CN104655675A - 非结合水含量快速测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非结合水含量快速测定方法，所述方法包括：将样品置于温度为-186℃～-20℃下进行冷冻，冷冻时间为1min～48h；从冷冻温度开始升温，并测定所述冷冻后的样品在升温过程中的热流，其中，升温后的最高温度不高于40℃，升温后的最低温度高于0℃；根据测定的热流生成热流变化曲线，其中，所述热流变化曲线中横坐标为温度，纵坐标为热流；根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积；根据所述吸热峰面积和所述样品的熔化热获得所述样品中非结合水的质量，本发明提供的非结合水含量快速测定方法解决了现有阿贝折射仪法测定时测定数据准确性和稳定性差以及不适用于非结合水含量较低样品的问题，同时避免了核磁共振检测仪检测不及时和费用较高的问题。

Description

非结合水含量快速测定方法

技术领域

本发明涉及一种检测技术，特别涉及一种非结合水含量快速测定方法。

背景技术

非结合水，主要是指在生物体或细胞内可以自由移动的水，其特点是流动性较强、可以较快的离开生物体或细胞。

目前，测定非结合水的方法主要有阿贝折射仪法和核磁共振法。阿贝折射仪法是根据非结合水会向渗透压低的方向移动的原理，将样品浸入高浓度的蔗糖溶液中，以渗透出来的水分则作为非结合水，使用阿贝折光仪或手持糖度计测定蔗糖溶液浓度的变化，计算样品非结合水的含量，该法测定数据多、重复性差，相关技术人员对阿贝折射仪法进行改进，采用称重法通过测定蔗糖溶液浸泡前后的质量变化，计算出叶片中非结合水的含量，改进后的阿贝折射仪法减少了测定质量的数量。但是，无论是称量样品还是称量蔗糖溶液，无法避免的是要将样品与蔗糖溶液完全分离，该操作很难实现，因此该方法测定的准确性和稳定性差；另一方面，该方法中使用蔗糖溶液的浓度一般为40％～60％，那么对于水分含量为40％以下的样品是不适用的，因为蔗糖溶液中的水会渗透至样品，而把蔗糖溶液制备为100％浓度在测定中也不现实。

核磁共振法是利用非结合水与结合水豫驰时间的不同进行区分，计算不同豫驰时间峰的面积表征非结合水的含量。众所周知，样品的水分含量以及非结合水含量会随时间和环境而发生变化，迅速对样品进行检测是表征样品中水分状态最好的方法。核磁共振仪属于大型设备，大部分研究单位或企业不具有这样的检测设备，需要送到专业机构进行测定，难以保证测定的及时性。因此，使用核磁共振法检测非结合水含量存在的问题是难以及时检测样品，同时检测的费用较高。

发明内容

本发明提供一种非结合水含量快速测定方法，解决了现有阿贝折射仪法测定时测定数据的准确性和稳定性差以及不适用非结合水含量较低样品的问题，同时避免了核磁共振检测仪检测不及时和费用较高的问题。

本发明提供一种采用差式量热扫描仪测定样品非结合水含量测定方法，解决上述两种测定方法存在的问题，本发明的方法包括：

将样品置于温度为-186℃～-20℃下进行冷冻，冷冻时间为1min～48h；

从冷冻温度开始升温，并测定所述冷冻后的样品在升温过程中的热流，其中，升温的最高温度不高于40℃，升温的最低温度高于0℃；

根据测定的热流生成热流变化曲线，其中，所述热流变化曲线中横坐标为温度，纵坐标为热流；

根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积；

根据所述吸热峰面积和所述样品的熔化热获得所述样品中非结合水的质量。

本发明的实施方案中，根据样品中的非结合水可以结冰的特性，首先将样品进行冷冻，在冷冻过程中样品中的非结合水结冰，需要说明的是，将样品置于温度为-186℃～-20℃下进行冷冻时，冷冻时间为1min～48h，由于冷冻时间与冷冻温度有关，所以若冷冻温度较低时，所需的冷冻时间较短，相反，则所需的冷冻时间较长，另外，在实际运用中，若冷冻温度较低时，需付出的成本较高，所以，实际应用中，具体的冷冻温度只需满足在合适的冷冻时间内将样品中的非结合水结冰即可，本发明中，当样品中的非结合水经冷冻结冰后，根据冰熔融过程中会吸收热量的特性，所以将冷冻后的样品置于升温条件中使得样品中结冰的非结合水开始熔化，并测定升温条件下样品的热流，需要说明的是，本发明中，从冷冻温度开始升温时，使升温后的最高温度不高于40℃，升温后的最低温度高于0℃，即能够使结冰的非结合水融化，举例来说，若样品在-20℃中冷冻后，样品中的非结合水结冰，接着从-20℃升温至40℃，在升温过程中测定所述冷冻后的样品在不同温度下的热流，根据测定的热流生成热流变化曲线，若热流变化曲线中出现吸热峰，则表明样品中含有非结合水，相反，则表明样品中并未含有非结合水或者非结合水含量极低，本发明中，热流变化曲线中出现吸热峰时，同时也表明样品中结冰的非结合水开始融化并吸收了热量，因此，本发明中，吸热峰的面积即表示结冰的非结合水融化所吸收的热量，根据吸热峰的面积和冰的熔化热计算获得样品中非结合水的质量。

在一个具体的实施方案中，所述样品中非结合水的质量可以根据下述公式计算得到：

$m=\frac{\mathrm{\ΔS}}{Q}$

其中，Q为样品的熔化热(J/g)；ΔS为吸热峰面积(J)；m为样品中非结合水的质量(g)，需要说明的是，在升温过程中，由于是样品中结冰的非结合水在融化，所以样品的熔化热实际为样品中非结合水结成的冰融化时的熔化热，即冰的熔化热，而冰的熔化热为定值，为330J/g，所以当获得吸热峰面积时，根据上述公式便获得样品中非结合水的质量，样品中非结合水的质量与称取的样品质量相比得到样品中非结合水的含量。

在一个具体的实施方案中，根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积时，具体为，首先从所述热流变化曲线中确定吸热峰，并确定吸热峰在峰前和峰后的基线，由基线和吸热峰所围成的区域即为所需要计算的吸热峰面积，吸热峰面积具体通过现有技术进行计算，计算得到的吸热峰面积即为样品中结冰的非结合水在熔化过程所吸收的热量。

在一个具体的实施方案中，在测定所述冷冻后的样品在升温过程中的热流时，具体通过差示扫描量热仪测定所述冷冻后的样品在升温过程中的热流，其中差示扫描量热仪为一种现有设备，具体的操作方法可以参照现有操作规范来执行，需要说明的是，现有的差示扫描量热仪的温度范围可以达到-186℃-800℃，所以可以调整差示扫描量热仪的温度，使得样品处于能冷冻温度下，同时从冷冻温度下直接开始升温，从低温度升温过程中完成样品中非结合水的结冰，至升温温度超过0摄氏度时结冰的非结合水开始融化，举例来说，可以将样品置于温度为-30℃中，同时从-30℃开始升温至20℃，在-30℃-0℃升温过程中，由于样品处于低于0℃下，所以样品中的非结合水完成结冰，然后继续从0℃升温至20℃时使得结冰的非结合水熔化，差示扫描量热仪在-30℃-20℃升温过程中测定样品的热流，根据差示扫描量热仪测定的热流生成热流变化曲线，所述热流变化曲线中横坐标为温度，纵坐标为热流，根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积，根据所述吸热峰面积和所述样品的熔化热获得所述样品中非结合水的质量。

在一个具体的实施方案中，所述测定冷冻后的样品在升温过程中的热流时，用氮气吹扫，且吹扫速率为5～40ml/min，通过氮气对样品表面的吹扫，使样品中的溶剂快速蒸发、分离，从而达到样品无氧目的，保持样品更纯净。

在一个具体的实施方案中，将样品进行冷冻时，所述冷冻温度的范围为-186℃～-20℃，例如可以将样品置于-30℃、-20℃进行冷冻，冷冻后，从冷冻温度开始升温，本发明中，升温速率为5～40℃/min，本发明中，最高可以将温度升至40℃，在升温过程中，样品中结冰的非结合水开始熔化，而冰熔化过程中需要吸收热量，通过冰熔化过程中吸收的热量和冰的熔化热计算出冰的质量，而冰的质量即为样品中非结合水的质量。

本发明提供一种非结合水含量快速测定方法，通过首先将样品置于温度为-186℃～-20℃下进行冷冻，冷冻时间为1min～48h，使得所述样品中的非结合水结冰，然后开始升温，使得所述样品中结冰的非结合水熔化，由于冰熔化过程中会吸收热量，所以在升温过程中测定所述冷冻后的样品在不同温度下的热流，根据测定的热流生成热流变化曲线，根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积，根据所述吸热峰面积和所述样品的熔化热获得所述样品中非结合水的质量，本发明提供的非结合水含量测定方法解决了现有阿贝折射仪法测定时准确性和稳定性差的技术问题，同时避免了核磁共振检测仪检测不及时和费用较高的问题。

附图说明

图1为青椒样品的热流变化曲线示意图；

图2为杏鲍菇样品的热流变化曲线示意图；

图3为紫薯样品的热流变化曲线示意图；

图4为甘蓝样品的热流变化曲线示意图；

图5为生菜样品的热流变化曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

准确称取样品1～10mg，并将样品放入坩埚皿中，本实施例中样品为青椒、杏鲍菇、紫薯、甘蓝、火腿肠、棉花糖、牛肉干、自来水和生菜，其中每种样品包括两种不同水分的试样，利用差示扫描量热仪(Perkin Elmer,Shelton,CT,USA)测定样品在升温条件下的热流，升温范围为-30℃～40℃，升温速率5℃/min，氮气吹扫速率20ml/min，根据测定的热流生成热流变化曲线，其中，在本实施例中，冷冻温度为-30℃，冷冻时间为6min，其中，图1为青椒样品的热流变化曲线示意图，图2为杏鲍菇样品的热流变化曲线示意图，图3为紫薯样品的热流变化曲线示意图，图4为甘蓝样品的热流变化曲线示意图，图5为生菜样品的热流变化曲线示意图，从图1看出，青椒样品1的热流变化曲线中出现了吸热峰，所以表明青椒样品1中含有非结合水，且结冰的非结合水在融化过程中吸收了热量，用吸热峰面积表征结冰的非结合水在融化过程中吸收的热量，而青椒样品2的热流变化曲线中未出现吸热峰，所以表明青椒样品2中没有含有非结合水，相应的从图2-5中看出，杏鲍菇样品1、紫薯样品1、甘蓝样品1和生菜样品1的热流变化曲线中都出现了吸热峰，表明杏鲍菇样品1、紫薯样品1、甘蓝样品1和生菜1样品1中含有非结合水，杏鲍菇样品2、紫薯样品2、甘蓝样品2和生菜样品2的热流变化曲线中都没有出现了吸热峰，即杏鲍菇样品2、紫薯样品2、甘蓝样品2和生菜样品2中没有非结合水，根据上述热流变化曲线中的吸热峰计算样品吸热峰面积ΔS，根据样品吸热峰面积ΔS和样品的熔化热Q计算样品中非结合水的质量m，具体参见下述公式：

$m=\frac{\mathrm{\ΔS}}{Q}$

本实施例中，根据上述公式计算得到非结合水的质量m后，根据现有技术(使用105℃恒重法测定水分含量)测定了样品的总水分，将非结合水的质量m与称取的样品质量相比得到了样品的非结合水含量，将非结合水的质量m与总水分相比，得到样品中的非结合水占总水分的比例，将样品的总水分与称取的样品质量相比得到样品的水分含量，经计算，样品的测定结果如表1所示：

表1 不同样品中非结合水的含量

从表1可以看出，青椒样品1、杏鲍菇样品1、紫薯样品1、甘蓝样品1和生菜样品1中，生菜样品1的水分含量最高，为96.4％，同时，非结合水含量也是最高的，为73.9％，对于紫薯样品1而言，在总水分中，非结合水含量小于结合水含量，而青椒样品2、杏鲍菇样品2、紫薯样品2、甘蓝样品2和生菜样品2中水分含量分别为7.08％、1.97％、2.00％、6.02％、6.08％，即各个样品的水分含量较低，且非结合水含量都为0，火腿肠1和火腿肠2中非结合水含量分别为12.6％和8.54％，而棉花糖1和棉花糖2中非结合水含量分别为0.271％和0.229％，牛肉干1和牛肉干2中非结合水含量为0.122％和1.75％，即棉花糖1、棉花糖2、牛肉干1和牛肉干2中非结合水含量较低，因此，本发明提供的非结合水含量测定方法适用于对非结合水含量较低的样品进行非结合水含量的测定，解决了阿贝折射仪法不适用非结合水含量较低样品测定的问题。

进一步的，按照上述实施例1的方法测定胡萝卜样品(水分含量为88.2％)中非结合水含量，具体为，首先称取7份胡萝卜样品，每份胡萝卜样品的水分含量相同，每份为1～10mg，将样品放入坩埚皿中冷冻，然后在同一天内不同时间利用差示扫描量热仪按照上述实施例1的步骤分别检测7份胡萝卜样品，经检测计算获得的实验结果如表2所示：

表2 胡萝卜样品中非结合水的比例

从表2看出，对胡萝卜样品的7次测定结果中，测定结果的标准偏差为1.28，相对标准偏差为1.88％，即本发明提供的测定方法测定的数据具有较高的稳定性，而且即使在同一天不同时间进行测定，本发明提供的方法测定的数据标准偏差较低，测定的数据具有较高的稳定性，从而保证了测定数据的准确性，因此，本发明提供的非结合水含量测定方法解决了现有阿贝折射仪法测定时测定数据准确性和稳定性差的技术问题，而且本发明并不需要使用核磁共振仪，所以检测费用低且能对样品及时的测定。

进一步的，本实施例中，称取胡萝卜样品，先测定胡萝卜样品的总水分，然后称取7份胡萝卜样品(每份胡萝卜样品的水分含量相同)，每份1～10mg，将该7份胡萝卜样品置于冰箱中(-20℃)保存，于一周内不同天取出并按照上述实施例1的方法测定7份胡萝卜样品的非结合水含量，测定结果如表3所示：

表3 胡萝卜样品中非结合水的比例

从表3看出，对胡萝卜样品的7次测定结果中，测定结果的标准偏差为1.57，相对标准偏差为2.31％，即本发明提供的测定方法测定的数据具有较高的稳定性，而且即使在同一周不同天进行测定，本发明提供的方法测定的数据标准偏差较低，测定的数据具有较高的稳定性，从而保证了测定数据的准确性，因此，本发明提供的非结合水含量测定方法解决了现有阿贝折射仪法测定时测定数据准确性和稳定性差的技术问题，而且本发明并不需要使用核磁共振仪，所以检测费用低且能对样品及时的测定。

本实施例提供的非结合水含量测定方法，通过首先将样品置于温度为-186℃～-20℃下进行冷冻，冷冻时间为1min～48h，使得所述样品中的非结合水结冰，然后开始升温，使得所述样品中结冰的非结合水熔化，由于冰熔化过程中会吸收热量，所以在升温过程中测定所述冷冻后的样品在不同温度下的热流，根据测定的热流生成热流变化曲线，根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积，根据所述吸热峰面积和所述样品的熔化热获得所述样品中非结合水的质量，本发明提供的非结合水含量测定方法解决现有阿贝折射仪法测定时测定数据准确性和稳定性差的技术问题，而且本发明并不需要使用核磁共振仪，所以检测费用低且可以保证样品的及时测定，同时，本发明提供的非结合水含量测定方法还适用非结合水含量较低样品的测定，解决了现有的非结合水测定方法不适用非结合水含量较低样品的技术问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种非结合水含量快速测定方法，其特征在于，所述方法包括：

将样品置于温度为-186℃～-20℃下进行冷冻，冷冻时间为1min～48h；

从冷冻温度开始升温，并测定所述冷冻后的样品在升温过程中的热流，其中，升温后的最高温度不高于40℃，升温后的最低温度高于0℃；

根据测定的热流生成热流变化曲线，其中，所述热流变化曲线中横坐标为温度，纵坐标为热流；

根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积；

根据所述吸热峰面积和所述样品的熔化热获得所述样品中非结合水的质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样品中非结合水的质量根据下述公式得到：

$m=\frac{\mathrm{\ΔS}}{Q}$

其中，Q为样品的熔化热(J/g)；ΔS为吸热峰面积(J)；m为样品中非结合水的质量(g)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述热流变化曲线获得吸热峰面积，包括：

从所述热流变化曲线中确定吸热峰；

根据所述吸热峰获得所述吸热峰面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过差示扫描量热仪测定所述冷冻后的样品在升温过程中的热流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测定所述冷冻后的样品在升温过程中的热流时，用氮气吹扫，且吹扫速率为5～40ml/min。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从所述冷冻温度开始升温时，升温速率为5～40℃/min。