第3章 水分和水分活度的测定

3.1 水分的测定

实验12 常压干燥法测定曲奇饼干中水分的含量

1．实验目的

（1）了解食品中水分含量测定的意义。

（2）掌握常压干燥法测定食品中水分含量的原理与操作。

（3）掌握恒温干燥箱的使用方法。

2．实验原理

利用食品中水分的物理性质，在101.3kPa（一个大气压）,101℃～105℃下采用挥发的方法测定食品中干燥减失的重量，包括吸湿水、部分结晶水和该条件下能挥发的物质，再通过干燥前后的称量数值计算出食品中水分的含量。

3．实验材料与试剂

曲奇饼干：粉碎，过40目筛，取筛下的曲奇饼干粉末进行实验。

4．实验仪器

铝制或玻璃制扁形称量瓶、电热恒温干燥箱、干燥器、分析天平等。

5．实验步骤

（1）取洁净的铝制或玻璃制扁形称量瓶，用记号笔编号，后将其置于101℃～105℃的电热恒温干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热干燥1.0h，盖好取出，移入干燥器内冷却0.5h，取出称量，然后重新放入电热恒温干燥箱重复上述干燥操作至前后两次质量差不超过2mg，完成称量瓶的恒重。

（2）称取2～10g曲奇饼干粉末（精确至0.0001g）放入已恒重的称量瓶中，铺平，使样品在称量瓶中的厚度不超过5mm，加盖盖好，精密称量其质量。将盛放好曲奇饼干样品的称量瓶置于101℃～105℃的电热恒温干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热干燥2～4h，盖好取出，移入干燥器内冷却0.5h，取出称量，然后再放入101℃～105℃的电热恒温干燥箱中干燥1h左右，取出，移入干燥器内冷却0.5h后再称量。重复上述干燥操作至前后两次质量差不超过2mg，完成曲奇饼干样品的恒重。

6．实验结果的分析与计算

试样中水分的含量按照下式计算：

式中，X——试样中水分的含量，单位为克/百克（g/100g）；

m1——称量瓶和试样的质量，单位为克（g）；

m2——称量瓶和试样干燥后的质量，单位为克（g）；

m3——称量瓶的质量，单位为克（g）；

100——单位换算系数。

注：水分含量≥1g/100g时，计算结果保留三位有效数字；水分含量＜1g/100g时，计算结果保留两位有效数字。在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%。

7．注意事项

（1）本方法适用于在101℃～105℃下，蔬菜、谷物及其制品、水产品、豆制品、乳制品、肉制品、卤菜制品、粮食（水分含量低于18%）、油料（水分含量低于13%）、淀粉及茶叶类等食品中水分含量的测定，不适用于水分含量小于0.5g/100g的样品分析。

（2）曲奇饼干样品必须磨碎，全部过40目筛，混合均匀后方可用于测定。

（3）若所测试的曲奇饼干样品水分含量较大，可适当延长第一次干燥时间。

（4）测定水分含量后的曲奇饼干粉末，可供测定脂肪、灰分含量用。

8．思考题

（1）在水分含量测定过程中，干燥器有什么作用？怎样正确使用和维护干燥器？

（2）解释恒重的概念。在水分含量测定过程中应怎样进行恒重操作？

（3）在下列情况下，曲奇饼干样品中水分含量测定的结果是偏高还是偏低？并给出合理的解释：①曲奇饼干样品粉碎不充分；②曲奇饼干样品中的脂肪发生氧化；③曲奇饼干样品表面结了硬皮；④装有曲奇饼干样品的干燥器未密封好；⑤干燥器中的硅胶已受潮。

实验13 减压干燥法测定蜂蜜中水分的含量

1．实验目的

（1）掌握减压干燥法测定食品中水分含量的原理与操作。

（2）掌握真空干燥箱的使用方法。

2．实验原理

利用食品中水分的物理性质，在达到40～53kPa压力后加热至（60±5）℃，采用减压烘干方法去除试样中的水分，再通过烘干前后的称量数值计算出水分的含量。

3．实验材料与试剂

蜂蜜：市售。

4．实验仪器

铝制或玻璃制扁形称量瓶、真空干燥箱、干燥器、分析天平等。

5．实验步骤

（1）试样的制备。

将未结晶的蜂蜜样品搅拌均匀。有结晶的蜂蜜样品，可将样品盖塞紧后，置于不超过60℃的水浴或恒温器中温热，待样品全部融化后，搅拌，迅速冷却至室温，以备检验用。在融化时必须注意防止水分侵入。

（2）测定。

取已编号并恒重的称量瓶（见常压干燥法），称取2～10g蜂蜜（精确至0.0001g），放入真空干燥箱内，将真空干燥箱连接真空泵，抽出真空干燥箱内的空气（所需压力一般为40～53kPa），并同时加热至所需温度（60±5）℃。关闭真空泵上的活塞，停止抽气，使真空干燥箱内保持一定的温度和压力，经4h后，打开活塞，使空气经干燥装置缓缓通入真空干燥箱内，待压力恢复正常后再打开。取出称量瓶，移入干燥器内冷却0.5h后再称量，重复上述干燥操作至前后两次质量差不超过2mg，完成蜂蜜样品的恒重。

6．实验结果的分析与计算

同常压干燥法。

7．注意事项

（1）减压干燥法适用于高温易分解的样品及水分较多的样品（如糖、味精等食品）中水分含量的测定，不适用于添加了其他原料的糖果（如奶糖、软糖等食品）中水分含量的测定，不适用于水分含量小于0.5g/100g的样品（糖和味精除外）中水分含量的测定。

（2）测定蜂蜜中水分的含量应保证样品的均匀性，同时注意结晶样品融化时的温度控制，才能保证检验结果的准确性。

8．思考题

减压干燥法测定蜂蜜样品中水分含量的结果准确性受哪些因素影响？请举例说明。

实验14 蒸馏法测定新鲜花椒中水分的含量

1．实验目的

（1）掌握蒸馏法测定食品中水分含量的原理与操作。

（2）掌握水分测定器的使用方法。

2．实验原理

利用食品中水分的物理化学性质，使用水分测定器将食品中的水分与甲苯或二甲苯共同蒸出，根据接收的水的体积计算出试样中水分的含量。

3．实验材料与试剂

新鲜花椒，市售；甲苯或二甲苯，均为分析纯；水，为GB/T 6682规定的二级水。

4．实验仪器

分析天平、水分测定器（图3-1）。

5．实验步骤

（1）准确称取适量鲜花椒（应使最终蒸出的水在2～5mL，但取样量最多不得超过蒸馏瓶的2/3），放入250mL蒸馏瓶中，加入新蒸馏的甲苯（或二甲苯）75mL，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。同时做甲苯（或二甲苯）的试剂空白实验。

（2）加热慢慢蒸馏，使每秒钟的馏出液为2滴，待大部分水分蒸出后，加速蒸馏约每秒钟馏出液为4滴，当水分全部蒸出后，接收管内的水分体积不再增加时，从冷凝管顶端加入甲苯冲洗。如冷凝管壁附有水滴，可用附有小橡皮头的铜丝擦掉，再蒸馏片刻至接收管上部及冷凝管壁无水滴附着，接收管水平面保持10min不变为蒸馏终点，读取接收管水层的容积。

6．实验结果的分析与计算

试样中水分的含量按照下式计算：

式中，X——试样中水分的含量，单位为毫升/百克（mL/100g）（或按水在20℃的相对密度0.9982g/mL计算质量）；

V——接收管内水的体积，单位为毫升（mL）；

V0——做试剂空白实验时接收管内水的体积，单位为毫升（mL）；

m——试样的质量，单位为克（g）；

100——单位换算系数。

注：结果以重复性条件下获得的两次独立测定结果的算术平均值表示，保留三位有效数字；在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%。

7．注意事项

（1）本方法适用于含水较多又有较多挥发性成分的水果、香辛料及调味品、肉与肉制品等食品中水分含量的测定，不适用于水分含量小于1g/100g的样品中水分含量的测定。

（2）蒸馏法测定水分含量样品用量一般为谷类、豆类约20g，鱼、肉、蛋、乳制品约5～10g，蔬菜、水果约5g。

（3）有机溶剂一般用甲苯，沸点110.7℃。对热敏性样品则用苯作蒸馏溶剂（纯苯沸点80.2℃，水苯沸点则为69.25℃），但蒸馏时间需延长。

（4）加热温度不宜太高，温度太高时冷凝管上端水汽难以全部回收。蒸馏时间一般为2～3h，样品不同，蒸馏时间各异。

（5）为尽量避免接收管和冷凝管壁附着水滴，仪器必须洗涤干净。

8．思考题

（1）蒸馏法与干燥法相比有何优缺点？

（2）蒸馏法选择溶剂时需要注意哪些问题？

实验15 卡尔·费休法测定茶叶中水分的含量

1．实验目的

（1）掌握卡尔·费休法测定食品中水分含量的原理与操作。

（2）掌握恒温干燥箱的使用方法。

2．实验原理

根据碘能与水和二氧化硫发生化学反应，在有吡啶和甲醇共存时，1mol碘只与1mol水作用，反应式如下：

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

卡尔·费休法又分为库仑法和容量法。其中，容量法测定的碘是作为滴定剂加入的，滴定剂中碘的浓度是已知的，根据消耗滴定剂的体积，计算消耗碘的量，从而计量出被测物质水的含量。

3．实验材料与试剂

茶叶，市售，用粉碎机粉碎后过40目筛，取筛下的茶粉进行实验；卡尔·费休试剂、无水甲醇，均为分析纯；水，为GB/T 6682规定的二级水。

4．实验仪器

卡尔·费休水分测定仪、分析天平等。

5．实验步骤

（1）卡尔·费休试剂的标定。

在反应瓶中加一定体积（浸没铂电极）的甲醇，在搅拌下用卡尔·费休试剂滴定至终点。加入10mg水（精确至0.0001g），滴定至终点并记录卡尔·费休试剂的用量（V）。卡尔·费休试剂的滴定度按下式计算：

式中，T——卡尔·费休试剂的滴定度，单位为毫克/毫升（mg/mL）；

m——水的质量，单位为毫克（mg）；

V——滴定水时消耗的卡尔·费休试剂的体积，单位为毫升（mL）。

（2）茶叶中水分含量的测定。

在反应瓶中加一定体积的甲醇或卡尔·费休测定仪中规定的溶剂浸没铂电极，在搅拌下用卡尔·费休试剂滴定至终点。迅速将易溶于甲醇或卡尔·费休测定仪中规定的溶剂的茶叶直接加入滴定杯中；对于不易溶解的试样，应采用对滴定杯进行加热或加入已测定水分的其他溶剂辅助溶解后，用卡尔·费休试剂滴定至终点。建议采用容量法测定试样中的含水量应大于100μg/100g。对于滴定时平衡时间较长且引起漂移的试样，需要扣除其漂移量。

（3）漂移量的测定。

在滴定杯中加入与测定样品一致的溶剂，并滴定至终点，放置不少于10min后再滴定至终点，两次滴定之间的单位时间内的体积变化即为漂移量（D）。

6．实验结果的分析与计算

试样中水分的含量按照下式计算：

式中，X——试样中水分的含量，单位为克/百克（g/100g）；

V1——滴定样品时消耗的卡尔·费休试剂的体积，单位为毫升（mL）；

D——漂移量，单位为毫升/分钟（mL/min）；

t——滴定时消耗的时间，单位为分钟（min）；

T——卡尔·费休试剂的滴定度，单位为克/毫升（g/mL）；

m——试样的质量，单位为克（g）；

100——单位换算系数。

注：水分含量≥1g/100g时，计算结果保留三位有效数字；水分含量＜1g/100g时，计算结果保留两位有效数字。在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%。

7．注意事项

（1）卡尔·费休法适用于含微量水分的食品中水分含量的测定，已被应用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中水分含量的测定，结果的准确度优于直接干燥法，也是测定脂肪和油品中痕量水分的理想方法；不适用于含有氧化剂、还原剂、碱性氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硼酸等食品中水分含量的测定。

（2）样品前处理：可粉碎的固体试样要尽量粉碎，使之均匀。不易粉碎的试样可切碎。

（3）卡尔·费休法不仅可测出样品中的自由水，而且可测出其结合水，即此法所得结果能更客观地反映出样品总水分含量。

（4）滴定操作中可用两种方法确定终点：①当用卡尔·费休试剂滴定样品达到化学计量点时，再过量1滴卡尔·费休试剂中的游离碘即会使体系呈现浅黄甚至棕黄色，据此即为终点，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；②双指示电极电流滴定法，也叫永停滴定法，其原理是将两枚相似的微铂电极插在被滴样品溶液中，给两电极间施加10～25mV电压，在开始滴定至化学计量点前，因体系中只存留碘化物而无游离碘，电极间的极化作用使外电路中无电流通过（微安表指针不动），而当过量1滴卡尔·费休试剂进入体系后，由于游离碘的出现使体系变为去极化，溶液开始导电，外路有电流通过，微安表指针偏转至一定刻度并稳定不变，即为终点，此法更适宜测定深色样品及微量、痕量水分。

（5）卡尔·费休容量法适用于水分含量大于100μg/100g的样品中水分含量的测定。

8．思考题

（1）在下列情况下，茶叶样品中水分含量测定的结果是偏高还是偏低？并给出合理的解释：①玻璃器皿不够干燥；②样品颗粒较大；③样品中含有还原性物质如维生素C; ④样品中富含不饱和脂肪酸。

（2）试举例说明在选择某些食品的水分分析方法时需要考虑哪些因素？