气相色谱法测定食用香辛料中的水分含量

2023-11-29雷赛芬邓秋琼

云南化工 2023年11期

雷赛芬，邱波，邓秋琼

(云南三正技术检测有限公司，云南昆明 650106)

食用香辛料中含有多种挥发性物质，包括挥发性精油类、挥发性芳香辛辣物质，传统的干燥法测定其中的水分其结果就不准确，不适用于食用香辛料。标准GB 5009.3—2016[1]第三法——蒸馏法适用于食用香辛料中水分的测定，但检测方法中使用到含有毒性的甲苯或二甲苯作为溶剂，在高温蒸馏时与水形成共沸物，把水分带出后水分与有机溶剂分层，读取水相的体积来计算样品中水分的含量。蒸馏出来的水分容易形成水珠挂在冷凝管内壁，导致检测结果不够准确，方法的准确度和精密度较差。其不适用于测定水分含量低于1%的样品，测定范围较为局限。且该方法使用甲苯或二甲苯对操作人员身体伤害较大，溶剂的沸点较高，在蒸馏时温度较高，实验过程不但能耗较高且还存在不安全的风险因素。实验室检测后溶剂难以回收，增加废弃物的产量，造成环境污染和危险废物处理的成本。然而食用香辛料中水分的含量是重要的理化指标之一，对香辛料的储存和品质有着重要的意义，本文建立了气相色谱-热导检测器(GC-TCD)分析方法检测水分[2-3]，通过正交试验验证，找出影响检测结果的关键条件，选取出优化后的条件，用于食用香辛料中的水分含量的检测，满足食用香辛料简单、准确快速的测定。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

10个食用香辛料样品：市场上购买不同食用花椒样品10个。

丙酮、异丙醇、甲醇、乙醇，均为色谱纯试剂，w(H2O)≤0.05%，默克公司生产。

1.2 实验仪器

GC-2010Plus气相色谱仪，日本岛津；EX125ZH十万分之一微量天平(感量 0.01 mg)，奥豪斯仪器(常州)有限公司；DKZ-3电热恒温振荡器，上海一恒科学仪器有限公司生产；GFL-230电热鼓风干燥箱，天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 标准溶液配制

内标溶液：准确称取 0.5000 g 丙酮于 100 mL 容量瓶中，用甲醇定容至刻度线，混匀后备用。

标准溶液：分别称取0、100、200、400、600、800、1200、1500 mg 纯净水于8个 100 mL 容量瓶中，以甲醇为溶剂配成制成水分质量浓度分别为0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、12、15 mg/mL 的标准溶液，再分别向各个容量瓶中加入 100 μL 内标溶液。

萃取溶剂：准确称量 5.0000 g 丙酮于 1 L 容量瓶中，用无水甲醇定容，得到含内标物丙酮质量浓度为 5 mg/L 的萃取剂，于 4 ℃ 下密封保存备用。

1.3.2 试样处理

将食用香辛料粉碎至颗粒度小于 2 mm，称取约 1.0000 g 试样于 100 mL 具塞锥形瓶中，密封好瓶塞，加入 20 mL 萃取剂，室温条件下振荡萃取 40 min，将上清液经过 0.45 μm 滤膜过滤后进行 GC-TCD 分析。

色谱条件为：色谱柱型号为 HPPLOT/Q(30 m×0.53 mm×40 μm)，程序升温：初温 130 ℃，以 5 ℃/min 的速率升至 150 ℃，再以 10 ℃/min 的速率升至 230 ℃，保持 5 min；进样量 1 μL；分流比5∶1；进样口温度 200 ℃；检测器温度 250 ℃；载气：氩气；流速 5.0 mL/min；参比流量 20 mL/min；尾吹流量 5 mL/min。

1.3.3 香辛料中水分计算

按式 (1)进行计算：

(1)

式中，w为香辛料中水分质量分数，%；ρ1为试样萃取剂中水分质量浓度，mg/mL；ρ0为空白溶液中水分质量浓度，mg/mL；V为萃取剂体积，mL；m为香辛料样品质量，g。

2 结果与讨论

2.1 内标的选择

相关文献表明，用气相色谱法检测水分，使用内标法定量较为常见。参照气相色谱法检测水分的标准主要是YC/T 345—2010、GB/T 23203.1—2013、YC/T 539—2016，其中所述的内标物主要以异丙醇、乙醇、丙酮等常规试剂。本文研究选择以丙酮作为内标物，测定食用香辛料中水分的定量测定。样品溶液气相色谱图如图1所示。

图1 样品的色谱图

2.2 萃取溶剂、萃取时间、溶剂量做正交试验进行优化

采用不同的萃取溶剂分别选择甲醇(A)、乙醇(B)、异丙醇(C)、丁醇(D)，萃取时间分别选择 20、30、40、50 min，萃取溶剂量分别选择 10、20、30、40 mL，3因素4水平进行正交试验，详见表1。

表1 正交试验优化表

从表1中可以得出：在这3个因素中，超声萃取时间和溶剂种类为主要影响因素，溶剂使用量为次要因素。同等条件下，在超声时间为 40 min 萃取效果较好；甲醇的提取效率高，加之甲醇是比较常见成本较低的溶剂，选择甲醇作为萃取溶剂，综合考虑这几个因素时间和资源的成本，三因素的最佳组合为使用甲醇作为提取溶剂，其使用量为 20 mL，超声波提取时间为 40 min。

2.3 工作曲线、检出限和定量限

将系列标准溶液进行气相色谱-热导检测器分析，以水与丙酮的峰面积之比为纵坐标 (Y)，水分质量浓度与丙酮质量浓度之比为横坐标 (X)进行线性回归分析，得到目标物的线性回归方程为Y=1.8247X+0.003，线性范围为0～15 mg/mL，相关系数 (r)为0.9999。将 0.1 mg/mL 的水标准溶液检测3次，仪器的平均信噪比为30，则3倍信噪比对应的质量浓度为 0.01 mg/mL，即检出限质量浓度为 0.01 mg/mL，当取样量为 1.0000 g，萃取溶剂为 20 mL 时，水分检出限为0.02%，定量限为0.06%。

2.4 检测方法精密度和准确度

2.4.1 精密度测定

2种不同香辛料(花椒和桂皮)，分别称取6份相同质量的样品，按照本方法对样品进行测定，水分测定结果见表2。

表2 样品精密度测定表 w/%

由表2可知，方法的精密度较好。

2.4.2 准确度测定

称取6份相同质量的青花椒样品，添加水平分别为本底值的0.5倍、1.0倍和1.5倍，即加入蒸馏水量分别为 40、80、120 mg，每种添加质量重复2次，按照本文的方法进行前处理和测定，计算相应的加标回收率。加标回收率分别为95.6%、101%、106%，加标回收率范围为95.6%～106%，表明本方法的测定结果准确、可靠。