第一节 水分测定（含水分活度）
水是维持动物、植物和人体生存必不可少的物质，也是多数食品中的主要成分之一。从食品理化性质上讲，水在食品中起着溶解、分散淀粉、蛋白质等水溶性成分的作用，使它们形成溶液或凝胶；从食品质地方面讲，水分对食品的鲜度、硬度、流动性、耐储藏性及加工适应性等都具有重要的影响；从食品安全方面讲，水是微生物繁殖的必需条件；从食品工艺角度讲，水分起着膨润、浸透、均匀化等功能。
不同的食品其水分含量差别较大，在绝大多数食品中，水分是一个主要组成部分。一般来说，水果及蔬菜水分含量为70%～97%、蛋类为67%～77%、乳类为87%～89%、肉类为43%～72%、鱼类为67%～81%。控制食品中的水分含量对保持食品的感官性状，维持食品中其他组分的平衡，保证食品具有一定的保存期等具有重要作用，因此食品感官标准中对部分食品中的水分含量作了规定，如面粉为12%～14%、方便面≤10%、肉松≤20%、巧克力≤1%、全蛋粉≤4.5%、全脂乳粉≤2.75%。
固形物，是指食品内将水分排除以后的全部残留物，其组分包括蛋白质、脂肪、纤维素、无氮抽出物和灰分。直接测定固形物的方法也就是间接测定水分的方法。
水分是食品加工、运输、贮存过程中必须测量的重要指标。近几十年来，随着水分检测技术的迅速发展，形成了多种水分检测方法。水分定量的方法有直接干燥法、减压干燥法、化学干燥法、微波干燥法、红外线干燥法、蒸馏法、滴定法（卡尔－费休法）。
一、直接干燥法
1.原理
利用食品中水分的物理性质，在101.3kPa，温度101～105℃下采用挥发方法测定样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水分的含量。
2.试剂
（1）盐酸（HCl）分析纯。
（2）氢氧化钠（NaOH）分析纯。
3.试剂配制
（1）6mol/L盐酸 量取50mL盐酸，加蒸馏水稀释至100mL。
（2）6mol/L氢氧化钠 称取24g氢氧化钠，加水溶解并稀释至100mL。
（3）海砂 取水洗去泥的海砂或河砂，先用6mol/L盐酸煮沸30min，用水洗至中性，然后用6mol/L氢氧化钠煮沸30min，用水洗至中性，经105℃干燥备用。
4.仪器设备
（1）电热恒温干燥箱。
（2）天平 感量为0.1mg。
（3）扁形铝制或玻璃制称量瓶。
（4）干燥器 内附有效干燥剂。
5.操作方法
（1）固体试样 取洁净铝制或玻璃制的扁形称量瓶，置于101～105℃干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热1.0h，取出盖好，置于干燥器内冷却0.5h，称量，并重复干燥至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。将混合均匀的试样迅速磨细至颗粒小于2mm，不易研磨的样品应尽可能切碎，称取2～10g试样（精确至0.0001g），放入称量瓶中，试样厚度不超过5mm，如为疏松试样，厚度不超过10mm，加盖，精密称量后，置于101～105℃干燥箱中干燥1h左右，取出，放入干燥器内冷却0.5h后称量。然后再放入101～105℃干燥箱中干燥1h左右，取出，放入干燥器内冷却0.5h后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。
两次恒重值在最后计算中，取质量较小的一次称量值。
（2）半固体或液体试样 取洁净的称量瓶，内加10g海砂（实验过程中可根据需要适当增加海砂的质量）及一根小玻棒，置于101～105℃干燥箱中，干燥1.0h后取出，放入干燥器内冷却0.5h后称量，并重复干燥至恒重。然后称取5～10g试样（精确至0.0001g），置于称量瓶中，用小玻棒搅匀放在沸水浴上蒸干，并随时搅拌，擦去瓶底的水滴，置于101～105℃干燥箱中干燥4h后盖好取出，放入干燥器内冷却0.5h后称量。然后再放入101～105℃干燥箱中干燥1h左右，取出，放入干燥器内冷却0.5h后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。
6.结果计算
样品中水分含量的计算公式如下：
式中 X——样品中水分含量，g/100g；
m1——称量瓶（加海砂、玻棒）和试样的质量，g；
m2——称量瓶（加海砂、玻棒）和样品干燥后的质量，g；
m3——称量瓶（加海砂、玻棒）的质量，g。
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。
7.说明
本法采用国家标准方法（GB 5009.3-2016），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的测定，不适用于水分含量小于0.5g/100g的样品。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%。
二、减压干燥法
1.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。
2.仪器和设备
（1）真空干燥箱、干燥器 内附有效干燥剂。
（2）天平 感量为0.1mg。
（3）扁形铝制或玻璃制称量瓶。
3.操作方法
（1）试样制备 粉末和结晶试样直接称取；较大块硬糖经研钵粉碎，混匀备用。
（2）测定 取已恒重的称量瓶称取2～10g（精确至0.0001g）试样，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，放入干燥器中0.5h后称量，并重复以上操作至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。
4.结果计算
计算方法同直接干燥法。
5.说明
本法采用国家标准方法（GB 5009.3-2016），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）。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%。
三、蒸馏法
1.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。本方法适用于含较多其他挥发性物质的食品，如香辛料等。
2.试剂
甲苯（C7H8）或二甲苯（C8H10）。
3.试剂配制
甲苯或二甲苯制备：取甲苯或二甲苯，先以水饱和后，分去水层，进行蒸馏，收集馏出液备用。
4.仪器和设备
蒸馏式水分测定仪，如图2-1所示。
5.检测步骤
准确称取适量试样（应使最终蒸出的水在2～5mL，但最多取样量不得超过蒸馏瓶的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。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下，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。
图2-1 水分测定器
6.结果计算
水分含量的计算公式如下：
式中 X——试样中水分的含量，mL/100g（或按水在20℃的相对密度0.998，20g/mL计算质量）；
V——接收管内水的体积，mL；
V0——做试剂空白时，接收管内水的体积，mL；
m——样品质量，g；
100——单位换算系数。
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，结果保留三位有效数字。
7.说明
本法采用国家标准方法（GB 5009.3-2016），适用于含水较多又含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的测定，不适用于水分含量小于1g/100g的样品。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%。
四、卡尔·费休法
1.原理
根据碘能与水和二氧化硫发生化学反应，在有嘧啶和甲醇共存时，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·费休水分测定法又分为库伦法和容量法。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。
2.试剂
（1）卡尔·费休试剂。
（2）无水甲醇（CH3OH）优级纯。
3.仪器和设备
（1）卡尔·费休水分测定仪。
（2）天平 感量为0.1mg。
4.检测步骤
（1）卡尔·费休试剂的标定（容量法）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，mg/mL；
m——水的质量，mg；
V——滴定水消耗的卡尔·费休试剂的用量，mL。
（2）试样前处理 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）试样中水分的测定 于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试样直接加入滴定杯中；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。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。
（4）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）。
5.结果计算
固体试样中水分的含量按式（2-4）计算，液体试样中水分的含量按式（2-5）计算：
式中 X——试样中水分的含量，g/100g；
V1——滴定样品时卡尔·费休试剂体积，mL；
D——漂移量，mL/min；
t——滴定时所消耗的时间，min；
T——卡尔·费休试剂的滴定度，g/mL；
m——样品质量，g；
100——单位换算系数；
V2——液体样品体积，mL；
ρ——液体样品的密度，g/mL。
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。
6.说明
本法采用国家标准方法（GB 5009.3-2016），适用于食品中含微量水分的测定，不适用于含有氧化剂、还原剂、碱性氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硼酸等食品中水分的测定。卡尔·费休容量法适用于水分含量大于1.0×10－3g/100g的样品。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%。
五、水分活度的测定
1.原理
在密封、恒温的康卫氏皿中，试样中的自由水与水分活度（Aw）较高和较低的标准饱和溶液相互扩散，达到平衡后，根据试样质量的变化量，求得样品的水分活度。
2.试剂
除非另有说明，本方法所用试剂均为分析纯，水为GB/T 6682规定的三级水。所用试剂有：溴化锂（LiBr·2H2O）、氯化锂（LiCl·H2O）、氯化镁（MgCl2·6H2O）、碳酸钾（K2CO3）、硝酸镁［Mg（NO3）2·6H2O］、溴化钠（NaBr·2H2O）、氯化钴（CoCl2·6H2O）、氯化锶（SrCl2·6H2O）、硝酸钠（NaNO3）、氯化钠（NaCl）、溴化钾（KBr）、硫酸铵［（NH4）2SO4］、氯化钾（KCl）、硝酸锶［Sr（NO3）2］、氯化钡（BaCl2·2H2O）、硝酸钾（KNO3）、硫酸钾（K2SO4）。
3.试剂配制
（1）溴化锂饱和溶液（水分活度为0.064，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取500g溴化锂，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（2）氯化锂饱和溶液（水分活度为0.113，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取220g氯化锂，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（3）氯化镁饱和溶液（水分活度为0.328，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取150g氯化镁，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（4）碳酸钾饱和溶液（水分活度为0.432，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取300g碳酸钾，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（5）硝酸镁饱和溶液（水分活度为0.529，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取200g硝酸镁，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（6）溴化钠饱和溶液（水分活度为0.576，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取260g溴化钠，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（7）氯化钴饱和溶液（水分活度为0.649，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取160g氯化钴，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（8）氯化锶饱和溶液（水分活度为0.709，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取200g氯化锶，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（9）硝酸钠饱和溶液（水分活度为0.743，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取260g硝酸钠，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（10）氯化钠饱和溶液（水分活度为0.753，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取100g氯化钠，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（11）溴化钾饱和溶液（水分活度为0.809，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取200g溴化钾，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（12）硫酸铵饱和溶液（水分活度为0.810，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取210g硫酸铵，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（13）氯化钾饱和溶液（水分活度为0.843，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取100g氯化钾，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（14）硝酸锶饱和溶液（水分活度为0.851，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取240g硝酸锶，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（15）氯化钡饱和溶液（水分活度为0.902，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取100g氯化钡，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（16）硝酸钾饱和溶液（水分活度为0.936，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取120g硝酸钾，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
（17）硫酸钾饱和溶液（水分活度为0.973，25℃）在易于溶解的温度下，准确称取35g硫酸钾，加入热水200mL，冷却至形成固液两相的饱和溶液，贮于棕色试剂瓶中，常温下放置一周后使用。
4.仪器和设备
（1）水分活度测定仪。
（2）天平 感量0.01g。
（3）样品皿。
5.检测步骤
（1）试样制备
①粉末状固体、颗粒状固体及糊状样品：取有代表性样品至少200g，混匀，置于密闭的玻璃容器内。
②块状样品：取可食部分的代表性样品至少200g。在室温18～25℃，相对湿度50%～80%的条件下，迅速切成约小于3mm×3mm×3mm的小块，不得使用组织捣碎机，混匀后置于密闭的玻璃容器内。
③瓶装固体、液体混合样品：取液体部分。
④质量多样混合样品：取有代表性的混合均匀样品。
⑤液体或流动酱汁样品：直接取均匀样品进行称重。
（2）试样的测定
①在室温18～25℃，相对湿度50%～80%的条件下，用饱和盐溶液校正水分活度仪。
②称取约1g（精确至0.01g）试样，迅速放入样品皿中，封闭测量仓，在温度20～25℃、相对湿度50%～80%的条件下测定。每间隔5min记录水分活度仪的响应值。当相邻两次响应值之差小于0.005Aw时，即为测定值。仪器充分平衡后，同一样品重复测定3次。
6.结果计算
当符合精密度所规定的要求时，取两次平行测定的算术平均值作为结果。计算结果保留两位有效数字。
7.说明
本法采用国家标准方法（GB 5009.238-2016），本标准规定了康卫氏皿扩散法和水分活度仪扩散法测定食品中的水分活度，这里介绍的是第二法。本标准适用于预包装谷物制品类、肉制品类、水产制品类、蜂产品类、薯类制品类、水果制品类、蔬菜制品类、乳粉、固体饮料的水分活度的测定，不适用于冷冻和含挥发性成分的食品。