食品工业|食品行业水分检测|食品行业解决方案|食品行业水分检测标准-维科美拓|江苏维科特仪器仪表有限公司

1. 食品中水分测定的意义

水是维持动物、植物和人体生存必不可少的物质。不同种类的食品，水含量差别很大。除谷物和豆类种子（一般水为12％一16%）以外，作为食品原料或产品的许多动植物含水量为60％一90%，有的可能更高。控制食品的水含量，对于保持食品的品质，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起着重要的作用。例如，面包的水含量若低于30%，其外观形态干瘪，失去光泽，新鲜度严重下降；粉状食品水含量控制在5％以下，可抑制微生物生长繁殖，延长保存期。食品原料或产品中水含量高低，对加工、运输成本核算等也具有重要意义，是工艺过程设计的重要依据之一。水含量还是进行其他食品化学成分比较的基础。如某种食品蛋白质含量为40g/100g ，水含量30g/100g，另一种食品蛋白质含量25g/100g，水含量60g/100g，并不能直观地认为前者蛋白质的含量高于后者，应折算成干物质后比较。水含量还是产品品质与价格的决定因素。非加工需要而故意人为“注水”的产品应属伪劣产品范畴。因此，食品中水含量的测定是食品分析的重要项目之一。

2012年5月30日修订GB18394-2001《畜禽肉水限量》的征求意见稿提出了更严格的要求，即猪肉、牛肉、鸡肉含水量不超过76.5%，羊肉含水量不超过77.5%，鸭肉含水量不超过80%。

2. 食品中水的存在形式

食品的形态有固态、半固态和液态，无论是原料，还是半成品或成品，都含有一定量的水。高水含量的物料切开后水并不流出，其原因与水的存在形式有关。食品中水的存在形式分别为游离态和结合态两种形式，即游离水和结合水。

2.1 游离水

游离水（Freewater)，又称自由水，存在于细胞间隙，具有水的一切物理性质，即100℃时沸腾，0℃以下结冰，并且易汽化。游离水是食品的主要分散剂，可以溶解糖、酸、无机盐等。自由水在烘干食品时容易气化，在冷冻食品时冻结，故可用简单的热力方法除去。游离水促使腐蚀食品的微生物繁殖和酶起作用，并加速非酶褐变或脂肪氧化等化学劣变。游离水可分为不可移动水或滞留水(Occludedwater)、毛细管水（CapillaryWater）和自由流动水（FluidWater）三种形式。滞留水是指被组织中的纤维和亚纤维膜所阻留住的水；毛细管水是指在生物组织的细胞间隙和食品的结构组织中通过毛细管力所系留的水；自由流动水主要指动物的血浆、淋巴和尿液以及植物导管和液泡内的水等。

2.2 结合水

结合水（BoundWater)，又称束缚水，与食物材料的细胞壁或原生质或蛋白质等通过氢键结合或以配价键的形式存在，如在食品中与蛋白质活性基团（-OH、-NH、-COOH、-CONH2）和碳水化合物的活性基团（-OH）以氢键相结合而不能自由运动。根据结合的方式又可分为物理结合水和化学结合水。加热时结合水难汽化，具有低温（-40℃或更低）下不易结冰和不能作为溶剂的性质。结合水与食品成分之间的结合很牢固，可以稳定食品的活性基团。迄今为止，从食品化学的角度研究食品中水的存在形式的工作仍在继续。水测定时结合水很难去除。

3. 加热失重法（烘干法）水分仪在食品行业中的应用

烘干法又叫"加热失重法"，采用物理分析方法测定水分含量值，利用加热对水分挥发的影响，将物料中的水分烘干。传统比较通用的水分测定方法是烘箱法，是将物料样品放入烘箱烘干，利用电子天平对物料烘干前后分别进行称重后，人工计算得出水分值……

烘干法水分测定仪原理

烘干法又叫"加热失重法"，采用物理分析方法测定水分含量值，利用加热对水分挥发的影响，将物料中的水分烘干。传统比较通用的水分测定方法是烘箱法，是将物料样品放入烘箱烘干，利用电子天平对物料烘干前后分别进行称重后，人工计算得出水分值。该方法测定一个样品需要2~4个小时，对于一些高节奏生产的企业，烘箱法严重影响生产效率，已达不到该类企业的使用需求。

采用卤素加热技术，升温比市场上传统红外加热技术快40%

在该背景下，维科美拓水分仪采用一种高效率的烘干加热器—高品质环状卤素灯（远红外水分快速测定仪采用远红外暗场加热器）对样品进行加热，替代传统烘箱加热，该种方法加热速度快、加热均匀。维科美拓烘干法水分快速测定仪将烘箱干燥法进行一体化升级，将加热模块、称重模块、操作模块、人机智能模块完美的结合在一起，系统可根据测定趋势智能停机并分析样品水分值，将结果结果直接显示在屏幕上，实现一键启动即可获取可靠结果，测定结果与烘箱法具有良好的一致性，一般样品的测定仅需几分钟即可完成，工作效率远高于烘箱法，广受企业用户的青睐与好评。

根据用户的不同需求，我们可以提供以下解决方案：

VM-E01卤素水分测定仪(0.1mg)

VM-E10卤素水分测定仪(1mg)

VM-E20卤素水分测定仪(2mg)

VM-E50卤素水分测定仪(5mg)

4. 卡尔费休法水分仪在食品行业中的应用

卡尔费休法有滴定法（容量法）和库仑法(电量法)两种方法，是卡尔·费休(Karl Fischer)提出的测定水分的分析方法。卡尔费休法是测定物质水分的各类化学方法中，对水最为专一、最为准确的方法。卡尔费休法经过近年市场改进，提高了准确度，扩大了测量范围，已被列为许多物质中水分测定的标准方法……

卡尔费休水分仪原理与发展

卡尔费休法简称费休法，是1935年卡尔·费休(Karl Fischer)提出的测定水分的容量分析方法。费休法是测定物质水分的各类化学方法中，对水最为专一、最为准确的方法。虽属经典方法但经过近年改进，提高了准确度，扩大了测量范围，已被列为许多物质中水分测定的标准方法。

费休法有滴定法与库仑电量法两种方法。 适用于许多无机化合物和有机化合物中含水量的测定。 是世界公认的测定物质水分含量的经典方法。可快速测定液体、固体、气体中的水分含量，是最专一、最准确的化学方法，为世界通用的行业标准分析方法。广泛应用在石油、化工、电力、医药、农药行业及院校科研等原理。

利用卡尔费休法测定物质中水分是一种重要而灵敏的化学分析方法，但除了有一个非常好的测定仪器外,必须对测定的物质中有无干扰物质存在，根据物质中水分的含量确定适当的进样量，克服各种影响测定精度的因素,细心操作，才能得到好的测定结果。1935年卡尔－费休（KarlFischer）首先提出了利用容量分析测定水分的方法，这种方法即是GB6283《化工产品中水分含量的测定》中的目测法。目测法只能测定无色液体物质的水分。后来，又发展为电量法。随着科技的发展，继而又将库仑计与容量法结合起来推出库仑法。这种方法即是GB7600《运行中变压器油水分含量测定法（库仑法）》中的测试方法。分类目测法和电量法统称为容量法。卡氏方法分为卡氏容量法和卡氏库仑法两大方法。两种方法都被许多国家定为标准分析方法，用来校正其他分析方法和测量仪器。

水分反应原理

碘氧化二氧化硫时，需要一定量的水参加反应：I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4 ，该反应是可逆的。为了使反应向正方向移动并定量进行，须加入碱性物质。因此，试剂必须加进甲醇或另一种含活泼OH基的溶剂，使硫酸酐吡啶转变成稳定的甲基硫酸氢吡啶。

KF库仑滴定法中金年会，电解质电化学法直接电解产生所需的碘。利用电荷与碘之间严格的定量关系，测量计算水的含量。当有很少量的游离碘时，Pt指示电极两端的电压差急剧降低，利用这一变化确定滴定终点。

电解反应（法拉第电解定律）

在电解过程中,电极反应如下：

阳极：2I--2e→I2

阴极：I2+2e→2I-金年会金字招牌，2H++2e→H2↑

从以上反应中可以看出，1mol的碘氧化1mol的二氧化硫，需要1mol的水，相当于是1mol碘与1mol水的当量反应，电解1mol碘需要2×96493C电量（法拉第恒量9.6493×10000C/mol ），1mol碘可消耗水的质量为18g。

由法拉第电解定律可得 M×10-6/18=Q×10-3/2*9.6493，故M=Q/10.722

式中：W--样品中的水分含量（μg）； Q--电解电量（mC）；18--水的分子量。

根据用户的不同需求，维科美拓可以为用户提供以下解决方案：

WKT-A9精湛型卡尔费休水分仪

WKT-A8型全自动微量水分测定仪（自动换液）

WKT-A7精密型卡尔费休水分仪

WKT-A6 智能型卡尔费休水分仪（库伦法）

5. 在线水分测定仪在食品行业中的应用

在线水分仪是指在生产过程中对产品水分进行连续监测并实时显示的仪器，在医药行业主要以微波法和红外法两种方案为主，在线水分测定仪也属于一种快速检测水分的方案，与便携式水分测定仪不同的是，它可以直接安装在作业现场，对物料水分进行实时监控，企业可通过分析历史数据去完善生产工艺，也可以通过水分预警功能进行现场水分超标的快速处理，助力企业生产稳定运行，在企业生产活动中占据十分重要的地位……

近红外在线水分仪原理

红外光吸收原理物质内部的分子结构，如水中的氧-氢键和有机物中的碳-氢键，会吸收特定波长的近红外光线。在特定波长下，所反射的近红外线能量和它所包含的吸收近红外线的分子的数量成反比。水分仪是根据近红外波长会被水分子吸收的原理，分析某特定波长的近红外能量变化。

水分子不是静止的：当遇到特定的能量带时，它们会振动。水分子中两个氢原子与氧原子的键会伸展、收缩、或以其它形态扭曲。需要外来的能量引起这些振动，需要的能量遍及整个电磁光谱的特定波段。在整个光谱的不同部位，有一些吸收波段十分强烈，有一些十分微弱。在光谱的近红外部位，该部分波段对于水分子特别强烈，同时仪器在发射、过滤和接收这能量方面更容易实现。使用近红外光能量的特定波长，以提供适量的能量给被测产品中的水分。一般用以测量水分的波长保持在 1 至 2.5 微米范围。

特定波长能量被吸收的多少，取决于近红外能量束所遇到的水分子多少和在该特定波长的吸收强度。能量束所遇到的水分子数量是与所测物质中水分成正比。同时因为水分仪是反射比的形式，测量的光束亦被受测物质的反射和吸收特性所影响。近红外线水分测量技术是一种非破坏性，非接触式的实时水分检测技术。

在线近红外水分监测系统工作原理

红外在线水分测定仪把多个波长的近红外线光束聚集到被测物表面上，其表面反射的近红外线的光束被一个高级红外光学探测系统接收和处理。这种高级红外光学探测系统能快速处理数据。一个内嵌式的超性能微型数字信号处理芯片用来处理、储藏和显示所需要的数据。其精确度和稳定性非常出众。

在线红外水分测定仪利用的现象是：许多的物质在特定波长下吸收红外能量，而不吸收在其它波长下的红外能量。当测量受测物质的水含量时，最少选择两种波长。一种是为参照波长，不会被受测物质或水强烈吸收。另一种是为测量波长，它不会被受测物质强烈吸收，但会被水强烈吸收。

在线红外水分测量仪使用装嵌在转轮上的精密红外滤光片。这种安装允许参照光和测量光的脉冲交替地通过滤光片。被保留的光束会被聚焦在受测试的样品上。首先是参照光被投影在样品上，然后是测量光被投影在样品上。这两个具有时序的光能脉冲会被反射回到一个探测器上，依次转换成两个电信号。参考通道表示预计的反射能量的多少。测量通道有一部分被水分子所吸收，因此其能量将出现衰减。这两个信号结合形成一个比率。这比率与一些从不同含水程度样品中获得的其它比率的差，是与两者含水量的差成正比例。

两种通道的信号强度结合成以下的方程式：R/M X M1/R1=比率

其中：R--代表产品光束的参照通道

M--代表产品光束的测量通道

M1--代表补偿光束的测量通道

R1--代表补偿光束的参照通道

如果有漂移状况出现，诸如测量波长的光的强度改变，M和M1值会同时相称地受影响，对于比率来说，漂移的结果被抵消，保持了测量结果的稳定性和一致性。

微波在线水分仪原理

微波是一种高频电磁波，微波透射介质时产生的衰减、相位改变主要由介质的介电常数、介质损耗角正切值决定。水是一种极性分子，水的介电常数和介质损耗角正切值都远高于一般介质。通常情况，含水介质的介电常数和损耗角正切值的大小主要由它的水分含量决定。微波透过物料后被微波接收器接收，根据微波功率的衰减和相位移的改变，即可计算物料中的水分含量。

由于微波完全穿透过程物料，所以所有的物理性水份都能被测定。这不仅适用于表面的水份，而且也适于内部的水份。该技术保证了装置很高的测量准确性和精度，物料的颜色和表面结构不会影响测量结果。可以广泛运用于煤、烧结（球团）混合料、铁矿石、化学品、铝土矿、镍矿、糖、烟草、蔗渣、谷物、硅、木料、羊毛、食品、砂、聚合物、棉花和其他非传导材料。

微波在线水分仪详解

根据不同的物料和它的属性，传感器探头可达到约150mm至200mm测量深度。产品的总水分即该物料的核心水分以及表面水分，将被测量分析，有时表层水分并不是真实值。传感器具有较高的穿透性，所以物料表面堆积的污物是不影响测量的。

每种物料的介电常数或相对介电常数的变化，这是重要的测量原理。为了更好地理解工作原理，下面是一个非常简单的解释：

水的相对介电常数εr=80左右，大部分其他材料约为εr=1-10左右。例如，沙砾εr值在3-4之间。这意味着，有一个大的可测量的差异，水（80）和被测量（1-10）的物料的相对介电常数εr。

根据这种差异可以直接测量相关物料的水分值。然后以质量百分比的物料水分含量作为一个值的标准信号的形式输出。

换句话说：越多的水或湿气包含在物料中，其相对介电常数εr的值就越接近80.

在线式实时测量，当物料通过传感器时即可获得测量信号，即使是在快速流动的生产线上，静止实体物料的测量也是可以的。

根据用户的不同需求，我们可以提供以下解决方案：

WKT-R-50ZS近红外在线水分仪

WKT-R-150ZS型近红外在线水分仪

6. 便携式水分测定仪在食品行业中的应用

便携式水分测定仪实际上是一种快速检测物料水分的仪器，整体精度不如实验室水分测定仪，但比“老师傅”的触感和经验更靠谱、准确，经过校准的便携式水分测定仪可在作业现场快速测定出样品的含水率，如检测出橡塑材料水分含量超出预警，则送往专业实验室采用实验室水分测定仪进行分析确认。便携式水分测定仪因携带方便、检测快速等特点，在橡塑行业来料、生产现场、抽检等场景得到广泛应用。

VM-220R 便携式肉类水分测定仪

LDS-1G 便携式粮食谷物水分测定仪

VM-220 便携式多功能水分测定仪

VM-220D 便携式多功能水分测定仪

7. 露点法水分测定仪在食品行业中的应用

露点测定采用的是阻容法，当传感器与气体充分接触时，可以快速的显示气体的露点/湿度参数。露点仪可以安装应用在生产线上进行实时监控，也可以便携式携带至现场随机监测，无需耗材，经济方便。气体露点湿度的检测主要有两方面应用，一是仓储、运输环节的环境气体的水分检测；二是生产设备及生产用气的水分检测，及时发现问题，以便采取有效的措施，降低这些气体湿度的干扰及原材料或成品的含水率。