張玉柱 馬躍龍 肖融 彭亞峰＊

（1.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 200233；2.國家食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，上海 200233）

鈣對人體健康、少年兒童身體發(fā)育和生理活動有及其重要的作用，也是人體內(nèi)易缺乏的礦物元素[1-3]。檸檬酸鈣為鈣營養(yǎng)強化劑，可用于預(yù)防和治療鈣缺乏癥的營養(yǎng)補充劑，有促進牙齒和骨骼健康及幫助減肥的作用。由于檸檬酸鈣可溶于水，因此是容易被人體吸收的鈣，吸收效果優(yōu)于無機鈣，可用于多種食品的強化，包括嬰兒配方食品、果汁、乳制品、固體飲料、運動飲料、牛乳、豆乳、保健品和谷物制品等[4-5]。

檸檬酸鈣有四水檸檬酸鈣和三水檸檬酸鈣，GB 1903.14-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品營養(yǎng)強化劑 檸檬酸鈣》是指四水檸檬酸鈣[6]，原衛(wèi)生部公告2012年15號文件是指三水檸檬酸鈣。四水檸檬酸鈣和三水檸檬酸鈣干燥減量方法和指標(biāo)各不相同，方法和指標(biāo)分別為直接干燥法（150℃，4 h）和10.0%～14.0%、直接干燥法（105℃，2 h）和1.0%～1.5%。在實際檢測中四水檸檬酸鈣干燥減量結(jié)果都能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而三水檸檬酸鈣干燥減量結(jié)果都無法滿足公告要求。本文主要通過直接干燥法、減壓干燥法以及卡爾費休庫倫法測定三水檸檬酸鈣干燥減量，找出合適的三水檸檬酸鈣干燥減量測定方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗樣品及試劑：四水檸檬酸鈣、三水檸檬酸鈣（山東恒通化工股份有限公司），庫倫法卡爾費休試劑（霍尼韋爾）。

設(shè)備與儀器：MS304S電子天平（瑞士梅特勒-托利多公司）、Binder FED53烘箱（德國Binder集團）、852卡爾費休水分滴定儀（瑞士萬通公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 直接干燥法

稱取約2 g試樣，精確至0.0001 g，置于已恒重的扁形稱量瓶中，鋪成3 mm以下的層，于干燥箱中干燥，干燥條件分別為180℃下4 h，105℃下1 h、2 h，80℃下1 h、2 h和4 h。干燥減量的質(zhì)量分數(shù)為w1，按照式（1）計算：

式（1）中：

m-試樣的質(zhì)量，單位為克（g）；

m1-稱量瓶和試樣的質(zhì)量，單位為克（g）；

m2-稱量瓶和試樣干燥后的質(zhì)量，單位為克（g）；

100-單位換算系數(shù)。

1.2.2 減壓干燥法

取已恒重的稱量瓶稱取約2 g試樣，精確至0.0001 g，置于真空干燥箱內(nèi)，將真空干燥箱連接真空泵，抽出干燥箱內(nèi)空氣，并同時加熱至所需溫度（60℃和80℃），關(guān)閉真空泵上的活塞，停止抽氣，使真空箱內(nèi)保持一定的溫度和壓力，經(jīng)4 h后，打開活塞，待壓力恢復(fù)正常后再打開，取出稱量瓶，干燥器內(nèi)冷卻后稱量，重復(fù)以上操作至兩次質(zhì)量差不超過2 mg。干燥減量的質(zhì)量分數(shù)按照式（1）計算。

1.2.3卡爾·費休庫倫法

稱取0.03 g～0.04 g（精確至0.0001 g）樣品，置于卡爾費休加熱爐用進樣瓶中，迅速將進樣瓶蓋緊密封。同時取相同進樣瓶，蓋緊作為空白。進樣瓶置于卡爾費休庫倫法水分測定儀中，自動測定水分，儀器自動進行載氣校正。檢測結(jié)果需要扣除空白。

儀器自動計算樣品水分含量，如儀器無自動計算功能，按式（2）計算：

式（2）中：

C1-載氣校正后樣品瓶水分總量，單位為微克（μg）；

C0-載氣校正后空白瓶水分總量，單位為微克（μg）；

m-試樣質(zhì)量，單位為克（g）；

1000000-系數(shù)，將微克轉(zhuǎn)換為克。

2 結(jié)果與討論

2.1 三水檸檬酸鈣和四水檸檬酸鈣干燥減量方法的比對

目前國內(nèi)檸檬酸鈣標(biāo)準(zhǔn)有GB 1903.14-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品營養(yǎng)強化劑 檸檬酸鈣》和原衛(wèi)生部公告2012年第15號（檸檬酸鈣）。國際上有食品添加劑聯(lián)合專家委員會（JECFA、2002）、歐盟委員會實施條例（Regulation (EU)No 231/2012）、美國食品化學(xué)品法典（FCC 10）、日本食品添加劑公定書（第九版）、韓國食品添加劑公典（2019）、USP-NF（2018）等。原衛(wèi)生部公告2012年第15號（檸檬酸鈣）指代三水檸檬酸鈣，其余標(biāo)準(zhǔn)皆指代四水檸檬酸鈣。從表1可以看出，三水檸檬酸鈣與四水檸檬酸鈣干燥減量的溫度和時間以及標(biāo)準(zhǔn)值皆不同。四水檸檬酸鈣干燥減量國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中除歐盟外（180℃，4 h）方法皆相同（150℃，4 h），測量的是游離水以及結(jié)晶水之和，而三水檸檬酸鈣干燥減量方法（105℃，2 h）測量的是游離水分，因此三水和四水檸檬酸鈣干燥減量的標(biāo)準(zhǔn)值也不同。

表1 國內(nèi)外食品營養(yǎng)強化劑檸檬酸鈣干燥減量方法對比

2.2 不同溫度時間下使用直接干燥法測定三水檸檬酸鈣干燥減量的結(jié)果比對

利用直接干燥法分別在150℃下干燥4 h，105℃溫度下干燥1 h和2 h測試三水檸檬酸鈣的干燥減量，每個條件下重復(fù)測試10次，測量結(jié)果如表2所示。作為對比，本文同時測定了四水檸檬酸鈣，測量結(jié)果如表3所示。

表2 直接干燥法測試三水檸檬酸鈣的干燥減量

表3 直接干燥法測試四水檸檬酸鈣的干燥減量

三水檸檬酸鈣和四水檸檬酸鈣的理論干燥減量值分別為9.78%和12.63%。從表2可以看出三水檸檬酸鈣在105℃、1 h以及2 h條件下干燥，質(zhì)量不降反增，結(jié)果出現(xiàn)負值，說明樣品在干燥過程中可能發(fā)生吸潮，此條件下不能測得三水檸檬酸鈣的干燥減量值。從表2和表3中可以看出，在150℃、4 h干燥條件下，四水檸檬酸鈣能夠釋放出結(jié)晶水以及游離水，并能得到穩(wěn)定且符合標(biāo)準(zhǔn)范圍的干燥減量值；同時三水檸檬酸鈣在此條件下表現(xiàn)出極大的不穩(wěn)定性，結(jié)果也遠超出三水檸檬酸鈣干燥減量的理論值，說明三水檸檬酸鈣是熱敏性物質(zhì)，不能使用此方法測定干燥減量。因為三水檸檬酸鈣的特殊水分釋放機制，使用直接干燥法在不同溫度時間條件下測試，測定結(jié)果均無法滿足實驗要求。

2.3 不同溫度下使用減壓干燥法測定三水檸檬酸鈣干燥減量的結(jié)果比對

考慮到三水檸檬酸鈣的熱敏性性質(zhì)，本文參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》第二法減壓干燥法進行實驗，分別在60℃和80℃下對三水檸檬酸鈣真空干燥，每個條件下重復(fù)測試10次，干燥減量的測量結(jié)果如表4所示。

表4 減壓干燥法測試三水檸檬酸鈣的干燥減量

從表4再結(jié)合表2和表3可以看出，真空條件下可以有效防止三水檸檬酸鈣吸潮，60℃和80℃干燥條件下1小時三水檸檬酸鈣就能恒重，且實驗重復(fù)性良好，1小時10次重復(fù)實驗的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.22%和0.78%，符合GB/T 27417-2017《合格評定化學(xué)分析方法確認和驗證指南》的規(guī)定（≤2.7%），實驗方法能夠滿足實驗要求。此外，60℃和80℃真空干燥條件下測得的結(jié)果也不能滿足公告中三水檸檬酸鈣干燥減量的標(biāo)準(zhǔn)值要求。

2.4 卡爾·費休庫倫法

參考添加劑中常用干燥減量的測定方法，本文還嘗試了使用卡爾費休庫倫法測定樣品干燥減量。為了進行對比，同時測定了四水檸檬酸鈣，測量結(jié)果如表5所示。

表5 卡爾·費休庫倫法測試三水&四水檸檬酸鈣的干燥減量

從表5可以看出利用卡爾費休庫倫法測定三水檸檬酸鈣干燥減量實驗重復(fù)性良好，三水和四水檸檬酸鈣10次重復(fù)實驗的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.22%和0.39%，符合GB/T 27417-2017《合格評定化學(xué)分析方法確認和驗證指南》的規(guī)定（≤2.0%），實驗方法能夠滿足實驗要求。此外結(jié)合表3可以看出，庫倫法測得四水檸檬酸鈣干燥減量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)方法測得數(shù)據(jù)（直接干燥法（150℃，4 h））相對偏差2.2%，說明庫倫法適合測量三水以及四水檸檬酸鈣干燥減量。

卡爾費休庫倫法能測得檸檬酸鈣游離水和結(jié)合水之和，雖然結(jié)果也無法滿足公告要求（公告中檢測方法只能測的游離水分），但是目前測得全部水分折算含量是含有結(jié)晶水添加劑的主要計算方式，因此推薦使用此方法。

3 結(jié)論

三水檸檬酸鈣為特殊專利產(chǎn)品，容易吸潮，水分的釋放也不同于常規(guī)物質(zhì)。樣品在直接干燥過程中可能會吸潮，結(jié)果為負值，無法獲得準(zhǔn)確的干燥減量值；樣品通過減壓干燥可以避免吸潮以及樣品的不穩(wěn)定，方法精密度和重復(fù)性良好，能滿足實驗要求但不能滿足公告中的標(biāo)準(zhǔn)值；使用卡爾費休庫倫法測定方法重復(fù)性良好，能滿足實驗要求，四水檸檬酸鈣測得結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)方法測得結(jié)果相對偏差2.2%，說明此方法的適用性良好，且?guī)靷惙y定的為游離水和結(jié)合水的總和，符合目前添加劑干燥減量測定的普遍選擇，因此建議使用卡爾費休庫倫法測定三水檸檬酸鈣干燥減量。