茶葉中水分含量測定方法發展與應用比較研究

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技術創新團隊是貴州省教育廳科研創新團隊項目，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，圍繞著茶葉優質、高產、高效和茶葉行業的關鍵、共性科技問題開展攻關創新；（2）研究領域涵蓋茶葉產前、產中、產后各環節，以茶樹種質資源、茶樹營養生理、茶樹有害綜合治理、現代茶葉加工工程、茶葉化學成分、茶樹生物技術、茶葉質量標準與安全等為主要研究方向。

都勻毛尖茶區重要害蟲綠色防控技術研究主要研究內容：（1）調查惠水、貴定等主要茶園害蟲種類，確定茶園優勢害蟲種群，弄清茶園主要天敵種類以及優勢天敵種群；（2）研究茶園內小綠葉蟬、茶蚜等優勢害蟲種群發生動態，掌握優勢害蟲群落的季節數量變化；（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控制配套技術。并在黔南茶區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；結合水是以配價鍵結合的，其結合力要比分子間力大，很難用蒸發的方法測量。

茶葉加工過程的實質也是其內含物質變化的過程，茶葉中內含物質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ASAE標準[1]，在大氣壓下，約100℃加熱所失去的物質。此法適用于約100℃、不含或含其他揮發性物質甚微的樣品[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、破壞或不易除去結合水的樣品，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]，其測定結果比較接近真正水分。

1.1.3 紅外線干燥法

以紅外線發熱管為熱源，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，使水分由內向外蒸發，加速了水分蒸發，但樣品本身溫度升高不大。與傳統干燥法相比，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，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[4]。但其精密度較差，當樣品份數較多時，效率反而降低，適合現時標準要求，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測定結果相近，其作為實現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，茶葉中內質成分保持最佳，即微波干燥對茶葉內質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，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性組分的樣品的測定準確度明顯優于干燥法。目前AOAC規定蒸餾法用于飼料、啤酒花、調味品的水分測定，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、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、穩定和可靠，回收率高，變異系數低，廣泛應用于醫藥、石油、化工、農藥、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，可以實現一個系統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

電容法是根據水分的介電常數遠遠大于樣品中其它成分的介電常數，含水率與相對介電常數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構簡單、應用靈活，通過實驗數據分析，可以滿足糧食水分檢測的需要。但是測量精度不高、穩定性差，影響電容式水分計測量精度和穩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生的超聲信號含有豐富的品質信息，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。聲學法測量重復性好，是一個具有良好發展前景的研究方向，但噪聲信號的屏蔽是一個難題。

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

3 現代儀器方法測定茶葉中水分含量

現代儀器分析法具有無損、在線、快速以及高精確度等優勢，并可以進一步對樣品中自由水和結合水進行區分測定。

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分自由水和結合水等優點，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、重現性好，且不破壞樣品，能應用于藥品監督工作中對藥品中水分的快速檢測。基于對茶鮮葉含水量、全氮量和粗纖維量近紅外預測方法的把握，建立了茶鮮葉產地判別的人工神經網絡模型，該模型對三市鮮葉產地的判別率為100%，實現了對茶鮮葉產地的快速、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，經檢測顯示得到色譜圖，根據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，現代儀器檢測方法能夠在不破壞待測物原來的狀態和化學性質的前提下，通過體系本身的物理、光學及化學性質來測其含水量，并且可以測結合水，真正的反映體系水分含量，同時檢測方便、快速，可以實現在線監測，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，國家茶葉質量監督檢驗中心，廈門華祥苑茶業股份有限公司.GB/T8304-2013茶 水分測定[S].2013.

[3]張智慧，劉大會，朱新焰，等.白及種子質量檢驗方法研究[J].中國中藥雜志，2016(11):2044-2048.

[4]高明珠.工夫紅茶真空脈動干燥工藝研究[D].中國農業科學院，2016.

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

[6]馬占福，李洪亮，杜新，等.2種萃取法在滇紅茶成分萃取中的差異性分析及應用[J].食品科技，2017(01):219-224.

[7]PirsaS.FastDeterminationofWaterContentofSomeOrganicSolventsbySmartSensorBasedonP Py-AgNanoco[J].Nanoscience&Nanotechnology-Asia，2016，6(2):89-92.

[8]霍海波.一種基于電容法的糧食含水率的簡便檢測方法[J].閩西職業技術學院學報，2016(01):117-119.

[9]孟祥瑩，李風順，黃修東.高密度電阻率法及其測定土壤水分參數中的應用[J].土壤與作物，2016(01):24-29.

[10]HossainMA，AwalMA，AliMR，etal.Useofmoisturemeteronthepostharvestlossreductionofrice[J].ProgressiveAgriculture，2016(No.4):511-516.

[11]李然，陳珊珊，俞捷，等.應用低場核磁共振技術測定茶葉含水量[J].茶葉科學，2010(06):440-444.

[12]王勝鵬.茶鮮葉質量的近紅外光譜評價方法研究[D].安徽農業大學，2012.

[13]王晨.賽默飛發布氣相色譜法測定涂料和膠黏劑中的苯系物及水分含量解決方案[J].精細與專用化學品，2016(03):27.