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第三章灰分的测定 一 概述食品的组成十分复杂 除含有大量有机物质外 还含有较丰富的无机成分 食品经高温灼烧 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 氧化物 则残留下来 这些残留物称为灰分 灰分是标示食品中无机成分总量的一项指标 食品的灰分与食品中原来存在的无机成分在数量和组成上并不完全相同 食品在灰化时 某些易挥发元素 如氯 碘 铅等 会挥发散失 磷 硫等也能以含氧酸的形式挥发散失 使这些无机成分减少 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 又使无机成分增多 因此 灰分并不能准确地表示食品中原来的无机成分的总量 从这种观点出发通常食品经高温灼烧后的残留物称为 粗灰分 总灰分 水溶性灰分 反映可溶性K Na Ca Mg等的氧化物和盐类的含量 可反映果酱 果冻等制品中果汁的含量 水不溶性灰分 反映Fe Al等氧化物 碱土金属的碱式磷酸盐的含量 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 测定灰分的意义 1 评判食品的加工精度和食品品质 面粉的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 营养要素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 胶冻性能生产果胶 明胶之类的胶品质时 灰分是这些制品的胶冻性能的标志 果胶除糖 酸以外 还需要有金属离子 如 Ca2 Al3 水溶性灰分和酸不溶性灰分可作为食品生产的一项控制指标 水溶性灰分指示果酱 果冻制品中的果汁含量 酸不溶性灰分中的大部分 是一些来自原料本身中的 或在加工过程中来自环境污染混入产品中的泥沙等机械污染物 另外 还含有一些样品组织中的微量硅 2 判断食品受污染的程度不同的食品 因所用原料 加工方法及测定条件的不同 各种灰分的组成和含量也不相同 当这些条件确定后 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 因此 灰分是某些食品的重要的质量控制指标 是食品成分分析的项目之一 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 500 600 食品中的水分和挥发性物质以气态放出 有机物质被氧化分解 有机物中的C H O等元素与本身的O以及空气中的氧生成CO2 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 总灰分的测定步骤 2 操作过程 仪器准备 样品处理 取样 水浴干燥 电炉炭化 高温炉灰化 干燥器冷却 天平称量 灰化 冷却 称量 达到恒重 计算 3 仪器 高温炉 坩埚 坩埚钳 干燥器 分析天平 4 试剂 1 4盐酸溶液 0 5 三氯化铁溶液和等量蓝墨水的混合液 6mol L硝酸 36 过氧化氢 5 测定条件的选择 灰化容器测定灰分通常以坩埚作为灰化容器 个别情况下也可使用蒸发皿 坩埚分素烧瓷坩埚 铂坩埚 石英坩埚等多种 其中最常用的是素烧瓷坩埚 素瓷坩埚优点 耐高温可达1200 内壁光滑 耐酸 价格低廉 缺点 耐碱性差 灰化成碱性食品 如水果 蔬菜 豆类等 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 约为黄金的9倍 免丢失 使用不当会腐蚀或发脆 灰化容器的大小要根据试样的性状来选用 需要前处理的液态样品 加热易膨胀的样品及灰分含量低 取样量较大的样品 需选用稍大些的坩埚 或选用蒸发皿 但灰化容器过大会使称量误差增大 石英坩埚 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 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 冷却时间可不放入干燥器内 几分钟后便可降到室温 缩短了冷却时间 瓷坩埚的准备根据取样量的大小 样品的性质 如易膨胀等 来选取坩埚的大小 有时样品太多 宜选素瓷蒸发皿 使用的容器大会使称量的误差增大 有的蒸发皿在光电天平中放不下 将两个坩埚用 1 4 的HCl煮沸1 2小时 洗净凉干 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 高温炉 马福炉 蒙弗炉 的准备接通电源 调好要使用的温度 电线容量要大 因为功率为2000 4000W 不然会失火 如室内配电容量小 其他电器都不得与它同时使用 用FeCl3 蓝墨水的混合物在坩埚外壁及盖子上编号 打开马福炉 用坩埚钳夹住 先放在炉口预热 因炉内各部位的温度不一致 假如设定600 炉内热电偶附近为600 10 中间部位为590 10 前面部分为560 10 不论炉子大小 门口部分温度最低 真正灼烧时不能放在靠近门口部分 每次开始放入炉内或取出时 都要放在门口缓冲一下温差 不然就会破裂 然后慢慢往里面放 把盖子搭在旁边 样品的预处理可用测定水分之后的样品 对于果汁 牛乳等液体试样 应准确称取适量试样于已知重量的瓷坩埚 或蒸发皿 中 置于水浴上蒸发至近干 再进行炭化 这类样品若直接炭化 液体沸腾 易造成溅失 富含脂肪的样品 把试样制备均匀 准确称取一定量试样 先提取脂肪 再将残留物移入已知重量的坩埚中 进行炭化 果蔬 动物组织等含水分较多的样品 先制备成均匀样品 再准确称取样品置于已知重量坩埚中 放烘箱中干燥 先60 70 后105 再炭化 谷物 豆类等水分含量较少的样品 把试样粉碎 均匀 准确称取一定量试样 移入已知重量的坩埚中 进行炭化 取样量 AOAC方法 测定灰分时 取样量的多少应根据试样的种类和性状来决定 食品的灰分与其他成分相比 含量较少 例如 谷物及豆类为1 4 蔬菜为0 5 2 水果为0 5 1 鲜鱼 贝为1 5 而精糖只有0 01 所以取样时应考虑称量误差 以灼烧后得到的灰分量为10 100mg来决定取样量 果蔬 动物组织等含水分较多的样品 先制备成均匀样品 再准确称取样品置于已知重量坩埚中 放烘箱中干燥 先60 70 后105 再炭化 也可取测定水分后的干燥试样直接进行炭化 谷物 豆类等水分含量较少的固体试样 先粉碎成均匀的试样 取适量试样于已知重量的坩埚中再进行炭化 炭化样品炭化处理准确称量一定量处理好的样品 放在高温炉之前 要先进行炭化处理 以防温度高 试样中的水分急剧蒸发使样品飞扬 防止易发泡膨胀的物质在高温下发泡而溢出 减少碳粒被包裹住的可能性 炭化操作一般在电炉或煤气灯下进行 半盖坩埚盖 小心加热使样品在通气情况下逐渐炭化 直至无黑烟产生 对易膨胀 发泡的如含糖多的 含蛋白多的样品 可在样品上加数滴辛醇或纯植物油 再进行炭化 为什么要炭化 试样经上述预处理后 在放入高温炉灼烧前要先进行炭化处理 1 防止在高温灼烧时 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 灰化炭化后 把坩埚移入已达规定温度 500 5500C 的高温炉炉口处 稍停留片刻 再慢慢移入炉膛内 坩埚盖斜倚在坩埚口 关闭炉门 灼烧一定时间 视样品种类 性状而异 至灰中无碳粒存在 打开炉门 将坩埚移至炉口处冷却至2000C左右 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 灰化温度表6 2 AOAC方法 灰化温度的高低对灰分测定结果影响很大 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525 600 谷类的饲料达600 以上 温度太高 将引起K 759 C 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 所以要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 防急剧干馏时灼热物的局部产生大量气体 而使微粒飞失 易燃 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 5mg以内 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 有时即使灰的表面呈白色 内部仍残留有碳块 所以应根据样品的组成 性状注意观察残灰的颜色 正确判断灰化程度 6 加速灰化的方法 有些样品难于灰化 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 在比较低的温度下会熔融而包住碳粒 难以完全灰化 即使灰化相当长时间也达不到恒重 对这类样品 可采用下述方法加速灰化 改变操作方法 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 至120 130 烘箱内干燥 再灼烧至恒重 稍停一下再关炉门 于规定温度 500 600 灼烧半小时 再移至炉口冷却到200 左右 再移入干燥器中 冷却至室温 准确称量 再入高温炉中烧30分钟 取出冷却称重 直至恒重 两次称重之差不大于0 5mg 记录数据备用 冷却 添加灰化助剂经初步灼烧后 放冷 加入几滴HNO3 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 的 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 这些物质的添加不会增加残灰的质量 灼烧后完全消失 糖类样品残灰中加入硫酸 可以进一步加速 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 也应做空白试验 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C粒不受覆盖 应做空白试验 因为它们使残灰增重 m1 空坩埚质量 gm2 样品 空坩埚质量 gm3 残灰 空坩埚质量 gB 空白试验残灰重 g 结果计算 样品炭化时要注意热源强度 防止产生大量泡沫溢出坩埚 把坩埚放入高温炉或从炉中取出时 要放在炉口停留片刻 使坩埚预热或冷却 200 防止因温度剧变而使坩埚破裂 从干燥器中取出冷却的坩埚时 因内部成真空 开盖恢复常压时应让空气缓缓进入 以防残灰飞散 灰化后的残渣可留作Ca P Fe等成分的分析 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 国标 GB T5009 4 2003 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 入干燥箱中干燥 再进行炭化 灼烧 冷却 称量 至恒重 m4 不溶性灰分 原坩埚质量gm1 原坩埚质量gm2 样品 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性为止 将残留物连同滤纸置坩埚中进行干燥 炭化 灰化 直到恒重 计算 酸不溶性灰分 100 m5 酸不溶性灰分 坩埚质量m1 原坩埚质量m2 样品 原坩埚质量 无灰滤纸 定量滤纸 按灰分分为三个等级甲 0 01 乙 0 03 丙 0 06 是化学纯度高度纯洁 疏松多孔 有一定过滤速度 显中性 耐稀酸 灰分中无机元素的测定 常量元素含量 0 01 Ca Mg K Na P S Cl 占总灰分80 微量元素 痕量元素 含量 0 01 Fe Co Ni Zn Cr Mo Al Si Se Sn I F 矿物元素的测定方法很多 比色法 原子吸收分光光度法 极谱法 离子选择性电极法 荧光法等等 食物中钙的测定方法 一 原子吸收光谱分光光度计法1 原理每种元素的原子能够吸收其特定波长的光能 而吸收的能量值与该光路中该元素的原子数目成正比 用特定波长的光照射这些原子 测量该波长的光被吸收的程度 用标准溶液制成校正曲线 根据被吸收的光量求出被测元素的含量 原子吸收演示 2 适用范围依据中华人民共和国国家标准 适用于所有食品及保健品中元素含量的测定 其元素含量在1mg kg ppm 浓度以上 3 仪器原子吸收光谱分光光度计 4 操作步骤 样品制备 每种样品采集的总重量不得少于1 5Kg 样品须打碎混匀后再称重 鲜样 如 蔬菜 水果 鲜鱼等 应先用水冲洗干净后 再用去离子水充分洗净 凉干后打碎称重 所有样品应放在塑料瓶或玻璃瓶中4 或室温保存 灰化 溶解 定容 测试 5 实验条件 测定钙的波长为422 7nm 仪器狭缝为0 5nm 灯位置及电流等均按仪器使用说明调制至最佳状态 然后点火准备测定 首先 以各标准系列绘制标准曲线 然后逐一测定空白及样品 6 计算 根据仪器测定出的数据 代入公式进行计算 c c0 V f 100X mg 100g m 1000式中 c 测定样品中元素的浓度mg Lc0 空白值V 样品定容体积mLf 稀释倍数m 取样量g 固体重量为g 液体为mL 钙的最低检出限为0 1 g mL 二 滴定法 EDTA法 1 原理先向检测体系中加入钙红指示剂 pH 11 纯蓝色 它与二价钙离子络合 生成酒红色的络合物 钙与EDTA络合剂能定量地形成金属络合物 其稳定性较钙红指示剂所形成的络合物为强 在适当的pH 13 14 值范围内 以络合剂EDTA滴定 EDTA就自指示剂络合物中夺取钙离子 使溶液呈现游离指示剂的颜色 兰色 根据EDTA络合剂用量 可计算钙的含量 2 仪器 1 微量滴定管 1 2mL 2 碱式滴定管 50mL 3 刻度吸管 0 5 1mL 4 试管 3 试剂 1 硝酸 GB 高氯酸 GB 2 混合酸消化液 硝酸 高氯酸按4 1混合 3 25mol L氢氧化钾溶液 称取71 13克氢氧化钾 用去离子水定容至1000mL 4 1 氰化钠溶液 称取1 0克氰化钠 用去离子水定容至100mL 5 0 05mol L柠檬酸钠溶液 称取14 7克柠檬酸钠 用去离子水定容至1000mL 6 EDTA溶液 称取4 50克EDTA 乙二胺四乙酸二钠 用去离子水定容至1000mL使用时稀释10倍即可 7 钙红指示剂 称取0 1克钙红指示剂 用去离子水使其溶解并定容至100mL 此指示剂在4 冰箱中可保存1个月 8 去离子水 9 乙二胺四乙酸的二钠盐 10 国家标准物质研究中心 钙标准溶液浓度为1000 g mL 11 钙标准储备液配制 取10mL标准溶液 移入100mL容量瓶中 用去离子水定容至100mL 4 操作步骤 1 标定EDTA浓度 取0 5mL钙标准储备液 用EDTA溶液滴定 标定其EDTA的浓度 根据滴定结果计算出每毫升EDTA相当于钙的毫克数 即滴定度T 2 样品及空白滴定 吸取0 1mL样品消化液及空白液于试管中 加1滴氰化钠溶液和0 1mL柠檬酸钠溶液 用滴定管加1 5mL氢氧化钾溶液 再加3滴钙红指示剂 立即以稀释10倍的EDTA溶液滴定 直到指示剂由紫变蓝为止 5 计算 T V V0 f 100X mg 100g m式中 T EDTA滴定度mg mLV 滴定样品时所用EDTA量mLV0 滴定空白时所用EDTA量mLf 稀释倍数m 取样量g 固体重量为g 液体为mL 本方法的检测范围为 5 50 g 6 注意事项 样品处理要防止污染 所用器皿均应使用塑料或玻璃制品 使用的器皿均应在使用前泡酸 并用去离子水冲洗干净 干燥后使用 样品消化时注意酸不要烧干 以免发生危险 加指示剂后 不要等太久 最好加后立即 加氰化钠和柠檬酸钠目的是除去其他离子的干扰 滴定时的pH为12 14 三 滴定法 KMnO4法 1 原理灰分先用盐酸溶解 然后在草酸酸性环境中 钙与草酸生成草酸钙 沉淀经洗涤后 加入硫酸溶解 把草酸游离出来 用KMnO4滴定草酸 以过量的KMnO4使溶液呈微红色 即为滴定终点 2 反应方程式 3 计算公式 钙含量 X 2 5 cv 40 08 1000m 100 式中 c 标准KMnO4溶液浓度 mol L V 滴定时消耗KMnO4的体积 L 40 08 钙的分子量 g mol m 样品的质量 g 此法需要沉淀 过滤 洗涤等步骤 费时费力 较为少用 食物中铁的测定 一 硫氰酸钾比色法 二 磺基水杨酸比色法 三 邻菲罗啉 邻二氮菲 比色法 四 原子吸收分光光度法 1 原理在酸性条件下 三价铁离子与硫氰酸钾作用 生成血红色的硫氰酸铁络合物 溶液颜色深浅与铁离子浓度成正比 故可以485nm比色测定 反应式如下 Fe2 SO4 3 6KCNS 2Fe CNS 3 3K2SO4 2 试剂 2 KMnO4溶液 20 KCNS溶液 2 K2S2O7溶液 浓H2SO4 铁标准使用液 准确称取0 4979g硫酸亚铁 Fe2 SO4 3 7H2O 溶于100ml水中 加入5ml浓硫酸微热 溶解即滴加2 高锰酸钾溶液 至最后一滴红色不褪色为止 用水定容至1000ml 摇匀 得标准贮备液 此液每毫升含Fe3 100 g 取铁标准贮备液10ml于100ml容量瓶中 加水至刻度 混匀 得标准使用液 此液每ml含Fe3 10 g 硫氰酸钾比色法 样品处理 称取均匀样品10 0g 干法灰化后 加入2ml1 1盐酸 在水浴上蒸干 再加入5ml蒸馏水 加热煮沸后移入100ml容量瓶中 以水定容 混匀 标准曲线绘制 准确吸取上述铁标准溶液0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0ml 分别置于25ml容量瓶或比色管中 各加5ml水 0 5ml浓硫酸 0 2ml2 过硫酸钾 2ml20 硫氰酸钾 混匀后稀释后至刻度 用1cm比色皿 在485nm处 以试剂空白作参比液测定吸光度 以铁含量 g 为横坐标 以吸光度为纵坐标绘制标准曲线 样品测定 准确吸取样液5 10ml 置于25ml容量瓶或比色管中 以下按标准曲线绘制步骤进行 测得吸光度 从标准曲线上查出相对应的铁的含量 3 测定方法 样品处理 标准曲线绘制 样品测定 Fe g 100g 100式中 x 从标准曲线上查得测定用样液相当的铁含量 g V1 测定用样液体积 ml V2 样液总体积 ml m 样品质量 g 4 计算 加入的过硫酸钾是作为氧化剂 以防止三价铁变成二价铁 硫氰酸铁的稳定性差 时间稍长 红色会逐渐消退 故应在规定时间内完成比色 随硫氰酸根浓度的增加 Fe3 可与之形成FeCNS2 直至Fe CNS 63 等一系列化合物 溶液颜色由橙黄色至血红色 影响测定 因此 应严格控制硫氰酸钾的用量 5 说明 1 原理在pH2 0 9 0的溶液中 二价铁离子能与邻二氮菲生成稳定的橙红色络合物 在510nm有最大吸收 其吸光度与铁的含量成正比 故可比色测定 反应式如下 2 4 2邻二氮菲比色法 邻菲罗啉比色法 pH 2时反应进行较慢 而酸度过低又会引起二价铁离子水解 故应通常在pH 5左右的微酸条件下进行 同时样品制备液中铁元素常以三价离子形式存在