第七章灰分及礦物質(zhì)元素的測(cè)定

1、第七章 灰分及礦物質(zhì)元素的測(cè)定本章主要內(nèi)容為灰分的測(cè)定及礦質(zhì)元素的測(cè)定,灰分測(cè)定是食品全分析的必測(cè) 定項(xiàng)目,因此第一節(jié)灰分測(cè)定很重要,也是國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)項(xiàng);礦物元素一般建 立在總灰分的測(cè)定基礎(chǔ)上,本章介紹幾種重要礦物元素的測(cè)定,涉及礦質(zhì)元素常用 到的方法,重點(diǎn)掌握鈣和鐵的測(cè)定。第一節(jié) 灰分的測(cè)定一 、概 述食品的組成十分復(fù)雜,由大量有機(jī)物質(zhì)和豐富的無(wú)機(jī)成分組成。在高溫灼燒時(shí), 食品發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化,最后有機(jī)成分揮發(fā)逸散,而無(wú)機(jī)成分(主要是無(wú) 機(jī)鹽和氧化物則殘留下來(lái),這些殘留物稱為灰分。它標(biāo)示食品中無(wú)機(jī)成分總量的 一項(xiàng)指標(biāo)。 但是灰分含量 無(wú)機(jī)成分的含量,因?yàn)榛曳譁y(cè)定過(guò)程中,無(wú)機(jī)成分的

2、 含量可能增加也可能減少, 例如某些金屬氧化物會(huì)吸收有機(jī)物分解產(chǎn)生的 CO2形成 碳酸鹽,使無(wú)機(jī)成分增多,有的又可揮發(fā)(如 Cl 、 I 、 Pb 為易揮發(fā)元素。 P 、 S 等也 能以含氧酸的形式揮發(fā)散失 。1. 粗灰分的概念:常把食品經(jīng)高溫灼燒后的殘留物稱為 粗灰分(總灰分 ?？偦曳挚煞譃樗?性灰分格水不溶性灰分,水不溶性灰分又可分為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 等的氧化物和鹽類的含量。酸溶性灰分 反映 Fe 、 Al 等氧化物、堿土金屬的堿式磷酸鹽的含量。酸不溶性灰分 反映污染的泥沙及機(jī)械物和食品中原來(lái)存在的微量 SiO2的含量。

3、 2. 灰分測(cè)定的意義:(1考察食品的原料及添加劑的使用情況。如生產(chǎn)過(guò)程中加入的酸、堿、鹽等,都 會(huì)增加成品的灰分含量。(2灰分指標(biāo)是質(zhì)量分級(jí)控制指標(biāo)。例如:面粉生產(chǎn),往往在分等級(jí)時(shí)要用灰分指 標(biāo),因小麥麩皮的灰分含量比胚乳高 20倍。富強(qiáng)粉為 0.3 0.5 %,標(biāo)準(zhǔn)粉應(yīng)為 0.6 0.9 %,(3反映動(dòng)物、植物的生長(zhǎng)條件。比如人類不同年齡段體內(nèi)含鈣量和需鈣量并不相 同,茶葉幼牙中的鉛含量最低,隨著生長(zhǎng),鉛含量逐漸增加。(4生產(chǎn)工藝控制的需要:明膠、果膠類膠制品,灰分是其膠凍性能的標(biāo)志。果膠 的灰分和酸溶性灰分是其重要指標(biāo)。(5檢驗(yàn)食品加工過(guò)程的污染情況,如生產(chǎn)過(guò)程控制中的二次污染。綜上所述

4、,灰分是食品成分全分析的項(xiàng)目之一。二、總灰分的測(cè)定 (要求全部必須掌握該方法是 GB 5009.4 2010 食品中灰分的測(cè)定方法(一 原理:采用重量法,把一定的樣品經(jīng)炭化后,放入高溫爐內(nèi)灼燒,轉(zhuǎn)化,稱量殘留物 的重量至恒重,計(jì)算出樣品總灰分的含量。(二灰化條件的選擇(包括容器、取樣量、溫度、時(shí)間1. 灰化容器 一般是坩堝(坩堝蓋子與堝要配套 ,坩堝材質(zhì)有多種:如素瓷、 鉑、石英、鐵、鎳等,個(gè)別情況也可使用蒸發(fā)皿。 素瓷坩堝:尺寸分 5,10,20,30,50,100,200mL 的 , 灰化常用 10mL 。優(yōu)點(diǎn):耐高溫可達(dá) 1200 ,內(nèi)壁光滑,耐酸,價(jià)格低廉。缺點(diǎn):耐堿性差,灰化成堿性食

5、品(如水果、蔬菜、豆類等 ,坩堝內(nèi)壁的釉質(zhì)會(huì)部分溶解,反復(fù)多次使用后,往往難以得到恒重。還有溫度驟變時(shí),易炸裂破碎。 鉑坩堝:食品中用到少,工業(yè)中多用。優(yōu)點(diǎn):耐高溫達(dá) 1773(可熔玻璃 ,導(dǎo)熱良好,耐堿,耐 HF, 吸濕性小。缺點(diǎn):價(jià)格昂貴,約為黃金的 9倍,要有專人保管,免丟失。保持清潔,不得用于 鉛、砷、銻、鉍物質(zhì)測(cè)定,使用不當(dāng)會(huì)腐蝕或發(fā)脆。質(zhì)地軟,不可用尖物、海砂清 洗,用微沸水或酸清洗,鉗包鉑頭。2. 取樣量:根據(jù)試樣種類和性狀來(lái)定, 一般控制灼燒后灰分為 10 100 mg 。 通常:乳粉、 麥乳精、大豆粉、調(diào)味料、水產(chǎn)品等取 12 g ;谷物及制品、肉及制品、糕點(diǎn)、 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. 灰化溫度:灰化溫度的高低對(duì)灰分測(cè)定結(jié)果影響很大。由于各種食品中無(wú)機(jī)成分的組成、 性質(zhì)及含量各不相同,灰化溫度也應(yīng)有所不同, 一般為 525600 ,谷類的飼料達(dá) 600以上。如:黃油 500,因?yàn)辄S油測(cè)定灰分后,還要測(cè)定氯化鈉成分,因此 不能采用使得鹵素?fù)]發(fā)的高溫來(lái)灰化。 海產(chǎn)品、 果蔬制品、 砂糖制品、 肉制品 525; 谷類及其制品、乳制品 550;大豆粉、谷類飼料等個(gè)別樣品可以達(dá)到 600;添 加乙酸鎂的快速灰化法可達(dá) 700?；一瘻囟忍?會(huì)使灰化速度慢,時(shí)間長(zhǎng),不宜灰

7、化完全,也不利于除去過(guò)剩 的堿性食物吸收的 CO 2;灰化溫度太高, 將引起 K 、 Na 、 Cl 等元素?fù)]發(fā)損失, 磷酸鹽、 硅酸鹽也會(huì)熔融, 將碳粒包藏起來(lái),使元素?zé)o法氧化。加熱速度不可太快,防止急劇干餾時(shí)灼熱物的局部產(chǎn)生大量氣體,而使微粒飛 失、易燃。所以要在保證灰化完全的前提下,盡可能減少無(wú)機(jī)成分的揮發(fā)損失和縮 短灰化時(shí)間。4. 灰化時(shí)間:一般不規(guī)定灰化時(shí)間,而是觀察殘留物(灰分為全白色或淺灰色,內(nèi)部無(wú)殘 留的碳?jí)K,并達(dá)到恒重為止。兩次結(jié)果相差 0.5 mg。對(duì)于已做過(guò)多次測(cè)定的樣品, 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)限定時(shí)間。 總時(shí)間一般為 25h,個(gè)別樣品有規(guī)定溫度、 時(shí)間。 應(yīng)指出的是, 對(duì)某些樣品

8、即使灰化完全,殘灰也不一定呈白色或淺灰色,如鐵含量高的食品,殘 灰呈褐色。錳、銅含量高的食品,殘灰呈藍(lán)綠色。(三加速灰化的方法(要求掌握有些樣品難于灰化,如含磷較多的谷物及其制品。磷酸過(guò)剩于陽(yáng)離子,灰化過(guò) 程中易形成 KH 2PO 4、 NaH 2PO 4等,會(huì)熔融而包住 C 粒,即使灰化相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間也達(dá) 不到恒重。對(duì)這類樣品,可采用下述五種方法加速灰化:1. 加去離子水溶解法:樣品初步灼燒后,取出,冷卻,從灰化容器邊緣慢慢加入少 量無(wú)離子水,使殘灰充分濕潤(rùn)(不可直接灑在殘灰上,以防殘灰飛揚(yáng)損失 ,用玻璃 棒研碎,使水溶性鹽類溶解,被包住的 C 粒暴露出來(lái),把玻璃棒上粘的東西用水沖 進(jìn)容器里,在

9、水浴上蒸發(fā)至干涸,至 120 130烘箱內(nèi)干燥,再灼燒至恒重。加入 水不會(huì)增加殘灰的質(zhì)量,灼燒后會(huì)完全消失。2. 加疏松劑 / 氧化劑法:經(jīng)初步灼燒后,放冷,加入幾滴 HNO3、 H2O2等,蒸干 后再灼燒至恒重, 利用它們的氧化作用來(lái)加速 C 粒灰化。 也可加入 10%(NH42CO3等疏松劑,在灼燒時(shí)分解為氣體逸出,使灰分呈松散狀態(tài),促進(jìn)灰化。加入的疏松 劑和氧化劑都不會(huì)增加殘灰的質(zhì)量,灼燒后會(huì)完全消失。3. 加助灰化劑法:加入 MgAc2、 Mg(NO32 等助灰化劑,這類鎂鹽隨灰化而分解, 與過(guò)剩的磷酸結(jié)合,殘灰不熔融而呈松散狀態(tài),避免了碳粒被包裹,可縮短灰化時(shí) 間,但 產(chǎn)生了 MgO

10、 會(huì)增重 ,應(yīng)做空白試驗(yàn)。4. 硫酸灰化法:糖類樣品殘灰中加入硫酸,可以進(jìn)一步加速。5. 添加 MgO 、 CaCO3 等惰性不熔物質(zhì), 它們的作用純屬機(jī)械性, 它們和灰分混雜 在一起,使 C 粒不受覆蓋。應(yīng)做空白試驗(yàn),因?yàn)樗鼈兪箽埢以鲋亍?四總灰分的測(cè)定方法:1. 馬福爐的準(zhǔn)備:又稱高溫爐(馬福爐、蒙弗爐 ,接通電源,調(diào)好要使用的溫度, 電線容量要大,功率為 20004000W,否則易失火。盡量不與其他電器共用。由:箱式電阻爐及溫度控制儀組成。2. 瓷坩堝的準(zhǔn)備 :* 取兩個(gè)坩堝用(1:4的 HCl 煮沸 12h,洗凈涼干用 FeCl3 + 藍(lán)墨水的混合物在 坩堝外壁及蓋子上編號(hào);* 打開馬

11、福爐,用坩堝鉗夾住,先放爐口預(yù)熱,爐內(nèi)各部位的溫度不一致(若設(shè)定 600, 爐內(nèi)熱電偶附近為 60010, 前端部分 56010 , 因此每次取放都要放 在門口緩沖溫差;* 于規(guī)定溫度(500600灼燒半小時(shí),再移至爐門處冷卻到 200左右,再移入 干燥器中,冷卻至室溫,準(zhǔn)確稱量,再入高溫爐中燒 30min ,取出冷卻稱重,至恒 重(兩次稱重之差不大于 0.5 mg , 記錄數(shù)據(jù)備用。3. 樣品的預(yù)處理:A 富含脂肪的樣品先提取脂肪后再測(cè)灰分。B 對(duì)于液體樣品應(yīng)先在水浴上蒸干,否則直接炭化,液體沸騰易造成濺失。C 果蔬、動(dòng)物組織等含水分較多的樣品 , 先制備成均勻樣品,再準(zhǔn)確稱取樣品置于 已知

12、重量坩堝中,放烘箱中干燥(先 6070,后 105 ,再炭化。D 谷物、豆類等水分含量較少的固體樣,粉碎均勻后可直接稱取、炭化。4. 炭化樣品:準(zhǔn)確稱量一定量處理好的樣品,首先進(jìn)行炭化處理,原因是:以防溫度高,試 樣中水分急劇蒸發(fā)使樣品飛揚(yáng);還可防止易發(fā)泡膨脹的物質(zhì)在高溫下發(fā)泡而溢出; 減少碳粒被包裹住的可能性。炭化操作一般在電爐或煤氣燈下進(jìn)行,半蓋坩堝蓋, 小心加熱使樣品在通氣情況下逐漸炭化,直至無(wú)黑煙產(chǎn)生。對(duì)易膨脹、發(fā)泡的,如 含糖多的,含蛋白多的樣品,可在樣品上加數(shù)滴辛醇或純植物油,再進(jìn)行炭化。 5. 灰化:炭化后,把坩堝移入已達(dá)規(guī)定溫度的高溫爐口,稍停片刻,再慢慢移入馬福爐 內(nèi),以下操

13、作同求坩堝恒重時(shí)一樣,至恒重。6. 結(jié)果計(jì)算: m 1空坩堝質(zhì)量, gm 2樣品 +空坩堝質(zhì)量, gm 3殘灰 +空坩堝質(zhì)量, gB 空白試驗(yàn)殘灰重, g7. 說(shuō)明:A .有的樣品如面粉等糧食樣品是以干物質(zhì)的灰分來(lái)計(jì)算的,要從總重中減去水分。B. 從干燥器中取出冷卻的坩堝時(shí),因內(nèi)部成真空,開蓋恢復(fù)常壓時(shí)應(yīng)讓空氣緩緩進(jìn) 入,以防殘灰飛散。C. 灰化后的殘?jiān)闪糇?Ca 、 P 、 Fe 等成分的分析。D. 用過(guò)的坩堝,應(yīng)把殘灰及時(shí)倒掉,初步洗刷后,用粗 HCl (廢浸泡 1020min, 再用水沖刷洗凈。E. 一般結(jié)果計(jì)算中小數(shù)點(diǎn)后保留一位小數(shù)。F. 日本有采用自制鋁箔杯直接灰化的。特點(diǎn):杯子不

14、吸濕,好恒重,本身重量輕, 易冷卻,減小誤差。在 600以下,可穩(wěn)定使用。G . 測(cè)定食糖中總灰分可用電導(dǎo)法,簡(jiǎn)單、迅速、準(zhǔn)確,免泡沫的麻煩。三、水溶性灰分和水不溶性灰分的測(cè)定(要求掌握 水溶性灰分測(cè)定要基于總灰分的測(cè)定。將測(cè)定所得的總灰分稱量、計(jì)算后,約 加 25mL 熱無(wú)離子水,分多次洗滌坩堝、無(wú)灰濾紙及殘?jiān)?。殘?jiān)盀V紙一同移回原 坩堝中,水浴上蒸發(fā)至干涸,入干燥箱中干燥,再進(jìn)行炭化、灼燒、冷卻、稱量, 至恒重。 計(jì)算:水不溶性灰分 = 100%m4 不溶性灰分 + 原坩堝質(zhì)量 gm1 原坩堝質(zhì)量 gm2 樣品 + 原坩堝質(zhì)量 g水溶性灰分%=總灰分% - 水不溶性灰分%四、酸不溶性灰分的

15、測(cè)定 (要求掌握取水不溶性灰分或總灰分的殘留物,加入 25mL 0.1mol/L的 HCl ,置小火上輕 微煮沸,用無(wú)灰濾紙過(guò)濾后,再用熱水洗滌至不顯酸性為止,將殘留物連同濾紙置 4121m m m m - 坩堝中進(jìn)行干燥、炭化、灰化,直到恒重。計(jì)算 : 酸不溶性灰分%= 100%m5酸不溶性灰分 +坩堝質(zhì)量m1原坩堝質(zhì)量m2樣品 +原坩堝質(zhì)量無(wú)灰濾紙(也稱定量濾紙 80g/m2 :按灼燒后灰分殘留值分為三個(gè)等級(jí):甲0.01%、乙0.03%、丙0.01%(Ca 、 Mg 、 K 、 Na 、 P 、 S 、 Cl 占總灰分 80%,微量元素(痕量元素含量11時(shí)為純藍(lán)色,可與 Ca 2+ 結(jié)合

16、生成酒紅色的 NN- Ca 2+,其穩(wěn)定性比 EDTA-Ca 2+ 小,在滴定過(guò)程中 EDTA 首先與 游離 Ca 2+結(jié)合,接近終點(diǎn)時(shí) EDTA 奪取 NN-Ca 2+中的 Ca 2+ ,使溶液從酒紅色變成 純藍(lán)色,即為滴定終點(diǎn)。根據(jù) EDTA 的消耗量,即可計(jì)算出鈣的含量。5121m m m m -2. 試劑 鈣指示劑、1%KCN、0.05mol/L 檸檬酸鈉溶液、2mol/L NaOH、6mol/L HCl、鈣標(biāo) 準(zhǔn)溶液（0.2mg/ml） 、EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.01mol/L） 3. 測(cè)定 4. 注意事項(xiàng)： （1）樣品加入鈣指示劑后，不能久置，否則終點(diǎn)發(fā)灰，不明顯； （2）樣品中的

17、 Fe、Al、Ni、Zn 等離子會(huì)干擾測(cè)定，可用 KCN 消除； （3）滴定時(shí)控制 pH 為 1214，過(guò)高過(guò)低指示劑都變紅，不顯示終點(diǎn)。 三、鐵的測(cè)定： 鐵是人體必需微量元素中含量最多的一種， 總量約為 45g。 鐵為血紅蛋白與肌 紅蛋白、細(xì)胞色素 A 以及某些呼吸酶的成分，參與體內(nèi)氧與二氧化碳的轉(zhuǎn)運(yùn)、交換 和組織呼吸過(guò)程。鐵缺乏時(shí)對(duì)人體的影響：工作效率降低、學(xué)習(xí)能力下降，冷漠呆 板。此外，常有出現(xiàn)心慌、氣短、頭暈、眼花、精力不集中。 （一）硫氰酸鉀比色法： 原理：在酸性條件下，三價(jià)鐵離子與硫氰酸鉀作用，生成血紅色的硫氰酸鐵絡(luò)合物， 在 485nm 有最大吸收，吸光度與鐵離子濃度成正比。 F

18、e3+ + 3SCN- Fe(SCN3 注意事項(xiàng)： （1）為防止 Fe3+轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe2+，應(yīng)加入少量 K2S2O8 作氧化劑 （2）Fe(SCN3 穩(wěn)定性差，易褪色，應(yīng)及時(shí)測(cè)定吸光度 （二）鄰菲羅啉（鄰二氮菲）比色法（掌握原理和注意事項(xiàng)） 1. 原理： 微酸性條件下， Fe2+與鄰二氮菲生成穩(wěn)定的橙紅色絡(luò)合物， max 510nm， 吸光度與鐵含量成正比。 2. 試劑： 10%鹽酸羥胺、0.12%鄰二氮菲水溶液、10%醋酸（檸檬酸）鈉 1mol/L 鹽酸溶液、鐵標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（100ug/mL） 、鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液（10ug/mL） 3. 測(cè)定：樣品處理（干法灰化） ，配制鐵的標(biāo)準(zhǔn)液，分別加入鹽酸溶液 1mL，鹽酸 羥胺 1mL，鄰二氮菲 1mL，醋酸鈉 5mL，定容至 50mL，在 510mn 處比色，制備 標(biāo)準(zhǔn)曲線。樣品