食品中灰分的测定

食品分析与检测 一 概述二 总灰分测定三 水溶性灰分和水不溶性灰分的测定四 酸不溶性灰分的测定 第六章食品中灰分的测定 灰分的概念 灰分测定内容 总灰分测定原理 灰化方法 总灰分测定方法及测定条件的选择 高温炉结构 瓷坩埚的性能 掌握高温炉的使用方法 掌握坩埚处理 样品炭化 灰化等基本操作方法 进一步熟悉天平的称量操作 本章知识点 能力点 1 概念食品的组成十分复杂 由大量有机物质和丰富的无机成分组成 在高温灼烧时 食品发生一系列物理和化学变化 最后有机成分挥发逸散 而无机成分 主要是无机盐和氧化物 则残留下来 这些残留物称为灰分 它是标示食品中无机成分总量的一项指标 简单说食品经高温灼烧后的残留物就叫做灰分 一 概述 灰分中的无机成分与食品中原有的无机成分在数量和组成上是否完全相同 1 食品在灼烧时 一些易挥发的元素 如氯 碘 铅等会挥发散失 磷 硫以含氧酸的形式挥发散失 使部分无机成分减少 2 某些金属氧化物会吸收有机物分解产生的二氧化碳而形成碳酸盐 又使无机成分增加了 因此 灰分并不能准确地表示食品中原有的无机成分的总量 严格说来 应该把灼烧后的残留物叫做粗灰分 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 2 灰分的类型 1 水溶性灰分 粗灰分中可溶解于水的部分 反映的是可溶性K Na Ca Mg等的氧化物和盐类的含量 如果酱 果冻等制品中灰分的含量 2 水不溶性灰分 粗灰分中不可溶解于水的部分 反映的是污染的泥沙和Fe Al等的氧化物及碱土金属的碱式磷酸盐的含量 3 酸溶性灰分 反映的是Fe Al等氧化物 碱土金属的碱式磷酸盐的含量 4 酸不溶性灰分 反映污染的泥沙及机械物和食品中原来存在的微量SiO2的含量 1 评判食品品质 无机盐是六大营养要素之一 是人类生命活动不可缺少的物质 要正确评价某食品的营养价值 其无机盐含量是一个评价指标 例如 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 故测定灰分总含量 在评价食品品质方面有其重要意义 生产果胶 明胶之类的胶质品时 灰分是这些制品的胶冻性能的标志 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 Al3 水溶性灰分可以反映果酱果冻制品中原果汁的含量 3 测定灰分的意义 2 评判食品加工精度在面粉加工中 常以总灰分含量评定面粉等级 富强粉为0 3 0 5 标准粉为0 6 0 9 3 判断食品受污染的程度某种食品的灰分常在一定范围内 如果灰分含量超过了正常范围 说明食品生产中使用了不合乎卫生标准要求的原料或食品添加剂 或食品在加工 贮运过程中受到了污染 因此 测定灰分可以判断食品受污染的程度 4 测定植物性原料的灰分可以反映植物生长的成熟度和自然条件对其的影响 测定动物性原料的灰分可以反映动物品种 饲料组分对其的影响 案例 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 大部分新鲜食品的灰分含量不高于5 纯净的油脂的灰分一般很少或不含灰分 乳制品含有0 5 5 1 的灰分 水果和瓜类含有0 2 0 6 的灰分 而干果含有较高的灰分 2 4 3 5 面粉类含有0 3 4 3 的灰分 而含糠的谷物及其制品比无糠的谷物及其制品灰分含量高 坚果及其制品含有0 8 3 4 的灰分 肉 家禽和海产品类含有0 7 1 3 的灰分 4 常见食品的灰分含量 二 总灰分的测定 1 原理把一定量的样品经炭化后放入高温炉内灼烧 使有机物质被氧化分解 以二氧化碳 氮的氧化物及水等形式逸出 而无机物质以硫酸盐 磷酸盐 碳酸盐 氯化物等无机盐和金属氧化物的形式残留下来 这些残留物即为灰分 称量残留物的重量即可计算出样品中总灰分的含量 2 仪器 高温炉 坩埚 坩埚钳 干燥器 分析天平 LYHF 1型灰分测定仪 马福炉 马福炉 箱式炉 有一个长方形炉膛 用电阻丝或硅碳棒加热 打开炉门即可放入各种欲加热的器皿和样品 马福炉的炉温由高温计测量 由一对热电偶和一只毫伏表组成温度控制装置 可以自动调温和控温 1 检查高温炉所接电源的电压是否与电炉所需电压相符 热电偶是否与测量温度相符 热电偶正负极是否接反 2 调节温度控制器的定温调节螺丝使定温指针指示到所需温度处 打开电源开关升温 当温度升至所需温度时即能恒温 3 灼烧结束后 先关电源 不要立即打开炉门 以免炉膛骤冷而碎裂 一般温度降至200 以下方可打开炉门 用坩埚钳取出样品 4 高温炉应置于水泥台面上 不可放在木质桌面上 以免过热引起火灾 5 炉膛内应保持清洁 炉周围不要放置易燃物品 也不能放精密仪器 马福炉的使用时的注意事项 微波马福炉 微波马弗炉的特点 1 升温速度快且易控制 几分钟内就可由室温程序升温至1000 1200 2 无须炭化过程直接灰化 省略了样品放进马弗炉前蒸发水分 燃烧除去有机物的炭化过程 3 灰化时间短 大部分样品10分钟之内就可灰化完全 而普通马弗炉却需要几个小时甚至几十个小时 4 瞬间冷却 灰化完成后只需6分钟即可冷却至室温 传统方法需要一个小时甚至更长时间 5 精确 安全 内部的安全锁定机制可在任何意外情况下停止操作 3 试剂 1 1 4盐酸溶液 2 0 5 三氯化铁溶液和等量蓝墨水的混合液 1 灰化容器测定灰分通常以坩埚作为灰化容器 坩埚分瓷坩埚 铂坩埚 石英坩埚 镍坩埚等多种等 其中最常用的是瓷坩埚 4 测定条件的选择 瓷坩埚优点 耐高温可达1200 内壁光滑 耐酸 价格低廉 缺点 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 温度骤变时 易炸裂破碎 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 要有专人保管 以免丢失 使用不当会腐蚀或发脆 如易被金属铁 铅 锡 锑 铋腐蚀形成小洞 与磷化物生成共熔混合物 石英坩埚 抗碱性弱 易被HF和磷酸腐蚀 耐酸性非常好 任何浓度有机酸高温下极少与其作用 注意 石英坩埚和铂坩埚价格昂贵 除特殊实验要求外 一般不用 灰化容器的大小要根据试样性状来选用 需前处理的液态样品 加热膨胀的样品及灰分含量低 取样量大的样品 需选用稍大些的坩埚 2 取样量根据试样种类和性状来定 同时应考虑称量误差 一般控制灼烧后灰分为10 100mg 3 灰化温度由于各种食品中无机成分的组成 性质及含量各不相同 灰化温度也应有所不同 一般为500 550 温度过高 将引起K Na Cl等元素的挥发损失 而且磷酸盐 硅酸盐也会熔融 将碳粒包藏起来 使碳粒无法继续氧化 温度过低 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 碱性食物 吸收的CO2 因此 必须选择合适的灰化温度 在保证灰化完全的前提下 尽可能减少无机成分的挥发损失和缩短灰化时间 加热速度不可太快 防止急剧干馏时灼热物的局部产生大量气体 而使微粒飞失 爆燃 灰化温度过高或过低对测定有什么影响 一般以观察残留物 灰分 灼烧至呈白色或浅灰色 内部无残留碳粒存在并达到恒重为止 恒重 两次结果相差 0 5mg 灰化至达到恒重的时间因试样不同而异 一般需2 5小时 个别样品有规定温度 时间 对于已做过多次测定的样品 可根据经验限定时间 应指出 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 4 灰化时间 对于难灰化的样品 如含磷较多的谷物及其制品 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 可采用下述方法加速灰化 样品初步灰化后 取出冷却 慢慢加入少量无离子水 使残灰充分湿润 使水溶性盐溶解 被熔融的磷酸盐所包裹的碳粒重新游离出来 在水浴上蒸去水分 置于120 130 烘箱中干燥 再灼烧至恒重 5 加速灰化的方法 可加入助灰化剂 加速灰化 样品初步灰化后 取出冷却 加入几滴硝酸 过氧化氢 10 碳酸铵等 在灼烧时分解为气体逸出 使灰分呈现松散状态 促进未灰化的碳粒灰化 注意 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 被包住的碳粒暴露出来 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 硫酸灰化法 对于糖类制品如白糖 绵白糖 葡萄糖 饴糖等制品 以钾等为主的阳离子过剩 灰化后的残灰为碳酸盐 通过添加硫酸使阳离子全部以硫酸盐形式成为一定组分 采用硫酸的强氧化性加速灰化 结果用硫酸灰分来表示 加入MgAc2 Mg NO3 2等助灰化剂 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 应做空白试验 添加MgO CaCO3等惰性不熔物质 它们的作用纯属机械性 它们和灰分混杂在一起 使碳粒不受覆盖 因为它们使残灰增重 应做空白试验 5 测定步骤 1 瓷坩埚的准备 将坩埚用1 4的盐酸溶液煮1 2小时 洗净晾干后 用0 5 FeCl3溶液和等量蓝墨水混合液在坩埚外壁及盖上写上编号 置于温度为500 550 的马福炉中 灼烧1小时 移至炉口冷却至200 左右后 再移入干燥器中 冷却至室温后 准确称重 重复以上操作 直至恒重 恒重前后两次误差 0 5mg 使用坩埚的注意事项 由于温度骤升或骤降 常使坩埚破裂 最好将坩埚放入冷的 未加热 的炉膛中逐渐升高温度 灰化完毕后 应使炉温度降到200 以下 才打开炉门 坩埚钳在钳热坩埚时 要在电炉上预热 2 样品预处理 液体样品 果汁 牛乳等液体试样 准确称取适量试样于已知质量的瓷坩埚中 置于水浴上蒸发至近干 再进行炭化 含水分较多的试样 果蔬 动物组织等含水分较多的试样 先制备成均匀的试样 再准确称取适量试样于已知坩埚中 置烘箱中干燥 再进行炭化 谷物 豆类 谷物 豆类等水分含量较少的固体样 粉碎均匀后可直接称取 炭化 富含脂肪的样品 把试样制备均匀 准确称取一定量试样 取适量于已知质量的坩埚中 进行炭化 3 炭化 将预处理好的样品置于电炉上小火加热炭化 至无烟产生 样品在灰化前为什么要先炭化 防止在高温灼烧时 试样中水分急剧蒸发使试样飞溅防止蛋白质 糖等易发泡膨胀的物质在高温下发泡膨胀而溢出坩埚若不经炭化而直接灰化 碳粒易被包住 灰化不完全 炭化时的注意事项 如何防止炭化过程中下发泡膨胀而溢出坩埚 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 炭化至什么程度才可进行灰化 炭化操作一般在电炉进行 把坩埚置于电炉上 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 将炭化好的样品移入已设温度500 5500C马福炉口处 片刻 再慢慢移入炉膛内 坩埚盖斜倚在坩埚口 灼烧2 4小时 至灰中无碳粒 冷却至200 左右 打开炉门 将坩埚移入干燥器中冷却至室温 准确称重 重复以上操作 直至恒重 4 灰化 m1 空坩埚质量 g m2 样品 空坩埚质量 g m3 残灰 空坩埚质量 g B 空白试验残灰重 g 6 结果计算 1 样品炭化时要注意热源强度 防止产生大量泡沫溢出坩埚 2 把坩埚放入高温炉或从炉中取出时 要在炉口停留片刻 使坩埚预热或预冷 防止因温度剧变而使坩埚破裂 3 灼烧后的坩埚应冷却到200 以下再移入干燥器中 否则因热的对流作用 易造成残灰飞散 且冷却速度慢 冷却后干燥器内形成较大真空 盖子不易打开 从干燥器内取出坩埚时 因内部形成真空 开盖恢复常压时 应注意使空气缓缓流出 以防残灰飞散 4 灰化后的残渣可留作Ca Mg Fe等成分的分析 5 用过的坩埚 应把残灰及时倒掉 初步洗刷后 用粗HCl 废 浸泡10 20分钟 再用水冲刷洗净 说明 三 水溶性灰分和水不溶性灰分的测定 将测定所得的总灰分称量 计算后 约加25mL热无离子水 分多次洗涤坩埚 滤纸及残渣 将残渣及滤纸一起移回原坩埚中 在水浴上蒸发至干涸 于干燥箱中干燥 再灼烧 冷却 称量 至恒重 m4 不溶性灰分和坩埚质量gm1 坩埚质量gm2 样品和原坩埚质量g水溶性灰分 总灰分 水不溶性灰分 四 酸不溶性灰分的测定 取水不溶性灰分或总灰分的残留物 加入25mL0 1mol L的HCl 放在小火上轻微煮沸 用无灰滤纸过滤后 再用热水洗涤至不显酸