第七章灰分及矿物质元素的测定

1、第七章 灰分及矿物质元素的测定本章主要内容为灰分的测定及矿质元素的测定,灰分测定是食品全分析的必测 定项目,因此第一节灰分测定很重要,也是国家强制标准检测项;矿物元素一般建 立在总灰分的测定基础上,本章介绍几种重要矿物元素的测定,涉及矿质元素常用 到的方法,重点掌握钙和铁的测定。第一节 灰分的测定一 、概 述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。它标示食品中无机成分总量的 一项指标。 但是灰分含量 无机成分的含量,因为灰分测定过程中,无机成分的

2、 含量可能增加也可能减少, 例如某些金属氧化物会吸收有机物分解产生的 CO2形成 碳酸盐,使无机成分增多,有的又可挥发(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 。1. 粗灰分的概念:常把食品经高温灼烧后的残留物称为 粗灰分(总灰分 。总灰分可分为水溶 性灰分格水不溶性灰分,水不溶性灰分又可分为酸溶性灰分和酸不溶性灰分。 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。酸溶性灰分 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。

3、 2. 灰分测定的意义:(1考察食品的原料及添加剂的使用情况。如生产过程中加入的酸、碱、盐等,都 会增加成品的灰分含量。(2灰分指标是质量分级控制指标。例如:面粉生产,往往在分等级时要用灰分指 标,因小麦麸皮的灰分含量比胚乳高 20倍。富强粉为 0.3 0.5 %,标准粉应为 0.6 0.9 %,(3反映动物、植物的生长条件。比如人类不同年龄段体内含钙量和需钙量并不相 同,茶叶幼牙中的铅含量最低,随着生长,铅含量逐渐增加。(4生产工艺控制的需要:明胶、果胶类胶制品,灰分是其胶冻性能的标志。果胶 的灰分和酸溶性灰分是其重要指标。(5检验食品加工过程的污染情况,如生产过程控制中的二次污染。综上所述

4、,灰分是食品成分全分析的项目之一。二、总灰分的测定 (要求全部必须掌握该方法是 GB 5009.4 2010 食品中灰分的测定方法(一 原理:采用重量法,把一定的样品经炭化后,放入高温炉内灼烧,转化,称量残留物 的重量至恒重,计算出样品总灰分的含量。(二灰化条件的选择(包括容器、取样量、温度、时间1. 灰化容器 一般是坩埚(坩埚盖子与埚要配套 ,坩埚材质有多种:如素瓷、 铂、石英、铁、镍等,个别情况也可使用蒸发皿。 素瓷坩埚:尺寸分 5,10,20,30,50,100,200mL 的 , 灰化常用 10mL 。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

5、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。还有温度骤变时,易炸裂破碎。 铂坩埚:食品中用到少,工业中多用。优点:耐高温达 1773(可熔玻璃 ,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,要有专人保管,免丢失。保持清洁,不得用于 铅、砷、锑、铋物质测定,使用不当会腐蚀或发脆。质地软,不可用尖物、海砂清 洗,用微沸水或酸清洗,钳包铂头。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 10 100 mg 。 通常:乳粉、 麦乳精、大豆粉、调味料、水产品等取 12 g ;谷物及制品、肉及制品、糕点、 牛乳等取 3

6、5 g ;蔬菜及制品、砂糖及制品、蜂蜜、奶油等取 510 g ;水果及 制品取 20 g 、油脂取 50 g 。3. 灰化温度: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 525600 ,谷类的饲料达 600以上。如:黄油 500,因为黄油测定灰分后,还要测定氯化钠成分,因此 不能采用使得卤素挥发的高温来灰化。 海产品、 果蔬制品、 砂糖制品、 肉制品 525; 谷类及其制品、乳制品 550;大豆粉、谷类饲料等个别样品可以达到 600;添 加乙酸镁的快速灰化法可达 700。灰化温度太低,会使灰化速度慢,时间长,不宜灰

7、化完全,也不利于除去过剩 的碱性食物吸收的 CO 2;灰化温度太高, 将引起 K 、 Na 、 Cl 等元素挥发损失, 磷酸盐、 硅酸盐也会熔融, 将碳粒包藏起来,使元素无法氧化。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、易燃。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。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 0.5 mg。对于已做过多次测定的样品, 可根据经验限定时间。 总时间一般为 25h,个别样品有规定温度、 时间。 应指出的是, 对某些样品

8、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。(三加速灰化的方法(要求掌握有些样品难于灰化,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 KH 2PO 4、 NaH 2PO 4等,会熔融而包住 C 粒,即使灰化相当长时间也达 不到恒重。对这类样品,可采用下述五种方法加速灰化:1. 加去离子水溶解法: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

9、水浴上蒸发至干涸,至 120 130烘箱内干燥,再灼烧至恒重。加入 水不会增加残灰的质量,灼烧后会完全消失。2. 加疏松剂 / 氧化剂法: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%(NH42CO3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。加入的疏松 剂和氧化剂都不会增加残灰的质量,灼烧后会完全消失。3. 加助灰化剂法:加入 MgAc2、 Mg(NO32 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

10、 会增重 ,应做空白试验。4. 硫酸灰化法:糖类样品残灰中加入硫酸,可以进一步加速。5. 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。(四总灰分的测定方法:1. 马福炉的准备:又称高温炉(马福炉、蒙弗炉 ,接通电源,调好要使用的温度, 电线容量要大,功率为 20004000W,否则易失火。尽量不与其他电器共用。由:箱式电阻炉及温度控制仪组成。2. 瓷坩埚的准备 :* 取两个坩埚用(1:4的 HCl 煮沸 12h,洗净凉干用 FeCl3 + 蓝墨水的混合物在 坩埚外壁及盖子上编号;* 打开马

11、福炉,用坩埚钳夹住,先放炉口预热,炉内各部位的温度不一致(若设定 600, 炉内热电偶附近为 60010, 前端部分 56010 , 因此每次取放都要放 在门口缓冲温差;* 于规定温度(500600灼烧半小时,再移至炉门处冷却到 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 30min ,取出冷却称重,至恒 重(两次称重之差不大于 0.5 mg , 记录数据备用。3. 样品的预处理:A 富含脂肪的样品先提取脂肪后再测灰分。B 对于液体样品应先在水浴上蒸干,否则直接炭化,液体沸腾易造成溅失。C 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

12、重量坩埚中,放烘箱中干燥(先 6070,后 105 ,再炭化。D 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。4. 炭化样品:准确称量一定量处理好的样品,首先进行炭化处理,原因是:以防温度高,试 样中水分急剧蒸发使样品飞扬;还可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。 5. 灰化:炭化后,把坩埚移入已达规定温度的高温炉口,稍停片刻,再慢慢移入马福炉 内,以下操

13、作同求坩埚恒重时一样,至恒重。6. 结果计算: m 1空坩埚质量, gm 2样品 +空坩埚质量, gm 3残灰 +空坩埚质量, gB 空白试验残灰重, g7. 说明:A .有的样品如面粉等粮食样品是以干物质的灰分来计算的,要从总重中减去水分。B. 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。C. 灰化后的残渣可留作 Ca 、 P 、 Fe 等成分的分析。D. 用过的坩埚,应把残灰及时倒掉,初步洗刷后,用粗 HCl (废浸泡 1020min, 再用水冲刷洗净。E. 一般结果计算中小数点后保留一位小数。F. 日本有采用自制铝箔杯直接灰化的。特点:杯子不

14、吸湿,好恒重,本身重量轻, 易冷却,减小误差。在 600以下,可稳定使用。G . 测定食糖中总灰分可用电导法,简单、迅速、准确,免泡沫的麻烦。三、水溶性灰分和水不溶性灰分的测定(要求掌握 水溶性灰分测定要基于总灰分的测定。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、无灰滤纸及残渣。残渣及滤纸一同移回原 坩埚中,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。 计算:水不溶性灰分 = 100%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

15、测定 (要求掌握取水不溶性灰分或总灰分的残留物,加入 25mL 0.1mol/L的 HCl ,置小火上轻 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 4121m m m m - 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(也称定量滤纸 80g/m2 :按灼烧后灰分残留值分为三个等级:甲0.01%、乙0.03%、丙0.01%(Ca 、 Mg 、 K 、 Na 、 P 、 S 、 Cl 占总灰分 80%,微量元素(痕量元素含量11时为纯蓝色,可与 Ca 2+ 结合

16、生成酒红色的 NN- Ca 2+,其稳定性比 EDTA-Ca 2+ 小,在滴定过程中 EDTA 首先与 游离 Ca 2+结合,接近终点时 EDTA 夺取 NN-Ca 2+中的 Ca 2+ ,使溶液从酒红色变成 纯蓝色,即为滴定终点。根据 EDTA 的消耗量,即可计算出钙的含量。5121m m m m -2. 试剂 钙指示剂、1%KCN、0.05mol/L 柠檬酸钠溶液、2mol/L NaOH、6mol/L HCl、钙标 准溶液（0.2mg/ml） 、EDTA 标准溶液（0.01mol/L） 3. 测定 4. 注意事项： （1）样品加入钙指示剂后，不能久置，否则终点发灰，不明显； （2）样品中的

17、 Fe、Al、Ni、Zn 等离子会干扰测定，可用 KCN 消除； （3）滴定时控制 pH 为 1214，过高过低指示剂都变红，不显示终点。 三、铁的测定： 铁是人体必需微量元素中含量最多的一种， 总量约为 45g。 铁为血红蛋白与肌 红蛋白、细胞色素 A 以及某些呼吸酶的成分，参与体内氧与二氧化碳的转运、交换 和组织呼吸过程。铁缺乏时对人体的影响：工作效率降低、学习能力下降，冷漠呆 板。此外，常有出现心慌、气短、头晕、眼花、精力不集中。 （一）硫氰酸钾比色法： 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， 在 485nm 有最大吸收，吸光度与铁离子浓度成正比。 F

18、e3+ + 3SCN- Fe(SCN3 注意事项： （1）为防止 Fe3+转变为 Fe2+，应加入少量 K2S2O8 作氧化剂 （2）Fe(SCN3 稳定性差，易褪色，应及时测定吸光度 （二）邻菲罗啉（邻二氮菲）比色法（掌握原理和注意事项） 1. 原理： 微酸性条件下， Fe2+与邻二氮菲生成稳定的橙红色络合物， max 510nm， 吸光度与铁含量成正比。 2. 试剂： 10%盐酸羟胺、0.12%邻二氮菲水溶液、10%醋酸（柠檬酸）钠 1mol/L 盐酸溶液、铁标准储备溶液（100ug/mL） 、铁标准溶液（10ug/mL） 3. 测定：样品处理（干法灰化） ，配制铁的标准液，分别加入盐酸溶液 1mL，盐酸 羟胺 1mL，邻二氮菲 1mL，醋酸钠 5mL，定容至 50mL，在 510mn 处比色，制备 标准曲线。样品