茶叶中水分含量测定方法发展与应用比较研究

2017-02-08崔飞龙周小露李雷雪宋加艳周才碧

贵茶 2017年4期

文-崔飞龙周小露李雷雪宋加艳周才碧*

贵州省教育厅科研创新团队项目[黔教合人才团队字（2014）45]简介

都匀毛尖茶叶无公害生产技术创新团队是贵州省教育厅科研创新团队项目，编号为黔教合人才团队字（2014）45，负责人是周才碧，主要研究方向：（1）以应用和应用基础研究为主，围绕着茶叶优质、高产、高效和茶叶行业的关键、共性科技问题开展攻关创新；（2）研究领域涵盖茶叶产前、产中、产后各环节，以茶树种质资源、茶树营养生理、茶树有害综合治理、现代茶叶加工工程、茶叶化学成分、茶树生物技术、茶叶质量标准与安全等为主要研究方向。

都匀毛尖茶区重要害虫绿色防控技术研究主要研究内容：（1）调查惠水、贵定等主要茶园害虫种类，确定茶园优势害虫种群，弄清茶园主要天敌种类以及优势天敌种群；（2）研究茶园内小绿叶蝉、茶蚜等优势害虫种群发生动态，掌握优势害虫群落的季节数量变化；（3）对关键性害虫有针对性的采取防治措施，如“诱杀”“诱集”“诱捕”等可持续控制技术研究，筛选出符合有机茶园害虫控制的最佳防治措施，提出有机茶园行之有效的生态控制配套技术。并在黔南茶区建立害虫绿色防控示范基地。

茶叶中样品中的水分分为自由水和结合水，自由水是指由分子间力形成的吸附水及充满在毛细管或巨大孔隙中的毛细管水，容易蒸发；结合水是以配价键结合的，其结合力要比分子间力大，很难用蒸发的方法测量。

茶叶加工过程的实质也是其内含物质变化的过程，茶叶中内含物质伴随着茶青缓慢失水过程的变化而变化。茶叶中的水分含量是茶叶加工、保藏，以及茶叶品质的决定因素，水分含量的准确测定具有非常重要的意义。目前，水分含量测定直接法有热干燥法（直接干燥法、减压干燥法、真空干燥法和红外线干燥法以及微波干燥法）、蒸馏法和卡尔费休法，间接法有电容法、电阻法和声波法，以及借助现代仪器来进行测量的核磁共振法、近红外光谱法和气相色谱法。

1 直接测定法测定茶叶中水分含量

1.1 热干燥法测定

1.1.1 烘箱干燥法

烘箱干燥法是指将待测茶叶样品置于烘箱中根据ASAE标准[1]，在大气压下，约100℃加热所失去的物质。此法适用于约100℃、不含或含其他挥发性物质甚微的样品[2]，其应用最广泛，设备简单，操作简便，精密度高于红外法，精确度较高，但是相对于快速测水法，其工作效率低、检测时间长和电力成本高。

1.1.2 真空干燥法

真空干燥法，也称减压干燥法，是利用较低温度。在减压下进行干燥以排除水分，样品中被减少的量为样品的水分含量[3]，适用于在100℃以上容易变质、破坏或不易除去结合水的样品，如糖浆、味精、砂糖、糖果、蜂蜜、果酱和脱水蔬菜等样品。茶叶干燥过程分为升速期、第一降速期和第二降速期，随着干燥温度的升高，茶叶干燥时间缩短[4]，其测定结果比较接近真正水分。

1.1.3 红外线干燥法

以红外线发热管为热源，通过红外线的辅射热和直接热加热样品，高效迅速使水分蒸发的方法。红外线干燥法利用辐射热穿透茶叶样品，使水分由内向外蒸发，加速了水分蒸发，但样品本身温度升高不大。与传统干燥法相比，这种方法操作简便迅速、测量周期缩短，提高工作效率，较少了能耗，并不需要加热介质，提高了热能利用率；此外，若在茶叶加工过程利用红外线干燥法，有利于提高茶叶的综合品质[4]。但其精密度较差，当样品份数较多时，效率反而降低，适合现时标准要求，在日常检验中可与国标法等同采用。

1.1.4 微波干燥法

微波加热法是利用微波炉的磁控管所产生的超高频率微波快速振荡样品中的水分子，使分子相互碰撞和摩擦，进而去除样品中的水分。该方法有选择性加热，具有加热均匀、速度快、热量损失小、控制及时、反应灵敏和无污染等特点，测定的小麦水分为11.52%，与GB/T5497-1985测定结果相近，其作为实现绿色工艺的手段之一而到人们的广泛重视。微波杀青时，投叶量50g、微波功率800 W及微波杀青时间150 s，茶叶中内质成分保持最佳，即微波干燥对茶叶内质成分在总体水平上保留效果最好[5]。

1.2 蒸馏法测定

把不溶于水的有机溶剂和样品放入蒸馏式水分测定装置中加热，试样中的水分与溶剂蒸汽一起蒸发，冷凝并收集溜液，由于密度不同，溜出液在接受管中分层，根据馏出液中水的体积，即可计算出样品中水分含量，适用于含挥发性成分的样品，比如茶叶[6]。

蒸馏法采用一种高效的换热方式，水分可迅速移出，对易氧化、分解、热敏性以及含有大量挥发性组分的样品的测定准确度明显优于干燥法。目前AOAC规定蒸馏法用于饲料、啤酒花、调味品的水分测定，特别是香料，蒸馏法是唯一的、公认的水分检验分析方法。

1.3 卡尔费休法测定

卡尔费休法是以甲醇为介质、卡氏液为滴定液进行样品水分测量的一种方法。所用仪器应干燥，并能避免空气中水分的侵入。国际标准化组织把这个方法定为国际标准测微量水分[7]，其也是我们国家标准测微量水分方法之一。

该方法简便、准确、稳定和可靠，回收率高，变异系数低，广泛应用于医药、石油、化工、农药、染料、粮食等领域，尤其适用于遇热易被破坏的样品，而且以MSP430F2617新型处理器芯片为核心，可以实现一个系统中集成两种测量方法，扩展了仪器使用的灵活性。

2 间接法测定茶叶中水分含量

2.1 电容法测定

电容法是根据水分的介电常数远远大于样品中其它成分的介电常数，含水率与相对介电常数之间有较好的线性相关性[8]，通过测量样品中水分变化相对应的电容变化即可知样品的水分含量。该方法可在线测量。

该电容式水分检测仪结构简单、应用灵活，通过实验数据分析，可以满足粮食水分检测的需要。但是测量精度不高、稳定性差，影响电容式水分计测量精度和稳定性的原因是多方面的，如被测物料的品种、温度、紧密度等。

2.2 电阻法测定

电阻法是通过电阻大小来检测水分值，被检测样品就相当于一个电阻，水分值高时电阻小，水分值低时电阻大，即欧姆定律：R=U/I。

该方法操作简单、测量准确、使用方便快捷，并能对测量结果进行保存。而且通过以饱和时的电阻率与实测电阻率的比值为参量，简化了常规考虑孔隙水电阻率的研究方法，更有利于电阻率法的研究和应用[9]。

近年来出现了脉冲电阻法、复阻抗分离法和交流阻抗法等基于电阻测量原理的方法，但由于电阻法存在信号强度小、取样要求高、抗干扰性较差等缺陷，这些方法目前只能作为一个辅助工具。

2.3 声波法测定

声波法是利用样品的声学特性，即样品在声波作用下的反射特性、散射特性、投射特性和吸收特等，对其品质进行无损检测。样品水分与声压关系密切[10]，样品碰撞金属物体时产生的超声信号含有丰富的品质信息，通过小波变换或者离散余弦变换对样品超声信号进行处理，能够提取出反映样品水分含量的特征参数。声学法测量重复性好，是一个具有良好发展前景的研究方向，但噪声信号的屏蔽是一个难题。

综上所述，常规水分测量方法精度高，适用于实验室检测，但耗时，无法实现快速、在线检测，样品中结合水常常无法检测，而且容易受到挥发成分的影响，不能准确反映体系的水分结合特征。

3 现代仪器方法测定茶叶中水分含量

现代仪器分析法具有无损、在线、快速以及高精确度等优势，并可以进一步对样品中自由水和结合水进行区分测定。

3.1 核磁共振法测定

核磁共振法是在一定条件下原子核自旋重新取向，从而使茶叶样品在某一确定的频率上吸收电磁场的能量，吸收能量的多少与试样中所含的核子数目成比例。近年来，低场核磁共振技术以检测迅速、精度高、测量范围宽和样品需要量少以及可区分自由水和结合水等优点，已在肉类、茶叶[11]和中药材等材料的水分测定方面得到一定的研究和应用。

3.2 近红外光谱法测定

由于水对近红外具有特征吸收光谱，所以被吸收的能量与物质的含水量有关。近红外法是利用波长范围为780-2526nm的电磁波，在样品中被含氢官能基团的倍频吸收来测定水分。

目前，在北美和欧洲已经建立了多项近红外检测谷物的标准，而我国应用较晚、普及率不高，在中草药、中成药颗粒剂等材料的水分测定方面有一定的研究。该方法便、快速、准确、重现性好，且不破坏样品，能应用于药品监督工作中对药品中水分的快速检测。基于对茶鲜叶含水量、全氮量和粗纤维量近红外预测方法的把握，建立了茶鲜叶产地判别的人工神经网络模型，该模型对三市鲜叶产地的判别率为100%，实现了对茶鲜叶产地的快速、准确判别[12]。