茶葉中水分含量測定方法發(fā)展與應用比較研究

文-崔飛龍 周小露 李雷雪 宋加艷 周才碧*

貴州省教育廳科研創(chuàng)新團隊項目[黔教合人才團隊字（2014）45]簡介

都勻毛尖茶葉無公害生產(chǎn)技術創(chuàng)新團隊是貴州省教育廳科研創(chuàng)新團隊項目，編號為黔教合人才團隊字（2014）45，負責人是周才碧，主要研究方向：（1）以應用和應用基礎研究為主，圍繞著茶葉優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效和茶葉行業(yè)的關鍵、共性科技問題開展攻關創(chuàng)新；（2）研究領域涵蓋茶葉產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后各環(huán)節(jié)，以茶樹種質(zhì)資源、茶樹營養(yǎng)生理、茶樹有害綜合治理、現(xiàn)代茶葉加工工程、茶葉化學成分、茶樹生物技術、茶葉質(zhì)量標準與安全等為主要研究方向。

都勻毛尖茶區(qū)重要害蟲綠色防控技術研究主要研究內(nèi)容：（1）調(diào)查惠水、貴定等主要茶園害蟲種類，確定茶園優(yōu)勢害蟲種群，弄清茶園主要天敵種類以及優(yōu)勢天敵種群；（2）研究茶園內(nèi)小綠葉蟬、茶蚜等優(yōu)勢害蟲種群發(fā)生動態(tài)，掌握優(yōu)勢害蟲群落的季節(jié)數(shù)量變化；（3）對關鍵性害蟲有針對性的采取防治措施，如“誘殺”“誘集”“誘捕”等可持續(xù)控制技術研究，篩選出符合有機茶園害蟲控制的最佳防治措施，提出有機茶園行之有效的生態(tài)控制配套技術。并在黔南茶區(qū)建立害蟲綠色防控示范基地。

茶葉中樣品中的水分分為自由水和結(jié)合水，自由水是指由分子間力形成的吸附水及充滿在毛細管或巨大孔隙中的毛細管水，容易蒸發(fā)；結(jié)合水是以配價鍵結(jié)合的，其結(jié)合力要比分子間力大，很難用蒸發(fā)的方法測量。

茶葉加工過程的實質(zhì)也是其內(nèi)含物質(zhì)變化的過程，茶葉中內(nèi)含物質(zhì)伴隨著茶青緩慢失水過程的變化而變化。茶葉中的水分含量是茶葉加工、保藏，以及茶葉品質(zhì)的決定因素，水分含量的準確測定具有非常重要的意義。目前，水分含量測定直接法有熱干燥法（直接干燥法、減壓干燥法、真空干燥法和紅外線干燥法以及微波干燥法）、蒸餾法和卡爾費休法，間接法有電容法、電阻法和聲波法，以及借助現(xiàn)代儀器來進行測量的核磁共振法、近紅外光譜法和氣相色譜法。

1 直接測定法測定茶葉中水分含量

1.1 熱干燥法測定

1.1.1 烘箱干燥法

烘箱干燥法是指將待測茶葉樣品置于烘箱中根據(jù)ASAE標準[1]，在大氣壓下，約100℃加熱所失去的物質(zhì)。此法適用于約100℃、不含或含其他揮發(fā)性物質(zhì)甚微的樣品[2]，其應用最廣泛，設備簡單，操作簡便，精密度高于紅外法，精確度較高，但是相對于快速測水法，其工作效率低、檢測時間長和電力成本高。

1.1.2 真空干燥法

真空干燥法，也稱減壓干燥法，是利用較低溫度。在減壓下進行干燥以排除水分，樣品中被減少的量為樣品的水分含量[3]，適用于在100℃以上容易變質(zhì)、破壞或不易除去結(jié)合水的樣品，如糖漿、味精、砂糖、糖果、蜂蜜、果醬和脫水蔬菜等樣品。茶葉干燥過程分為升速期、第一降速期和第二降速期，隨著干燥溫度的升高，茶葉干燥時間縮短[4]，其測定結(jié)果比較接近真正水分。

1.1.3 紅外線干燥法

以紅外線發(fā)熱管為熱源，通過紅外線的輔射熱和直接熱加熱樣品，高效迅速使水分蒸發(fā)的方法。紅外線干燥法利用輻射熱穿透茶葉樣品，使水分由內(nèi)向外蒸發(fā)，加速了水分蒸發(fā)，但樣品本身溫度升高不大。與傳統(tǒng)干燥法相比，這種方法操作簡便迅速、測量周期縮短，提高工作效率，較少了能耗，并不需要加熱介質(zhì)，提高了熱能利用率；此外，若在茶葉加工過程利用紅外線干燥法，有利于提高茶葉的綜合品質(zhì)[4]。但其精密度較差，當樣品份數(shù)較多時，效率反而降低，適合現(xiàn)時標準要求，在日常檢驗中可與國標法等同采用。

1.1.4 微波干燥法

微波加熱法是利用微波爐的磁控管所產(chǎn)生的超高頻率微波快速振蕩樣品中的水分子，使分子相互碰撞和摩擦，進而去除樣品中的水分。該方法有選擇性加熱，具有加熱均勻、速度快、熱量損失小、控制及時、反應靈敏和無污染等特點，測定的小麥水分為11.52%，與GB/T5497-1985測定結(jié)果相近，其作為實現(xiàn)綠色工藝的手段之一而到人們的廣泛重視。微波殺青時，投葉量50g、微波功率800 W及微波殺青時間150 s，茶葉中內(nèi)質(zhì)成分保持最佳，即微波干燥對茶葉內(nèi)質(zhì)成分在總體水平上保留效果最好[5]。

1.2 蒸餾法測定

把不溶于水的有機溶劑和樣品放入蒸餾式水分測定裝置中加熱，試樣中的水分與溶劑蒸汽一起蒸發(fā)，冷凝并收集溜液，由于密度不同，溜出液在接受管中分層，根據(jù)餾出液中水的體積，即可計算出樣品中水分含量，適用于含揮發(fā)性成分的樣品，比如茶葉[6]。

蒸餾法采用一種高效的換熱方式，水分可迅速移出，對易氧化、分解、熱敏性以及含有大量揮發(fā)性組分的樣品的測定準確度明顯優(yōu)于干燥法。目前AOAC規(guī)定蒸餾法用于飼料、啤酒花、調(diào)味品的水分測定，特別是香料，蒸餾法是唯一的、公認的水分檢驗分析方法。

1.3 卡爾費休法測定

卡爾費休法是以甲醇為介質(zhì)、卡氏液為滴定液進行樣品水分測量的一種方法。所用儀器應干燥，并能避免空氣中水分的侵入。國際標準化組織把這個方法定為國際標準測微量水分[7]，其也是我們國家標準測微量水分方法之一。

該方法簡便、準確、穩(wěn)定和可靠，回收率高，變異系數(shù)低，廣泛應用于醫(yī)藥、石油、化工、農(nóng)藥、染料、糧食等領域，尤其適用于遇熱易被破壞的樣品，而且以MSP430F2617新型處理器芯片為核心，可以實現(xiàn)一個系統(tǒng)中集成兩種測量方法，擴展了儀器使用的靈活性。

2 間接法測定茶葉中水分含量

2.1 電容法測定

電容法是根據(jù)水分的介電常數(shù)遠遠大于樣品中其它成分的介電常數(shù)，含水率與相對介電常數(shù)之間有較好的線性相關性[8]，通過測量樣品中水分變化相對應的電容變化即可知樣品的水分含量。該方法可在線測量。

該電容式水分檢測儀結(jié)構(gòu)簡單、應用靈活，通過實驗數(shù)據(jù)分析，可以滿足糧食水分檢測的需要。但是測量精度不高、穩(wěn)定性差，影響電容式水分計測量精度和穩(wěn)定性的原因是多方面的，如被測物料的品種、溫度、緊密度等。

2.2 電阻法測定

電阻法是通過電阻大小來檢測水分值，被檢測樣品就相當于一個電阻，水分值高時電阻小，水分值低時電阻大，即歐姆定律：R=U/I。

該方法操作簡單、測量準確、使用方便快捷，并能對測量結(jié)果進行保存。而且通過以飽和時的電阻率與實測電阻率的比值為參量，簡化了常規(guī)考慮孔隙水電阻率的研究方法，更有利于電阻率法的研究和應用[9]。

近年來出現(xiàn)了脈沖電阻法、復阻抗分離法和交流阻抗法等基于電阻測量原理的方法，但由于電阻法存在信號強度小、取樣要求高、抗干擾性較差等缺陷，這些方法目前只能作為一個輔助工具。

2.3 聲波法測定

聲波法是利用樣品的聲學特性，即樣品在聲波作用下的反射特性、散射特性、投射特性和吸收特等，對其品質(zhì)進行無損檢測。樣品水分與聲壓關系密切[10]，樣品碰撞金屬物體時產(chǎn)生的超聲信號含有豐富的品質(zhì)信息，通過小波變換或者離散余弦變換對樣品超聲信號進行處理，能夠提取出反映樣品水分含量的特征參數(shù)。聲學法測量重復性好，是一個具有良好發(fā)展前景的研究方向，但噪聲信號的屏蔽是一個難題。

綜上所述，常規(guī)水分測量方法精度高，適用于實驗室檢測，但耗時，無法實現(xiàn)快速、在線檢測，樣品中結(jié)合水常常無法檢測，而且容易受到揮發(fā)成分的影響，不能準確反映體系的水分結(jié)合特征。

3 現(xiàn)代儀器方法測定茶葉中水分含量

現(xiàn)代儀器分析法具有無損、在線、快速以及高精確度等優(yōu)勢，并可以進一步對樣品中自由水和結(jié)合水進行區(qū)分測定。

3.1 核磁共振法測定

核磁共振法是在一定條件下原子核自旋重新取向，從而使茶葉樣品在某一確定的頻率上吸收電磁場的能量，吸收能量的多少與試樣中所含的核子數(shù)目成比例。近年來，低場核磁共振技術以檢測迅速、精度高、測量范圍寬和樣品需要量少以及可區(qū)分自由水和結(jié)合水等優(yōu)點，已在肉類、茶葉[11]和中藥材等材料的水分測定方面得到一定的研究和應用。

3.2 近紅外光譜法測定

由于水對近紅外具有特征吸收光譜，所以被吸收的能量與物質(zhì)的含水量有關。近紅外法是利用波長范圍為780-2526nm的電磁波，在樣品中被含氫官能基團的倍頻吸收來測定水分。

目前，在北美和歐洲已經(jīng)建立了多項近紅外檢測谷物的標準，而我國應用較晚、普及率不高，在中草藥、中成藥顆粒劑等材料的水分測定方面有一定的研究。該方法便、快速、準確、重現(xiàn)性好，且不破壞樣品，能應用于藥品監(jiān)督工作中對藥品中水分的快速檢測?；趯Σ桴r葉含水量、全氮量和粗纖維量近紅外預測方法的把握，建立了茶鮮葉產(chǎn)地判別的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，該模型對三市鮮葉產(chǎn)地的判別率為100%，實現(xiàn)了對茶鮮葉產(chǎn)地的快速、準確判別[12]。

3.3 氣相色譜法測定

氣相色譜法是將樣品溶解于含有內(nèi)標物的萃取劑中，流動相攜帶樣品進入色譜柱，樣品各組分先后離開色譜柱得到分離，經(jīng)檢測顯示得到色譜圖，根據(jù)峰高或峰面積計算出樣品中的水分含量。該方法簡單易操作，分析時間短，精密度和重復性較高，適合于大量樣品的水分含量測定[13]。

綜上所述，現(xiàn)代儀器檢測方法能夠在不破壞待測物原來的狀態(tài)和化學性質(zhì)的前提下，通過體系本身的物理、光學及化學性質(zhì)來測其含水量，并且可以測結(jié)合水，真正的反映體系水分含量，同時檢測方便、快速，可以實現(xiàn)在線監(jiān)測，適于大量樣品檢測。

4 展望

目前，對于茶葉中水分含量測定方法的研究，在熱干燥法、蒸餾法、卡爾費休法、電容法、電阻法和聲波法以及需要借助現(xiàn)代儀器來進行測量的核磁共振法、近紅外光譜法和氣相色譜法等方面，取得了巨大的進展。但市場中水分檢測儀器的標準化、通用化和系列化還有待于改善。

[1]GB5009.3-2010食品安全國家標準食品中水分的測定[S].中國:中華人民共和國衛(wèi)生部，2010.

[2]中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，國家茶葉質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，廈門華祥苑茶業(yè)股份有限公司.GB/T8304-2013茶 水分測定[S].2013.

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[5]靖翠翠，楊秀芳，譚蓉，等.微波制樣對茶葉內(nèi)質(zhì)成分的影響[J].食品安全質(zhì)量檢測學報，2015(04):1265-1270.

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