NIELSEN'S FOOD ANALYSIS · CHAPTER 15

水分分析

Moisture & Total Solids Analysis

食品分析　·　3 小時課程　·　含 6 個互動小遊戲
烘箱乾燥 · Karl Fischer · 蒸餾法 · NIR · 水活性

烘箱乾燥Karl Fischer甲苯蒸餾NIR折射率

先想一想

一片洋芋片為何要控制到 1.5% 水？

水分含量決定食品的保存性、口感、重量與合法性。
但水分子小又無所不在——是最重要、卻也最難測準的分析之一。

保存性品質包裝運輸法規標準營養計算

15.1.1 為什麼重要

為什麼要分析水分

🛡️

保存與穩定

脫水蔬果、奶粉、香料：水高易壞、結塊

⭐

品質因子

果醬抑制糖結晶、穀片 4–8% 水控制口感

📦

包裝運輸

濃縮乳汁、糖漿降水分以利包裝運送

⚖️

法規標準

切達起司 ≤39% 水、濃縮麵粉 ≤15% 水

15.1.2 水的形式

食品裡的水

自由水：表面、毛細、可流動，最易蒸發
結合水：以氫鍵、離子吸引依附在 −OH、=O、−NH₂
包埋水：陷在膠體或緻密基質中，最難移除
幾乎無法把食品中所有水分完全去除

關鍵：水分子小、極性高、會跑。
取樣到秤重的每一步都可能得水或失水 → 控制溫度與時間最重要。

15.2.1 食物中的含量

食物裡的水分含量

資料：USDA (2023)，Table 15.3，% 水分（濕基）。

15.1.3 取樣與處理

誤差，常常在秤之前就發生

暴露大氣的時間要越短越好
研磨摩擦生熱會趕走水分，須避免
儲存容器頂空要小，水會在樣品與容器間移轉
控制溫度波動——水會往樣品的較冷處遷移

取樣與處理是任何分析中最大的潛在誤差來源。
整批取出、快速重新拌勻後再分取，才有代表性。

核心命題

秤水，就是秤失重

多數直接法的根基：把水蒸乾，失去的重量就是水。剩下的固體＝總固形物。

% 水分 = 濕重 − 乾重濕重 × 100
% 總固形物 = 100 − % 水分

小遊戲 ①水的三種形式0 / 6

把 6 個描述分到「自由水 / 結合水 / 包埋水」三類。

方法全覽

直接法 vs 間接法

🔥

直接法 · 去水

烘箱乾燥、蒸餾、Karl Fischer：把水移除或反應掉

📡

間接法 · 測性質

介電、密度、折射率、NIR、冰點：測與水有關的物性

⚖️

測量方式

直接法靠秤重 / 體積 / 滴定量化

🎯

校正需求

間接法快速非破壞，但須對直接法建檢量線

15.2.2 烘箱乾燥

烘箱乾燥：簡單可靠

強制對流烘箱：風扇強制循環，溫差最小(≤1°C)
真空烘箱：減壓(25–100 mmHg)下低溫(60–70°C)快乾
對流(常壓)烘箱：無風扇、溫差可達 10°C，精度差
失重 = 水分；需控制時間與溫度

高糖樣品改用真空烘箱 ≤70°C，避免梅納褐變與糖水解。

15.2.2 溫度控制

不同烘箱的溫度差異

整合 Table 15.4／15.5：烘箱內最大溫差越小越精準。

15.2.2 時間與溫度

乾燥是一場取捨

⏱️

乾不夠

時間太短、溫度太低 → 水沒走完 → 低估水分

🔥

過頭了

時間太長、溫度太高 → 成分分解生水或揮發物流失 → 誤差

技巧：液體(果汁/牛奶)先在蒸氣浴預乾避免噴濺；黏結樣品用砂皿法(乾砂+玻棒)分散、防結殼。乾燥到恆重(兩次秤重相差 < 0.1–0.2 mg)。

小遊戲 ②烘箱乾燥即時測驗0 / 4

15.2.4 Karl Fischer

KF 滴定：微量水專家

每 1 mol 水耗 1 mol I₂：水把 SO₂ 還原碘 → 過量碘到達終點。不加熱、快速、最準，是低水分高糖/高蛋白食品的首選。

15.2.3 蒸餾法

甲苯共沸：直接量水

樣品與甲苯共沸，水被帶出冷凝、在收集管直接讀體積。熱分解比高溫烘箱少，是香料的官方法；須注意乳化與管壁殘水。

小遊戲 ③烘箱乾燥流程排序— / 6

用 ▲▼ 把烘箱乾燥法的 6 個步驟排成正確順序。

15.2.5 物理(間接)法

不去水，也能測水

⚡

介電/微波

水介電常數 80 ≫ 乾物 10；測電容變化。穀物、線上品管(≤35%水)

💧

密度/折射率

比重計、糖度計(°Brix)、折射儀；測液體糖漿/果汁的固形物

📡

NIR 近紅外

水的 −OH 在 1400／1920 nm 吸收；快速非破壞，穀物乾蔬官方法

15.2.2 快速熱重法

幾分鐘 vs 幾小時

📶

微波乾燥

微波能加熱蒸水，4–8 分鐘；起司/肉製品線上調整

🔦

紅外/鹵素乾燥

紅外燈或鹵素加熱穿透樣品，10–25 分鐘快速品管

熱重分析(TGA)：連續秤質量、控溫控氣氛，可定水分、水合物計量與分解——精準但設備貴。

15.2.6 取樣的陷阱

為什麼水分最難測準？

起司在天平上 50% RH 只要 5 秒就失 0.01% 水；乾燥粉末則會從空氣吸水。取樣到秤重必須又快又密閉。

📉

會失水

高水分樣品暴露空氣 → 低估水分

📈

會吸水

低 a_w 的脆片/粉末吸收濕氣 → 高估水分

小遊戲 ④各方法「測什麼」分類0 / 6

同樣的方法，換個角度——它們實際量測的是什麼訊號？分到三類。

15.3 水活性 a_w

水分量 ≠ 水的活性

a_w = 食品水蒸氣壓 p ÷ 純水蒸氣壓 p₀（0–1）
a_w = ERH/100，與平衡相對濕度相關
影響微生物生長、化學/酵素反應、質地
同樣水分含量，a_w 不同 → 穩定性不同

a_w 0.85 是法規對病原菌生長的分界。水分『遷移』是順著 a_w 由高到低，而非水分含量。

摻假與盲點

水分造假怎麼抓？

牛奶加水會抬高水分、稀釋固形物。因冰點是牛奶最穩定的物性，AOAC 961.07 用冰點儀(正常乳 −0.527°C)偵測加水。

🧊

冰點法

加水使冰點上升 → 算出加水量；FDA 拒收 > −0.507°C 的乳

⚠️

分解陷阱

碳水高溫分解會『生水』→ 高估；蔗糖水解會『耗水』→ 低估

小遊戲 ⑤決策挑戰：選對方法0 / 5

15.2.6 方法比較

一張表選方法（點欄位排序）

方法 ⇅	量測對象 ⇅	速度 ⇅	主要應用 ⇅

速度：★ 越多越快。整合自 Table 15.5／15.6。

方法選擇

跟著決策樹走

下一頁實戰：算一份液體樣品的水分與固形物 →

15.3 水活性應用

為什麼要同時量 a_w

🦠

控制微生物

各菌種有 a_w 生長下限；a_w 0.85 是低酸/酸化食品法規分界

🔄

防止水分遷移

派皮與內餡之間，水順 a_w 由高往低跑 → 影響質地保存

📊

穩定性地圖

Labuza 圖：脂質氧化、梅納反應、酵素速率隨 a_w 變化

水分含量 + 水活性 = 完整的水分分析。降 a_w 不是殺菌步驟，只是抑制生長。

15.2.2.1.7 計算

從秤重到 % 水分與固形物

% 水分 = 濕重 − 乾重濕重 × 100

先扣除乾皿+玻纖蓋的重量
濕重 − 乾重 = 失去的水重
% 總固形物 = 乾重 ÷ 濕重 × 100
% 水分 + % 固形物 = 100

小遊戲 ⑥計算闖關未作答

液體樣品（Practice Problem 3）：乾皿+玻纖蓋 1.0376 g，皿+液體樣品 4.6274 g，皿+烘乾後 1.7321 g。求% 水分（濕基）。

延伸應用

濃縮：還要再蒸掉多少水？

濃縮湯起始 1000 gal、8.67% 固形物
濃到 26.54% 固形物 → 體積 = (8.67/26.54)×1000 = 326.7 gal
標準要 28.63% → 體積 = (8.67/28.63)×1000 = 302.8 gal
還要蒸掉 326.7 − 302.8 = 23.9 gal 水

關鍵觀念：濃縮過程固形物總量不變，用『固形物守恆』反推體積，差值就是要再移除的水。(Practice Problem 1)

重點整理

今天的五個關鍵

秤水＝秤失重；% 水分=(濕−乾)/濕×100，固形物=100−水分
水有自由/結合/包埋三形式，難完全去除
直接法：烘箱(官方·多樣品) vs Karl Fischer(微量·不加熱)

間接法：NIR/介電/折射率快速，須先校正
a_w 比水分更能預測微生物與穩定性(0.85 分界)

自我檢核

今天結束，你應該會…

✓說出水的三種形式與其去除難易
✓解釋『秤水就是秤失重』與總固形物的關係
✓比較強制對流、真空、微波烘箱的差異
✓說明 Karl Fischer 為何適合低水分高糖/油食品
✓判斷該用哪種方法（一般/低水分/香料/線上品管）
✓由秤重數據算出 % 水分與 % 固形物
✓區分水分含量與水活性 a_w 的意義

點一下打勾——確認自己真的會了。

下一步 · NEXT

把水分分析
用起來

📌 課後練習：Study Questions、Practice Problems
🔜 銜接章節：灰分分析 (Ch16)、蛋白質分析 (Ch18)
🧪 思考：你的樣品水分高嗎？含糖油嗎？要官方法還是快速品管？該選哪種方法？

烘箱乾燥Karl Fischer甲苯蒸餾NIR水活性 a_w