卡爾·費(fèi)休法測(cè)定無(wú)水葡萄糖中水分含量研究

◎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。

1 儀器與試劑

1.1 試劑

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。

1.2 儀器設(shè)備

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。

2 卡爾·費(fèi)休法原理

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。

3 測(cè)定過(guò)程

3.1 卡爾·費(fèi)休試劑的標(biāo)定

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。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

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。

4 結(jié)果與分析

4.1 標(biāo)定過(guò)程中用體積法和減量法移取水的對(duì)比

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。

4.2 樣品溶劑的選擇

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。

4.3 稱樣量的選擇

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。

4.4 卡爾·費(fèi)休法和直接干燥法測(cè)定無(wú)水葡萄糖水分含量結(jié)果對(duì)比

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。

5 結(jié)語(yǔ)

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。