第五章 灰分及几种重要矿物元素的测定

第五章灰分及几种重要矿物元素的测定

§1灰分的测定一、灰分测定的意义1.判断食品受污染程度；2.评价食品的质量指标；3.反映植物生长的成熟度和自然条件对其的影响；4.反映动物品种、资料组分对其的影响。例：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%，二、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4．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。

5.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。6.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。三、总灰分的测定

(一)原理：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）灰化条件的选择灰化容器——坩埚坩埚盖子与坩埚要配套。

坩埚材质有多种，常用的有：

①素瓷

②铂金

③石英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。⑵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，要有专人保管，免丢失。使用不当会腐蚀或发脆。2.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525~600℃，谷类的饲料达600℃以上。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。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。

3.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。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。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。（三）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，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，可采用下述方法加速灰化：⑴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，不会增加残灰的质量。⑶糖类样品残灰中加入硫酸，可以进一步加速。⑷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。⑸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。（三）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。（四）总灰分的测定方法（以瓷坩埚为例）

恒重取出入干燥器冷却30分钟结果计算不恒重灰化1小时炭化样品瓷坩埚的准备马福炉的准备称样品①瓷坩埚的准备②高温炉（马福炉）的准备③样品的预处理④炭化样品灰化

炭化后，把坩埚移入已达规定温度的高温炉口，稍停片刻，再慢慢移入炉膛内，以下操作同求坩埚恒重时一样，至恒重。三、水溶性灰分和水不溶性灰分的测定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。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。§2几种重要矿物元素的测定一、概述食品中除含有大量有机物外，还含有丰富的矿物质,它们都存在于灰分之中，要先灰化处理，然后再测定。

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：

化学分析法、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。二、钙的测定钙的生理功能：钙是构成机体骨骼、牙齿的主要成分。钙参与凝血过程和维持毛细管正常渗透压，并影响神经肌肉的兴奋性。食品中钙的来源：乳及乳制品最好豆及豆制品蛋、鱼、虾皮等食品中有效钙量有效钙量=（钙重/钙相对分子质量—草酸重/草酸相对分子质量）×钙相对分子质量含草酸多的蔬菜有时不仅要测定钙的量，还要测定草酸的量。目前钙制剂产品第一代：以无机盐为主A：动物鲜骨、珍珠粉、贝壳（多羟基磷酸钙、）B：碳酸钙矿石、化学合成碳酸钙、碳酸氢钙、氯化钙第二代：以有机盐为主

乳酸钙、葡萄糖酸钙、乙酸钙、柠檬酸钙等第三代：具有生物活性结构的有机钙

L-苏糖酸钙、L-天冬氨酸钙及甘氨酸钙钙的测定方法高锰酸钾法EDTA络合滴定法原子吸收分光光度法（一）KMnO4法原理：样品经灰化后，用盐酸溶解，在酸性溶液中，钙与草酸生成草酸钙沉淀，沉淀经洗涤后，加入硫酸溶解，把草酸游离出来，用高锰酸钾标准溶液滴定与钙等量结合的草酸，稍过量一点的高锰酸钾使溶液呈微红色，即为滴定终点。根据高锰酸钾标准溶液消耗的量，可计算出样品中钙的含量。

灰分+HCl溶解CaCl2+(NH4)2C2O4→CaC2O4↓+2NH4ClCaC2O4+H2SO4→CaSO4+

H2C2O45H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4

K2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2O此法需要沉淀、过滤、洗涤等步骤，费时费力，较为少用。(二）EDTA滴定法（乙二胺四乙酸）原理：

先向系统中加入钙红指示剂（pH﹥11,纯蓝色），它与二价钙离子络合，生成酒红色的络合物，再用EDTA滴定，它先与游离的钙离子络合，因其络合能力强，当与游离二价钙离子结合完以后，又夺取指示剂已络合的二价钙离子，使指示剂又显原来颜色，生成纯蓝色，用以指示终点。注意事项：滴定是用的样品量随钙含量而定，最适合的范围是5-50μg；加钙红指示剂后，不能放置过久，否则终点发灰，不明显；氰化钾用来消除锌、铜、铁、铝、铅等的干扰，柠檬酸钠防止钙和磷结合形成磷酸钙；滴定时的pH应为12-14，过高过低指示剂变红，滴不出终点。(三）原子吸收分光光度法

样品经灰化后，加酸使无机元素全部溶解，直接吸入空气和乙炔的火焰中原子化，在光路中测定钙原子对钙空心阴极灯（242.7nm）吸收。测定钙时，需加镧作为稀释剂，以消除磷酸等物质的干扰。三、铁的测定铁是人体必须的微量元素，是血红蛋白和肌红蛋白的组成成分。人体缺铁会引起贫血等疾病，铁过量会引起血红症等疾病。食品在加工及储存过程常常会污染了大量的铁而产生金属味，色泽加深并导致食品脂肪氧化和维生素D分解，影响食品的品质和风味。

铁的测定不但具有营养学意义，而且具有卫生意义。铁的测定方法（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（一）硫氰酸钾比色法原理：样品经消化后，各种铁均以三价铁盐的形式存在，在酸性溶液中，三价铁与硫氰酸钾溶液作用，生成红色的硫氰酸铁配合物，在485nm下有最大吸收，其吸光度与铁的含量呈正比。Fe3++3SCN-

→Fe（SCN）3注意：为了防止三价铁转变呈二价铁，加入少量过硫酸钾作为氧化剂。硫氰酸铁的稳定性差，时间稍长，红色逐渐消退，故应在规定时间内比色。当三价铁浓度低时，可用戊醇萃取富集，以提高吸光度值。（二）磺基水杨酸比色法原理：磺基水杨酸在碱性条件下与三价铁离子生成黄色络合物，在465nm下有最大吸收，其吸光度与铁含量成正比。说明：在碱性溶液中二价铁能迅速被空气中氧氧化，不需另外添加氧化剂。本法与硫氰酸盐法比较，稳定性高，方法准确度高，干扰离子少。铝离子与铜离子也能和磺基水杨酸络合干扰测定，由于生成的是无色络合物，故可加入过量的磺基水杨酸消除干扰。(三）邻菲罗啉（邻二氮菲）比色法原理：邻菲罗啉在微酸性的条件下能与二价铁离子生成橙红色络合物，在510nm有最大吸收，其吸光度与铁的含量呈正比。食品经消化后，铁以三价形式存在，在显色前加入盐酸羟胺，将三价铁还原为二价铁。说明：如果有其他金属离子干扰，可加柠檬酸盐或EDTA作掩蔽剂。四、碘的测定（一）氯仿萃取比色法（二）硫酸铈接触法(三）溴水氧化法法(四）催化分光光度法碘盐中的I2可用数字显示仪快速测出碘含量，使盐溶为液相再测。