第五章灰分及矿物元素的测定-南京财经大学食品科学与工程学.ppt
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1、第五章第五章 灰分及矿物元素的测定灰分及矿物元素的测定5.1 5.1 灰分的测定灰分的测定5.1.1 5.1.1 概述概述 灰分灰分灰分灰分是指食品中有机物被灼烧或被完全氧化后剩是指食品中有机物被灼烧或被完全氧化后剩余的无机残留物。是标示食品中无机成分总量的一项余的无机残留物。是标示食品中无机成分总量的一项指标。指标。目前主要有三种有效的灰化方法:目前主要有三种有效的灰化方法:用于测定大量样品的用于测定大量样品的干法灰化干法灰化干法灰化干法灰化;用于高脂样品用于高脂样品(如肉类和肉类制品如肉类和肉类制品)中元素含量分中元素含量分析的析的湿法灰化湿法灰化湿法灰化湿法灰化;进行挥发性元素分析时用的
2、进行挥发性元素分析时用的低温等离子干法灰化低温等离子干法灰化低温等离子干法灰化低温等离子干法灰化(也称简单等离子体灰化或低温灰化也称简单等离子体灰化或低温灰化)。灰分的种类:灰分的种类:粗灰分粗灰分:食品经高温灼烧后的残留物。:食品经高温灼烧后的残留物。水水溶溶性性灰灰分分:粗粗灰灰分分中中可可溶溶解解于于水水的的部部分分。反反映映的的是是可溶性的钾、钠、钙、镁等元素的氧化物和盐类的含量。可溶性的钾、钠、钙、镁等元素的氧化物和盐类的含量。水水不不溶溶性性灰灰分分:粗粗灰灰分分中中不不可可溶溶解解于于水水的的部部分分。反反映映的的是是污污染染的的泥泥沙沙和和铁铁、铝铝等等元元素素的的氧氧化化物物
3、及及碱碱土土金金属属的的碱式磷酸盐的含量。碱式磷酸盐的含量。酸酸不不溶溶性性灰灰分分:样样品品中中不不溶溶性性的的矿矿物物质质杂杂质质,反反映映的的是污染的泥沙和食品中原来存在的微量氧化硅的含量。是污染的泥沙和食品中原来存在的微量氧化硅的含量。土土壤壤矿矿物物质质(含含大大量量硅硅酸酸盐盐和和蛋蛋白白石石似似的的二二氧氧化化硅硅)只溶解于氢溴酸或氟化氢溶液。只溶解于氢溴酸或氟化氢溶液。灰灰分分的的碱碱度度是是一一种种用用于于测测定定食食品品的的酸酸碱碱平平衡衡和和测测定定矿矿物质含量,以检测食品的掺杂情况的指标。物质含量,以检测食品的掺杂情况的指标。灰分测定的意义灰分测定的意义食品生产工艺的控
4、制指标食品生产工艺的控制指标 判断食品污染程度判断食品污染程度 评价食品加工精度评价食品加工精度 反映食品品质,评估食品营养反映食品品质,评估食品营养 品种鉴别与掺伪检验品种鉴别与掺伪检验元素分析的前处理元素分析的前处理常见食品的灰分含量常见食品的灰分含量通常认为动物制品的灰分是一个恒定含量,但植物资通常认为动物制品的灰分是一个恒定含量,但植物资源的情况却是多种多样的。源的情况却是多种多样的。大部分新鲜食品的灰分含量不高于大部分新鲜食品的灰分含量不高于5%;纯净的油类和脂的灰分一般很少或不含灰分;纯净的油类和脂的灰分一般很少或不含灰分;乳制品含有乳制品含有0.5%5.1%的灰分;的灰分;水果、
5、水果汁和瓜类含有水果、水果汁和瓜类含有0.2%0.6%的灰分,而干的灰分,而干果含有较高的灰分(果含有较高的灰分(2.4%3.5%););面粉类和麦片类含有面粉类和麦片类含有0.3%4.3%的灰分,而含糠的的灰分,而含糠的谷物及其制品比无糠的谷物及其制品灰分含量高谷物及其制品比无糠的谷物及其制品灰分含量高;坚果及其制品含有坚果及其制品含有0.8%3.4%的灰分;的灰分;肉、家禽和海产品类含有肉、家禽和海产品类含有0.7%1.3%的灰分,而腌熏的灰分,而腌熏腊肉制品可含有腊肉制品可含有6%的灰分,干牛肉含有高于的灰分,干牛肉含有高于11.6%的的灰分(按湿基计算)。灰分(按湿基计算)。食食 品品
6、 种种 类类 灰分含量灰分含量/%/%(按湿基计算)(按湿基计算)谷物、面包、面制品谷物、面包、面制品 大米(糙米、大颗粒,生)大米(糙米、大颗粒,生)玉米片(整粒,黄色)玉米片(整粒,黄色)去胚玉米(整粒磨碎白色罐装)去胚玉米(整粒磨碎白色罐装)白米(大颗粒、生的、强化)白米(大颗粒、生的、强化)小麦粒(整粒)小麦粒(整粒)通心粉(干的、浓缩)通心粉(干的、浓缩)黑麦面包黑麦面包 1.51.10.90.61.60.71.5食食 品品 种种 类类 灰分含量灰分含量/%/%(按湿基计算)(按湿基计算)乳制品乳制品 乳(未经浓缩,液状)乳(未经浓缩,液状)乳(浓缩)乳(浓缩)奶油(含盐)奶油(含盐
7、)奶油(半液体)奶油(半液体)大豆人造奶油(硬状,普通)大豆人造奶油(硬状,普通)普通低脂肪奶普通低脂肪奶 0.71.62.10.72.00.7 食食 品品 种种 类类 灰分含量灰分含量/%/%(按湿基计算)(按湿基计算)蔬菜、水果蔬菜、水果 苹果(带皮,未加工)苹果(带皮,未加工)香蕉(未加工)香蕉(未加工)樱桃(甜,未加工)樱桃(甜,未加工)葡萄干葡萄干土豆(带皮,未加工)土豆(带皮,未加工)西红柿(红色,成熟,未加工)西红柿(红色,成熟,未加工)0.30.80.51.81.60.4食食 品品 种种 类类 灰分含量灰分含量/%/%(按湿基计算)(按湿基计算)肉、家禽、鱼类肉、家禽、鱼类 鲜
8、鸡蛋(全部,未经加工,新鲜)鲜鸡蛋(全部,未经加工,新鲜)鱼片(去骨、糊状或涂面包屑油炸)鱼片(去骨、糊状或涂面包屑油炸)猪肉(新鲜,腿心,全部、未加工)猪肉(新鲜,腿心,全部、未加工)汉堡包(单层小馅饼,普通的)汉堡包(单层小馅饼,普通的)鸡肉(烤或炸,胸脯肉,未经加工)鸡肉(烤或炸,胸脯肉,未经加工)牛肉(颈肉,烤前腿,未经加工)牛肉(颈肉,烤前腿,未经加工)0.92.50.91.71.00.9 5.1.2 灰分的测定灰分的测定1.原理:原理:样品经炭化后,在样品经炭化后,在500600的马福炉(高温炉)的马福炉(高温炉)中灼烧,得残留物,经称量后计算样品的总灰分中灼烧,得残留物,经称量后
9、计算样品的总灰分。水分和挥发成分蒸发;在有氧条件下,有机物被水分和挥发成分蒸发;在有氧条件下,有机物被灼烧成二氧化碳和氮的氧化物;大部分的矿物质转化灼烧成二氧化碳和氮的氧化物;大部分的矿物质转化成氧化物、硫酸盐、磷酸盐、氯化物和硅酸盐。成氧化物、硫酸盐、磷酸盐、氯化物和硅酸盐。在这种灰化方法中,一些元素如硒、砷、铅、镉、在这种灰化方法中,一些元素如硒、砷、铅、镉、汞可被部分挥发,因此,如样品灰化后要用于特殊元汞可被部分挥发,因此,如样品灰化后要用于特殊元素分析时,必须选择其他方法。素分析时,必须选择其他方法。高温炉、坩埚、坩埚钳、干燥器、分析天平高温炉、坩埚、坩埚钳、干燥器、分析天平 盐酸(盐
10、酸(1:4)、三氯化铁溶液、硝酸、过氧化氢、辛)、三氯化铁溶液、硝酸、过氧化氢、辛醇醇灰化容器(坩埚)灰化容器(坩埚)种类:素烧瓷坩埚、石英坩埚、蒸发皿种类:素烧瓷坩埚、石英坩埚、蒸发皿 镍坩埚、铂金坩埚镍坩埚、铂金坩埚 大小:根据样品性状及灰分含量选择大小:根据样品性状及灰分含量选择取样量:取样量:根据试样的种类和性状来决定(根据试样的种类和性状来决定(110g)2.仪器仪器 3.试剂试剂 4.测定条件的选择测定条件的选择灰化温度灰化温度灰化温度根据样品中无机成分的组成、性质及含量选灰化温度根据样品中无机成分的组成、性质及含量选择,一般为择,一般为500550 。例如:鱼类及海产品、谷类及其
11、制品、乳制品例如:鱼类及海产品、谷类及其制品、乳制品550;果蔬及其制品、砂糖及其制品、肉制品果蔬及其制品、砂糖及其制品、肉制品525;个别样品个别样品(如谷类饲料如谷类饲料)可以达到可以达到600。灰化温度过高,灰化温度过高,将引起钾、钠、氯等元素的挥发损将引起钾、钠、氯等元素的挥发损失,而且磷酸盐、硅酸盐类也会熔融,特碳粒包藏起失,而且磷酸盐、硅酸盐类也会熔融,特碳粒包藏起来,使碳粒无法氧化;来,使碳粒无法氧化;灰化温度过低,灰化温度过低,则灰化速度慢、时间长,不易灰化则灰化速度慢、时间长,不易灰化完全,也不利于除去过剩的碱(碱性食品完全,也不利于除去过剩的碱(碱性食品)吸收的二氧吸收的二
12、氧化碳。化碳。灰化时间灰化时间 一般以灼烧至灰分呈白色或浅灰色,无碳粒存在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为止。灰化至达到恒重的时间因试样不同并达到恒重为止。灰化至达到恒重的时间因试样不同而异,一般需而异,一般需25小时。应根据样品的组成、性状注小时。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。意观察残灰的颜色,正确判断灰化程度。铁含量高的铁含量高的试样,残灰呈褐色试样,残灰呈褐色;锰、铜含量高的试样,残灰呈蓝锰、铜含量高的试样,残灰呈蓝绿色绿色;有时即使残灰表面呈白色,但灼烧不完全,内;有时即使残灰表面呈白色,但灼烧不完全,内部仍会残留炭粒。部仍会残留炭粒
13、。加速灰化的方法加速灰化的方法 样品经初步灼烧后,取出冷却,加入样品经初步灼烧后,取出冷却,加入无离子水溶解无离子水溶解水溶性盐类灰分,暴露碳粒,蒸去水分,再灼烧至恒水溶性盐类灰分,暴露碳粒,蒸去水分,再灼烧至恒重。重。样品经初步灼烧后,取出冷却,加入样品经初步灼烧后,取出冷却,加入几滴硝酸或双几滴硝酸或双氧水加速氧化氧水加速氧化,蒸干后再灼烧至恒重。蒸干后再灼烧至恒重。加入加入10碳酸铵等疏松剂碳酸铵等疏松剂,促进未灰化的碳粒灰化。促进未灰化的碳粒灰化。加入加入醋酸镁、硝酸镁等助灰化剂醋酸镁、硝酸镁等助灰化剂,疏松样品,防止疏松样品,防止残灰熔融。残灰熔融。(2)样品预处理样品预处理 液体样
14、品:液体样品:称量,蒸干称量,蒸干 高水分样品:高水分样品:匀浆后,称量,烘干匀浆后,称量,烘干 低水分谷物、豆类等固体样品:低水分谷物、豆类等固体样品:粉碎后,称量粉碎后,称量 高脂肪样品:高脂肪样品:匀样,称样,抽脂匀样,称样,抽脂 高糖样品:高糖样品:匀样,称样,蒸干(加匀样,称样,蒸干(加12d橄榄油等橄榄油等消泡消泡剂)剂)酸煮酸煮洗涤洗涤编号编号灼烧灼烧灼烧灼烧称重称重称重称重 5.测定方法测定方法(1)瓷坩埚准备)瓷坩埚准备(3)炭化)炭化(4)灰化()灰化(500550,216h)6.结果计算结果计算电炉电炉5.1.3 水溶性灰分和水不溶性灰分的测定水溶性灰分和水不溶性灰分的测
15、定坩埚坩埚去离子水去离子水煮煮 沸沸去离子水去离子水洗涤洗涤残渣等残渣等过过 滤滤坩埚坩埚干干 燥燥灼烧灼烧称称 重重5.1.4 酸不溶性灰分的测定酸不溶性灰分的测定坩埚坩埚盐酸溶液盐酸溶液煮煮 沸沸去离子水去离子水洗涤洗涤残渣等残渣等过过 滤滤坩埚坩埚干干 燥燥灼烧灼烧称称 重重5.1.5 5.1.5 灰分的碱度灰分的碱度 水果类和蔬菜类的灰分为碱性水果类和蔬菜类的灰分为碱性(CaCa、MgMg、K K、Na)Na),肉类和一些谷物类的灰分是酸性的肉类和一些谷物类的灰分是酸性的(P P、S S、C1)C1),灰分的碱度已经被作为水果和果汁的一种质量指标。灰分的碱度已经被作为水果和果汁的一种质
16、量指标。柠柠檬檬酸酸盐盐、苹苹果果酸酸盐盐和和酒酒石石酸酸盐盐在在灼灼烧烧时时产产生生的的碳碳酸酸盐、磷酸盐会干扰此测定。盐、磷酸盐会干扰此测定。此方法已经用于计算食品的酸碱平衡。此方法已经用于计算食品的酸碱平衡。测定灰分碱度的操作步骤如下:测定灰分碱度的操作步骤如下:(1)(1)将将灰灰分分移移入入容容器器中中(总总灰灰分分或或水水不不溶溶性性灰灰分分),并精确添加并精确添加1010mL 0.1mol/LmL 0.1mol/L的的HClHCl。(2)(2)必要时添加沸水并在水浴中加热。必要时添加沸水并在水浴中加热。(3)(3)冷却,定容。冷却,定容。(4)(4)用用0.0.1mol/L1mo
17、l/L标标准准NaOHNaOH溶溶液液滴滴定定过过量量的的HClHCl,用用甲基橙作指示剂。甲基橙作指示剂。(5)(5)以以mL(1mol/LmL(1mol/L酸酸)/100)/100g g样品为表示单位。样品为表示单位。不溶性灰分碱度也可用甲基橙作指示剂,用不溶性灰分碱度也可用甲基橙作指示剂,用0.10.1mol/L HClmol/L HCl直接滴定进行测定。直接滴定进行测定。5.2 矿物元素的测定矿物元素的测定5.2.1 概述概述一、矿物质在膳食中的重要性一、矿物质在膳食中的重要性 膳食中的矿物质主要有膳食中的矿物质主要有Ca、P、Na、K、Mg、Cl和和S,成人每天至少需要成人每天至少需
18、要100mg这些矿物质,每一种矿这些矿物质,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。如:些矿物质不能正常供给,肌体就会发生病变。如:人体中大约人体中大约98%的钙和的钙和80%的磷存在于骨骼中的磷存在于骨骼中;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胃中的盐酸对膳食中的矿物质溶解及吸收有很大的影响。响。另另外外还还有有每每天天需需要要量量很很少少(以以毫毫克克计计)的的1010种种微微量量元元素素,包包括括Fe、I、
19、Zn、Cu、Cr、Mn,Mo、F、Se和和Si。在在维维持持机机体体的的功功能能方方面面,每每种种元元素素都都有有其其特特殊殊的的生生理作用,如:理作用,如:铁铁是是血血红红蛋蛋白白和和肌肌红红蛋蛋白白分分子子的的组组成成成成分分,与与细细胞间传送氧气的功能有关。胞间传送氧气的功能有关。还还有有一一类类元元素素被被称称为为超超微微量量矿矿物物元元素素,目目前前正正处处于于研研究究阶阶段段,还还不不能能明明确确解解释释其其生生物物作作用用,这这类类矿矿物物质包括:质包括:V、Sn、Ni、As和和B。Pb,Hg、Cd和和Al等等矿物元素则已被证明对人体有矿物元素则已被证明对人体有毒,因此在膳食中应
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