全自動(dòng)電位滴定法測(cè)定有色液態(tài)食品中的糖含量

紀(jì)麗君，陳 英，李 培，*，姚衛(wèi)蓉

(1.蘇州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇蘇州215104;2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122)

無(wú)論是生產(chǎn)過(guò)程控制還是產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，食品中的糖含量都是一個(gè)比較重要的指標(biāo)。目前，食品中糖類(lèi)的檢驗(yàn)還沿用傳統(tǒng)的手工滴定法，手工滴定法受溫度、搖動(dòng)次數(shù)和力度、滴定速度、終點(diǎn)判斷等因素的影響［1-2］，通常因?yàn)閷?shí)驗(yàn)人員操作的熟練程度、判斷變色的經(jīng)驗(yàn)等主觀因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。當(dāng)食品本身有顏色時(shí)，滴定終點(diǎn)顏色變化的判定極易受到干擾，給產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)帶來(lái)很多麻煩。馬耀宏［3］等人研究了活性炭對(duì)有色酒類(lèi)進(jìn)行脫色處理，李鳳［4］研究了離子交換纖維方法來(lái)消除紅葡萄本身的顏色干擾，但是這些方法在直接滴定的基礎(chǔ)上增加了脫色步驟，無(wú)疑使操作更為繁瑣。電位滴定法用機(jī)器滴定、機(jī)器判斷的方式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，尤其是消除了食品本身顏色對(duì)滴定終點(diǎn)顏色變化判定的干擾。目前自動(dòng)滴定儀有了一定的發(fā)展，如梅特勒公司生產(chǎn)的T系列儀器和萬(wàn)通公司生產(chǎn)的8系列、9系列儀器等，但是這些自動(dòng)滴定儀一般應(yīng)用于常溫環(huán)境的滴定，例如酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定和沉淀滴定。限制自動(dòng)滴定儀應(yīng)用于總糖或者還原糖滴定的主要原因是該反應(yīng)需要在加熱沸騰的狀態(tài)下進(jìn)行，所以對(duì)電極的耐熱性、加熱速度等都有比較高的要求。實(shí)現(xiàn)總糖或者還原糖的自動(dòng)滴定，對(duì)于尋求一種更準(zhǔn)確、更真實(shí)、更自動(dòng)化的糖含量測(cè)定方法具有現(xiàn)實(shí)而重大的意義。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用配備高溫氧化還原電極的全自動(dòng)電位滴定儀，對(duì)有色液態(tài)食品中的總糖測(cè)定進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，通過(guò)平行實(shí)驗(yàn)、添加回收實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了電位滴定法的重復(fù)性和準(zhǔn)確度，并與傳統(tǒng)手工法進(jìn)行了比較。

表1 典型液態(tài)食品樣品詳情表Table 1 List of details of classical liquid food samples

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鹽酸(純度36.6%～38.0%)無(wú)錫市展望化工試劑有限公司;硫酸銅(純度99.0%～100.5%)、酒石酸鉀鈉(純度99.0%～102.0%)、氫氧化鈉(純度≥99%)、亞鐵氰化鉀(純度99.0%～102.0%)德國(guó)Merck KGaA公司;乙酸鋅(純度＞99%)上海振欣試劑廠;葡萄糖(純度99%)Alfa Aesar公司;亞甲藍(lán)、氧化還原指示劑 上海新中化學(xué)廠。

T70型自動(dòng)電位滴定儀、XS204型電子天平 瑞士METTLER-TOLEDO公司;FSR REDOX1213型高溫還原糖測(cè)定專(zhuān)用電極 無(wú)錫旭野科技公司;SCHOTT CERAN紅外線加熱板 德國(guó)肖特公司。

1.2 全自動(dòng)電位滴定儀工作原理

現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 5009.7-2008［5］和 GB/T 5009.8-2008［6］分別規(guī)定了食品中還原糖和蔗糖測(cè)定的方法，其中直接滴定法為該標(biāo)準(zhǔn)的第一法。直接滴定法的原理是:堿性酒石酸溶液與還原糖共沸生成氧化亞銅沉淀，以亞甲基藍(lán)為指示液，稍微過(guò)量的還原糖將藍(lán)色的次甲基藍(lán)還原為無(wú)色時(shí)，即為滴定終點(diǎn)。

全自動(dòng)電位滴定儀與直接滴定法的反應(yīng)原理相同，滴定方法為柱塞式，滴定過(guò)程由單片機(jī)全自動(dòng)控制，反應(yīng)溶液的電位隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷的發(fā)生變化，操作者事先根據(jù)反應(yīng)需要在程序方法中輸入合適的闕限值，當(dāng)ΔE/ΔV的電位變化超過(guò)闕限值后則到達(dá)等當(dāng)點(diǎn)，儀器自動(dòng)識(shí)別滴定終點(diǎn)。

本文所建立的全自動(dòng)電位滴定法采用反滴定方式。因?yàn)橹苯拥味ǚ绞绞怯脴右褐苯拥味▔A性酒石酸銅溶液，每做一個(gè)樣品必須換一次管路，或是沖洗一遍管路，明顯不適合自動(dòng)滴定儀的操作;相反，反滴定方式只需在堿性酒石酸銅溶液中加入幾毫升樣液，都是用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液作為滴定溶液，可以使用一套固定的管路。

1.3 溶液配制

參照 GB/T 5009.7-2008［5］配制以下溶液:堿性酒石酸銅甲液:稱(chēng)取15g硫酸銅及0.05g亞甲藍(lán)，水定容至1000mL。堿性酒石酸銅乙液:稱(chēng)取50g酒石酸鉀鈉、75g氫氧化鈉，溶于水中，再加入4g亞鐵氰化鉀，完全溶解后，定容至1000mL，貯存于橡膠塞玻璃瓶?jī)?nèi)。1.0000g/L葡萄糖標(biāo)液:稱(chēng)取1.0000g經(jīng)過(guò)(99±1)℃干燥2h的葡萄糖，加水溶解后加入5mL鹽酸，定容至1000mL。

1.4 樣品采集

超市采購(gòu)顏色較深的液體食品，干型、半干型、半甜型、甜型黃酒各一瓶，干型、甜型葡萄酒各一瓶，果酒一瓶，有色碳酸飲料兩種各一瓶，樣品詳情如表1所示。

1.5 樣品前處理

1.5.1 酒精度高的酒類(lèi)食品 取5.0mL半干黃酒2份、25.0mL干型葡萄酒2份、25.0mL干型黃酒2份，分別置入6個(gè)蒸發(fā)皿中，取三種樣品各1份于95℃水浴上加熱，蒸掉酒精，另外3份不做蒸酒精處理。然后，6個(gè)樣品分別加入5mL鹽酸水溶液(鹽酸與水體積比1∶1)，68℃水浴 15min，取出冷卻，倒入燒杯中，用少量超純水全部移入燒杯，pH酸度計(jì)下，用NaOH(200g/L)調(diào)至中性，再移入100mL的容量瓶中，定容。

1.5.2 酒精類(lèi)食品 取一定體積的樣品(其中甜型果酒取2mL，半甜型、甜型黃酒和甜型葡萄酒各取5mL)加入5mL鹽酸水溶液(鹽酸與水體積比1∶1)，之后步驟同1.5.1中“68℃水浴15min”和之后的步驟。

1.5.3 碳酸類(lèi)飲料 稱(chēng)取約100g混勻后的試樣，精確至0.01g，試樣置于蒸發(fā)皿中，在水浴上微熱攪拌除去二氧化碳后，移入250mL容量瓶中，并用水洗滌蒸發(fā)皿，洗液并入容量瓶中，再加水至刻度，混勻后，取5mL稀釋為100mL，備用。

1.6 空白電極標(biāo)定

將5.0mL堿性酒石酸銅甲液及5.0mL乙液加入100mL高腳燒杯中，再加水10mL和少量小沸石，設(shè)定程序加入9mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，控制在2min內(nèi)加熱至沸，保持沸騰，以1滴/2s的速度用葡萄糖標(biāo)液滴定到終點(diǎn)(在電位突變處高溫氧化還原電極判定終點(diǎn)，如圖1)，平行操作3次，取其平均值，計(jì)算每10mL(甲、乙液各5mL)堿性酒石酸銅溶液相當(dāng)于葡萄糖的質(zhì)量。

1.7 樣品溶液預(yù)滴定

將5.0mL堿性酒石酸銅甲液及5.0mL乙液加入100mL高腳燒杯中，再加入一定體積的樣品溶液(或稀釋后的樣品溶液)，再加入一定體積的水，使得所加樣品溶液與水的體積之和為10mL，加入少量小沸石，控制在2min內(nèi)加熱至沸，保持沸騰以每2s電位變化6mV的速度滴加葡萄糖標(biāo)液，直至高溫氧化還原電極判定到達(dá)終點(diǎn)，記錄消耗葡萄糖標(biāo)液的體積。程序自動(dòng)將預(yù)滴定消耗體積減1mL作為饋液體積。如果樣品溶液中糖濃度過(guò)高，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)稀釋。

圖1 全自動(dòng)電位滴定圖Fig.1 Diagram of automatic potentiometric titration

1.8 樣品溶液的正式滴定

高腳燒杯中所加甲液、乙液、樣品溶液和水的體積與1.6中一致，加入少量小沸石，軟件控制迅速加入饋液體積的葡萄糖標(biāo)液，在2min內(nèi)加熱至沸，保持沸騰以1滴/2s的速度滴加葡萄糖標(biāo)液，直至高溫氧化還原電極判定到達(dá)終點(diǎn)，平行操作3次，得出平均滴定體積。

1.9 添加回收實(shí)驗(yàn)

吸取堿性酒石酸銅甲液、乙液各5.0mL，加入樣品溶液和5mL 0.2000g/L的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入一定體積的水。樣品溶液體積與不加標(biāo)時(shí)保持一致，所加水的體積應(yīng)保證樣品溶液、葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液和水的總體積為10mL。按照1.6、1.7、1.8的操作步驟進(jìn)行空白標(biāo)定、預(yù)滴定、正式滴定。

1.10 國(guó)標(biāo)手工滴定法

按照 GB/T 5009.7-2008［5］中第一法——直接滴定法中的方法進(jìn)行標(biāo)定、預(yù)測(cè)和測(cè)定。

1.11 結(jié)果計(jì)算

酒精食品樣品中糖含量按式(1)進(jìn)行計(jì)算，碳酸飲料樣品中糖含量按式(2)進(jìn)行計(jì)算，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)的回收率按式(3)和式(4)進(jìn)行計(jì)算:

式(1)中:X-試樣中糖含量(g/L);V0-空白標(biāo)定電極時(shí)，滴定酒石酸銅溶液(甲乙液各5.0mL)消耗1.0000g/L葡萄糖標(biāo)液的體積(mL);V1-正式滴定時(shí)，滴定消耗1.0000g/L葡萄糖標(biāo)液的體積(mL);V-滴定時(shí)所取樣品溶液的體積(mL);V樣-前處理前所取樣品體積(mL)。

式(2)中:m樣-前處理前所取樣品重量(g)。

式(3)中:C標(biāo)-所加標(biāo)準(zhǔn)溶液糖含量的測(cè)定結(jié)果(g/L);V＇0-加標(biāo)后，空白滴定時(shí)，滴定酒石酸銅溶液(甲乙液各5mL)消耗1.0000g/L葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(mL);V＇1-加標(biāo)后，正式滴定時(shí)，滴定消耗1.0000g/L葡萄糖標(biāo)液的體積(mL)。

2 結(jié)果與討論

2.1 酒精對(duì)糖含量測(cè)定結(jié)果的影響驗(yàn)證

本文研究了酒類(lèi)樣品經(jīng)過(guò)蒸酒精處理和不蒸酒精處理兩種前處理過(guò)程對(duì)糖含量測(cè)定的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 蒸酒精與未蒸酒精的測(cè)定結(jié)果對(duì)比Table 2 Comparison of the determination with alcohol and without alcohol

結(jié)果表明，樣品中所含酒精對(duì)糖含量檢測(cè)沒(méi)有干擾。因此，采用本檢測(cè)方法，針對(duì)酒類(lèi)樣品，不需要特別去除酒精。

2.2 全自動(dòng)電位滴定法的重復(fù)性

通過(guò)不同的樣品預(yù)處理，測(cè)定了9種液態(tài)樣品的糖含量，并分析了其標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見(jiàn)表3。結(jié)果表明，9種樣品的糖含量在3.78～126.35g/L之間，檢測(cè)結(jié)果的 RSD值在0.124%～1.637%之間，均符合相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤3.7%的要求［11-13］，所以全自動(dòng)電位滴定法測(cè)定固態(tài)中的糖含量重復(fù)性良好，精密度完全可以達(dá)到檢測(cè)要求。

2.3 全自動(dòng)電位滴定法與國(guó)標(biāo)手工滴定法測(cè)定結(jié)果的一致性

為了評(píng)估電位滴定法的有效性，本研究同時(shí)采用了國(guó)標(biāo)法針對(duì)9種樣品進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定3～4次，并將測(cè)定結(jié)果與電位滴定測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較，國(guó)標(biāo)手工滴定法的偏差為0.025～0.058，相對(duì)偏差為0.29%～0.72%。全自動(dòng)電位滴定法的偏差為0.017～0.096，相對(duì)偏差為0.12%～1.19%，說(shuō)明兩種方法的精密度和重復(fù)性相近。

以兩種方法測(cè)定結(jié)果做相關(guān)性分析，y=0.993x-0.00749，R2=0.99997，如圖2所示。表明全自動(dòng)電位滴定法與國(guó)標(biāo)手工滴定法的測(cè)定結(jié)果相關(guān)性非常好，不具有顯著差異，全自動(dòng)電位滴定法可以成為糖含量測(cè)定的一種新方法。

2.4 全自動(dòng)電位滴定法的加標(biāo)回收率

對(duì)9種液態(tài)食品樣品添加5mL 0.2000g/L葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，回收率如表4所示。全自動(dòng)電位滴定法對(duì)液態(tài)食品樣品的添加回收率在96.0%～104.6%之間，該方法準(zhǔn)確性良好。

表3 液態(tài)樣品糖含量測(cè)定結(jié)果Table 3 Results of sugar content in liquid food sample

表4 液態(tài)樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Recovery of fortified liquid food samples

圖2 電位滴定與國(guó)標(biāo)法檢測(cè)結(jié)果比對(duì)Fig.2 Comparison of results of potentiometric titration and standard method

在對(duì)全自動(dòng)電位滴定法進(jìn)行添加回收實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，對(duì)國(guó)標(biāo)手工滴定法也進(jìn)行了添加回收實(shí)驗(yàn)。全自動(dòng)電位滴定法對(duì)9個(gè)樣品加標(biāo)回收率為96.0%～104.6%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值(RSD值)為0.12%～0.97%;對(duì)比實(shí)驗(yàn)中國(guó)標(biāo)手工滴定法的加標(biāo)回收率為97.6%～101.25%，RSD值為0.041%～0.82%(數(shù)據(jù)文中未給出)。兩種方法的回收率都比較高，結(jié)果表明兩種方法的準(zhǔn)確度差不多，都比較高。

3 結(jié)論

本研究將配備了高溫氧化還原電極的全自動(dòng)電位滴定儀應(yīng)用于液態(tài)食品中糖含量的測(cè)定，研究了全自動(dòng)電位滴定法測(cè)定液態(tài)食品中總糖的實(shí)驗(yàn)細(xì)則，其中酒類(lèi)食品不需要蒸酒精處理。全自動(dòng)電位滴定法重復(fù)性和準(zhǔn)確性良好，并且與國(guó)標(biāo)手工滴定法的測(cè)定結(jié)果相關(guān)性很高。所以，全自動(dòng)電位滴定法有望取代傳統(tǒng)手工滴定法，成為糖含量測(cè)定的一種新方式。

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