水份的簡易測定方法
2011-04-20
水分測定方法有許多種，我們在選擇時要根據食品的性質來選擇。常采用的水份測定方法如下：
1、熱干燥法：
① 常壓干燥法(此法用的廣泛);
② 真空干燥法(有的樣品加熱分解時用);
③ 紅外線干燥法;
④ 真空器干燥法(干燥劑法);
2、蒸餾法
3、卡爾費休法
4、水分活度AW的測定
下面我們分別講述測定水分的方法。
一、常壓干燥法
1、特點與原理
⑴ 特點：此法應用最廣泛，操作以及設備都簡單，而且有相當高的精確度。
⑵ 原理：食品中水分一般指在大氣壓下，100℃左右加熱所失去的物質。但實際上在此溫度下所失去的是揮發性物質的總量，而不完全是水
2、干燥法必須符合下列條件(對食品而言)：
⑴ 水分是唯一揮發成分
這就是說在加熱時只有水分揮發。例如，樣品中含酒精、香精油、芳香脂都不能用干燥法，這些都有揮發成分。
⑵ 水分揮發要完全
對于一些糖和果膠、明膠所形成凍膠中的結合水。它們結合的很牢固，不宜排除，有時樣品被烘焦以后，樣品中結合水都不能除掉。因此，采用常壓干燥的水分，并不是食品中總的水分含量。
⑶ 食品中其它成分由于受熱而引起的化學變化可以忽略不計。
例：還原糖+氨基化合物 △→ 變色(美拉德反應)+H2O↑
還有 H2C4H4O6(酒石酸)+ 2NaHCO3 → NaC4H4O6(酒石酸鈉)+2H2O+2CO2
發酵糖(NaHCO3+KHC4H4O6) △ →H2O+CO2+ NaKC4H4O6
高糖高脂肪食品不適應
只看符合上面三點就可采用干燥法。烘箱干燥法一般是在100～105℃下進行干燥。
我們講的上面三點，應該是具體的具體分析，對于一個分析工作人員，或者是一個技術員，雖然干燥法必須符合三點要求，那么我們在只有烘箱的情況下，而且蓑紅樣品不見得符合以上講的三點，難道就不測水分嗎?
例如，啤酒廠要經常測啤酒花的水分，啤酒花中含有一部分易揮發的芳香油。這一點不符合我們的第一點要求，如果用烘箱法烘，揮發物與水分同時失去，造成分析誤差。此外，啤酒花中的α—酸在烘干過程中，部分發生氧化等化學反應，這又造成分析上的誤差，但是一般工廠還是用烘干法測定，他們一般采取低溫長時間(80～85℃烘4小時)，或者高溫短時(105℃烘1小時)
所以應根據我們所在的環境和條件選擇合適的操作條件，當然我們應該首先明白有沒有揮發物和化學反應等所造成的誤差。
3、烘箱干燥法的測定要點
⑴ 取樣(稱樣)
在采樣時要特別注意防止水分的變化，對有些食品例如奶粉、咖啡等很容易吸水，在稱量時要迅速，否則越稱越重。
⑵ 干燥條件的選擇
三個因素：①溫度;②壓力(常壓、真空)干燥;③時間。
一般是溫度對熱不穩定的食品可采用70～105℃;溫度對熱穩定的食品采用120～135℃。
4、操作方法
清洗稱量皿→烘至恒重→稱取樣品→放入調好溫度的烘箱(100～105℃)→烘1.5小時→于干燥器冷卻→稱重→再烘0.5小時→稱至恒重(兩次重量差不超過0.002g即為恒重)
* 油脂或高脂肪樣品，由于脂肪氧化，而后面一次重量反而增加，應以前一次重量計算。
* 對于易焦化和容易分解的食品，可以選用比較低的溫度或縮短干燥時間。
*對于液體與半固體樣品，要在稱量皿中加入海砂，使樣品疏松，擴大蒸發的接觸面，并且用一個玻璃棒作為容器。先放到沸水浴中烘，烘的差不多，再放到烘箱烘，否則不加海砂樣品容易使表面形成一層膜，造成水分不易出來，另外易沸騰的液體飛沫使重量損失。
計算：水分= G2 - G1 / W
固形物(%)=100 - 水分%
G1 —— 恒重后稱量皿重量(g)
G2 —— 恒重后稱量皿和樣品重量(g
W —— 樣品重量(g)
固形物 —— 指食品內將水分排除以后的全部殘留物。其組分有蛋白質、脂肪、粗纖維、無氮抽出物和灰分等。
5、烘箱干燥法產生誤差的原因
⑴ 樣品中含有非水分易揮發性物質(酒精、醋酸、香精油、磷脂等);
⑵ 樣品中的某些成分和水分的結合，使測的結果偏低(如蔗糖水解為二分子單糖)，主要是限制水分揮發;
⑶ 食品中的脂肪與空氣中的氧發生氧化，使樣品重量增重;
⑷ 在高溫條件下物質的分解(果糖對熱敏感);
果糖 C6H12O6 大于70℃ △→C6H6O3 + 3H2O
⑸ 被測樣品表面產生硬殼，妨礙水分的擴散;尤其是對于富含糖分和淀粉的樣品;
⑹ 烘干到結束樣品重新吸水。
二、真空干燥法
1、原理：利用較低溫度，在減壓下進行干燥以排除水分，樣品中被減少的量為樣品的水分含量。
本法適用于在100℃以上加熱容易變質及含有不易除去結合水的食品。其測定結果比較接近真正水分。
2、操作方法
準確稱2.00～5.00g樣品→于烘至恒重的稱量皿→至真空烘箱→70℃、真空度93.3～98.6KPa(700～740mmHg)→烘5小時→于干燥皿冷卻→稱至恒重
計算：水分= G / W
G —— 樣品中干燥后的失重(g)
W —— 樣品重量(g)
真空干燥法測水分，一般用于100℃以上容易變質、破壞或不易除去結合水的樣品，如糖漿、味精、砂糖、糖果、蜂蜜、果醬和脫水蔬菜等樣品都可采用真空干燥法測定水分。
三、蒸餾法測定水分(迪安—斯達克)
蒸餾發出現在二十世紀初，當時它采用沸騰的有機液體，將樣品中水分分離出來，此法直到如今仍在適用。
1、原理：把不溶于水的有機溶劑和樣品放入蒸餾式水分測定裝置中加熱，試樣中的水分與溶劑蒸汽一起蒸發，把這樣的蒸汽在冷凝管中冷凝，由水分的容量而得到樣品的水分含量。
2、步驟
準確稱2.00～5.00g樣品→于250ml水分測定蒸餾瓶中→加入約50～75ml有機溶劑→接蒸餾裝置→徐徐加熱蒸餾→至水分大部分蒸出后→在加快蒸餾速度→至刻度管水量不在增加→讀數
計算：
水分=V/W
V —— 刻度管中水層的容量ml
W —— 樣品的重量(g)
3、常用的有機溶劑及選擇依據
常用的有機溶劑有比水清的，也有比水重的。
苯 甲苯 二甲苯 CCl4
密度 0.88 0.86 0.86 1.59
沸點 80℃ 80℃ 140℃ 76.8℃
選擇依據：對熱不穩定的食品，一般不采用二甲苯，因為它的沸點高，常選用低沸點的有機溶劑，如苯。對于一些含有糖分，可分解釋放出水分的樣品，如脫水洋蔥和脫水大蒜可采用苯，要根據樣品的性質來選擇有機溶劑。
4、蒸餾法的優缺點
優點：
⑴ 熱交換充分
⑵ 受熱后發生化學反應比重量法少
⑶ 設備簡單，管理方便
缺點：
⑴ 水與有機溶劑易發生乳化現象
⑵ 樣品中水分可能完全沒有揮發出來
⑶ 水分有時附在冷凝管壁上，造成讀數誤差
對分層不理想，造成讀數誤差，可加少量戊醇或異丁醇防止出現乳濁液。
這種方法用于測定樣品中除水分外，還有大量揮發性物質，例如，醚類、芳香油、揮發酸、CO2等。目前AOAC規定蒸餾法用于飼料、啤酒花、調味品的水分測定，特別是香料，蒸餾法是唯一的、公認的水分檢驗分析方法。
四、卡爾—費休法
眾所周知，卡爾費休法是測定各種物質中微量水分的一種方法，這種方法自從1935年由卡爾費休提出后，一直采用I2、SO2、吡啶、無水CH3OH(含水量在0.05%以下)配制而成，并且國際標準化組織把這個方法定為國際標準測微量水分，我們國家也把這個方法定為國家標準測微量水分。
1、原理：在水存在時，即樣品中的水與卡爾費休試劑中的SO2與I2產生氧化還原反應。
I2 + SO2 + 2H2O → 2HI + H2SO4
但這個反應是個可逆反應，當硫酸濃度達到0.05%以上時，即能發生逆反應。如果我們讓反應按照一個正方向進行，需要加入適當的堿性物質以中和反應過程中生成的酸。經實驗證明，在體系中加入吡啶，這樣就可使反應向右進行。
3 C5H5N+H2O+I2+SO2 → 2氫碘酸吡啶+硫酸酐吡啶
生成硫酸酐吡啶不穩定，能與水發生反應，消耗一部分水而干擾測定，為了使它穩定，我們可加無水甲醇。
硫酸酐吡啶 + CH3OH(無水)→ 甲基硫酸吡啶
我們把這上面三步反應寫成總反應式為：
I2+SO2+H2O+3吡啶+CH3OH 2氫碘酸吡啶+甲基硫酸吡啶
從反應式可以看出1mol水需要1mol碘，1mol二氧化硫和3mol吡啶及1mol甲醇而產生2mol氫碘酸吡啶、1mol甲基硫酸吡啶。這是理論上的數據，但實際上，SO2、吡啶、CH3OH的用量都是過量的，反應完畢后多余的游離碘呈現紅棕色，即可確定為到達終點。
I2︰SO2︰C5H5N = 1︰3︰10
2、卡爾費休試劑的配制與標定
若以甲醇作溶劑，則試劑中I2、SO2、C5H5N(含水量在0.05%以下)三者的克分子數比例為
I2︰SO2︰C5H5N = 1︰3︰10
這種試劑有效濃度取決于碘的濃度。新配制的試劑其有效濃度不斷降低，其原因是由于試劑中各組分本身也含有一些水分，但試劑濃度降低的主要原因是由一些副反應引起的，較高消耗了一部分碘。
這也說明了配制這種試劑要單獨配，分甲乙兩種試劑并且分別貯存，臨用時再混合，而且要標定。
甲液 I2的CH3OH溶液
乙液 SO2的CH3OH吡啶溶液
這種方法對試劑要求嚴格，要求甲醇、吡啶都是無水的，并且要求有KF水分測定儀(上海化工研究所制)
配制：
稱85gI2→于干燥的有塞棕色燒瓶中→加670ml無水CH3OH→塞上瓶塞→振搖使I2全部溶解→加270ml吡啶→混勻→于冰水浴冷卻→通干燥的SO2氣體60g→塞上瓶塞→于暗處24小時后標定使用
標定：
先加50ml無水甲醇→于反應器中→接通電源→啟動電磁攪拌器→用KF試劑滴入甲醇中使甲醇中尚殘留的痕量水分與試劑達到終點(即指針到達一定刻度，不記錄KF試劑用量)→保持一分鐘→用10μl注射器從反應器加料口注入10μl蒸餾水(相當于0.01g水)→電流表指針接近零點→用KF試劑滴定到原定終點→記錄
F =G*100/V
F —— KF試劑的水當量(mg/ml)
V —— KF滴定消耗試劑的體積(ml)
G —— 水的重量(g)
3、步驟
對于固體樣，如糖果必須預先粉碎，稱0.30～0.50g樣于稱樣瓶中
取50 ml甲醇 → 于反應器中，所加甲醇要能淹沒電極，用KF試劑滴定50 ml甲醇中痕量水 →滴至指針與標定時相當并且保持1min不變時 →打開加料口 → 將稱好的試樣立即加入 → 塞上皮塞 → 攪拌 →用KF試劑滴至終點保持1min不變 → 記錄
計算：
水分=FV/W
F —— KF試劑的水當量(mg/ml)
V —— 滴定所消耗的卡爾費休試劑(ml)
W —— 樣品重量(g)
注：① 此法適用于食品中糖果、巧克力、油脂、乳糖和脫水果蔬類等樣品;
② 樣品中有強還原性物料，包括維生素C的樣品不能測定;
③ 卡爾費休法不僅可測得樣品中的自由水，而且可測出結合水，即此法測得結果更客觀地反映出樣品中總水分含量。
④ 固體樣品細度以40目為宜，最好用粉碎機而不用研磨，防止水分損失。
五、水分活度值的測定
食品中水分活度的檢驗方法很多，如蒸汽壓力法、電濕度計法、附感敏器的濕動儀法、溶劑萃取法、擴散法、水分活度測定儀法和近似計算法等。一般常用的是水分活度測定儀法(AW測定儀法)、溶劑萃取法和擴散法。水分活度測定儀法操作簡便，能在較短時間得到結果。
1、AW測定儀法
⑴原理：在一定溫度下主要利用AW測定儀中的根據食品中水的蒸汽壓力的變化，從儀器的表頭上讀出指針所示的水分活度。在樣品測定前需用氯化鋇和溶液校正AW測定儀的AW為9.000。
⑵ 步驟
① 儀器校正
兩張濾紙→浸于氯化鋇飽和液中→用小夾子輕輕地把它放在儀器的樣品盒內→然后將傳感器的表頭放在樣品盒上，輕輕地擰緊→于20℃恒溫烘箱→加熱恒溫3小時后→將校正螺絲校正AW為9.00
② 樣品測定
取樣→于15～25℃恒溫后→(果蔬樣品迅速搗碎取湯汁與固形物按比例取樣→肉和魚等固體試樣需適當切細)→于容器樣品盒內→將傳感器的表頭置于樣品盒上輕輕地擰緊→于20℃恒溫烘箱中→加熱2小時后→不斷觀察表頭儀器指針的變化情況→等指針恒定不變時→所指的數值即為此溫度下試樣的AW值
2、溶劑萃取法
⑴原理：食品中的水可用不混溶的溶劑苯來萃取。苯在一定溫度下其萃取的水量隨樣品中水分活度而變化，即萃取的水量與水相中的水分活度成比例，其結果與同溫度下測定的苯中飽和溶解水值與水相中的水的比值即為該樣品的水分活度。
⑵ 步驟
稱樣1.00g → 于250 ml磨口三角燒瓶 → 加100ml苯 → 塞上瓶塞 → 振搖1小時 → 靜置10分鐘 →
吸50ml → 于卡爾費休水分測定器中 → 加無水甲醇70ml → 混合 → 用KF試劑滴至微紅色→ 置電
流指針再不變即為終點 → 記錄
求苯中飽和溶解水值：
取蒸餾水10ml代替樣品 → 加苯100 ml → 振搖2分鐘 → 靜置5分鐘 → 同上樣品測定
⑶ 計算
AW =[H2O]n×10/[H2O]0
AW —— 樣品中水分活度值
[H2O]n —— 從食品中萃取的水量，即從KF試劑滴定度乘滴定樣品消耗KF試劑毫升數
[H2O]0 —— 測定純水中萃取水量
3、擴散法
樣品在康威氏微量擴散皿密封和恒溫下，分別在較高和較低的標準飽和溶液中擴散平衡后，根據樣品重量的增加和減少的量，求出樣品中AW值。
六、其它測定水分方法
1、化學干燥法
化學干燥法就是將某種對于水蒸汽具有強烈吸附作用的化學藥品與含水樣品同裝入一個干燥器(玻璃或真空干燥器)，通過等溫擴散及吸附作用而使樣品達到干燥恒重，然后根據干燥前后樣品的失重即可計算出其水分含量，此法在室溫下干燥，需要較長時間，幾天、幾十天甚至幾個月。
干燥劑有五氧化二磷、氧化鋇、高氯酸鎂、氫氧化鋅、硅膠、氧化氯等。
2、微波法
微波是指頻率范圍為103～3×105MHZ的電磁波。當微波通過含水樣品時，因水分引起的能量損耗遠遠大于干物質所引起的損耗，所以測量微波能量的損耗就可以求出樣品含水量。
3、紅外吸收光譜法
紅外線屬于電磁波，波長0.75～1000μm的光。紅外波段可分三部分：① 近紅外區 0.75～2.5μm;② 中紅外區2.5～25μm;③ 遠紅外區 25～1000μm。
根據水分對某一波長的紅外光的吸收程度與其在樣品中含量存在一定的關系的事實即建立了紅外光譜測定水分方法
現在有專用的水份測定儀 紅外水份儀 糧食水份儀 木材水份儀
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