

3．實驗材料與試劑

茶葉，市售，用粉碎機粉碎后過40目篩，取篩下的茶粉進行實驗；卡爾·費休試劑、無水甲醇，均為分析純；水，為GB/T 6682規定的二級水。

4．實驗儀器

卡爾·費休水分測定儀、分析天平等。

5．實驗步驟

（1）卡爾·費休試劑的標定。

在反應瓶中加一定體積（浸沒鉑電極）的甲醇，在攪拌下用卡爾·費休試劑滴定至終點。加入10mg水（精確至0.0001g），滴定至終點并記錄卡爾·費休試劑的用量（V）。卡爾·費休試劑的滴定度按下式計算：

式中，T——卡爾·費休試劑的滴定度，單位為毫克/毫升（mg/mL）；

m——水的質量，單位為毫克（mg）；

V——滴定水時消耗的卡爾·費休試劑的體積，單位為毫升（mL）。

（2）茶葉中水分含量的測定。

在反應瓶中加一定體積的甲醇或卡爾·費休測定儀中規定的溶劑浸沒鉑電極，在攪拌下用卡爾·費休試劑滴定至終點。迅速將易溶于甲醇或卡爾·費休測定儀中規定的溶劑的茶葉直接加入滴定杯中；對于不易溶解的試樣，應采用對滴定杯進行加熱或加入已測定水分的其他溶劑輔助溶解后，用卡爾·費休試劑滴定至終點。建議采用容量法測定試樣中的含水量應大于100μg/100g。對于滴定時平衡時間較長且引起漂移的試樣，需要扣除其漂移量。

（3）漂移量的測定。

在滴定杯中加入與測定樣品一致的溶劑，并滴定至終點，放置不少于10min后再滴定至終點，兩次滴定之間的單位時間內的體積變化即為漂移量（D）。

6．實驗結果的分析與計算

試樣中水分的含量按照下式計算：

式中，X——試樣中水分的含量，單位為克/百克（g/100g）；

V1——滴定樣品時消耗的卡爾·費休試劑的體積，單位為毫升（mL）；

D——漂移量，單位為毫升/分鐘（mL/min）；

t——滴定時消耗的時間，單位為分鐘（min）；

T——卡爾·費休試劑的滴定度，單位為克/毫升（g/mL）；

m——試樣的質量，單位為克（g）；

100——單位換算系數。

注：水分含量≥1g/100g時，計算結果保留三位有效數字；水分含量＜1g/100g時，計算結果保留兩位有效數字。在重復性條件下獲得的兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的10%。

7．注意事項

（1）卡爾·費休法適用于含微量水分的食品中水分含量的測定，已被應用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶葉、乳粉、煉乳及香料等食品中水分含量的測定，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；不適用于含有氧化劑、還原劑、堿性氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硼酸等食品中水分含量的測定。

（2）樣品前處理：可粉碎的固體試樣要盡量粉碎，使之均勻。不易粉碎的試樣可切碎。

（3）卡爾·費休法不僅可測出樣品中的自由水，而且可測出其結合水，即此法所得結果能更客觀地反映出樣品總水分含量。

（4）滴定操作中可用兩種方法確定終點：①當用卡爾·費休試劑滴定樣品達到化學計量點時，再過量1滴卡爾·費休試劑中的游離碘即會使體系呈現淺黃甚至棕黃色，據此即為終點，此法適用于含有1%以上水分的樣品，由其產生的終點誤差不大；②雙指示電極電流滴定法，也叫永停滴定法，其原理是將兩枚相似的微鉑電極插在被滴樣品溶液中，給兩電極間施加10～25mV電壓，在開始滴定至化學計量點前，因體系中只存留碘化物而無游離碘，電極間的極化作用使外電路中無電流通過（微安表指針不動），而當過量1滴卡爾·費休試劑進入體系后，由于游離碘的出現使體系變為去極化，溶液開始導電，外路有電流通過，微安表指針偏轉至一定刻度并穩定不變，即為終點，此法更適宜測定深色樣品及微量、痕量水分。

（5）卡爾·費休容量法適用于水分含量大于100μg/100g的樣品中水分含量的測定。

8．思考題

（1）在下列情況下，茶葉樣品中水分含量測定的結果是偏高還是偏低？并給出合理的解釋：①玻璃器皿不夠干燥；②樣品顆粒較大；③樣品中含有還原性物質如維生素C; ④樣品中富含不飽和脂肪酸。

（2）試舉例說明在選擇某些食品的水分分析方法時需要考慮哪些因素？