灰分及部分矿物元素的测定.课件

第五章灰分和部分矿物质的测定第一部分灰分的测定第一节概述第二节总灰分的测定样品的预处理灰化方法加速灰化方法第三节水溶性灰分与酸溶性灰分的测定第四节酸不溶性灰分的测定第五节其他灰化方法第二部分几种重要矿物元素的测定第一节概述

1、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。2、灰分的概念在高温灼烧时，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。3、粗灰分（总灰分）的概念

灰分不完全或不确切地代表无机物的总量，如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，使无机成分增多了，有的又挥发了（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）。从这个观点出发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7．灰分测定的意义

考察食品的原料及加工过程污染情况及添加剂的使用情况；灰分指标是一项有效的控制指标；如：（1）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。富强粉应为0.3~0.5%，标准粉应为0.6~0.9%，（2）生产明胶、果胶类胶制品，灰分是它胶冻性能的标志。水溶性灰分——指示果酱、果冻等制品中的水果含量；酸不溶性灰分——来自原料本身中的或加工过程中从环境污染混入产品中的泥砂等机械污染物，以及样品组织中的微量硅。灰分是食品成分全分析的项目之一。表4-1部分食品的灰分含量摘自USDANutrientDatabase的参考文献食品种类灰分含量(按湿基计)%食品种类灰分含量(按湿基计)%谷物、面包、面制品水果和蔬菜大米（褐色，大颗粒，生）1.5苹果（带皮，未经加工）0.3玉米片（整粒，黄色）1.1香蕉（未经加工）0.8去胚玉米（整粒磨碎，白色罐装）0.9土豆（带皮，未经加工）1.6白米（大颗粒，生的，强化）0.6葡萄干1.8小麦粉（整粒）1.6樱桃（甜，未经加工）0.5通心粉（干的，浓缩）0.7西红柿（红色，成熟，未经加工）0.4黑麦面包2.5肉、家禽和渔产品牛奶制品鲜鸡蛋（全部，未经加工，新鲜）0.9牛奶（未经浓缩，液状）0.7鱼片（去骨、糊状、或涂面包屑油炸）2.5牛奶(浓缩)1.6猪肉（新鲜的、腿心、全部、未经加工）0.9奶油(含盐)2.1汉堡包（单层小馅饼、普通的）1.7奶油(半液状)0.7鸡肉（烤或炸、胸脯肉、未经加工）1.0大豆人造奶油（硬状，普通）2.0牛肉（颈肉，烤前腿，未经加工）0.9普通低脂酸奶0.7第二节总灰分的测定GB/T5009.4—2003《食品中灰分的测定方法》灰化方法干法湿法干法－湿法微波法等温等离子（二）灰化条件

灰化容器

取样量

灰化温度

灰化时间①素瓷坩埚优点：耐高温可达1200℃，内壁光滑，耐酸，价格低廉。缺点：⑴耐碱性差，灰化碱性食品（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。⑵温度骤变时，易炸裂破碎。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、水产品等取1～2g。谷物及制品、肉及制品、糕点、牛乳等取3～5g。蔬菜及制品、砂糖及制品、蜂蜜、奶油等取5～10g。水果及制品取20g、油脂取50g。2、取样量

3、灰化温度

对灰分测定结果影响很大。由于各种食品中的无机成分组成性质及含量不同，灰化温度也不同，一般为525℃-600℃，谷类的饲料达600℃以上。过高－－？；过低－－？；过快－－

？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。鱼类、海产品、乳制品小于等于550℃；果蔬及其制品、砂糖、肉制品小于等于525℃；个别样品（如谷类饲料）可达到600℃。4、灰化时间

一般以灼烧至灰分呈白色或浅灰色、无碳粒存在并达到恒重（两次结果相差<0.5mg）为止。但是有些不是?(如铁含量高的－褐色；锰、铜含量高的－篮绿色）总的灰化时间一般为2~5小时，个别样品有规定温度、时间。（三）加速灰化的方法

初步灼烧后，加入少量无离子水：使水溶性盐类溶解，被包住的碳粒暴露出来添加硝酸、碳酸铵（疏松剂）、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。加入醋酸镁、硝酸镁等助灰化剂(避免磷酸过剩的情况），需要做空白对照样品预处理

果汁、牛乳等液体试样：准确称取适量试样于瓷坩埚中→水溶液上蒸发近干→炭化。若直接炭化，液体沸腾，易造成溅失。

果蔬、动物组织等含水分较多的试样：制备成均匀的试样→准确称取适量→置烘箱中干燥，→炭化谷物、豆类等水分含量较少的固体试样：粉碎成均匀的试样→取适量试样炭化

富含脂肪的样品：试样制备均匀→准确称取一定量→提取脂肪→将残留物移入坩埚→炭化。

结果计算

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×100%灰分=×100%如有空白试验为第四节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+原坩埚质量湿法灰化原理：在强酸、强氧化并加热的条件下，有机物被分解，无机盐和金属离子则被留在溶液中。试剂：硫酸、硫酸-硝酸、高氯酸-硝酸-硫酸、高氯酸-硫酸、硝酸-高氯酸整个过程都在液体状态下加热进行，故称湿法灰化。第五节其他灰化方法改良的湿法-干法氧化样品在100℃或微波炉中蒸干。在电炉上加热至停止冒烟（炭化）。在525℃的条件下灰化3～5小时。冷却，用蒸馏水湿润，加0.3～0.5毫升的硝酸溶解。在电炉或蒸汽浴上蒸干，在525℃条件下灰化1～2小时。在干燥器中冷却后，称重。如果仍有炭化物，重复步骤4和5(注意：重复灰化可能使钾元素挥发)。干法→湿法→干法低温等离子灰化用一个高频电磁场发生器产生初生态氧，在低真空的条件下，可氧化所有的有机物。通过调整电源频率可改变灰化的速度，使之成为一个较缓和的灰化过程，灰分物质的微观结构（例如片状的草酸钙晶柱）保持良好。优点：与典型的干法灰化相比，损失的微量元素少，使用的低温(小于150℃)通常使细微的晶体结构保持不变。缺点：样品容量小和设备的损耗。在灰化易挥发性盐样品时，是首选的方法。

介绍一种新的样品处理技术——微波密闭消解高压消解+微波快速加热微波加热原理：微波——300～300000Mhz间的电磁波。微波密闭消解常用2450Mhz为工作频率。微波产生的电磁场正负信号变换24.5亿次/每秒钟，溶液中极性分子在微波电场作用下，以24.5亿次/每秒钟的速度改变其正负方向，使分子产生高速的碰撞和摩擦而产生高热。同时还有离子的导电作用。样品和溶剂放在密闭容器里进行微波加热，产生高压。消解速度是传统方法的10～100倍，消解完全彻底，回收率高，易挥发元素损失少，环境污染少，劳动强度低等优点。操作简便：只需把样品及溶剂防入消解罐，调整好所需要的压力，设定好加热时间，即可进行微波消解。微波密闭消解仪器：1.上海新仪微波化学科技有限公司生产的MDS—2002A型压力自控密闭微波溶样系统。2.美国CEM公司生产的MARS—5型微波消解系统实际消解速度：食品样品最多只要10分钟（2.5MPa);化妆品样品有的要12分钟（3MPa);药、保健品最多只要10分钟（2.0MPa);冶金类样品最多要20分钟（2.5MPa);灰化方法比较总结干法灰化为最常用的方法，是以在马福炉中的高温条件下氧化为基础。湿法消化(氧化作用)用在肉和肉制品的测定时，用同时溶解矿物质和氧化所有有机物的方法，可用于特殊元素分析。低温等离子灰化器则用一个高频电磁场发生器产生初生态氧，在低真空的条件下，可氧化所有的有机物，用这种灰化方法保留了易挥发元素。练习题1.称取一含有11.5%水分的粮食5.2146g，样品放入坩埚(28.5053g)中，灰化后称重为28.5939g，计算样品中灰分的百分含量（a）以样品标准重计，(b)以干基计。2.23.5000g蔬菜中含有0.0940g酸不溶性灰分，酸不溶性灰分的百分含量是多少？3.假如想得到100mg以上的谷物灰分，而谷物的平均灰分含量为2.5%，那么应该称取多少克谷物样品进行灰化？*4.以下是对汉堡包灰分含量测定的数据：样品重2.034g;干燥后重1.0781g；乙醚抽提后重0.4679g；灰化后重0.0233g。求灰分的含量（a）以湿重计，(b)以除脂后干重计。

第二部分几种重要矿物元素的测定主要内容矿物质的分析方法：重量分析、滴定分析、比色分析以及原子吸收分光光度法。水、植物或动物类食品原料。对一些特殊食品的分析要求，可参考AOAC的法定方法或其它一些法定分析方法。矿物质常量元素：Ca、P、Na、K、Mg、Cl和S(每日需要量100mg以上）微量元素：含量较少（1）人体必需：Fe、I、Zn、Cu、Cr、Mo、Se和Si，每天需要量很少(以毫克计)（2）可能必需：Mn、V、Ni和B。（3）有毒（低剂量时可能必需）：Pb、Hg、Cd、As和Al。常量元素

膳食中的矿物质主要有Ca、P、Na、K、Mg、Cl和S，成人每天至少需要100mg这些矿物质每一种矿物质在人体内都有其特殊的功能，如果日常膳食中这些矿物质不能正常供给，肌体就会发生病变。人体大约98%的钙和80%的磷存在于骨骼中Mg、K、Ca、Na则与神经传导和肌肉收缩有关。胃中的盐酸对膳食中的矿物质溶解及吸收有很大的影响。微量元素食品中含量一般≤0.01%每天需要量很少(以毫克计)的微量元素：Fe、I、Zn、Cu、Cr、Mn、Mo、Se和Si。在维持机体的功能方面，每种元素都有其特殊的生理作用。

例如：铁是血红蛋白和肌红蛋白分子的组成成分，与细胞间传送氧气的功能有关。

饮用水是一些矿物质的主要膳食来源水作为膳食中需求量最大的一种营养物质(成人每天需2-3升)，是一些矿物质的主要膳食来源。例如：烹调水中氟的含量强化在0.7-1.0ug/kg水平时，可以使10-12岁人群的龋齿、掉牙或补牙的发生率下降70%。

食品加工中的矿物质天然食品中一些矿物质的含量非常丰富，例如：乳是钙的一个很好的来源.在食品加工中，有时加入食盐可降低水分活度从而起到保护作用，并因而提高了食品中钠的含量，例如咸肉、腌菜、干酪。通常在早餐食品中添加Ca、Fe、Zn等矿物质，使用加碘盐已基本消除了甲状腺肿大病。强化面粉按规定必须在白面粉中添加铁。*矿物质分析

样品制备在用传统的分析方法进行矿物质分析前，必须先进行样品制备样品经预处理能去除某些干扰因素，但也会增加外来的污染物质或损失一些挥发性元素。分析前样品的正确处理对食品中矿物质含量的分析结果非常重要。样品制备

传统的分析方法通常要求把矿物质以某种形式从有机介质中分离出来。做空白对照试验以消除试剂污染。测定方法

重量分析法

EDTA络合滴定法

氧化还原反应沉淀滴定

比色法

原子吸收分光光度法EDTA络合滴定法测定钙含量p91乙二胺四乙酸（EDTA）是一种极重要的络合剂，常用的为它的二钠盐。通常EDTA与金属离子以1:1的比例形成络合物，典型的反应式如下：m2++H2Y2-→mY2-+2H+[1]m3++H2Y2-→mY-+2H+[2]m4++H2Y2-→mY+2H+[3]pH能影响到络合物的形成。由于EDTA络合物非常稳定，所以EDTA滴定常用于定量分析。

EDTA滴定法测定钙含量

EDTA与样品消化液中的钙能形成EDTA-Ca，比钙红指示剂与钙形成的络合物更稳定。加入KCN为了消除锌、铁、铜、铝、镍等金属离子的干扰加柠檬酸钠防止钙和磷形成磷酸钙沉淀。钙+钙红指示剂pH13-14钙红指示剂+EDTA酒红色络合物EDTA-Ca纯兰色氧化还原比色法测定铁的含量p94许多金属离子能与有机化合物形成稳定的颜色来作为反应的指示剂，它们能在特定吸收波长下用比色法定量测定。二价铁离子具有与有机化合物（邻菲罗啉）形成络合物的能力，形成络合物颜色的深浅与铁离子含量成正比，从而可对铁离子定量测定。分析过程中所用的玻璃器皿必须先用酸洗，并用去离子水冲洗三次以避免其它铁离子的污染。空白对照实验。氧化还原法测定铁含量

在一个清洁干燥的坩埚中加入一定量的食品样品(大约含50-500微克铁)↓加10ml甘油乙醇(1+1)混合物低温加热干燥，避免溅出↓600℃下灰化24h↓冷却后加1ml硝酸然后蒸干↓再放入马福炉中，600℃下1h，至完全灰化↓冷却，灰分中加入5ml6mol/L盐酸↓水浴加热15min↓滤纸过滤至100ml容量瓶中，并至少用热去离子水冲洗3次↓冷却到室温后定容↓定量移取10ml至25ml清洁的容量瓶中↓加1ml10%盐酸羟铵溶液↓混均后静置数分钟↓加5ml醋酸缓冲液(8.3g醋酸钠用20ml去离子水溶解，移入100ml容量瓶中，再加入12ml醋酸后定容)↓加入1ml0.1%正二氮杂菲或2ml0.1%α,α-双吡啶溶液作为显色剂↓稀释到刻度并混匀↓静置30min↓510nm波长下测吸光度(AOAC法944.02)测定铁Mohr滴定法测定黄油中的食盐（AOAC法960.29）食品中的食盐可通过用银滴定氯离子来进行测定。在滴定过程中，当所有氯离子与银反应完毕，过量的银与重铬酸钾反应呈现出铬酸银的颜色，即桔红色，因此，反应的终点是桔红色。2Ag++CrO42-→AgCrO4↓（只有在所有的Cl-被反应完后才形成桔红色沉淀）在制备试剂时，需用煮沸过的去离子水从而避免水中碳酸盐的干扰。

MOHR滴定法测定食盐称取约5g黄油于250mlErlenmeyer瓶中，加入100ml煮沸的去离子水溶解↓间或振荡5-10分钟↓加入2ml5%重铬酸钾溶液（用去离子水溶解）↓用按下述方法配制的0.1N硝酸银标准溶液滴定至桔红色，并保持30秒不褪色

0.1N硝酸银标准溶液的标定准确称取300mg结晶氯化钾于250mlErlenmeyer瓶中，用40ml去离子水溶解↓加入1ml5%重铬酸钾溶液，并用0.1N硝酸银标准溶液滴定至桔红色↓滴定体积减去滴定75ml水溶液（含1ml5%重铬酸钾）所用的硝酸银的毫升数↓根据下述公式由硝酸银标准溶液的体积数可得到硝酸银的浓度：AgNO3浓度=KCl毫克数÷（AgNO3毫升数×74.555克KCl/摩尔）

黄油中食盐含量的计算：食盐的含量=（0.1NAgNO3毫升数×0.585）÷样品的克数[0.585=(58.5gNaCl/mol)÷100]MOHR滴定法测定黄油中食盐含量的分析步骤。AOAC法960.29

双硫腙比色法测定锌、铅、汞、镉的含量p97、p105、p110、p121双硫腙的性质双硫腙（Dithizone），为紫黑色结晶粉末，可溶于CHCl3及CCl4中。溶液呈绿色，使用时必需精制纯化。（1）铅含量的测定原理样品经消化后，在pH8～9时，铅离子与双硫腙生成红色螯合物，可被三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂萃取，颜色的深浅与铅离子浓度成正比。加入盐酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵等，可防止铁、铜、锌等离子干扰。（2）锌含量的测定原理样品经消化后，在PH4.0～5.5时，锌离子与双硫腙形成紫红色络合物，溶于四氯化碳。加入硫代硫酸钠，可防止铜、汞、铅、铋、银等离子干扰，与标准系列比较定量。

（3）镉含量的测定