氣相色譜法測定食用香辛料中的水分含量

雷賽芬，邱 波，鄧秋瓊

(云南三正技術(shù)檢測有限公司，云南 昆明 650106)

食用香辛料中含有多種揮發(fā)性物質(zhì)，包括揮發(fā)性精油類、揮發(fā)性芳香辛辣物質(zhì)，傳統(tǒng)的干燥法測定其中的水分其結(jié)果就不準(zhǔn)確，不適用于食用香辛料。標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.3—2016[1]第三法——蒸餾法適用于食用香辛料中水分的測定，但檢測方法中使用到含有毒性的甲苯或二甲苯作為溶劑，在高溫蒸餾時與水形成共沸物，把水分帶出后水分與有機(jī)溶劑分層，讀取水相的體積來計(jì)算樣品中水分的含量。蒸餾出來的水分容易形成水珠掛在冷凝管內(nèi)壁，導(dǎo)致檢測結(jié)果不夠準(zhǔn)確，方法的準(zhǔn)確度和精密度較差。其不適用于測定水分含量低于1%的樣品，測定范圍較為局限。且該方法使用甲苯或二甲苯對操作人員身體傷害較大，溶劑的沸點(diǎn)較高，在蒸餾時溫度較高，實(shí)驗(yàn)過程不但能耗較高且還存在不安全的風(fēng)險因素。實(shí)驗(yàn)室檢測后溶劑難以回收，增加廢棄物的產(chǎn)量，造成環(huán)境污染和危險廢物處理的成本。然而食用香辛料中水分的含量是重要的理化指標(biāo)之一，對香辛料的儲存和品質(zhì)有著重要的意義，本文建立了氣相色譜-熱導(dǎo)檢測器(GC-TCD)分析方法檢測水分[2-3]，通過正交試驗(yàn)驗(yàn)證，找出影響檢測結(jié)果的關(guān)鍵條件，選取出優(yōu)化后的條件，用于食用香辛料中的水分含量的檢測，滿足食用香辛料簡單、準(zhǔn)確快速的測定。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

10個食用香辛料樣品：市場上購買不同食用花椒樣品10個。

丙酮、異丙醇、甲醇、乙醇，均為色譜純試劑，w(H2O)≤0.05%，默克公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

GC-2010Plus氣相色譜儀，日本島津；EX125ZH十萬分之一微量天平(感量 0.01 mg)，奧豪斯儀器(常州)有限公司；DKZ-3電熱恒溫振蕩器，上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；GFL-230電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

內(nèi)標(biāo)溶液：準(zhǔn)確稱取 0.5000 g 丙酮于 100 mL 容量瓶中，用甲醇定容至刻度線，混勻后備用。

標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別稱取0、100、200、400、600、800、1200、1500 mg 純凈水于8個 100 mL 容量瓶中，以甲醇為溶劑配成制成水分質(zhì)量濃度分別為0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、12、15 mg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再分別向各個容量瓶中加入 100 μL 內(nèi)標(biāo)溶液。

萃取溶劑：準(zhǔn)確稱量 5.0000 g 丙酮于 1 L 容量瓶中，用無水甲醇定容，得到含內(nèi)標(biāo)物丙酮質(zhì)量濃度為 5 mg/L 的萃取劑，于 4 ℃ 下密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 試樣處理

將食用香辛料粉碎至顆粒度小于 2 mm，稱取約 1.0000 g 試樣于 100 mL 具塞錐形瓶中，密封好瓶塞，加入 20 mL 萃取劑，室溫條件下振蕩萃取 40 min，將上清液經(jīng)過 0.45 μm 濾膜過濾后進(jìn)行 GC-TCD 分析。

色譜條件為：色譜柱型號為 HPPLOT/Q(30 m×0.53 mm×40 μm)，程序升溫：初溫 130 ℃，以 5 ℃/min 的速率升至 150 ℃，再以 10 ℃/min 的速率升至 230 ℃，保持 5 min；進(jìn)樣量 1 μL；分流比5∶1；進(jìn)樣口溫度 200 ℃；檢測器溫度 250 ℃；載氣：氬氣；流速 5.0 mL/min；參比流量 20 mL/min；尾吹流量 5 mL/min。

1.3.3 香辛料中水分計(jì)算

按式 (1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中，w為香辛料中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ρ1為試樣萃取劑中水分質(zhì)量濃度，mg/mL；ρ0為空白溶液中水分質(zhì)量濃度，mg/mL；V為萃取劑體積，mL；m為香辛料樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)標(biāo)的選擇

相關(guān)文獻(xiàn)表明，用氣相色譜法檢測水分，使用內(nèi)標(biāo)法定量較為常見。參照氣相色譜法檢測水分的標(biāo)準(zhǔn)主要是YC/T 345—2010、GB/T 23203.1—2013、YC/T 539—2016，其中所述的內(nèi)標(biāo)物主要以異丙醇、乙醇、丙酮等常規(guī)試劑。本文研究選擇以丙酮作為內(nèi)標(biāo)物，測定食用香辛料中水分的定量測定。樣品溶液氣相色譜圖如圖1所示。

圖1 樣品的色譜圖

2.2 萃取溶劑、萃取時間、溶劑量做正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化

采用不同的萃取溶劑分別選擇甲醇(A)、乙醇(B)、異丙醇(C)、丁醇(D)，萃取時間分別選擇 20、30、40、50 min，萃取溶劑量分別選擇 10、20、30、40 mL，3因素4水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，詳見表1。

表1 正交試驗(yàn)優(yōu)化表

從表1中可以得出：在這3個因素中，超聲萃取時間和溶劑種類為主要影響因素，溶劑使用量為次要因素。同等條件下，在超聲時間為 40 min 萃取效果較好；甲醇的提取效率高，加之甲醇是比較常見成本較低的溶劑，選擇甲醇作為萃取溶劑，綜合考慮這幾個因素時間和資源的成本，三因素的最佳組合為使用甲醇作為提取溶劑，其使用量為 20 mL，超聲波提取時間為 40 min。

2.3 工作曲線、檢出限和定量限

將系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行氣相色譜-熱導(dǎo)檢測器分析，以水與丙酮的峰面積之比為縱坐標(biāo) (Y)，水分質(zhì)量濃度與丙酮質(zhì)量濃度之比為橫坐標(biāo) (X)進(jìn)行線性回歸分析，得到目標(biāo)物的線性回歸方程為Y=1.8247X+0.003，線性范圍為0～15 mg/mL，相關(guān)系數(shù) (r)為0.9999。將 0.1 mg/mL 的水標(biāo)準(zhǔn)溶液檢測3次，儀器的平均信噪比為30，則3倍信噪比對應(yīng)的質(zhì)量濃度為 0.01 mg/mL，即檢出限質(zhì)量濃度為 0.01 mg/mL，當(dāng)取樣量為 1.0000 g，萃取溶劑為 20 mL 時，水分檢出限為0.02%，定量限為0.06%。

2.4 檢測方法精密度和準(zhǔn)確度

2.4.1 精密度測定

2種不同香辛料(花椒和桂皮)，分別稱取6份相同質(zhì)量的樣品，按照本方法對樣品進(jìn)行測定，水分測定結(jié)果見表2。

表2 樣品精密度測定表 w/%

由表2可知，方法的精密度較好。

2.4.2 準(zhǔn)確度測定

稱取6份相同質(zhì)量的青花椒樣品，添加水平分別為本底值的0.5倍、1.0倍和1.5倍，即加入蒸餾水量分別為 40、80、120 mg，每種添加質(zhì)量重復(fù)2次，按照本文的方法進(jìn)行前處理和測定，計(jì)算相應(yīng)的加標(biāo)回收率。加標(biāo)回收率分別為95.6%、101%、106%，加標(biāo)回收率范圍為95.6%～106%，表明本方法的測定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

2.5 本方法與標(biāo)準(zhǔn)方法的比較

分別采用標(biāo)準(zhǔn)方法和改進(jìn)方法對3個不同樣品平行測定6次，結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)方法與本文方法測定表 w/%

由表3可知，本文檢測方法的RSD值范圍為1.19%～2.58%，國家標(biāo)準(zhǔn)方法的RSD值范圍為4.01%～4.56%；本文方法從稱量到出檢測結(jié)果，共用時 2 h，國家標(biāo)準(zhǔn)方法稱量到出檢測結(jié)果共用時 4.5 h。

3 結(jié)論

本文選用甲醇為萃取溶劑，丙酮為內(nèi)標(biāo)物，建立了檢測食用香辛料中水分的氣相色譜-熱導(dǎo)檢測器(GC-TCD)方法。本方法前處理簡單、精密度較好，檢測準(zhǔn)確，相比標(biāo)準(zhǔn)方法大大的縮短了檢測時間，并減少了香辛料中含有較多揮發(fā)性物質(zhì)的影響，滿足食用香辛料簡單、準(zhǔn)確快速的測定。