◎張 強(qiáng),葛 榮,黃 珂,孫文毅
(河北省食品檢驗(yàn)研究院,河北 石家莊 050000)
無(wú)水葡萄糖——不含結(jié)晶水的葡萄糖,為無(wú)色結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末、無(wú)臭、味甜。水中易溶,在乙醇中微溶。在食品行業(yè)主要用于調(diào)味品、糖果、麥片、乳制品、飲料、糕點(diǎn)等的生產(chǎn)過(guò)程。
《食用葡萄糖》(GB/T 20880—2018)中規(guī)定無(wú)水葡萄糖的水分含量不得大于2.0%,采用實(shí)驗(yàn)方法為《食品中水分的測(cè)定》(GB 5009.3—2016)中第一法“直接干燥法”于105 ℃±2 ℃下烘干水分測(cè)得,稱樣量為2 g,恒重過(guò)程中前后2次稱量不超過(guò)3 mg,即為恒重[1]。實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝可以將無(wú)水葡萄糖的水分含量降低到0.1%,甚至更低水平,此時(shí)恒重過(guò)程中終點(diǎn)判定依據(jù)已經(jīng)不可接受。即使精度為0.01%的天平波動(dòng)0.1 mg,對(duì)結(jié)果的影響最大也達(dá)到了5%。而且《食品中水分的測(cè)定》(GB 5009.3—2016)中規(guī)定,直接干燥法不適用于水分含量小于0.5 g/100 g的樣品。所以,需要尋求高精確度、能夠準(zhǔn)確測(cè)量微量水分的方法,來(lái)適應(yīng)無(wú)水葡萄糖中低水平水分含量的測(cè)定。
卡爾·費(fèi)休法是一種快速而準(zhǔn)確的水分測(cè)定方法,適用于微量水分的測(cè)定[2],測(cè)定含水量靈敏度可達(dá)0.001%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),同時(shí)該方法還具有簡(jiǎn)單易操作、實(shí)驗(yàn)周期短、重復(fù)性好的特點(diǎn)。因此,本實(shí)驗(yàn)采用卡爾·費(fèi)休容量法來(lái)測(cè)定無(wú)水葡萄糖中的微量水分。
卡爾·費(fèi)休試劑:天津市科密歐 KFR-02型;甲醇:默克股份兩合公司 色譜純;甲酰胺:西亞化學(xué)科技(山東)有限公司 優(yōu)級(jí)純。
卡爾·費(fèi)休水分測(cè)定儀:瑞士萬(wàn)通 915 KF Ti-Touch;電子天平(萬(wàn)分之一):梅特勒托利多MS204TS;玻璃注射器:10 μL。
在有機(jī)堿和甲醇存在的條件下,當(dāng)水存在時(shí)二氧化硫和碘發(fā)生氧化還原反應(yīng),1 mol碘與1 mol水發(fā)生定量反應(yīng),根據(jù)消耗的卡爾·費(fèi)休試劑中碘的量,可以確定體系中水的質(zhì)量,從而確定樣品中水分含量[3-4]。
I2+SO2+3RN+CH3OH+H2O→2 RN·HI+ RN·HSO4CH3,式中,RN表示有機(jī)堿。
向反應(yīng)器中加入25 mL(1+1)的甲醇-甲酰胺溶液,儀器完成平衡過(guò)程消耗掉溶劑中的水分,然后用10 μL注射器吸取10 μL超純水注入反應(yīng)器中,采用減量法,得到了加入水的質(zhì)量,并輸入儀器,完成一次標(biāo)定,根據(jù)下式計(jì)算滴定度。重復(fù)3次操作得到3個(gè)滴定度數(shù)值,儀器計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%即可接受[5],否則重新標(biāo)定。儀器自動(dòng)記錄平均值作為卡爾·費(fèi)休試劑的滴定度。
式中:T為卡爾·費(fèi)休試劑的滴定度,單位為mg·mL-1;m為水的質(zhì)量,單位為mg;V為滴定水消耗的卡爾·費(fèi)休試劑的用量,單位為mL。
用減量法稱取2 g無(wú)水葡萄糖(精確至0.001 g)加入盛有預(yù)先平衡的25 mL(1+1)的甲醇-甲酰胺溶液的密封反應(yīng)器中,先開啟磁力攪拌功能攪拌至無(wú)顆粒狀態(tài)。輸入質(zhì)量后儀器開始自動(dòng)滴定。儀器以電位值的變化速率調(diào)節(jié)卡爾·費(fèi)休試劑的滴定速度,當(dāng)?shù)味ㄋ俣仍?0 μL·min-1以下時(shí)達(dá)到終點(diǎn)[6]。儀器根據(jù)試劑滴定度、滴定試樣消耗的試劑體積、樣品質(zhì)量自動(dòng)計(jì)算試樣的含水率。
按照儀器說(shuō)明書移取約0.010 g超純水注入反應(yīng)器中,把10 μL注射器直接吸取10.0 μL超純水注入反應(yīng)器,然后輸入質(zhì)量0.010 g。還可采用減量法稱取約0.010 g超純水。實(shí)驗(yàn)用10 μL注射器移取10.0 μL超純水,放至天平上歸零,然后打掉全部超純水,放至天平上稱重,水的質(zhì)量見表1。
表1 10 μL注射器移取水的質(zhì)量表
由表1可知,如果手法熟練,可以用注射器取到0.010 g超純水,但需要注意要用超純水潤(rùn)洗兩遍注射器[7]。
考慮到普遍適用性,用減量法能夠更準(zhǔn)確得到超純水的質(zhì)量且不需要熟練手法,所以確定采用減量法。
甲醇為卡爾·費(fèi)休法最常用的溶劑[8],但是葡萄糖在甲醇中的溶解度很小,甲酰胺對(duì)葡萄糖有較好的溶解性[9],但是以甲酰胺作為助溶劑,最大占比不超過(guò)50%(體積分?jǐn)?shù))。所以本實(shí)驗(yàn)比對(duì)了甲醇和甲酰胺作為溶劑對(duì)樣品中水分的提取效果,結(jié)果見表2。
表2 不同比例溶劑對(duì)樣品中水分含量結(jié)果的影響表
由表2可知,50%甲醇+50%甲酰胺的提取效果最好。因此,選擇50%甲醇+50%甲酰胺作為溶劑。
采用50%甲醇+50%甲酰胺(體積分?jǐn)?shù))作為溶劑,考慮到溶解效果,選取稱樣量分別為0.5 g、1.0 g、2.0 g、3.0 g、5.0 g進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)得結(jié)果見表3。
表3 不同稱樣量對(duì)樣品中水分含量結(jié)果的影響表
由表3可知,隨著稱樣量的變大,溶解時(shí)間逐漸增加,稱樣量太大時(shí)溶解時(shí)間過(guò)長(zhǎng),不確定因素增多;稱樣量太小時(shí),滴定體積較小,相對(duì)偏差增大[10]。綜合考慮,當(dāng)樣品中水分含量在0.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右時(shí)稱樣量為2 g。測(cè)定時(shí)可根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得樣品中水分含量適當(dāng)調(diào)整稱樣量。
實(shí)驗(yàn)對(duì)比了采用卡爾·費(fèi)休法和《食用葡萄糖》(GB/T 20880—2018)中規(guī)定的直接干燥法測(cè)定無(wú)水葡萄糖的水分含量,結(jié)果見表4。
表4 2種方法測(cè)定樣品中水分含量結(jié)果對(duì)比表
由表4可知,卡爾·費(fèi)休法能夠更充分地提取樣品中的水分,測(cè)得結(jié)果相較于直接干燥法更大,RSD值更小,更能滿足分析實(shí)驗(yàn)要求。
實(shí)驗(yàn)探究了采用卡爾·費(fèi)休法測(cè)定無(wú)水葡萄糖低水平水分含量的可行性,確定了最佳稱樣量為2 g,樣品溶劑為50%甲醇+50%甲酰胺,結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確,可操作性較強(qiáng)。雖然卡爾·費(fèi)休試劑中含有吡啶時(shí)有利于二氧化硫和碘氧化還原反應(yīng)的發(fā)生,終點(diǎn)顏色突變更為明顯,但是由于現(xiàn)在卡爾·費(fèi)休法實(shí)驗(yàn)基本通過(guò)儀器自動(dòng)判定終點(diǎn)。所以,本實(shí)驗(yàn)使用的是單組元無(wú)吡啶的卡爾·費(fèi)休試劑,更加環(huán)保,也更有利于實(shí)驗(yàn)人員的安全。