三水柠檬酸钙干燥减量测定方法的比较研究

张玉柱 马跃龙 肖融 彭亚峰＊

（1.上海市质量监督检验技术研究院，上海 200233；2.国家食品质量监督检验中心，上海 200233）

钙对人体健康、少年儿童身体发育和生理活动有及其重要的作用，也是人体内易缺乏的矿物元素[1-3]。柠檬酸钙为钙营养强化剂，可用于预防和治疗钙缺乏症的营养补充剂，有促进牙齿和骨骼健康及帮助减肥的作用。由于柠檬酸钙可溶于水，因此是容易被人体吸收的钙，吸收效果优于无机钙，可用于多种食品的强化，包括婴儿配方食品、果汁、乳制品、固体饮料、运动饮料、牛乳、豆乳、保健品和谷物制品等[4-5]。

柠檬酸钙有四水柠檬酸钙和三水柠檬酸钙，GB 1903.14-2016《食品安全国家标准 食品营养强化剂 柠檬酸钙》是指四水柠檬酸钙[6]，原卫生部公告2012年15号文件是指三水柠檬酸钙。四水柠檬酸钙和三水柠檬酸钙干燥减量方法和指标各不相同，方法和指标分别为直接干燥法（150℃，4 h）和10.0%～14.0%、直接干燥法（105℃，2 h）和1.0%～1.5%。在实际检测中四水柠檬酸钙干燥减量结果都能符合标准要求，而三水柠檬酸钙干燥减量结果都无法满足公告要求。本文主要通过直接干燥法、减压干燥法以及卡尔费休库伦法测定三水柠檬酸钙干燥减量，找出合适的三水柠檬酸钙干燥减量测定方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验样品及试剂：四水柠檬酸钙、三水柠檬酸钙（山东恒通化工股份有限公司），库伦法卡尔费休试剂（霍尼韦尔）。

设备与仪器：MS304S电子天平（瑞士梅特勒-托利多公司）、Binder FED53烘箱（德国Binder集团）、852卡尔费休水分滴定仪（瑞士万通公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 直接干燥法

称取约2 g试样，精确至0.0001 g，置于已恒重的扁形称量瓶中，铺成3 mm以下的层，于干燥箱中干燥，干燥条件分别为180℃下4 h，105℃下1 h、2 h，80℃下1 h、2 h和4 h。干燥减量的质量分数为w1，按照式（1）计算：

式（1）中：

m-试样的质量，单位为克（g）；

m1-称量瓶和试样的质量，单位为克（g）；

m2-称量瓶和试样干燥后的质量，单位为克（g）；

100-单位换算系数。

1.2.2 减压干燥法

取已恒重的称量瓶称取约2 g试样，精确至0.0001 g，置于真空干燥箱内，将真空干燥箱连接真空泵，抽出干燥箱内空气，并同时加热至所需温度（60℃和80℃），关闭真空泵上的活塞，停止抽气，使真空箱内保持一定的温度和压力，经4 h后，打开活塞，待压力恢复正常后再打开，取出称量瓶，干燥器内冷却后称量，重复以上操作至两次质量差不超过2 mg。干燥减量的质量分数按照式（1）计算。

1.2.3卡尔·费休库伦法

称取0.03 g～0.04 g（精确至0.0001 g）样品，置于卡尔费休加热炉用进样瓶中，迅速将进样瓶盖紧密封。同时取相同进样瓶，盖紧作为空白。进样瓶置于卡尔费休库伦法水分测定仪中，自动测定水分，仪器自动进行载气校正。检测结果需要扣除空白。

仪器自动计算样品水分含量，如仪器无自动计算功能，按式（2）计算：

式（2）中：

C1-载气校正后样品瓶水分总量，单位为微克（μg）；

C0-载气校正后空白瓶水分总量，单位为微克（μg）；

m-试样质量，单位为克（g）；

1000000-系数，将微克转换为克。

2 结果与讨论

2.1 三水柠檬酸钙和四水柠檬酸钙干燥减量方法的比对

目前国内柠檬酸钙标准有GB 1903.14-2016《食品安全国家标准 食品营养强化剂 柠檬酸钙》和原卫生部公告2012年第15号（柠檬酸钙）。国际上有食品添加剂联合专家委员会（JECFA、2002）、欧盟委员会实施条例（Regulation (EU)No 231/2012）、美国食品化学品法典（FCC 10）、日本食品添加剂公定书（第九版）、韩国食品添加剂公典（2019）、USP-NF（2018）等。原卫生部公告2012年第15号（柠檬酸钙）指代三水柠檬酸钙，其余标准皆指代四水柠檬酸钙。从表1可以看出，三水柠檬酸钙与四水柠檬酸钙干燥减量的温度和时间以及标准值皆不同。四水柠檬酸钙干燥减量国内外标准中除欧盟外（180℃，4 h）方法皆相同（150℃，4 h），测量的是游离水以及结晶水之和，而三水柠檬酸钙干燥减量方法（105℃，2 h）测量的是游离水分，因此三水和四水柠檬酸钙干燥减量的标准值也不同。

表1 国内外食品营养强化剂柠檬酸钙干燥减量方法对比

2.2 不同温度时间下使用直接干燥法测定三水柠檬酸钙干燥减量的结果比对

利用直接干燥法分别在150℃下干燥4 h，105℃温度下干燥1 h和2 h测试三水柠檬酸钙的干燥减量，每个条件下重复测试10次，测量结果如表2所示。作为对比，本文同时测定了四水柠檬酸钙，测量结果如表3所示。

表2 直接干燥法测试三水柠檬酸钙的干燥减量

表3 直接干燥法测试四水柠檬酸钙的干燥减量

三水柠檬酸钙和四水柠檬酸钙的理论干燥减量值分别为9.78%和12.63%。从表2可以看出三水柠檬酸钙在105℃、1 h以及2 h条件下干燥，质量不降反增，结果出现负值，说明样品在干燥过程中可能发生吸潮，此条件下不能测得三水柠檬酸钙的干燥减量值。从表2和表3中可以看出，在150℃、4 h干燥条件下，四水柠檬酸钙能够释放出结晶水以及游离水，并能得到稳定且符合标准范围的干燥减量值；同时三水柠檬酸钙在此条件下表现出极大的不稳定性，结果也远超出三水柠檬酸钙干燥减量的理论值，说明三水柠檬酸钙是热敏性物质，不能使用此方法测定干燥减量。因为三水柠檬酸钙的特殊水分释放机制，使用直接干燥法在不同温度时间条件下测试，测定结果均无法满足实验要求。

2.3 不同温度下使用减压干燥法测定三水柠檬酸钙干燥减量的结果比对

考虑到三水柠檬酸钙的热敏性性质，本文参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》第二法减压干燥法进行实验，分别在60℃和80℃下对三水柠檬酸钙真空干燥，每个条件下重复测试10次，干燥减量的测量结果如表4所示。

表4 减压干燥法测试三水柠檬酸钙的干燥减量

从表4再结合表2和表3可以看出，真空条件下可以有效防止三水柠檬酸钙吸潮，60℃和80℃干燥条件下1小时三水柠檬酸钙就能恒重，且实验重复性良好，1小时10次重复实验的相对标准偏差分别为2.22%和0.78%，符合GB/T 27417-2017《合格评定化学分析方法确认和验证指南》的规定（≤2.7%），实验方法能够满足实验要求。此外，60℃和80℃真空干燥条件下测得的结果也不能满足公告中三水柠檬酸钙干燥减量的标准值要求。

2.4 卡尔·费休库伦法

参考添加剂中常用干燥减量的测定方法，本文还尝试了使用卡尔费休库伦法测定样品干燥减量。为了进行对比，同时测定了四水柠檬酸钙，测量结果如表5所示。

表5 卡尔·费休库伦法测试三水&四水柠檬酸钙的干燥减量

从表5可以看出利用卡尔费休库伦法测定三水柠檬酸钙干燥减量实验重复性良好，三水和四水柠檬酸钙10次重复实验的相对标准偏差分别为0.22%和0.39%，符合GB/T 27417-2017《合格评定化学分析方法确认和验证指南》的规定（≤2.0%），实验方法能够满足实验要求。此外结合表3可以看出，库伦法测得四水柠檬酸钙干燥减量数据与标准方法测得数据（直接干燥法（150℃，4 h））相对偏差2.2%，说明库伦法适合测量三水以及四水柠檬酸钙干燥减量。

卡尔费休库伦法能测得柠檬酸钙游离水和结合水之和，虽然结果也无法满足公告要求（公告中检测方法只能测的游离水分），但是目前测得全部水分折算含量是含有结晶水添加剂的主要计算方式，因此推荐使用此方法。

3 结论

三水柠檬酸钙为特殊专利产品，容易吸潮，水分的释放也不同于常规物质。样品在直接干燥过程中可能会吸潮，结果为负值，无法获得准确的干燥减量值；样品通过减压干燥可以避免吸潮以及样品的不稳定，方法精密度和重复性良好，能满足实验要求但不能满足公告中的标准值；使用卡尔费休库伦法测定方法重复性良好，能满足实验要求，四水柠檬酸钙测得结果和标准方法测得结果相对偏差2.2%，说明此方法的适用性良好，且库伦法测定的为游离水和结合水的总和，符合目前添加剂干燥减量测定的普遍选择，因此建议使用卡尔费休库伦法测定三水柠檬酸钙干燥减量。