灰分及矿物质元素的测定

第七章灰分及矿物质元素的测定

本章主要内容为灰分的测定及矿质元素的测定，灰分测定是食品全分析的必测定项目，因此第一节灰分测定很重要，也是国家强制标准检测项；矿物元素一般建立在总灰分的测定基础上，本章介绍几种重要矿物元素的测定，涉及矿质元素常用到的方法，重点掌握钙和铁的测定。

第一节灰分的测定

一、概述

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。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。但是灰分含量≠无机成分的含量，因为灰分测定过程中，无机成分的含量可能增加也可能减少，例如某些金属氧化物会吸收有机物分解产生的CO2形成碳酸盐，使无机成分增多，有的又可挥发（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）。

1. 粗灰分的概念：

常把食品经高温灼烧后的残留物称为——粗灰分（总灰分）。总灰分可分为水溶性灰分格水不溶性灰分，水不溶性灰分又可分为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等的氧化物和盐类的含量。

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。

2. 灰分测定的意义：

（1）考察食品的原料及添加剂的使用情况。如生产过程中加入的酸、碱、盐等，都会增加成品的灰分含量。

（2）灰分指标是质量分级控制指标。例如：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。富强粉为0.3 ~ 0.5 %，标准粉应为0.6 ~ 0.9 %，

（3）反映动物、植物的生长条件。比如人类不同年龄段体内含钙量和需钙量并不相同，茶叶幼牙中的铅含量最低，随着生长，铅含量逐渐增加。

（4）生产工艺控制的需要：明胶、果胶类胶制品，灰分是其胶冻性能的标志。果胶的灰分和酸溶性灰分是其重要指标。

（5）检验食品加工过程的污染情况，如生产过程控制中的二次污染。

综上所述，灰分是食品成分全分析的项目之一。

二、总灰分的测定（要求全部必须掌握）

该方法是GB 5009.4 — 2010 《食品中灰分的测定方法》

（一）原理：

采用重量法，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（包括容器、取样量、温度、时间）

1. 灰化容器——一般是坩埚（坩埚盖子与埚要配套），坩埚材质有多种：如素瓷、铂、石英、铁、镍等，个别情况也可使用蒸发皿。

①素瓷坩埚：尺寸分5,10,20,30,50,100,200mL的, 灰化常用10mL。

优点：耐高温可达1200℃，内壁光滑，耐酸，价格低廉。

缺点：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。还有温度骤变时，易炸裂破碎。

②铂坩埚：食品中用到少，工业中多用。

优点：耐高温达1773℃（可熔玻璃），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。保持清洁，不得用于铅、砷、锑、铋物质测定，使用不当会腐蚀或发脆。质地软，不可用尖物、海砂清洗，用微沸水或酸清洗，钳包铂头。

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1～2 g ；谷物及制品、肉及制品、糕点、牛乳等取3～5 g ；蔬菜及制品、砂糖及制品、蜂蜜、奶油等取5～10 g ；水果及制品取20 g 、油脂取50 g 。

3. 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。如：黄油≤500℃，因为黄油测定灰分后，还要测定氯化钠成分，因此不能采用使得卤素挥发的高温来灰化。海产品、果蔬制品、砂糖制品、肉制品≤525℃；谷类及其制品、乳制品≤550℃；大豆粉、谷类饲料等个别样品可以达到600℃；添加乙酸镁的快速灰化法可达700℃。

灰化温度太低，会使灰化速度慢，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；

灰化温度太高，将引起K、Na、Cl等元素挥发损失，磷酸盐、硅酸盐也会熔融，将碳粒包藏起来，使元素无法氧化。

加热速度不可太快，防止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。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。

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。总时间一般为2~5h,个别样品有规定温度、时间。应指出的是，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（要求掌握）

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，可采用下述五种方法加速灰化：

1. 加去离子水溶解法：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。加入水不会增加残灰的质量，灼烧后会完全消失。

2. 加疏松剂/ 氧化剂法：经初步灼烧后，放冷，加入几滴HNO3、H2O2等，蒸干后再灼烧至恒重，利用它们的氧化作用来加速C粒灰化。也可加入10％(NH4)2CO3等疏松剂，在灼烧时分解为气体逸出，使灰分呈松散状态，促进灰化。加入的疏松剂和氧化剂都不会增加残灰的质量，灼烧后会完全消失。