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水份的簡(jiǎn)易測(cè)定方法
2011-04-20
水分測(cè)定方法有許多種，我們?cè)谶x擇時(shí)要根據(jù)食品的性質(zhì)來(lái)選擇。常采用的水份測(cè)定方法如下：
1、熱干燥法：
?、?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(shí)用);
?、?紅外線(xiàn)干燥法;
?、?真空器干燥法(干燥劑法);
2、蒸餾法
3、卡爾費(fèi)休法
4、水分活度AW的測(cè)定
下面我們分別講述測(cè)定水分的方法。
一、常壓干燥法
1、特點(diǎn)與原理
?、?特點(diǎn)：此法應(yīng)用最廣泛，操作以及設(shè)備都簡(jiǎn)單，而且有相當(dāng)高的精確度。
?、?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(zhì)。但實(shí)際上在此溫度下所失去的是揮發(fā)性物質(zhì)的總量，而不完全是水
2、干燥法必須符合下列條件(對(duì)食品而言)：
⑴ 水分是唯一揮發(fā)成分
這就是說(shuō)在加熱時(shí)只有水分揮發(fā)。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(fā)成分。
?、?水分揮發(fā)要完全
對(duì)于一些糖和果膠、明膠所形成凍膠中的結(jié)合水。它們結(jié)合的很牢固，不宜排除，有時(shí)樣品被烘焦以后，樣品中結(jié)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。
?、?食品中其它成分由于受熱而引起的化學(xué)變化可以忽略不計(jì)。
例：還原糖+氨基化合物 △→ 變色(美拉德反應(yīng))+H2O↑
還有 H2C4H4O6(酒石酸)+ 2NaHCO3 → NaC4H4O6(酒石酸鈉)+2H2O+2CO2
發(fā)酵糖(NaHCO3+KHC4H4O6) △ →H2O+CO2+ NaKC4H4O6
高糖高脂肪食品不適應(yīng)
只看符合上面三點(diǎn)就可采用干燥法。烘箱干燥法一般是在100～105℃下進(jìn)行干燥。
我們講的上面三點(diǎn)，應(yīng)該是具體的具體分析，對(duì)于一個(gè)分析工作人員，或者是一個(gè)技術(shù)員，雖然干燥法必須符合三點(diǎn)要求，那么我們?cè)谥挥泻嫦涞那闆r下，而且蓑紅樣品不見(jiàn)得符合以上講的三點(diǎn)，難道就不測(cè)水分嗎?
例如，啤酒廠(chǎng)要經(jīng)常測(cè)啤酒花的水分，啤酒花中含有一部分易揮發(fā)的芳香油。這一點(diǎn)不符合我們的第一點(diǎn)要求，如果用烘箱法烘，揮發(fā)物與水分同時(shí)失去，造成分析誤差。此外，啤酒花中的α—酸在烘干過(guò)程中，部分發(fā)生氧化等化學(xué)反應(yīng)，這又造成分析上的誤差，但是一般工廠(chǎng)還是用烘干法測(cè)定，他們一般采取低溫長(zhǎng)時(shí)間(80～85℃烘4小時(shí))，或者高溫短時(shí)(105℃烘1小時(shí))
所以應(yīng)根據(jù)我們所在的環(huán)境和條件選擇合適的操作條件，當(dāng)然我們應(yīng)該首先明白有沒(méi)有揮發(fā)物和化學(xué)反應(yīng)等所造成的誤差。
3、烘箱干燥法的測(cè)定要點(diǎn)
?、?取樣(稱(chēng)樣)
在采樣時(shí)要特別注意防止水分的變化，對(duì)有些食品例如奶粉、咖啡等很容易吸水，在稱(chēng)量時(shí)要迅速，否則越稱(chēng)越重。
?、?干燥條件的選擇
三個(gè)因素：①溫度;②壓力(常壓、真空)干燥;③時(shí)間。
一般是溫度對(duì)熱不穩(wěn)定的食品可采用70～105℃;溫度對(duì)熱穩(wěn)定的食品采用120～135℃。
4、操作方法
清洗稱(chēng)量皿→烘至恒重→稱(chēng)取樣品→放入調(diào)好溫度的烘箱(100～105℃)→烘1.5小時(shí)→于干燥器冷卻→稱(chēng)重→再烘0.5小時(shí)→稱(chēng)至恒重(兩次重量差不超過(guò)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(yīng)以前一次重量計(jì)算。
* 對(duì)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(shí)間。
*對(duì)于液體與半固體樣品，要在稱(chēng)量皿中加入海砂，使樣品疏松，擴(kuò)大蒸發(fā)的接觸面，并且用一個(gè)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(lái)，另外易沸騰的液體飛沫使重量損失。
計(jì)算：水分= G2 - G1 / W
固形物(%)=100 - 水分%
G1 —— 恒重后稱(chēng)量皿重量(g)
G2 —— 恒重后稱(chēng)量皿和樣品重量(g
W —— 樣品重量(g)
固形物 —— 指食品內(nèi)將水分排除以后的全部殘留物。其組分有蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、無(wú)氮抽出物和灰分等。
5、烘箱干燥法產(chǎn)生誤差的原因
?、?樣品中含有非水分易揮發(fā)性物質(zhì)(酒精、醋酸、香精油、磷脂等);
⑵ 樣品中的某些成分和水分的結(jié)合，使測(cè)的結(jié)果偏低(如蔗糖水解為二分子單糖)，主要是限制水分揮發(fā);
⑶ 食品中的脂肪與空氣中的氧發(fā)生氧化，使樣品重量增重;
?、?在高溫條件下物質(zhì)的分解(果糖對(duì)熱敏感);
果糖 C6H12O6 大于70℃ △→C6H6O3 + 3H2O
?、?被測(cè)樣品表面產(chǎn)生硬殼，妨礙水分的擴(kuò)散;尤其是對(duì)于富含糖分和淀粉的樣品;
?、?烘干到結(jié)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(jìn)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(zhì)及含有不易除去結(jié)合水的食品。其測(cè)定結(jié)果比較接近真正水分。
2、操作方法
準(zhǔn)確稱(chēng)2.00～5.00g樣品→于烘至恒重的稱(chēng)量皿→至真空烘箱→70℃、真空度93.3～98.6KPa(700～740mmHg)→烘5小時(shí)→于干燥皿冷卻→稱(chēng)至恒重
計(jì)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(cè)水分，一般用于100℃以上容易變質(zhì)、破壞或不易除去結(jié)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(cè)定水分。
三、蒸餾法測(cè)定水分(迪安—斯達(dá)克)
蒸餾發(fā)出現(xiàn)在二十世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)它采用沸騰的有機(jī)液體，將樣品中水分分離出來(lái)，此法直到如今仍在適用。
1、原理：把不溶于水的有機(jī)溶劑和樣品放入蒸餾式水分測(cè)定裝置中加熱，試樣中的水分與溶劑蒸汽一起蒸發(fā)，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(zhǔn)確稱(chēng)2.00～5.00g樣品→于250ml水分測(cè)定蒸餾瓶中→加入約50～75ml有機(jī)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(shù)
計(jì)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(jī)溶劑及選擇依據(jù)
常用的有機(jī)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(diǎn) 80℃ 80℃ 140℃ 76.8℃
選擇依據(jù)：對(duì)熱不穩(wěn)定的食品，一般不采用二甲苯，因?yàn)樗姆悬c(diǎn)高，常選用低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，如苯。對(duì)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(jù)樣品的性質(zhì)來(lái)選擇有機(jī)溶劑。
4、蒸餾法的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
⑴ 熱交換充分
⑵ 受熱后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)比重量法少
?、?設(shè)備簡(jiǎn)單，管理方便
缺點(diǎn)：
?、?水與有機(jī)溶劑易發(fā)生乳化現(xiàn)象
?、?樣品中水分可能完全沒(méi)有揮發(fā)出來(lái)
?、?水分有時(shí)附在冷凝管壁上，造成讀數(shù)誤差
對(duì)分層不理想，造成讀數(shù)誤差，可加少量戊醇或異丁醇防止出現(xiàn)乳濁液。
這種方法用于測(cè)定樣品中除水分外，還有大量揮發(fā)性物質(zhì)，例如，醚類(lèi)、芳香油、揮發(fā)酸、CO2等。目前AOAC規(guī)定蒸餾法用于飼料、啤酒花、調(diào)味品的水分測(cè)定，特別是香料，蒸餾法是唯一的、公認(rèn)的水分檢驗(yàn)分析方法。
四、卡爾—費(fèi)休法
眾所周知，卡爾費(fèi)休法是測(cè)定各種物質(zhì)中微量水分的一種方法，這種方法自從1935年由卡爾費(fèi)休提出后，一直采用I2、SO2、吡啶、無(wú)水CH3OH(含水量在0.05%以下)配制而成，并且國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織把這個(gè)方法定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)微量水分，我們國(guó)家也把這個(gè)方法定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)微量水分。
1、原理：在水存在時(shí)，即樣品中的水與卡爾費(fèi)休試劑中的SO2與I2產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。
I2 + SO2 + 2H2O → 2HI + H2SO4
但這個(gè)反應(yīng)是個(gè)可逆反應(yīng)，當(dāng)硫酸濃度達(dá)到0.05%以上時(shí)，即能發(fā)生逆反應(yīng)。如果我們讓反應(yīng)按照一個(gè)正方向進(jìn)行，需要加入適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)以中和反應(yīng)過(guò)程中生成的酸。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在體系中加入吡啶，這樣就可使反應(yīng)向右進(jìn)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(wěn)定，能與水發(fā)生反應(yīng)，消耗一部分水而干擾測(cè)定，為了使它穩(wěn)定，我們可加無(wú)水甲醇。
硫酸酐吡啶 + CH3OH(無(wú)水)→ 甲基硫酸吡啶
我們把這上面三步反應(yīng)寫(xiě)成總反應(yīng)式為：
I2+SO2+H2O+3吡啶+CH3OH 2氫碘酸吡啶+甲基硫酸吡啶
從反應(yīng)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(chǎn)生2mol氫碘酸吡啶、1mol甲基硫酸吡啶。這是理論上的數(shù)據(jù)，但實(shí)際上，SO2、吡啶、CH3OH的用量都是過(guò)量的，反應(yīng)完畢后多余的游離碘呈現(xiàn)紅棕色，即可確定為到達(dá)終點(diǎn)。
I2︰SO2︰C5H5N = 1︰3︰10
2、卡爾費(fèi)休試劑的配制與標(biāo)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(shù)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(yīng)引起的，較高消耗了一部分碘。
這也說(shuō)明了配制這種試劑要單獨(dú)配，分甲乙兩種試劑并且分別貯存，臨用時(shí)再混合，而且要標(biāo)定。
甲液 I2的CH3OH溶液
乙液 SO2的CH3OH吡啶溶液
這種方法對(duì)試劑要求嚴(yán)格，要求甲醇、吡啶都是無(wú)水的，并且要求有KF水分測(cè)定儀(上海化工研究所制)
配制：
稱(chēng)85gI2→于干燥的有塞棕色燒瓶中→加670ml無(wú)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(shí)后標(biāo)定使用
標(biāo)定：
先加50ml無(wú)水甲醇→于反應(yīng)器中→接通電源→啟動(dòng)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(dá)到終點(diǎn)(即指針到達(dá)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(yīng)器加料口注入10μl蒸餾水(相當(dāng)于0.01g水)→電流表指針接近零點(diǎn)→用KF試劑滴定到原定終點(diǎn)→記錄
F =G*100/V
F —— KF試劑的水當(dāng)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(duì)于固體樣，如糖果必須預(yù)先粉碎，稱(chēng)0.30～0.50g樣于稱(chēng)樣瓶中
取50 ml甲醇 → 于反應(yīng)器中，所加甲醇要能淹沒(méi)電極，用KF試劑滴定50 ml甲醇中痕量水 →滴至指針與標(biāo)定時(shí)相當(dāng)并且保持1min不變時(shí) →打開(kāi)加料口 → 將稱(chēng)好的試樣立即加入 → 塞上皮塞 → 攪拌 →用KF試劑滴至終點(diǎn)保持1min不變 → 記錄
計(jì)算：
水分=FV/W
F —— KF試劑的水當(dāng)量(mg/ml)
V —— 滴定所消耗的卡爾費(fèi)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(lèi)等樣品;
② 樣品中有強(qiáng)還原性物料，包括維生素C的樣品不能測(cè)定;
?、?卡爾費(fèi)休法不僅可測(cè)得樣品中的自由水，而且可測(cè)出結(jié)合水，即此法測(cè)得結(jié)果更客觀(guān)地反映出樣品中總水分含量。
?、?固體樣品細(xì)度以40目為宜，最好用粉碎機(jī)而不用研磨，防止水分損失。
五、水分活度值的測(cè)定
食品中水分活度的檢驗(yàn)方法很多，如蒸汽壓力法、電濕度計(jì)法、附感敏器的濕動(dòng)儀法、溶劑萃取法、擴(kuò)散法、水分活度測(cè)定儀法和近似計(jì)算法等。一般常用的是水分活度測(cè)定儀法(AW測(cè)定儀法)、溶劑萃取法和擴(kuò)散法。水分活度測(cè)定儀法操作簡(jiǎn)便，能在較短時(shí)間得到結(jié)果。
1、AW測(cè)定儀法
⑴原理：在一定溫度下主要利用AW測(cè)定儀中的根據(jù)食品中水的蒸汽壓力的變化，從儀器的表頭上讀出指針?biāo)镜乃只疃?。在樣品測(cè)定前需用氯化鋇和溶液校正AW測(cè)定儀的AW為9.000。
?、?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(nèi)→然后將傳感器的表頭放在樣品盒上，輕輕地?cái)Q緊→于20℃恒溫烘箱→加熱恒溫3小時(shí)后→將校正螺絲校正AW為9.00
?、?樣品測(cè)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(yú)等固體試樣需適當(dāng)切細(xì))→于容器樣品盒內(nèi)→將傳感器的表頭置于樣品盒上輕輕地?cái)Q緊→于20℃恒溫烘箱中→加熱2小時(shí)后→不斷觀(guān)察表頭儀器指針的變化情況→等指針恒定不變時(shí)→所指的數(shù)值即為此溫度下試樣的AW值
2、溶劑萃取法
?、旁恚菏称分械乃捎貌换烊艿娜軇┍絹?lái)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(jié)果與同溫度下測(cè)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。
?、?步驟
稱(chēng)樣1.00g → 于250 ml磨口三角燒瓶 → 加100ml苯 → 塞上瓶塞 → 振搖1小時(shí) → 靜置10分鐘 →
吸50ml → 于卡爾費(fèi)休水分測(cè)定器中 → 加無(wú)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(diǎn) → 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(cè)定
?、?計(jì)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(shù)
[H2O]0 —— 測(cè)定純水中萃取水量
3、擴(kuò)散法
樣品在康威氏微量擴(kuò)散皿密封和恒溫下，分別在較高和較低的標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液中擴(kuò)散平衡后，根據(jù)樣品重量的增加和減少的量，求出樣品中AW值。
六、其它測(cè)定水分方法
1、化學(xué)干燥法
化學(xué)干燥法就是將某種對(duì)于水蒸汽具有強(qiáng)烈吸附作用的化學(xué)藥品與含水樣品同裝入一個(gè)干燥器(玻璃或真空干燥器)，通過(guò)等溫?cái)U(kuò)散及吸附作用而使樣品達(dá)到干燥恒重，然后根據(jù)干燥前后樣品的失重即可計(jì)算出其水分含量，此法在室溫下干燥，需要較長(zhǎng)時(shí)間，幾天、幾十天甚至幾個(gè)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(dāng)微波通過(guò)含水樣品時(shí)，因水分引起的能量損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干物質(zhì)所引起的損耗，所以測(cè)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(xiàn)屬于電磁波，波長(zhǎng)0.75～1000μm的光。紅外波段可分三部分：① 近紅外區(qū) 0.75～2.5μm;② 中紅外區(qū)2.5～25μm;③ 遠(yuǎn)紅外區(qū) 25～1000μm。
根據(jù)水分對(duì)某一波長(zhǎng)的紅外光的吸收程度與其在樣品中含量存在一定的關(guān)系的事實(shí)即建立了紅外光譜測(cè)定水分方法
現(xiàn)在有專(zhuān)用的水份測(cè)定儀 紅外水份儀 糧食水份儀 木材水份儀
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