04第3章 水分测定-2016

1、概述 ( preface ) 水分的测定 (determination of moisture) 测定意义：测定意义：重要质量指标、维持各组分的平衡、对食品重要质量指标、维持各组分的平衡、对食品 保藏有重要意义保藏有重要意义 二、水分的存在状态二、水分的存在状态 化学结合水化学结合水(chemical combined water)或束缚水或束缚水: 由氢键由氢键(hydrogen bond)结合力系着的水结合力系着的水 不易结冰不易结冰 不能作为溶质的溶媒不能作为溶质的溶媒 物理化学结合水物理化学结合水(physical-chemical bond water) l1）吸附结合水）吸附结合水

2、。在物料胶体微粒内、外表面上因分子在物料胶体微粒内、外表面上因分子 吸引力而被吸着的水分。结合力很强，需消耗大量的吸引力而被吸着的水分。结合力很强，需消耗大量的 热量才有可能将它们除去。热量才有可能将它们除去。 l2）结构结合水）结构结合水。当胶体溶液凝固成凝胶体时，保持在当胶体溶液凝固成凝胶体时，保持在 凝胶体内部的一种水分，受到结构结合的束缚，较难凝胶体内部的一种水分，受到结构结合的束缚，较难 除去。除去。 l3）渗透结合水）渗透结合水。存在于分子溶液和胶体溶液中的水分存在于分子溶液和胶体溶液中的水分 ，受到溶质的束缚，随溶液浓度的升高，愈难除去。，受到溶质的束缚，随溶液浓度的升高，愈难除

3、去。 机械结合水机械结合水/自由水自由水（free water)或游离水：组织、或游离水：组织、 细胞中容易结冰、且能溶解溶质的这部分水。细胞中容易结冰、且能溶解溶质的这部分水。 1）毛细管水）毛细管水。充满在毛细管内的水分，有的是微毛细充满在毛细管内的水分，有的是微毛细 管内液体表面张力下吸入的凝结水分，有的是毛细管管内液体表面张力下吸入的凝结水分，有的是毛细管 和水直接接触时才得以充满的水分。和水直接接触时才得以充满的水分。 2）湿润水湿润水。物料外表面在表面张力作用下所附着的水物料外表面在表面张力作用下所附着的水 分。分。 l食品干燥、蒸发时去掉的水分主要为自由水。食品干燥、蒸发时去掉的

4、水分主要为自由水。 l很难用蒸发的方法很难用蒸发的方法完全完全分离除去结合水。分离除去结合水。 三、水分测定的意义三、水分测定的意义 1、影响食品、影响食品品质品质及及贮藏贮藏。控制食品的水分含。控制食品的水分含 量，对于保持食品具有良好的感官性状，维持量，对于保持食品具有良好的感官性状，维持 食品中其它组分的平衡关系，保证食品具有一食品中其它组分的平衡关系，保证食品具有一 定的保存期等均起到重要作用。定的保存期等均起到重要作用。 例： 新鲜面包的水分含量若低于28-30%，其外观形态干瘪， 失去光泽。 水果硬糖的水分含量一般控制在3.0%左右，过低会出现 返砂甚至返潮现象。 全脂乳粉水分含量

5、控制在2.5% 3.0%，可抑制微生物的 生长，延长保质期。 2、各种生产原料中水分含量高低，对于它们的品质和保、各种生产原料中水分含量高低，对于它们的品质和保 存，进行成本核算，提高工厂经济效益等均具有重大意存，进行成本核算，提高工厂经济效益等均具有重大意 义。义。 水是一种廉价的掺入物，对于食品制造商来说，水 分含量这个分析值意味着巨大的经济利益。 3、间接测定固形物。、间接测定固形物。 固形物固形物(solids)，是指食品内将水分排除以后的全部残留，是指食品内将水分排除以后的全部残留 物，其组分有蛋白质、脂肪、粗纤维，无氮抽出物和灰物，其组分有蛋白质、脂肪、粗纤维，无氮抽出物和灰 分。

6、直接测定固形物的方法，也就是间接测定水分的方分。直接测定固形物的方法，也就是间接测定水分的方 法。法。 固形物（固形物（%）=100-水分（水分（%） 有些产品的总固形物含量通常有严格的国家标准规定，有些产品的总固形物含量通常有严格的国家标准规定， 过多的水分含量过多的水分含量将被视为不合格产品。将被视为不合格产品。如国家标准中 硬质干酪的水分含量必须42%（GB 54202003）。 一、干燥法一、干燥法(drying methods) 二、蒸馏法二、蒸馏法(distillation methods) 三、卡尔三、卡尔.费休法费休法(karl Fischer Titration, chemi

7、cal methods) 四、其他测定水分方法简介四、其他测定水分方法简介(others) l直接干燥法直接干燥法(air-oven methods) l减压干燥法（减压干燥法（vacuum-oven methods) l红外线干燥法红外线干燥法(infrared drying methods) （一）（一） 直接干燥法直接干燥法 1、 原理原理 利用食品中水分的物理性质，在利用食品中水分的物理性质，在101.3 kPa（一（一 个大气压），温度个大气压），温度101 105 下采用挥发下采用挥发 方法测定样品中干燥减失的重量，包括吸湿水、方法测定样品中干燥减失的重量，包括吸湿水、 部分结晶水

8、和该条件下能挥发的物质，再通过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水分的含量。干燥前后的称量数值计算出水分的含量。 2、 适用范围适用范围 适用于在适用于在101-105范围内不含或含其他挥发范围内不含或含其他挥发 性成分极微且对热稳定的各种食品。性成分极微且对热稳定的各种食品。 不适用于不适用于 水分含量小于水分含量小于0.5 g/100 g的样品。的样品。 称样量 称量皿的选择 干燥设备 干燥条件 4、 样品的制备、测定及结果计算样品的制备、测定及结果计算 固态样品固态样品 固态样品必须磨碎，全部经过固态样品必须磨碎，全部经过20-40目筛，混目筛，混 匀。在

9、磨碎过程中，要防止样品中水分含量变匀。在磨碎过程中，要防止样品中水分含量变 化。化。*14%以下时称为以下时称为安全水分安全水分 安全水分含量样品安全水分含量样品 称样称样 开盖烘开盖烘 加盖冷却加盖冷却 称重称重 烘烘 2-10g 101-1050C 0.5h 1h 称量瓶称量瓶 2-4小时小时 干燥器干燥器 烘箱烘箱 冷却。冷却。 恒重恒重 0.5h 前后两次质量差不超过前后两次质量差不超过2mg 水分含量水分含量16%以上的样品以上的样品 二步法二步法 称总质量称总质量 自然风干至安全水分标准自然风干至安全水分标准 15-20 h 称重称重 粉碎、过筛、混匀备用粉碎、过筛、混匀备用 洁净

10、干燥的磨口瓶洁净干燥的磨口瓶 安全水分含量样品测定安全水分含量样品测定 浓稠态样品浓稠态样品 直接加热干燥，其表面易结硬壳焦化，使内部水分蒸直接加热干燥，其表面易结硬壳焦化，使内部水分蒸 发受阻。发受阻。 准确称样，加入已知质量的海砂或无水硫酸钠，搅拌准确称样，加入已知质量的海砂或无水硫酸钠，搅拌 均匀后干燥至恒重均匀后干燥至恒重 液态样品液态样品 称样至蒸发皿称样至蒸发皿 水浴蒸发至近干水浴蒸发至近干 干燥箱干燥至恒重干燥箱干燥至恒重 烘干恒重的蒸发皿烘干恒重的蒸发皿 *为防止沸腾造成的样品损失，需经低温浓缩后，再高为防止沸腾造成的样品损失，需经低温浓缩后，再高 温干燥温干燥 5、说明及注意

11、事项、说明及注意事项 水果、蔬菜样品，应先洗去泥沙后，再用蒸水果、蔬菜样品，应先洗去泥沙后，再用蒸 馏水冲洗一次，然后用洁净纱布吸干表面的水馏水冲洗一次，然后用洁净纱布吸干表面的水 分分 测定过程中，称量皿从烘箱中取出后，应迅测定过程中，称量皿从烘箱中取出后，应迅 速放入干燥器中进行冷却，否则，不易达到恒速放入干燥器中进行冷却，否则，不易达到恒 重重 干燥器内一般用硅胶作干燥剂，硅胶吸湿后干燥器内一般用硅胶作干燥剂，硅胶吸湿后 效能会减低，故当硅胶蓝色减退或变红时，需效能会减低，故当硅胶蓝色减退或变红时，需 及时换出，置及时换出，置1350C左右烘左右烘2-3小时使其再生后小时使其再生后 再用

12、。硅胶若吸附油脂等后，去湿能力也会大再用。硅胶若吸附油脂等后，去湿能力也会大 大减低大减低 果糖含量较高的样品，如水果制品、蜂蜜等，果糖含量较高的样品，如水果制品、蜂蜜等， 在高温（在高温（700C）长时间加热，其果糖会发生）长时间加热，其果糖会发生 氧化分解作用而导致明显误差：故宜采用减压氧化分解作用而导致明显误差：故宜采用减压 干燥法测定水分含量干燥法测定水分含量 含有较多氨基酸、蛋白质及羰基化合物的样含有较多氨基酸、蛋白质及羰基化合物的样 品，长时间加热则会发生羰氨反应析出水分而品，长时间加热则会发生羰氨反应析出水分而 导致误差导致误差 对此类样品宜采用其他方法测定水分含量对此类样品宜采

13、用其他方法测定水分含量 在水分测定中，恒重的标准一般定为在水分测定中，恒重的标准一般定为1-3mg， 依食品种类和测定要求而定。依食品种类和测定要求而定。 对于含挥发性组分较多的样品，如香料油、对于含挥发性组分较多的样品，如香料油、 低醇饮料等宜采用蒸馏法测定水分含量低醇饮料等宜采用蒸馏法测定水分含量 测定水分后的样品，可供测脂肪，灰分含量测定水分后的样品，可供测脂肪，灰分含量 用用 结果表示：结果表示： 水分含量水分含量1 g/100 g时，计算结果保留时，计算结果保留三位三位有效数字；有效数字； 水分含量水分含量1 g/100 g时，计算结果保留时，计算结果保留两位两位有效数字。有效数字。

14、 （二）（二） 减压干燥法减压干燥法 1、原理、原理 l利用食品中水分的物理性质，在达到利用食品中水分的物理性质，在达到40 kPa53 kPa压力后加热至压力后加热至60 5 ，采用减压烘干方法，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。算出水分的含量。 2、适用范围、适用范围 适用于在较高温度下易热分解、变质或不易除去结适用于在较高温度下易热分解、变质或不易除去结 合水的食品，如糖浆、果糖、味精、麦乳精、高脂合水的食品，如糖浆、果糖、味精、麦乳精、高脂 肪食品、果蔬及其制品等的水分含量测定。肪食品、果蔬及其制

15、品等的水分含量测定。 不适用于添加了其它原料的糖果，如奶糖、软糖不适用于添加了其它原料的糖果，如奶糖、软糖 等试样测定，同时该法不适用于水分含量小于等试样测定，同时该法不适用于水分含量小于0.5 g/100 g 的样品。的样品。 3、仪器及装置、仪器及装置 真空烘箱真空烘箱 (带真空泵、干燥瓶、安全瓶）带真空泵、干燥瓶、安全瓶） 为了除去烘干过程中样品蒸 发出来的水分以及烘箱恢复 常压时空气中的水分 4、操作方法、操作方法 准确称样于称量皿准确称样于称量皿 真空烘箱真空烘箱 关闭活塞关闭活塞 2-5g 40-53.3KPa 保持温度压力保持温度压力 50-60 oC 一定时间一定时间 打开活塞

16、打开活塞 取出称量皿取出称量皿 冷却。冷却。 恒重恒重 空气经空气经 压力恢复压力恢复 0.5h0.5mg 干燥瓶进入干燥瓶进入 干燥器干燥器 5、结果计算、结果计算 同直接干燥法同直接干燥法 说明及注意事项说明及注意事项 1）减压干燥法一般选择压力为）减压干燥法一般选择压力为40 kPa 53 kPa，选择温度，选择温度 为为50 C 60 C。但实际应用进可根据样品性质及干燥箱耐。但实际应用进可根据样品性质及干燥箱耐 压能力不同调整压力和温度。如美国官方分析化学家协会（压能力不同调整压力和温度。如美国官方分析化学家协会（ AOAC）的方法中，咖啡为）的方法中，咖啡为3.3 kPa和和98

17、C 100C；奶粉；奶粉 13.3 kPa和和100C；干果；干果13.3 kPa和和70C；坚果和坚果制品；坚果和坚果制品 13.3 kPa和和95 C 100C；糖及蜂蜜；糖及蜂蜜6.7 kPa和和60C等。等。 4）蒸发是一个吸热过程，要注意由于多个样品放在同一烘）蒸发是一个吸热过程，要注意由于多个样品放在同一烘 箱中使箱内温度降低的现象，冷却会影响蒸发，但不能通过箱中使箱内温度降低的现象，冷却会影响蒸发，但不能通过 升温来弥补冷却效应，否则样品在最后干燥阶段可能会产生升温来弥补冷却效应，否则样品在最后干燥阶段可能会产生 过热现象。过热现象。 5）干燥时间取决于总水分含量、食品的性质、单

18、位重量的）干燥时间取决于总水分含量、食品的性质、单位重量的 表面积，是否用海砂作为分散剂以及是否含有较强的持水能表面积，是否用海砂作为分散剂以及是否含有较强的持水能 力和易分解的高糖和其他化合物等。一般自干燥箱内部压力力和易分解的高糖和其他化合物等。一般自干燥箱内部压力 降至规定真空度时起计算干燥时间，一般每次烘干时间为降至规定真空度时起计算干燥时间，一般每次烘干时间为2 h ，但也有样品需，但也有样品需5 h。 二、蒸馏法二、蒸馏法 1、原理、原理 l利用食品中水分的物理化学性质，使用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水分测定器将食品中的水分与甲苯或二 甲

19、苯共同蒸出，根据接收的水的体积计甲苯共同蒸出，根据接收的水的体积计 算出试样中水分的含量。算出试样中水分的含量。 l本方法适用于含较多其他挥发性物质的本方法适用于含较多其他挥发性物质的 食品，如油脂、香辛料等。食品，如油脂、香辛料等。 2、特点及适用范围特点及适用范围 采用了高效的换热方式，水分可被迅速移去。采用了高效的换热方式，水分可被迅速移去。 测定过程在密闭容器中进行，加热温度比直接测定过程在密闭容器中进行，加热温度比直接 干燥低，对易氧化、分解、热敏性、以及含有干燥低，对易氧化、分解、热敏性、以及含有 大量挥发性组分的样品的测定准确度明显优于大量挥发性组分的样品的测定准确度明显优于 干

20、燥法。干燥法。 l蒸馏法适用于含较多挥发性物质的食品如油脂、蒸馏法适用于含较多挥发性物质的食品如油脂、 香辛料等水分的测定，不适用于水分含量小于香辛料等水分的测定，不适用于水分含量小于 1g/100 g 的样品。的样品。 l对于香料是唯一公认的水分含量的标准分析方对于香料是唯一公认的水分含量的标准分析方 法。法。 3、仪器及试剂、仪器及试剂 蒸馏式水分测定仪蒸馏式水分测定仪 甲苯或二甲苯：取甲苯或二甲苯，先以甲苯或二甲苯：取甲苯或二甲苯，先以 水饱和后，分去水层，进行蒸馏，收集水饱和后，分去水层，进行蒸馏，收集 馏出液备用。馏出液备用。 4、操作方法 样品（估计含水2-5ml) 甲苯（或二甲苯

21、）50-75ml 烧瓶、冷凝管、接受管、 每秒2滴、每秒4滴 说明与注意事项说明与注意事项 1）为避免接受器和冷凝管壁附着水珠，仪器必须洗涤干净）为避免接受器和冷凝管壁附着水珠，仪器必须洗涤干净 ，且所用试剂和器皿都要保证干燥。，且所用试剂和器皿都要保证干燥。 2） 3）样品为粉状或半流体时，先将瓶底铺满干洁海砂，再加）样品为粉状或半流体时，先将瓶底铺满干洁海砂，再加 入样品及共沸试剂。入样品及共沸试剂。 4）为避免了挥发性物质以及脂肪氧化造成的误差，加热温）为避免了挥发性物质以及脂肪氧化造成的误差，加热温 度不宜太高。同时，温度太高时冷凝管上端的水气将难以全部度不宜太高。同时，温度太高时冷凝

22、管上端的水气将难以全部 回收。回收。 5） 6）水与甲苯形成共沸物，）水与甲苯形成共沸物，84.1C沸腾；水与二甲苯形成共沸腾；水与二甲苯形成共 沸物，沸物，92C沸腾；水与苯形成共沸物，沸腾；水与苯形成共沸物，69.4C沸腾。沸腾。 7）对不同品种的样品，可以选择不同的共沸试剂。甲苯多）对不同品种的样品，可以选择不同的共沸试剂。甲苯多 用于测定大多数香辛料；已烷用于测定含糖高的香辛料；对热用于测定大多数香辛料；已烷用于测定含糖高的香辛料；对热 不稳定的食品常选用低沸点的苯做共沸试剂。不稳定的食品常选用低沸点的苯做共沸试剂。 三、卡尔三、卡尔费休法（费休法（Karl. Fischer meth

23、od，1935， 英国）英国） 1、原理原理 l根据碘能与水和二氧化硫发生化学反应，在有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，吡啶和甲醇共存时，1 mol碘只与碘只与1 mol水作用，水作用， 反应式如下：反应式如下： lC5H5NI2 + C5H5NSO2 + C5H5N + H2O + CH3OH 2C5H5NHI + C5H6NSO4CH3 l卡尔卡尔费休水分测定法又分为库仑法和容量法。费休水分测定法又分为库仑法和容量法。 l库仑法测定的碘是通过化学反应产生的，只要库仑法测定的碘是通过化学反应产生的，只要 电解液中存在水，所产生的碘就会和水以电解液中存在水，所产生的

24、碘就会和水以1:1 的关系按照化学反应式进行反应。当所有的水的关系按照化学反应式进行反应。当所有的水 都参与了化学反应，过量的碘就会在电极的阳都参与了化学反应，过量的碘就会在电极的阳 极区域形成，反应终止。极区域形成，反应终止。 l容量法测定的碘是作为滴定剂加入的，滴定剂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，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计算消耗碘的量，从而计量出被测物质水的含 量。量。 1)双指示电极安培滴定法：也叫永停滴定法双指示电极安培滴定法：也叫永停滴定法 其原理是将两枚相似的微铂电极插

25、在被样品溶其原理是将两枚相似的微铂电极插在被样品溶 液中，给两电极间施加液中，给两电极间施加1025mV电压。电压。 在开始滴定直至化学计量点前，因体系中只存在开始滴定直至化学计量点前，因体系中只存 碘化物而无游离碘，电极间的极化作用使外电碘化物而无游离碘，电极间的极化作用使外电 路中无电流通过（即微安表指针始终不动）路中无电流通过（即微安表指针始终不动） 当过量当过量1滴费休试剂滴入体系后，由于游离碘滴费休试剂滴入体系后，由于游离碘 的出现使体系变为去极化，则溶液开始导电，的出现使体系变为去极化，则溶液开始导电， 外路有电流通过，微安表指针偏转至一定刻度外路有电流通过，微安表指针偏转至一定刻

26、度 并稳定不变，即为终点，并稳定不变，即为终点， 此法更适宜于测定深色样品及微量、痕量水分此法更适宜于测定深色样品及微量、痕量水分 时采用。时采用。 确定终点确定终点(end point)： 2)当费休试剂滴定样品达到化学计量点时，当费休试剂滴定样品达到化学计量点时， 再过量再过量1滴费休试剂中的游离碘（滴费休试剂中的游离碘（iodine) 即会使体系呈现浅黄甚至棕黄色，据此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，此法适用于含即作为终点而停止滴定，此法适用于含 有有1%以上水分的样品，由其产生的终点以上水分的样品，由其产生的终点 误差不大误差不大 2、适用范围、适用范围 广泛

27、应用于各种液体、固体及一些气体样品中广泛应用于各种液体、固体及一些气体样品中 水分含量的测定。水分含量的测定。 作为水分特别是痕量水分（低至作为水分特别是痕量水分（低至ppm级）的标级）的标 准分析方法，用以校正其他测定方法。准分析方法，用以校正其他测定方法。 l卡尔卡尔费休法适用于食品中水分的测定，卡尔费休法适用于食品中水分的测定，卡尔 费休容量法适用于水分含量大于费休容量法适用于水分含量大于1.010-3 g/100 g 的样品，卡尔的样品，卡尔费休库伦法适用于水分费休库伦法适用于水分 含量大于含量大于1.010-5 g/100 g 的样品。的样品。 已应用面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖

28、蜜、已应用面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、 茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定，茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定， 结果的准确度优于直接干燥法，也是测定脂肪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。和油品中痕量水分的理想方法。 3、主要仪器、主要仪器 KF-1型水分测定仪型水分测定仪 SDY84型水分滴定仪型水分滴定仪 4、试剂、试剂 无水甲醇：要求其含水量在无水甲醇：要求其含水量在0.05%以下以下 无水吡啶：要求其含水量在无水吡啶：要求其含水量在0.1%以下。以下。 碘：将固体碘置干燥器内干燥碘：将固体碘置干燥器内干燥48小时以上。小时以上。 卡尔卡尔.费休试剂费休试剂(Karl Fischer reagent KFR) 碘（I2）、二氧化硫（SO2）、吡啶（C5H5N）按 一定比例溶解在甲醇（CH3OH）溶液中。 KF-1型水分测定仪 说明与注意事项说明与注意事项 1）卡尔）卡尔费休