卡爾·費休容量法快速測定木糖醇的水分方法研究*

何偉霞

(廣東省科學院工業分析檢測中心，廣東 廣州 510650)

木糖醇是一種非糖甜味劑，作為蔗糖的理想替代品之一，目前被廣泛應用于食品或藥品的研發與生產。白砂糖的主要成分為蔗糖，是日常生活最常用的糖類物質。在食品加工時，蔗糖受熱易和氨基酸產生美拉德反應，生成褐色并有焦糖味物質，而木糖醇在加熱時不產生美拉德反應，在食物加工過程中比較穩定[1]，因此對于某些需要保持淺色的食品，用木糖醇代替蔗糖有特別的意義。另外，木糖醇也具有一定的醫用價值。它既能防止齲齒和降低血糖[2]，也能調節人體脂肪代謝，降低游離脂肪酸，同時促進腸道內有益菌群的繁殖，是普通食品和保健食品中常用的功能性添加因子[3]。

我國食品和藥品領域當前執行的相關標準分別為：《GB 1886.234-2016 食品安全國家標準 食品添加劑 木糖醇》[4]和《中國藥典》2020年版四部藥用輔料木糖醇[5]，其中關于木糖醇水分的測定方法均為減壓干燥法，該方法耗時長、操作復雜，不利于產品的快速檢測與放行。本研究擬建立一種簡便、快速測定木糖醇水分的方法，為木糖醇水分的快速測定提供便利。

1 實 驗

1.1 主要儀器與試劑

V20S型卡爾費休水分儀，Mettler Toledo；ME204型萬分之一天平，Mettler Toledo；XPR205D5/AC型十萬分之一天平，Mettler Toledo)。

水;無水甲醇;單組分滴定液(含碘、吡啶、二氧化硫);固體水分標準物質(GBW13519，含水量0.878 mg/g)。

1.2 實驗樣品

木糖醇,湖南九典制藥股份有限公司。

1.3 方法原理

卡爾·費休容量法的原理為：滴定液中的二氧化硫與甲醇反應生成酸性脂類，然后被堿類(以下用“RN”表示，如吡啶)中和，形成烷基亞硫酸陰離子。在有水存在的情況下，烷基亞硫酸陰離子又被碘氧化為烷基硫酸鹽，同時，棕黃色的碘被分解為無色的碘化物。整個反應過程持續到全部的水消耗完畢，并在滴定溶液中檢測到游離碘。滴定液在使用前需用水標定。其中甲醇既是反應試劑，又是樣品溶劑。因此，卡爾·費休容量法適用于在甲醇中溶解度高的物質的水分測定，不適用于在甲醇中溶解度低或不溶的物質的水分測定。反應式如下：

H2O+I2+SO2+CH3OH+3RN → [RNH]SO4CH3+2[RNH]I

1.4 方法設計

由于木糖醇微溶于甲醇(每1 g能在溶劑100～1000 mL中溶解)，卡爾費休水分儀滴定杯容積為100 mL(甲醇的加入量一般為40～60 mL)，木糖醇的取樣量不宜低于0.4 g(按木糖醇水分含量0.25%計，絕對含水量不低于1 mg)，即在測定時，木糖醇不能完全溶解。因此，一般而言木糖醇的水分測定并不適用卡爾·費休容量法。本文嘗試利用新型卡爾費休水分儀的加樣后攪拌功能，在添加樣品后，設置一定的攪拌時間，使木糖醇中的水分充分釋放。同時，在連續測樣時，定期排空滴定杯中的廢棄物，更換溶劑，防止因樣品不完全溶解造成的不溶物逐漸堆積，減少干擾，增加方法的精密度和準確度。

1.5 方法研究

1.5.1 攪拌時間

使用儀器默認的30%轉速(轉速不宜過高，否則易產生大量氣泡，干擾電極對滴定終點的判定)，考察添加樣品后不同攪拌時間，對樣品水分測定結果的影響。結果顯示，樣品攪拌90 s后，水分結果已達到最大值，繼續增加攪拌時間，測定結果沒有顯著變化，因此，攪拌時間設置120 s即可。詳見表1。

表1 不同攪拌時間對測定結果的影響

1.5.2 更換溶劑間隔

使用新鮮的溶劑，連續測定樣品，以首次測定為零點，考察每次測定與零點的偏差，以不大于5%為接受標準。

結果顯示，隨著連續測定次數逐步增加，測定值有逐步變小的趨勢，測定值與零點的偏差逐漸增大。連續測定4次以內時，測定值與零點的偏差不大于5%；當連續測定超過4次時，測定值與零點的偏差超出5%的接受標準。因此，應每連續測定不超過4次便更換溶劑，排盡滴定杯中的不溶物，以保證測定結果相對準確。詳見表2。

表2 連續測定一定次數時與零點的偏差

1.5.3 最終條件

稱樣量：0.5 g，加樣后的攪拌時間：120 s，更換溶劑間隔：連續測定不超過4次。

1.5.4 方法對比

采用最終條件，與國家標準的減壓干燥法對比，測試三個批次木糖醇，各重復測定6次，比較RSD。結果顯示，卡爾·費休容量法的RSD在1.8%～3.4%之間，減壓干燥法的RSD在7.9%～13.6%之間，卡爾·費休容量法的RSD相對較低，重復性較好，且實測值不低于減壓干燥法，說明不會導致不合格產品的放行。詳見表3。

表3 方法對比

1.6 方法學驗證

1.6.1 線性

分別稱取木糖醇0.40 g、0.45 g、0.50 g、0.55 g、0.60 g，采用卡爾費休水分儀測定水分，以取樣量(g)為橫坐標，實測絕對含水量(mg)為縱坐標，繪制線性回歸直線，計算線性系數R2。結果顯示，線性方程為y=2.5386x+0.0293，線性系數R2=0.9987，表明取樣量在0.4～0.6 g范圍內時線性關系良好，此時樣品的絕對含水量約為1.051～1.585 mg。詳見表4。

表4 線性

1.6.2 檢測限和定量限

按線性的方法重復繪制6條回歸直線，計算截距的標準偏差δ，斜率的平均值S，以3.3 δ/S作為檢測限，10 δ/S作為定量限[6]。結果顯示，檢測限為0.0478 mg絕對含水量，定量限為0.145 mg絕對含水量。即在取樣量為0.5 g的情況下，樣品的水分含量不小于0.010%時，樣品中的水分可被檢出；樣品的水分含量不小于0.029%時，樣品中的水分可被準確定量。詳見表5。

表5 檢測限和定量限

1.6.3 精密度

取三個批次木糖醇，各重復測定6次，結果顯示，三個批次木糖醇的均值分別為0.260%、0.229%、0.246%，相對標準偏差RSD%分別為1.8%、1.6%、3.4%，均不超過5%，表明方法精密度良好。詳見表6。

表6 精密度結果

1.6.4 準確度

往木糖醇中分別加入約相當于其水分含量80%、100%、120%的固體水分標準物質，測定總水分，每組平行測定3次，扣除本底值后，以水分標準物質的實測值與理論值的比值計算回收率。結果顯示，回收率在95.6%～102.5%之間，均在90%～110%范圍內，表明方法準確度高。詳見表7。

表7 準確度結果

續表7

2 結 論

采用卡爾·費休容量法測定木糖醇的水分，相比食品和藥品領域當前普遍采用的減壓干燥法而言，精密度有較為明顯的提升；且該方法準確度高、操作簡便，完成一個樣品的測定僅需3～4 min，而減壓干燥法包括烘干及恒重在內，一般檢測時間不小于4 h。卡爾·費休容量法大幅縮短了木糖醇水分的檢測時間，提高了檢測效率，為木糖醇水分的測定提供了非常便利的方法。尤其對于將木糖醇作為合成原料或者中間體生產其它產品的企業而已，采用該方法也能實現木糖醇的快速實時檢驗放行。