卡尔·费休容量法快速测定木糖醇的水分方法研究*

何伟霞

(广东省科学院工业分析检测中心，广东 广州 510650)

木糖醇是一种非糖甜味剂，作为蔗糖的理想替代品之一，目前被广泛应用于食品或药品的研发与生产。白砂糖的主要成分为蔗糖，是日常生活最常用的糖类物质。在食品加工时，蔗糖受热易和氨基酸产生美拉德反应，生成褐色并有焦糖味物质，而木糖醇在加热时不产生美拉德反应，在食物加工过程中比较稳定[1]，因此对于某些需要保持浅色的食品，用木糖醇代替蔗糖有特别的意义。另外，木糖醇也具有一定的医用价值。它既能防止龋齿和降低血糖[2]，也能调节人体脂肪代谢，降低游离脂肪酸，同时促进肠道内有益菌群的繁殖，是普通食品和保健食品中常用的功能性添加因子[3]。

我国食品和药品领域当前执行的相关标准分别为：《GB 1886.234-2016 食品安全国家标准 食品添加剂 木糖醇》[4]和《中国药典》2020年版四部药用辅料木糖醇[5]，其中关于木糖醇水分的测定方法均为减压干燥法，该方法耗时长、操作复杂，不利于产品的快速检测与放行。本研究拟建立一种简便、快速测定木糖醇水分的方法，为木糖醇水分的快速测定提供便利。

1 实 验

1.1 主要仪器与试剂

V20S型卡尔费休水分仪，Mettler Toledo；ME204型万分之一天平，Mettler Toledo；XPR205D5/AC型十万分之一天平，Mettler Toledo)。

水;无水甲醇;单组分滴定液(含碘、吡啶、二氧化硫);固体水分标准物质(GBW13519，含水量0.878 mg/g)。

1.2 实验样品

木糖醇,湖南九典制药股份有限公司。

1.3 方法原理

卡尔·费休容量法的原理为：滴定液中的二氧化硫与甲醇反应生成酸性脂类，然后被碱类(以下用“RN”表示，如吡啶)中和，形成烷基亚硫酸阴离子。在有水存在的情况下，烷基亚硫酸阴离子又被碘氧化为烷基硫酸盐，同时，棕黄色的碘被分解为无色的碘化物。整个反应过程持续到全部的水消耗完毕，并在滴定溶液中检测到游离碘。滴定液在使用前需用水标定。其中甲醇既是反应试剂，又是样品溶剂。因此，卡尔·费休容量法适用于在甲醇中溶解度高的物质的水分测定，不适用于在甲醇中溶解度低或不溶的物质的水分测定。反应式如下：

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

1.4 方法设计

由于木糖醇微溶于甲醇(每1 g能在溶剂100～1000 mL中溶解)，卡尔费休水分仪滴定杯容积为100 mL(甲醇的加入量一般为40～60 mL)，木糖醇的取样量不宜低于0.4 g(按木糖醇水分含量0.25%计，绝对含水量不低于1 mg)，即在测定时，木糖醇不能完全溶解。因此，一般而言木糖醇的水分测定并不适用卡尔·费休容量法。本文尝试利用新型卡尔费休水分仪的加样后搅拌功能，在添加样品后，设置一定的搅拌时间，使木糖醇中的水分充分释放。同时，在连续测样时，定期排空滴定杯中的废弃物，更换溶剂，防止因样品不完全溶解造成的不溶物逐渐堆积，减少干扰，增加方法的精密度和准确度。

1.5 方法研究

1.5.1 搅拌时间

使用仪器默认的30%转速(转速不宜过高，否则易产生大量气泡，干扰电极对滴定终点的判定)，考察添加样品后不同搅拌时间，对样品水分测定结果的影响。结果显示，样品搅拌90 s后，水分结果已达到最大值，继续增加搅拌时间，测定结果没有显著变化，因此，搅拌时间设置120 s即可。详见表1。

表1 不同搅拌时间对测定结果的影响

1.5.2 更换溶剂间隔

使用新鲜的溶剂，连续测定样品，以首次测定为零点，考察每次测定与零点的偏差，以不大于5%为接受标准。

结果显示，随着连续测定次数逐步增加，测定值有逐步变小的趋势，测定值与零点的偏差逐渐增大。连续测定4次以内时，测定值与零点的偏差不大于5%；当连续测定超过4次时，测定值与零点的偏差超出5%的接受标准。因此，应每连续测定不超过4次便更换溶剂，排尽滴定杯中的不溶物，以保证测定结果相对准确。详见表2。

表2 连续测定一定次数时与零点的偏差

1.5.3 最终条件

称样量：0.5 g，加样后的搅拌时间：120 s，更换溶剂间隔：连续测定不超过4次。

1.5.4 方法对比

采用最终条件，与国家标准的减压干燥法对比，测试三个批次木糖醇，各重复测定6次，比较RSD。结果显示，卡尔·费休容量法的RSD在1.8%～3.4%之间，减压干燥法的RSD在7.9%～13.6%之间，卡尔·费休容量法的RSD相对较低，重复性较好，且实测值不低于减压干燥法，说明不会导致不合格产品的放行。详见表3。

表3 方法对比

1.6 方法学验证

1.6.1 线性

分别称取木糖醇0.40 g、0.45 g、0.50 g、0.55 g、0.60 g，采用卡尔费休水分仪测定水分，以取样量(g)为横坐标，实测绝对含水量(mg)为纵坐标，绘制线性回归直线，计算线性系数R2。结果显示，线性方程为y=2.5386x+0.0293，线性系数R2=0.9987，表明取样量在0.4～0.6 g范围内时线性关系良好，此时样品的绝对含水量约为1.051～1.585 mg。详见表4。

表4 线性

1.6.2 检测限和定量限

按线性的方法重复绘制6条回归直线，计算截距的标准偏差δ，斜率的平均值S，以3.3 δ/S作为检测限，10 δ/S作为定量限[6]。结果显示，检测限为0.0478 mg绝对含水量，定量限为0.145 mg绝对含水量。即在取样量为0.5 g的情况下，样品的水分含量不小于0.010%时，样品中的水分可被检出；样品的水分含量不小于0.029%时，样品中的水分可被准确定量。详见表5。

表5 检测限和定量限

1.6.3 精密度

取三个批次木糖醇，各重复测定6次，结果显示，三个批次木糖醇的均值分别为0.260%、0.229%、0.246%，相对标准偏差RSD%分别为1.8%、1.6%、3.4%，均不超过5%，表明方法精密度良好。详见表6。

表6 精密度结果

1.6.4 准确度

往木糖醇中分别加入约相当于其水分含量80%、100%、120%的固体水分标准物质，测定总水分，每组平行测定3次，扣除本底值后，以水分标准物质的实测值与理论值的比值计算回收率。结果显示，回收率在95.6%～102.5%之间，均在90%～110%范围内，表明方法准确度高。详见表7。

表7 准确度结果

续表7

2 结 论

采用卡尔·费休容量法测定木糖醇的水分，相比食品和药品领域当前普遍采用的减压干燥法而言，精密度有较为明显的提升；且该方法准确度高、操作简便，完成一个样品的测定仅需3～4 min，而减压干燥法包括烘干及恒重在内，一般检测时间不小于4 h。卡尔·费休容量法大幅缩短了木糖醇水分的检测时间，提高了检测效率，为木糖醇水分的测定提供了非常便利的方法。尤其对于将木糖醇作为合成原料或者中间体生产其它产品的企业而已，采用该方法也能实现木糖醇的快速实时检验放行。