第五章水分和水分活度值的测定

第一节 概述水的作用：没有水就没有生命，食品组成离不开水。

一、食品中水分的存在形式

① 自由水（游离水）——是靠分子间力形成的吸附水。

② 亲和水—— 强极性基团单分子外的水分子层。

③ 　结合水（束缚水）——以氢键结合的水，结晶水。

二 、 水分的测定方法

① 直接法——利用水分本身的物理性质、化学性质测定水分：重量法、蒸馏法、卡尔 · 费休法、化学方法。

② 间接法——利用食品的物理常数通过函数关系确定水分含量。 如测相对密度、折射率、电导、旋光率等。

直接法比间接法准确度高。

三、水分的测定的意义• 水分是影响食品质量的因素，控制水分是保障

食品不变质的手段。 控制食品水分含量，对于保持食品具有良好的

感官性状，维持食品中其他组分的平衡关系，保证食品具有一定的保存期等均有着重要的作用。此外，各种生产原料中水分含量高低，对于它们的品质褐保存，进行成本核算，提高工厂的经济效益等均具有重大意义。

• 另外对于果汁、番茄酱、糖水、糖浆等食品及其辅料，质量标准中常列入固形物的含量。

固形物 (%) = 100 % － 水份（ % ） 不同的食品水分含量相差较多 , 除谷物和豆类等的种子类食品（一般水分在 12 ～ 16 ％）以外，作为食品的许多植物一般含有 60 ～ 90 ％的水分，有的甚至更高，水是许多食品组成成分中数量最多的组分。如蔬菜含水分 85 ～ 97 ％、水果 80 ～ 90 ％、鱼类 67 ～ 81 ％、蛋类 73 ～ 75 ％、乳类87 ～ 89 ％、猪肉 43 ～ 59 ％，即使是干态食品，也含有少量水分，如面粉 12 ～ 14 ％、饼干 2.5 ～ 4.5 ％。

• 食品中的固形物——指食品内将水分排除后的全部残留物，包括蛋白质、脂肪、粗纤维、无氮抽出物、灰分等。在食物成分表中，食品中碳水化合物含量通常以总碳水化合物或无氮抽出物来表示，二者都以减差法计算。何谓总碳水化合物，何谓无氮抽出物。总碳水化合物（ % ） =100- （水分 + 粗蛋白质 + 灰分 + 粗脂肪） %无氮抽出物（ % ） =100- （水分 + 粗蛋白质 + 灰分 + 粗脂肪 + 粗纤维素） %

第二节 水分的测定

一 、 干燥法

以原样重量 - 干燥后重量 = 水分重量

（一）干燥法的注意事项1 、干燥法的前提条件

样品本身要符合以下三项条件：

① 水分是唯一的挥发的物质，不含或含其它挥发性成分极微。

② 水分的排除情况很完全，即含胶态物质、含结合水量少。因为常压很难把结合水除去，只好用真空干燥除去结合水。

③ 食品中其他组分在加热过程中发生化学反应引起的重量变化非常小，可忽略不计，对热稳定的食品。

2、操作条件的选择： （ 1）称量瓶的选择 （铝制、玻璃）• 玻璃称量皿——能耐酸碱，不受样品性质的限 制，常用于常压干燥法。• 铝制称量盒——质量轻，导热性强，但 对酸性食品不适宜，常用于 减压干燥法或原粮水分的测定。• 选择称量皿的大小要合适，一般样品≯1/3高

度。

称量皿放入烘箱内，盖子应该打开，斜放在旁边，取出时先盖好盖子，用纸条取，放入干燥器内，冷却后称重。

⑵ 称样量 样品一般控制在干燥后的残留物为 1.5 ～ 3克；固态、浓稠态样品控制在 3 ～ 5 克；含水分较高的样品控制在 15 ～ 20 克；

⑶ 干燥设备烘箱 电热烘箱有各种形式，对流式、强力循环通风式。

① 普通； ②真空

⑷ 干燥条件

干燥温度：1. 一般是 95 ～ 105 ℃；对含还原糖较多的食品应

先（ 50 ～ 60℃）干燥然后再 105℃加热。2. 对热稳定的谷物可用 120 ～ 130 ℃干燥。3. 对于脂肪高的样品，后一次重量可能高于前一次

（由于脂肪氧化），应用前一次的数据计算。

干燥器

干燥时间：

恒重——最后两次重量之差 ＜ 2 mg 。 基本保证水分蒸发完全。规定时间——根据经验，准确度要求不高的。

• 对于易结块或形成硬皮的样品要加入定量的海砂 .

（二）直接干燥法（常压干燥法）（二）直接干燥法（常压干燥法）

1. 原理： 在一定的温度（ 95 ～ 105℃）和压力（常压）下，将样品在烘箱中加热干燥，除去水分，干燥前后样品的质量之差为样品的水分含量。

2. 适用范围： 95 ～ 105℃内不含或含有极微量挥发性成分，而且对热稳定的各种食品。3.样品的制备、测定及结果计算。

⑴ 样品的预处理（对分析结果影响较大）

a . 采集，处理，保存过程中，要防止组分发生变化，特别要防止水分的丢失或受潮。

b. 固体样品要磨碎（粉碎）过筛，谷类达 18目，其他 30 ～ 40目。

c. 液态样品要在水浴上先浓缩，然后进干燥箱，不然烘箱受不了。

d. 浓稠液体（糖浆、炼乳等）： 加水稀释，最后要把加入的水除去。 加入海砂，海砂与玻璃棒在水浴上干燥后入干燥箱，两者要知重量。

e. 含水量﹥ 16% 的谷类食品，采用两步干燥法。如面包，切成薄片，自然风干 15~20h ，再称量，磨碎，过筛，烘干 。

• 常压干燥法操作过程： 烘箱预热 称量皿横重 m3 准

确称样 +称量皿重 m1 干燥 1h 冷却 30min 称量 干燥 1h 冷却 30min 称量 反复至恒重准确称样 +称量皿重 m2 。

水分的计算：水分 % = ( m1 - m2)/ (m1 - m3) ×100%

（三） 减压干燥法（三） 减压干燥法（ 1 ） 原理：利用水的沸点随 P↓ 的原理，将样品称量后放入真空干燥箱内，在选定的真空度与加热温度下干燥至恒重，干燥后样品所失去的质量百分比即为水分含量。

（ 2 ）装置如 （下图）

（ 3 ）操作：将准确称好的样品放入真空干燥箱内，打开真空泵抽出烘箱内空气至所需的压力 ,b并同时加热至所需温度。关闭真空泵上的活塞，停止抽气，使烘箱内保持一定的温度和压力，经一定时间后（一般 2h ），打开活塞使空气经干燥瓶缓缓进入烘箱内，待压力恢复正常后，再打开烘箱取出称量皿，放入干燥器内冷却 0.5h

后称量，并重复以上操作至恒重。

• 减压干燥箱

• 真空干燥法测水分，一般用于 100℃以上容易变质、破坏或不易除去结合水的样品，如糖浆、味精、砂糖、糖果、蜂蜜、果酱和脱水蔬菜等样品都可采用真空干燥法测定水分。

（四）红外干燥法（四）红外干燥法

⑴ 原理：

以红外线灯管做为热源（ 700～ 300000 nm波长），利用红外线的辐射热与直射热加热试样 ，高效快速的使水分蒸发，根据干燥前后的失重即可求出样品的水分。集烘箱于天平为一体。

⑵装置MA30 水分测定仪（德），样品最大为 30g。SCT—3 A 快速水分测定仪（中），样品

最大量为 100 g。⑶ 特点及适用范围特点：测定水分快速，简便，但其精密度较差，可作为简易法用于测定 2～ 3份样品的大致水分。一般测定一份试样需10～ 30分钟，故当样品份数较多时，效率反而降低。

二、蒸馏法（应用广泛的为共沸蒸馏）

⑴ 原理： 两种互不相溶的液体，二元体系的沸点低于其中各组份分沸点，将食品中的水分与有机溶剂如甲苯、苯、二甲苯等，共沸蒸出，冷凝并收集馏出液，由于水与其他组分密度不同，馏出液在有刻度的接收管中分层 , 根据水的体积计算水分含量。 例：有关沸点：水 —— 100℃ 苯 —— 80.2 ℃ 水 + 苯 —— 69.25 ℃

有关相对密度： (20/4)

d 水 = 1.00000 d 苯 = 0.87900 d 甲苯 = 0.86694

⑵ 特点和使用范围 此法为一种高效的换热方法，水分可以被迅速的移去，加热温度比直接干燥法低。另外是在密闭的容器中进行的，加热温度比直接干燥法低，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干燥法。设备简单，操作方便，广泛用于各类果蔬、油类等多种样品的水分的测定。

特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方特别是香料，此法是唯一公认的水分含量的标准分析方法。法。

• ⑶ 操作方法• 准确称 2.00 ～ 5.00g 样品→于 250ml 水

分测定蒸馏瓶中→加入约 50 ～ 75ml 新蒸馏的有机溶剂→接蒸馏装置，从冷凝管顶端注入有机溶剂使之充满水分接收刻度线→徐徐加热蒸馏（ 2 滴 /min ）→至水分大部分蒸出后→在加快蒸馏速度（ 4 滴 /min ）→至刻度管水量不再增加→读数

• 计算：水分（ % ） = ( V ∕W ) ×100 V—— 接收管内水的体积。 W——样品质量。

⑷操作注意事项 a. 要先接好冷水，且先打开冷凝水。 b. 试剂苯、甲苯、二甲苯，要预先蒸馏，除去水分备用。 c. 准确称量适量的样品（估计含水量 2~5ml ），样品用量

一般谷类、豆类约 20g ，鱼、肉、蛋、乳制品约 5 ～ 10g ，蔬菜、水果约 5g 。

d. 加热慢慢蒸馏，使 2滴馏出液 /每秒。e. 有机溶剂一般用甲苯，沸点 110.7℃。对于高温易分解样

品则用苯作蒸馏溶剂，但蒸馏的时间需延长。f.加热温度不宜太高，太高时冷凝管上端水汽难以全部回收。

蒸馏时间一般为 2 ～ 3小时，样品不同蒸馏时间各异。g. 为了尽量避免接收管和冷凝管附着水滴，仪器必须洗涤干净。

三、卡尔 · 费休法（ Karl Fischer) 简称费休法或 K—F 法。

1935年由卡尔 ·菲休提出的测定水分的定量方法，属于碘量法，是对于测定水分最为准确的化学方法。多年来，许多分析工作者对此方法进行了较为全面的研究，在反应的化学计量、试剂的稳定性、滴定方法、计量点的指示及各类样品的应用和仪器操作的自动化等方面，有许多改进，使该方法日趋成熟与完善。

⑴ 原理

利用 I2氧化 SO2时需要有一定的水参加反应，（氧化还原反应）

I2+SO2+2H2O H2SO4+2HI

此反应具有可逆性，当生成物 H2SO4 浓度＞ 0.05 % 时，即发生可逆反应，要使反应顺利向右进行，要加入适量的碱性物质以中和生成的酸，吡啶（ C5H5N ）可以满足要求。

• I2+SO2+2H2O+3C5H5N

2C5H5NHI+C5H5NSO3

氢碘酸吡啶 硫酸吡啶

硫酸吡啶很不稳定，与水发生副反应，形成干扰。若有甲醇存在，则可生成稳定的化合物。

将 I2 、 SO2 、 C5H5N 、 CH3OH 配在一起称为费休试剂。

费休法的滴定总反应式可写为：• I2+SO2+H2O+3C5H5N + CH3OH

2C5H5NHI+C5H5NHSO4CH3

氢碘酸吡啶 甲基硫酸吡啶

⑵ 适用范围 费休法广泛地应用于各种液体、固体、及一些气体样品中水分含量的测定，也常作为水分痕量级标准分析方法，也可用此法校正其他的测定方法。

在食品分析中，采用适当的预防措施后能用于含水量从 lppm 到接近 l00％的样品的测定，已应用于面粉、砂糖、人造奶油、可可粉、糖蜜、茶叶、乳粉、炼乳及香料等食品中的水分测定，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方法。

⑶ 主要仪器： KF—l 型水分测定仪 (上海化工研究院制 ) SDY 一 84 型水分滴定仪 (上海医械专机厂制 )

⑷ 试剂： 尽量用无水的试剂，有时需要蒸馏后再使用，加入无水硫酸钠保存无水甲醇、无水吡啶，或选用费休试剂滴一下，配好费休试剂后，放置 24小时后，进行标定且每天要标定。

标定有三种方法： ① 是用纯水进行标定。 ② 用事先配好的水—甲醇标定。 ③ 用二水合酒石酸钠标定，理论含水量为 15.66 ％。

⑸ 测定注意： a. 甲醇有毒 ，操作时注意；• b. 费休试剂可分为甲乙液储存。新配制的试剂其有效浓度不断降低，

其原因是由于试剂中各组分本身也含有一些水分，但试剂浓度降低的主要原因是由一些副反应引起的，较高消耗了一部分碘。这也说明了配制这种试剂要单独配，分甲乙两种试剂并且分别贮存，临用时再混合，而且要标定。甲液 I2 的 CH3OH溶液；乙液 SO2 的 CH3OH吡啶溶液

⑹滴定终点确定：a.当用费休试剂滴定样品达到化学计量点时，再过量 1滴费休试剂

中的游离碘即会使体系呈现浅黄甚至棕黄色，即为滴定终点。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；

b. 如测定样品中的微量水分或深色样品时，常用永停滴定法。

5. 其它测定水分方法⑴ 化学干燥法• 化学干燥法就是将某种对于水蒸汽具有强烈吸附作用的化学药品与含水样品同装入一个干燥器（玻璃或真空干燥器），通过等温扩散及吸附作用而使样品达到干燥恒重，然后根据干燥前后样品的失重即可计算出其水分含量，此法在室温下干燥，需要较长时间，几天、几十天甚至几个月。

• 干燥剂有五氧化二磷、氧化钡、高氯酸镁、氢氧化锌、硅胶、氧化氯等。

⑵ 气相色谱法⑶ 微波法 微波是指频率范围为 103 ～ 3×105MHZ 的电磁波。当微波通

过含水样品时，因水分引起的能量损耗远远大于干物质所引起的损耗，所以测量微波能量的损耗就可以求出样品含水量。

⑷ 红外吸收光谱法• 红外线属于电磁波，波长 0.75 ～ 1000μm 的光。红外波段可分三部分：① 近红外区 0.75 ～ 2.5μm；② 中红外区 2.5 ～ 25μm；③ 远红外区 25 ～ 1000μm 。

• 根据水分对某一波长的红外光的吸收程度与其在样品中含量存在一定的关系的事实即建立了红外光谱测定水分方法。

⑸ 其它还有声波和超声波法 ，直流和交流电导率法，介电容量法，核磁共振波谱法，中子法。

GB/T 5009.3—2003 《食品的水分测定》

1. 直接干燥 2. 减压干燥 3. 蒸馏

§3 水分活度值的测定一、水分活度值含义及意义1.含义： 水分活度表示食品中水分存在的状态，反应水与食品

的结合或游离程度， Aw↓结合程度↑， Aw↑结合程度↓。 Aw影响色、香、味保存期。一般，同种食品水分含量↑， Aw值 ↑。

定义： 溶液中水的逸度与纯水的逸度之比值，可近似表示为 溶液中水蒸气分压与纯水蒸汽压之比。

逸度——溶液中水逸出的趋势、能力。 f=pγ（逸度系数）。

Aw = f 水 /f 纯水 ≈ p 水分压 /p 纯水分压

2. 测定水分活度值的意义

水分含量与水分活度是两种不同的概念。水分含量是指食品中水的总含量，常以重量百分数表示；而水分活度则表示食品中水分存在的状态，即反应水分与食品的结合程度或游离程度，其值越小说明结合程度越高，反之则说明结合程度低。

Aw 值的大小对食品的色、香、味、质构以及食品的稳定性都有着重要影响。各种微生物的生命活动及各种化学、生物化学变化都要求一定的 Aw 值，故 Aw 值与食品的保藏性能密切相关。相同含水量的食品由于它们的 Aw值不同而保藏性能会有明显差异。

因此，测定食品的 Aw 值，依据 Aw 值降低有利于其保藏的原理，认为控制水分活度即可提高产品的质量并延长其保存期，例如水果软糖中添加的琼脂、主食面包中添加乳化剂、糕点生产中添加甘油等对于调整食品 Aw 值、改善质构口感及延长保存期均起了很好的作用。 Aw 值的测定已成为食品分析的重要项目之一。

二、水分活度值的测定方法1. Aw测定仪法； 2. 扩散法； 3. 溶剂萃取

法。

• 1 、 AW 测定仪法• ⑴ 原理：在一定温度下主要利用 AW 测定仪中

的传感器根据食品中水的蒸汽压力的变化，从仪器的表头上读出指针所示的水分活度。在样品测定前需用氯化钡饱和溶液校正 AW 测定仪的 AW 为 9.000 。

• ⑵ 步骤• ① 仪器校正• 两张滤纸→浸于氯化钡饱和液中→用小夹子轻轻地把它放在仪器的样品盒内→然后将传感器的表头放在样品盒上，轻轻地拧紧→于 20℃恒温烘箱→加热恒温 3小时后→将校正螺丝校正 AW 为 9.00

• ② 样品测定• 取样→于 15 ～ 25℃恒温后→（果蔬样品迅速捣碎取汤汁或与固形物按比例取样→肉和鱼等固体试样需适当切细）→于容器样品盒内→将传感器的表头置于样品盒上轻轻地拧紧→于 20℃恒温烘箱中→加热 2小时后→不断观察表头仪器指针的变化情况→等指针恒定不变时→所指的数值即为此温度下试样的 AW 值

• 2 、溶剂萃取法• ⑴ 原理：食品中的水可用不混溶的溶剂苯来萃取。苯在一定温度下其萃取的水量随样品中水分活度而变化，即萃取的水量与水相中的水分活度成比例，其结果与同温度下测定的苯中饱和溶解水值与水相中的水的比值即为该样品的水分活度。

• ⑵ 步骤• 称样 1.00g → 于 250 ml磨口三角烧瓶 → 加 100

ml苯 → 塞上瓶塞 → 振摇 1小时 → 静置 10 分钟 → 吸 50ml → 于卡尔费休水分测定器中 → 加无水甲醇 70ml → 混合 → 用 KF试剂滴至微红色→ 置电流指针再不变即为终点 → 记录

• 求苯中饱和溶解水值：• 取蒸馏水 10ml代替样品 → 加苯 100 ml → 振摇

2 分钟 → 静置 5 分钟 → 同上样品测定 • ⑶ 计算•                      AW =[H2O]n×10/[H2O]0

• 　 AW —— 样品中水分活度值

• [H2O]n —— 从食品中萃取的水量，即从KF试剂滴定度乘滴定样品消耗KF试剂毫升数

• [H2O]0 —— 测定纯水中萃取水量

• 3 、扩散法1. 原理：样品在康威氏微量扩散皿密封和恒温下，

分别在 Aw 较高和较低的标准饱和溶液中扩散平衡后，根据样品重量的增加和减少的量，求出样品中 AW 值。

2.操作方法：a. 在预先称重过的玻璃皿中，准确称取 1.00g 均匀切碎样品，迅速放入康威氏皿的内室中。

b. 在康威氏皿的外室预先放入标准饱和试剂 5ml ，一般操作时选择 2 ～ 4 份标准饱和试剂，其中1 ～ 2 份的 AW 值大于或小于试样的 AW 值。

c. 在扩散皿磨口边缘均匀涂上一层真空脂或凡士林，加盖密封。

d. 在 25±0.5℃温度下放置 2±0.5h ，然后取出玻璃皿迅速称量，分别计算各样品每克质量的增减数。

e. 以各种标准饱和溶液在 25℃时的 AW 值为横坐标，每克样品质量增减数为纵坐标作图，将各点连结成一条直线，此线与横坐标的交点即为所测样品的 AW 值。

第五章 重点

1. 什么是结合水？什么是自由水？2. 水分的测定方法。3. 各种测定方法的原理、仪器。4. 卡尔费休法原理、试剂。5. 水分活度的测定方法。