第六章 灰分及几种矿物元素的测定 西昌学院轻化工程学院

第一节 灰分的测定 灰分的定义 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。

粗灰分的定义 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）。

水溶性灰分 粗灰分 酸溶性灰分 水不溶性灰分 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。可反映果酱、果冻等制品中果汁的含量。 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。

考察食品的原料及添加剂的使用情况； 灰分指标是一项有效的控制指标； 反映动物、植物的生长条件。 灰分测定的意义 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 %， 反映动物、植物的生长条件。

一、总灰分的测定 GB/T 5009.4—2003《食品中灰分的测定方法》 1、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。

2、灰化条件的选择 （1）灰化容器——坩埚 坩埚盖子与埚要配套。 坩埚材质有多种： ① 素瓷 　 ② 铂 　 ③ 石英 个别情况也可使用蒸发皿。

（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50 g 。

（3）灰化温度 由于各种食品中无机成分的组成、性质及含量各不相同，灰化温度一般为525 ~ 600℃。 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。

（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。 总的时间一般为 2 ~ 5 小时，个别样品有规定温度、时间。

3、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。为了缩短灰化周期，采用加速灰化过程。 改变操作方法：样品初步灼烧后取出坩埚→冷却 →在灰中加少量热水→搅拌使水溶性盐溶解，使包住的碳粒游离出来→蒸去水分→干燥→灼烧 2. 加HNO3(1：1)或30%H2O2（灰化助剂）：使未氧化的碳粒充分氧化并且使它们生成NO2和水，这类物质灼烧时完全消失，又不至于增加残留物灰分重量。 3. 加惰性物质：如Mg,CaCO3等，这些都不溶解，使碳粒不被覆盖，此法同时作空白实验。

4、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 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

测定步骤 在坩埚中称取定量样品→在电炉中炭化至无烟 →在500℃马福炉中灼烧到灰白色 →冷却到200℃ →入干燥皿冷却到室温→称重      灼烧1小时 →冷却到恒重

5、结果计算 ×100 % 灰分 = ×100 % 如有空白试验为= m 1—空坩埚质量，g m 2—样品+空坩埚质量，g 灰分 = ×100 % 如有空白试验为= m 1—空坩埚质量，g m 2—样品+空坩埚质量，g m 3—残灰+空坩埚质量，g B —空白试验残灰重，g 有的样品如面粉等粮食样品是以干物质的灰分来计算的，从总重中减去水分。

6、说明： ① 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。 ② 灰化后的残渣可留作Ca、P、Fe等成分的分析。 ③ 样品炭化的过程中,要注意控制热源,防止产生大量的泡沫

二、 水溶性灰分和水不溶性灰分的测定 计算：水不溶性灰分 = ×100% 水溶性灰分％=总灰分％ - 水不溶性灰分％ 总灰分称量、计算后→约加25ml热无离子水→无灰滤纸过滤→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→放入干燥箱中干燥→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 g m1— 原坩埚质量 g m2— 样品 + 原坩埚质量 g 水溶性灰分％=总灰分％ - 水不溶性灰分％

三、 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25ml 0.1mol/L的HCl →放在小火上轻微煮沸→用无灰滤纸过滤→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→称量,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

第二节 几种重要矿物元素的测定 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。 第二节 几种重要矿物元素的测定 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等）

测定方法 化学分析法 比色法 灼烧、灰化 食品样本 无机态 原子吸收分光光度法 荧光法 其它

一、钙的测定－－滴定法（EDTA法） (1)原理: EDTA与消化液中的钙能形成比钙红指示剂与钙所形成的络合物更为稳定的EDTA-Ca络合物。在pH13-14的含钙溶液中，首先是钙红指示剂与溶液中钙络合成酒红色,随着滴入EDTA，由于形成了更为稳定的EDTA-Ca络合物,钙红指示剂变成了蓝色的游离状态（终点）。根据EDTA络合剂用量，可计算钙的含量。

（1）样品消化 精确称取均匀样品于250mL高型烧杯→加混合酸消化液(硝酸和高氯酸之比为4:1)20－30ml →上盖表皿→加热消化（直至无色透明为止 ） →加几毫升去离子水，加热（以除去多余的硝酸） →待烧杯中的液体接近2-3mL →取下冷却→用去离子水洗并转移于 10ml刻度试管 →定容 取与消化样品相同量的混合酸消化液，按上述操作做试剂空白试验测定。

（2）标定EDTA 吸取0.5mL钙标准溶液(100μg/ml)，以EDTA滴定，标定其EDTA的浓度，根据滴定结果计算出每毫升EDTA相当于钙的毫克数，即滴定度（T）

样品及空白的滴定 吸取0.1-0.5ml（根据钙的含量而定）样品消化液及空白于试管中→加1滴氰化钠溶液和0.1mL柠檬酸钠溶液→1.5ml 1.25mol/L KOH →加3滴钙红指示剂 →以EDTA溶液滴定 （紫红变为蓝色）

注 意: ②样液中加入氰化钾和柠檬酸钠掩蔽剂 ③加钙红指示剂后要立即滴定; ④滴定的pH范围为12-14,过高过低都滴定不出终点. ①滴定用的样品量随钙含量而定,最适合的范围是5-50μg; ②样液中加入氰化钾和柠檬酸钠掩蔽剂 ③加钙红指示剂后要立即滴定; ④滴定的pH范围为12-14,过高过低都滴定不出终点.

溴能定量地氧化碘离子为碘酸根离子，生成的碘酸根离子在碘化钾的酸性溶液中被还原析出碘，用硫代硫酸钠溶液滴定反应中析出的碘。 二、碘的测定 溴能定量地氧化碘离子为碘酸根离子，生成的碘酸根离子在碘化钾的酸性溶液中被还原析出碘，用硫代硫酸钠溶液滴定反应中析出的碘。

操作步骤： 准确称取适量的样品→置于瓷坩锅中→电炉碳化至无烟→550℃—600℃马福炉中灼烧40min→冷却→在坩祸中加少许蒸馏水搅动→转入250mL烧杯→冲洗坩祸→总量约为100 mL→煮沸5min→过滤至250mL容量瓶中→烧杯及漏斗内残渣用热水反复冲洗→放冷后定容

取25mL滤液→250mL碘量瓶中→0.1%甲基橙2-3滴→用稀硫酸将溶液调至红色→加人5mL饱和溴水→加热煮沸至黄色消失→稍冷后加人20%甲酸钠溶液5mL→加热煮沸2min→用冷水浴冷却

在碘量瓶中加人 5mL 3mol/L硫酸溶液及5mL15%碘化钾溶液→盖上瓶盖，放置10min →用0 在碘量瓶中加人 5mL 3mol/L硫酸溶液及5mL15%碘化钾溶液→盖上瓶盖，放置10min →用0.01mol/L的硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液滴定至浅黄色，加人0.5%淀粉指示剂1 mL，继续滴定至蓝色消失

三、磷含量的测定 （1）原理 食品中的有机物经酸破坏以后，磷在酸性条件下与钼酸铵结合生成磷钼酸铵。用抗坏血酸、氯化亚锡、或对苯二酚与亚硫酸钠还原磷钼酸铵生成蓝色化合物——钼蓝。蓝色强度与磷含量成正比，可进行比色定量。

（2）样品处理 称取各类食品的均匀试样于凯式烧瓶中→加入3mL硫酸 ，3ml高氯酸－硝酸消化液→置于消化炉上→待溶液变成无色或微带黄色清亮液体时，即消化完全 →冷却→取20ml →移至100mL容量瓶中→水洗于凯式烧瓶并入容量瓶中→定容

（3）标准曲线的绘制 准确吸取磷标准使用液0、0.5、1.0、2.0、3 .0、 4.0 、5.0ml,(相当于含磷量0、5、10、20、30、40、50μg) →置于20mL具塞试管中→加入2ml钼酸溶液摇匀，静置几秒钟→加入1mL亚硫酸钠溶液→ 1mL对苯二 酚溶液→加水至刻度，混匀→静置0.5h →在660nm波长处比色

（4）样品的测定 准确称取样品测定液2ml及同量的空白溶液→置于20mL具塞试管中→其余操作步骤同标准曲线,以测出的吸光度在标准曲线上查得未知液中的磷含量。

四、铁的测定 铁是人体内不可缺少的微量元素，它与蛋白质结合形成血红蛋白，参与了血液中氧的运输作用，缺乏铁会引起缺铁性贫血。铁也是与能量代谢有关的酶的成分，所以人体每日都必须摄入一定量的铁。

（1）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，溶液颜色深浅与铁离子浓度成正比，故可以比色测定。反应式如下： 1、 硫氰酸钾比色法 （1）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，溶液颜色深浅与铁离子浓度成正比，故可以比色测定。反应式如下： Fe2（SO4）3+6KCNS→2Fe（CNS）3+3K2SO4

（2）测定方法 样品处理 → 标准曲线绘制 → 样品测定 ①样品处理：称取均匀样品10.0g，干法灰化后，加入2ml 1：1盐酸，在水浴上蒸干，再加入5ml蒸馏水，加热煮沸后移入100ml容量瓶中，以水定容，混匀。

② 标准曲线绘制： 铁标准溶液于比色管中 0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml， 水 5ml， 浓硫酸 0.5ml， 过硫酸钾2% 0.2ml ， 20%硫氰酸钾 2ml ， 混匀后稀释后至刻度，用1cm比色皿，在485nm处，以试剂空白作参比液测定吸光度。以铁含量（μg ）为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

③样品测定：准确吸取样液5~10ml，置于25ml容量瓶或比色管中，以下按标准曲线绘制步骤进行，测得吸光度，从标准曲线上查出相对应的铁的含量。

（3）计算 Fe（μg/100g）= ×100 式中：x——从标准曲线上查得测定用样液相当的铁含量， μg； V1——测定用样液体积，ml； m——样品质量，g；

（4）说明 ①加入的过硫酸钾是作为氧化剂，以防止三价铁变成二价铁。 ②硫氰酸铁的稳定性差，时间稍长，红色会逐渐消退，故应在规定时间内完成比色。 ③随硫氰酸根浓度的增加， Fe+3可与之形成FeCNS2+直至Fe（CNS）63-等一系列化合物，溶液颜色由橙黄色至血红色，影响测定，因此，应严格控制硫氰酸钾的用量。

2、邻二氮菲比色法 （1）原理 在pH2~9的溶液中，二价铁离子能与邻二氮菲生成稳定的橙红色络合物，在510nm有最大吸收，其吸光度与铁的含量成正比，故可比色测定。反应式如下： Fe2++3 2+ Fe 3

4Fe3++2NH2OH·HCl →4Fe2++4H++N2O+H2O+2Cl- pH﹤2时反应进行较慢，而pH﹥9酸度过低又会引起二价铁离子水解，故应通常在pH=5左右的微酸条件下进行。同时样品制备液中铁元素常以三价离子形式存在，可用盐酸羟胺先还原成二价离子再作反应，反应式如下： 4Fe3++2NH2OH·HCl →4Fe2++4H++N2O+H2O+2Cl- 本法选择性高，干扰少，显色稳定，灵敏度和精密度都较高。

（2）测定方法 ① 样品处理：称取均匀样品10.0g，干法灰化后，加入2ml 1：1盐酸，在水浴上蒸干，再加入5ml蒸馏水，加热煮沸后移入100ml容量瓶中，以水定容，混匀。

② 标准曲线绘制： 10μg /ml铁标准溶液（标准溶液吸取量可根据样品含铁量高低来确定）0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml，分别置于50ml容量瓶中 →加入1mol/L盐酸溶液 1ml → 10%盐酸羟胺 1ml → 0.12%邻二氮菲 1ml →加入10%醋酸钠 5ml →用水稀释至刻度，摇匀(以不加铁的试剂空白溶液作参比液)→在510nm波长处，用1cm比色皿测吸光度，绘制标准曲线。

③ 样品测定：准确吸取样液5-10ml（视含铁量高低而定）于50ml容量瓶中，以下按标准曲线绘制操作，测定吸光度，在标准曲线上查出相对应的铁含量（μg ）。 （3）结果计算 同硫氰酸钾法。

思考题 1、粗灰分与无机盐含量之间有什么区别？ 2、对于难挥发的样品可采取什么措施加速灰化？ 3、说明直接灰化法测定灰分的操作要点？ 4、灰分的测定中，如何确定灰化温度及灰化时间？ 5、灰分测定与水分测定中的恒量操作过程有何不同？应如何正确进行？