灰分的测定讲解

第五章灰分的测定概述食品的组成:有机物（大量）无机物（少量）大量元素：Ga、Mg、K、Na、S、P、Cl等微量元素：Fe、Cu、Zn、Mn、Cr、Co、Se、I、F等灰分的概念食品在高温灼烧时发生一系列的物理和化学变化，有机成分挥发散失，而绝大多数无机成分（主要以无机盐和氧化物形式）则残留下来。这些残留物称为总灰分。灰分是标示食品中无机成分总量的一项指标。粗灰分的概念灰分不完全或不确切地代表无机物的总量。1.某些金属氧化物会吸收有机物分解产生的CO2而形成碳酸盐，使无机成分增多；2.有的元素则挥发了（如Cl、I、Pb为易挥发元素，P、S等也能以含氧酸的形式挥发散失）。所以，通常把食品经高温灼烧后的残留物称为——粗灰分（总灰分）。酸溶性灰分酸不溶性灰分总灰分水溶性灰分水不溶性灰分灰分的类型（按溶解性划分）食品种类灰分含量/%（按湿基算）食品种类灰分含量/%（按湿基算）大米1.5苹果（未加工)0.3玉米片1.1香蕉（未加工)0.8小麦粉（整粒）1.6葡萄干1.8黑麦面包1.5土豆（未加工)1.6乳（未经浓缩）0.7西红柿（成熟)0.4乳（浓缩）1.6鲜鸡蛋0.9奶油（含盐）2.1鸡肉（胸脯肉）1.0奶油（半液状）0.7牛肉（颈肉）0.9普通低脂酸奶0.7鱼片（去骨）2.5例如：①面粉加工常以总灰分含量评定面粉等级（因小麦麸皮的灰分含量比胚乳高20倍）。富强粉：0.3~0.5%标准粉：0.6~0.9%。全麦粉：1.2~2.0%②黄豆是营养价值较高的食物，除富含蛋白质外，它的灰分含量高达5.0%。河南某地用黄豆粉为原料生产豆制品时，为了牟取暴利，加入某种矿物质，使生产出的伪劣豆制品比正常的豆制品重10%～15%，检验人员经初步燃烧试验发现有大量的白色残灰。③灰分影响果胶和明胶等胶质品的胶冻性能。果胶分为HM和LM两种，HM只要有糖、酸存在即能形成凝胶，而LM除糖、酸以外，还需要有金属离子，如：Ca2+、Mg2+、Al3+。总灰分：主要是金属氧化物和无机盐类。水溶性灰分:大部分为K、Na、Ca、Mg等元素的氧化物及可溶性盐类。可反映果酱、果冻等制品中果汁的含量。水不溶性灰分:Fe、Al等金属的氧化物、碱土金属的碱式磷酸盐以及由于污染混入产品的泥沙等机械性物质。酸溶性灰分：Fe、Al等氧化物、碱土金属的碱式磷酸盐。酸不溶性灰分:大部分为污染渗入的泥沙，另外还包括存在于食品组织中的微量SiO2。1.可以判断食品受污染的程度。食品的灰分常在一定范围内：谷物及豆类：1％～4％；蔬菜：0.5％～2％，水果：0.5％～1％；鲜鱼:1％～5％；精糖：0.01％。测定灰分的意义灰分含量超过正常范围说明：生产中使用了不合乎卫生标准要求的原料或食品添加剂；加工、贮运过程中受到了污染。二、总灰分的测定GB/T5009.4—2003《食品中灰分的测定方法》1．原理：把一定的样品经炭化后放入高温炉内灼烧、转化，有机物的碳、氢、氮被氧化分解，以二氧化碳、氮的氧化物及水等形式逸散，另有少量的有机物经灼烧后生成的无机物，以及食品中原有的无机物残留下来，这些残留物即为灰分。2.仪器、试剂：仪器：⑴高温炉⑵坩埚⑶坩埚钳⑷干燥器⑸分析天平3.试剂：⑴1∶4盐酸溶液⑵0.5%（5g/L）三氯化铁溶液和等量蓝黑墨水的混合液⑶6mol/L硝酸⑷36%过氧化氢⑸辛醇或纯植物油4.操作条件的选择（1）灰化容器（坩埚）坩埚材质有多种：①素瓷②铂③石英④铁⑤镍个别情况也可使用蒸发皿。坩埚盖子要与坩埚配套。①素瓷坩埚（实验室常用）优点：耐高温可达1200℃，内壁光滑，耐酸，价格低廉。缺点：a.耐碱性差。灰化碱性食品（如水果、蔬菜、豆类等）时，坩埚内壁的釉质会部分溶解，反复多次使用后，往往难以得到恒重。b.温度骤变时，易炸裂破碎。②铂坩埚优点：耐高温达1773℃，导热良好，耐碱，耐HF,吸湿性小。缺点：价格昂贵，约为黄金的9倍，需有专人保管。使用不当会腐蚀或发脆。坩埚的替代品近年来，某些国家采用铝箔杯作灰化容器，比较起来，它本身质量轻，在525~6000C范围内，能稳定地使用，同时冷却效果好，且在一般温度下没有吸湿性，如果将杯子上缘折叠封口，基本密封好，冷却时可不放入干燥器内，几分钟后便可降到室温，缩短了冷却时间。（2）取样量根据试样种类和性状来定，一般控制灼烧后灰分为10～100mg。通常：乳粉、麦乳精、大豆粉、调味料、水产品等：1～2g。谷物及制品、肉及制品、糕点、牛乳等：3～5g。蔬菜及制品、砂糖及制品、蜂蜜、奶油等：5～10g。水果及制品：20g、油脂取50g。（3）灰化温度灰化温度的高低对灰分测定结果影响很大。一般为500~550℃。温度太高，将引起K、Na、Cl等元素的挥发损失，磷酸盐、硅酸盐也会熔融，将碳粒包藏起来，使元素无法氧化。温度太低，则灰化速度慢，时间长，不宜灰化完全，也不利于除去过剩的碱性食物吸收的CO2。食品名称温度/℃果蔬制品、肉制品、糖制品类≯525℃谷类食品、乳制品（奶油除外）、鱼、海产品、酒类≯550℃奶油≯500℃个别样品（如谷类饲料）600℃表5-2部分食品的灰化温度表5-3AOAC公定法规定不同食品灰分测定温度与重量美国公职分析化学家协会（4）灰化时间一般不规定灰化时间，而是观察残留物（灰分）为全白色或浅灰色，内部无残留的碳块，并达到恒重为止。两次结果相差0.2mg。对于已做过多次测定的样品，可根据经验限定时间。总的时间一般为2~5小时，个别样品有规定温度、时间。对某些样品，即使灰化完全，残灰也不一定呈白色或浅灰色，如铁含量高的食品，残灰呈褐色。锰、铜含量高的食品，残灰呈蓝绿色。（5）加速灰化的方法难灰化样品：如含磷较多的样品（小麦粉、米、麸等谷物及其加工品），磷酸过剩于阳离子，灰化过程中易形成KH2PO4、NaH2PO4等，会熔融而包住C粒，即使灰化相当长时间也达不到恒重。加速灰化的方法：①样品初步灼烧后，取出，冷却，从灰化容器边缘慢慢加入少量无离子水，使残灰充分湿润（不可直接洒在残灰上，以防残灰飞扬损失），用玻璃棒研碎，使水溶性盐类溶解，被包住的C粒暴露出来，把玻璃棒上粘的东西用水冲进容器里，在水浴上蒸发至干涸，至120~130℃烘箱内干燥，再灼烧至恒重。②添加硝酸、乙醇、碳酸铵、双氧水。这些物质经灼烧后完全消失不至于增加残灰的重量。样品经初步灼烧后，放冷，加入几滴HNO3（1︰1）或H2O2等，蒸干后再灼烧至恒重，利用它们的氧化作用来加速C粒灰化。也可加入10％（NH4）2CO3等疏松剂，在灼烧时分解为气体逸出，使灰分呈松散状态，促进灰化。③加入MgAc2、Mg(NO3)2等助灰化剂（主要用于谷物及其制品）这类镁盐随灰化而分解，与过剩的磷酸结合，残灰不熔融而呈松散状态，避免了碳粒被包裹，可缩短灰化时间，但产生了MgO会增重，也应做空白试验。5.操作步骤（1）准备坩埚根据取样量的大小、样品的性质（如易膨胀等）来选取坩埚的大小。坩埚→（1：4）盐酸煮1～2h→洗净→马福炉中灼烧0.5~1h→炉口降至200℃→干燥器内冷至室温→称重→再烧0.5h→冷却称重至恒重高温炉（2）样品的处理水分含量较少的固体样品（谷类、豆类），先粉碎均匀，然后炭化含水分多的样品（果蔬）先置于烘箱内干燥。。液体样品（牛奶，果汁）先在水浴上蒸至近干。富含脂肪的样品，先提取脂肪，再行炭化。富含糖、蛋白质、淀粉的样品，在灰化前加几滴纯植物油（防止发泡）①防止在灼烧时，因温度高试样中的水分急剧蒸发使试样飞扬；②防止糖、蛋白质、淀粉等易发泡膨胀的物质在高温下发泡膨胀而溢出坩埚；③不经炭化而直接灰化，碳粒易被包住，灰化不完全。为什么要炭化对特别容易膨胀的试样可先于试样上加数滴辛醇或纯植物油，再进行炭化。炭化时，半盖坩埚盖，小心加热使试样在通气情况下逐渐炭化，直至无黑烟产生。（3）炭化（4）灰化炭化后，把坩埚移入已设规定温度500~5500C的高温炉炉口处，慢慢移入炉膛内，坩埚盖斜倚在坩埚口，关闭炉门。500~5500C灼烧一定时间至灰中无碳粒存在；冷却至2000C左右，打开炉门，将坩埚移入干燥器中冷却至室温；准确称重，再灼烧、冷却、称重，直至达到恒重。7、注意事项乙酸镁法测定总灰分——850℃灼烧法（粮食多用）一．原理利用灰化法原理破坏有机物而保留试样中矿物质。二．仪器细口瓶、移液管、玻璃棒，其余设备均同于550℃灼烧法三．试剂乙酸镁乙醇溶液：1.5g乙酸镁溶于100ml95%的乙醇中四．操作步骤1.坩埚处理：将坩埚编号后在800～850℃温度下灼烧30min，冷却称重，再灼烧冷却称重至恒重(m0)。2.测定：用坩埚称取粉碎试样2～3g(m)，加入乙酸镁乙醇溶液3ml，静置2～3min，用乙醇棉点烧，按照550℃灼烧法先进行炭化，将坩埚送到高温炉膛口预热片刻，再移入炉膛内，错开坩埚盖,关闭炉门，在800～850℃温度下灼烧1h，待剩余物变成浅灰白色或白色时，停止灼烧，取出坩埚置于炉门口处，待红热消失后，移入干燥器内，冷却至室温，称重(m1)。3.空白试验：在已恒重的坩埚(m2)中加入乙酸镁乙醇溶液3ml，用乙醇棉点烧并炭化后，同测定组一同进行灼烧，取出冷却，称重(m3)。即：称样加入乙酸镁炭化灰化称重除去乙酸镁计算五．结果计算式中m0——坩埚质量，g；m1——灰分和坩埚质量，g；m2——空白试验坩埚质量，g；m3——氧化镁和坩埚质量，g；m——试样质量，g；M——试样水分百分率，％。10000100%2301）（）（）（）灰分（干基Mmmmmm四、水溶性灰分和水不溶性灰分的测定1．仪器、试剂等：同总灰分测定2．方法：得到总灰分后（同总灰分测定），向测定总灰分所得残留物中加入25ml无离子水，加热至沸，用无灰滤纸过滤，用25ml热的无离子水分多次洗涤坩埚、滤纸及残渣，将残渣连同滤纸移回原坩埚中，在水浴上蒸发至干涸，放入干燥箱中干燥，再进行灼烧、冷却、称重，直至恒重。结果计算：五、酸不溶性灰分的测定1.仪器、试剂等：同总灰分测定2.方法：得到总灰分后（同总灰分测定），向总灰分或水不溶性灰分中加25ml0.1mol/L盐酸，以下操作同水溶性灰分的测定。按下式计算酸不溶性灰分含量。结果计算：四、几种重要矿物元素的测定钙、铁、碘矿物元素常用的分析方法：化学分析法比色法原子吸收分光光度法以钙的测定为例含钙量：黄豆（191毫克／100克）；南豆腐（116毫克／100克）；北豆腐（138毫克／100克）；豆腐干（200毫克／100克）表5-4部分食品中钙的含量（mg/100g）影响钙吸收的因素：蛋白质、氨基酸、乳糖、维生素等有利于钙的吸收；脂肪太多或含镁量过多不利于钙的吸收；草酸、植酸或脂肪酸的阴离子能与钙形成不溶性沉淀，也会影响钙的吸收。菠菜、韭菜、苋菜等蔬菜中草酸含量较高，其本身所含钙及其它食物所含的钙均不能吸收，使有效钙量呈负值。有效钙量=（钙重/钙分子量–草酸重/草酸分子量）×钙原子量食品中钙的来源以乳及乳制品为最好，不仅含量丰富，而且吸收率高。中国营养学会制定钙每月摄入量标准为800mg，但现全国人均不足500mg。1.高锰酸钾滴定法样品→灰化→用盐酸溶解→草酸钙沉淀；沉淀→洗涤→加入硫酸溶解→游离出草酸；用高锰酸钾溶液滴定草酸→溶液呈现微红色即为滴定终点。根据高锰酸钾溶液消耗量，计算出食品中钙的含量。2.EDTA络合滴定法•EDTA-Ca(样品消化液中)络合物稳定性＞钙红指示剂-Ca络合物的稳定性；•在pH值13-14的含钙溶液中，加氰化钾和柠檬酸等掩蔽剂消除干扰离子（铜、铝、铁）；•首先是钙红指示剂与溶液中钙络合成酒红色，随着滴入EDTA，由于形成更稳定的EDTA-Ca络合物，钙红指示剂变成蓝色的游离状态，终点时溶液呈纯蓝色。•根据滴入的EDTA量和它的滴定度，即可计算出消化液中钙的含量。注意事项：（1）滴定用的样品量随钙含量而定，最适合的范围是5-50µg。（2）加钙红指示剂后，不能放置过久，否则终点发灰，不明显。（3）氰化钾是消除锌、铜、铁、铝、镍、铅等金属离子的干扰，而柠檬酸钠是防止钙和磷结合