第3章 水分和水分活度的測定

3.1 水分的測定

實(shí)驗(yàn)12 常壓干燥法測定曲奇餅干中水分的含量

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（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(shí)驗(yàn)原理

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

3．實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4．實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(nèi)冷卻0.5h，取出稱量，然后重新放入電熱恒溫干燥箱重復(fù)上述干燥操作至前后兩次質(zhì)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(zhì)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(nèi)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(nèi)冷卻0.5h后再稱量。重復(fù)上述干燥操作至前后兩次質(zhì)量差不超過2mg，完成曲奇餅干樣品的恒重。

6．實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)量，單位為克（g）；

m2——稱量瓶和試樣干燥后的質(zhì)量，單位為克（g）；

m3——稱量瓶的質(zhì)量，單位為克（g）；

100——單位換算系數(shù)。

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

7．注意事項(xiàng)

（1）本方法適用于在101℃～105℃下，蔬菜、谷物及其制品、水產(chǎn)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(dāng)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(hù)干燥器？

（2）解釋恒重的概念。在水分含量測定過程中應(yīng)怎樣進(jìn)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(jié)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(fā)生氧化；③曲奇餅干樣品表面結(jié)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(shí)驗(yàn)13 減壓干燥法測定蜂蜜中水分的含量

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（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(shí)驗(yàn)原理

利用食品中水分的物理性質(zhì)，在達(dá)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(shù)值計算出水分的含量。

3．實(shí)驗(yàn)材料與試劑

蜂蜜：市售。

4．實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟

（1）試樣的制備。

將未結(jié)晶的蜂蜜樣品攪拌均勻。有結(jié)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?zé)幔龢悠啡咳诨螅瑪嚢瑁杆倮鋮s至室溫，以備檢驗(yàn)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(nèi)，將真空干燥箱連接真空泵，抽出真空干燥箱內(nèi)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(guān)閉真空泵上的活塞，停止抽氣，使真空干燥箱內(nèi)保持一定的溫度和壓力，經(jīng)4h后，打開活塞，使空氣經(jīng)干燥裝置緩緩?fù)ㄈ胝婵崭稍锵鋬?nèi)，待壓力恢復(fù)正常后再打開。取出稱量瓶，移入干燥器內(nèi)冷卻0.5h后再稱量，重復(fù)上述干燥操作至前后兩次質(zhì)量差不超過2mg，完成蜂蜜樣品的恒重。

6．實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與計算

同常壓干燥法。

7．注意事項(xiàng)

（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(yīng)保證樣品的均勻性，同時注意結(jié)晶樣品融化時的溫度控制，才能保證檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

8．思考題

減壓干燥法測定蜂蜜樣品中水分含量的結(jié)果準(zhǔn)確性受哪些因素影響？請舉例說明。

實(shí)驗(yàn)14 蒸餾法測定新鮮花椒中水分的含量

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（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(shí)驗(yàn)原理

利用食品中水分的物理化學(xué)性質(zhì)，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(jù)接收的水的體積計算出試樣中水分的含量。

3．實(shí)驗(yàn)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(guī)定的二級水。

4．實(shí)驗(yàn)儀器

分析天平、水分測定器（圖3-1）。

5．實(shí)驗(yàn)步驟

（1）準(zhǔn)確稱取適量鮮花椒（應(yīng)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(shí)驗(yàn)。

（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(dāng)水分全部蒸出后，接收管內(nèi)的水分體積不再增加時，從冷凝管頂端加入甲苯?jīng)_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?yōu)檎麴s終點(diǎn)，讀取接收管水層的容積。

6．實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)量）；

V——接收管內(nèi)水的體積，單位為毫升（mL）；

V0——做試劑空白實(shí)驗(yàn)時接收管內(nèi)水的體積，單位為毫升（mL）；

m——試樣的質(zhì)量，單位為克（g）；

100——單位換算系數(shù)。

注：結(jié)果以重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測定結(jié)果的算術(shù)平均值表示，保留三位有效數(shù)字；在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測定結(jié)果的絕對差值不得超過算術(shù)平均值的10%。

7．注意事項(xiàng)

（1）本方法適用于含水較多又有較多揮發(fā)性成分的水果、香辛料及調(diào)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(jī)溶劑一般用甲苯，沸點(diǎn)110.7℃。對熱敏性樣品則用苯作蒸餾溶劑（純苯沸點(diǎn)80.2℃，水苯沸點(diǎn)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(yōu)缺點(diǎn)？

（2）蒸餾法選擇溶劑時需要注意哪些問題？

實(shí)驗(yàn)15 卡爾·費(fèi)休法測定茶葉中水分的含量

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）掌握卡爾·費(fèi)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(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)碘能與水和二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在有吡啶和甲醇共存時，1mol碘只與1mol水作用，反應(yīng)式如下：

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

卡爾·費(fèi)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(jù)消耗滴定劑的體積，計算消耗碘的量，從而計量出被測物質(zhì)水的含量。

3．實(shí)驗(yàn)材料與試劑

茶葉，市售，用粉碎機(jī)粉碎后過40目篩，取篩下的茶粉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；卡爾·費(fèi)休試劑、無水甲醇，均為分析純；水，為GB/T 6682規(guī)定的二級水。

4．實(shí)驗(yàn)儀器

卡爾·費(fèi)休水分測定儀、分析天平等。

5．實(shí)驗(yàn)步驟

（1）卡爾·費(fèi)休試劑的標(biāo)定。

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

式中，T——卡爾·費(fèi)休試劑的滴定度，單位為毫克/毫升（mg/mL）；

m——水的質(zhì)量，單位為毫克（mg）；

V——滴定水時消耗的卡爾·費(fèi)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(yīng)瓶中加一定體積的甲醇或卡爾·費(fèi)休測定儀中規(guī)定的溶劑浸沒鉑電極，在攪拌下用卡爾·費(fèi)休試劑滴定至終點(diǎn)。迅速將易溶于甲醇或卡爾·費(fèi)休測定儀中規(guī)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(yīng)采用對滴定杯進(jìn)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(fèi)休試劑滴定至終點(diǎn)。建議采用容量法測定試樣中的含水量應(yīng)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(diǎn)，放置不少于10min后再滴定至終點(diǎn)，兩次滴定之間的單位時間內(nèi)的體積變化即為漂移量（D）。

6．實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fèi)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(fèi)休試劑的滴定度，單位為克/毫升（g/mL）；

m——試樣的質(zhì)量，單位為克（g）；

100——單位換算系數(shù)。

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

7．注意事項(xiàng)

（1）卡爾·費(fèi)休法適用于含微量水分的食品中水分含量的測定，已被應(yīng)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(jié)果的準(zhǔn)確度優(yōu)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(fèi)休法不僅可測出樣品中的自由水，而且可測出其結(jié)合水，即此法所得結(jié)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(diǎn)：①當(dāng)用卡爾·費(fèi)休試劑滴定樣品達(dá)到化學(xué)計量點(diǎn)時，再過量1滴卡爾·費(fèi)休試劑中的游離碘即會使體系呈現(xiàn)淺黃甚至棕黃色，據(jù)此即為終點(diǎn)，此法適用于含有1%以上水分的樣品，由其產(chǎn)生的終點(diǎn)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(xué)計量點(diǎn)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(dāng)過量1滴卡爾·費(fèi)休試劑進(jìn)入體系后，由于游離碘的出現(xiàn)使體系變?yōu)槿O化，溶液開始導(dǎo)電，外路有電流通過，微安表指針偏轉(zhuǎn)至一定刻度并穩(wěn)定不變，即為終點(diǎn)，此法更適宜測定深色樣品及微量、痕量水分。

（5）卡爾·費(fèi)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(jié)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(zhì)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？