灰分测定

在植物组织或农畜产品分析中，样品经高温灼烧，有机物中的碳、氢、氧等物质与氧结合成二氧化碳和水蒸汽而碳化，残留物呈无色或灰白色的氧化物称为“总灰分”。 它主要是各种金属元素的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、氯化物等。动物性原料的灰分含量由饲料的组分、动物品种及其它因素决定，植物性原料的灰分含量及其组分则由自然条件、成熟度等因素决定。此外灼烧条件也会影响分析结果，而且残留物(灰分)与样品中原有的无机物并不完全相同，因此用干灰化法测得的灰分只能是“粗灰分”。总灰分含量是品质分析中经常测定的项目之一，它是产品中无机营养物质的总和。测定植株各部分灰分含量可以了解各种作物在不同生育期和不同器官中灰分及其变动情况，如用于确定饲料作物收获期有重要参考价值。此外，样品在适当条件下灰化后，除了测定“总灰分”，必要时还可以在其中测定各组成分——灰分元素，如：氮、磷、钾、钙、镁、钠和多种微量元素，它们也是评价营养状况的参考指标之一。

现在常用的灰分测定方法有下列几种 [1]： (1)一般灰化法；

(2)灰化后的残灰用水浸湿后再次灰化；

(3)灰化后的残灰用热水溶解过滤后再次灰化残渣； (4)添加醋酸镁或硝酸镁或碳酸钙等灰化； (5)添加硫酸灰化。

前三种测定方法可以认为本质上相同，即均是“直接灰化法”，目前绝大多数农畜产品均采用此法。对含磷、硫、氯等酸性元素较多，即阴离子相对于阳离子过剩的样品，须在样品中加入一定量的灰化辅助剂，补充足够量的碱性金属元素，如镁盐或钙盐等，使酸性元素形成高熔点的盐类而固定起来，再行灰化。如目前国际上将添加醋酸镁作为肉和肉制品灰分测定的标准方法[5]。而相对于以钾、钙、钠、镁等为主的样品，其阳离子过剩，灰化后的残灰呈碱性碳酸盐的形式，如：大豆、薯类、萝卜、苹果、柑橘等，一般还是采用“直接灰化法”，也可以采用通过添加高沸点的硫酸，使阳离子全部以硫酸盐形式成为一定组分进行

定量的方法，目前主要用于糖类制品的灰分测定[2]，此外通过测定食品中的电解质含量，即“电导法”，也可间接测定食品中的总灰分，但目前该法只应用于白砂糖的灰分测定。

灰化温度一般书籍中往往规定为525~600℃，各种试样因灰分量与样品性质相差较大，实用时灰化温度不完全一致，实践证明大于550℃会引起部分钾、钠的氯化物损失，超过600℃，其磷酸盐也会有所损失，加热的速度也不可太快，以防急剧干馏时灼热物局部产生大量气体而至微粒飞失——爆燃，而且在高温时磷、硫等也可能被炭粒还原为氢化物而逸失。根据AOAC及AACC公定法，各种农畜产品的灰化均有一定的温度范围[1

，2，3]

。

灰分按溶解情况，测定内容可包括：总灰分(即粗灰分)、水溶性灰分、水不溶性灰分、酸溶性灰分和酸不溶性灰分。水溶性灰分大部分为钾、钠、钙等氧化物及可溶性盐类；水不溶性灰分除泥、砂外，还有铁、铝等金属氧化物和碱土金属等的碱性磷酸盐；酸不溶性灰分大部分为污泥掺入的泥沙，包括原来存在于样品组织中的二氧化硅等，如面粉中这部分灰分超过0.25%即表示有砂石粉等混入。在本节中只介绍总灰分、水溶性灰分与水不溶性灰分及酸溶性与酸不溶性灰分的测定方法。应特别指出的是一些灰分元素在干灰化过程中，可能形成难溶的复杂硅酸盐，尤其是富含硅的禾本科作物的灰分，即使用盐酸长时间消煮也不溶解。例如锰、铜、锌等会有其总量的1/4以上形成这类难溶物[1]。这对粗(总)灰分测定虽无影响，但对个别灰分元素，特别是微量元素的测定必将带来严重误差。此时可以用干灰化法与湿灰化法相结合的方法来制备待测液。

13.1.1粗灰分的测定

13.1.1.1 直接灰化法(13.1.1.1.1方法原理

注1)

总灰分常用简单、快速、节约的干灰化法测定。即将样品小心加热炭化和灼烧，除尽有机质，剩下的无机矿物质冷却后称重，即可计算样品总灰分含量。由于燃烧时生成的炭粒不易完全烧尽，样品上可能粘附有少量的尘土或加工时混入的泥沙等，而且样品灼烧后无机盐组成有所改变，如：碳酸盐增加，氯化物和硝酸盐的挥发损失，有机磷、硫转变为磷酸盐和硫酸盐，质量均有改变。所以实际测定的总灰分只能是“粗灰分”。

13.1.1.1.2 主要仪器

1. 灰化器皿：15~25mL的瓷或白金、石英坩埚(2. 高温电炉：在525~600℃能自动控制恒温；

3. 干燥器：干燥剂一般使用135℃下烘几小时的变色硅胶； 4. 分析天平；

5. 水浴锅或调温鼓风烘箱。 13.1.1.1.3试剂 1. 硝酸(1∶1)溶液； 2. 双氧水[ω(H2O2)=30%]；

3. 100g·L-1NH4NO3溶液：称硝酸铵(NH4NO3，分析纯)10.0g溶于100mL水中。

13.1.1.1.4 操作步骤 1.样品预处理(

注3)

注2)

；

：可以采用测定水分或脂肪后的残留物作为样品：(1)需要

预干燥的试样：含水较多的果汁、可以先在水浴上蒸干；含水较多的果蔬，可以先用烘箱干燥(先在60~70℃吹干，然后在105℃下烘)，测得它们的水分损失量；富含脂肪的样品，可以先提取脂肪，然后分析其残留物。(2)谷物、豆类、种实

等干燥试样一般先粉碎均匀，但磨细过1mm筛即可， 不宜太细，以免燃烧时飞失。

2.灰分测定： 将洗净的坩埚(

注4)

置于550℃高温电炉内灼烧15min以上，取

出，置于干燥器中平衡后称重，必要时再次灼烧，冷却后称重直至恒重为止。准确称取待测样品2~5g(水分多的样品可以称取10g左右)，疏松地装于坩埚中。

3.碳化(

注5)

：将装有样品的坩埚置于可调电炉上在通风橱里缓缓加热，烧至

无烟。对于特别容易膨胀的试样(如蛋白、含糖和淀粉多的试样)，可以添加几滴纯橄榄油再同上预碳化。

4.高温灰化：将坩埚移到已烧至暗红色的高温电炉门口，片刻后再放进高温电炉内膛深处，关闭炉门，加热至约525℃(坩埚呈暗红色)，或其它规定的温度(表13.1.)。烧至灰分近于白色为止，大约1~2h(

注6)

如果灰化不彻底(黑色碳粒较多)， 。

可以取出放冷，滴加几滴蒸馏水或稀硝酸或双氧水或100g·L-1NH4NO3溶液等，使包裹的盐膜溶解，炭粒暴露，在水浴上蒸干，再移入高温电炉中，同上继续灰化。灰化完全后(

注7)

，待炉温降至约200℃时，再移入干燥器中，冷却至室温后

称重。必要时再次灼烧，直至恒重。

13.1.1.1.5 结果计算(

注8)

粗灰分， % =(m2-m1)/(m3-m1)×100 式中：m1—空坩锅重(g)；

m2—灰化后(坩锅+灰分)质量(g)； m3—(空坩锅+样品)质量(g)； 13.1.1.1.6 注释 (适宜测定的样品种类)

(注1) 该方法一般适用于大多数植物茎、叶、根、蔬菜、水果、饲料、茶叶、咖啡、坚果及其制品，牛乳、提取脂肪后的油脂类、糖及糖制品、鱼类及其制品、海带等试样。

(注2) 灰化容器一般使用瓷坩埚，如果测定灰分后还测定其它成分，可以根据测定目的使用白金、石英等坩锅。也可以用一般家用铝珀自制成适当大小的铝珀杯来代替，因其质地轻，能在525~600℃的一般灰化温度范围内能稳定地使用，特别是用于灰分量少、试样采取量多、需要使用大的灰化容器的样品，如淀粉、砂糖、果蔬及其它们的制成品，效果会更好。

(注3) 各种试样因灰分量与样品性质相差较大，其灰分测定时称样量与灰化温度不完全一致，表13-1 所列条件可供参考。

(注4) 新的瓷坩埚及盖可以用FeCl3和蓝黑墨水(也含FeCl3·6H2O)的混合液编写号码，灼烧后即遗有不易脱落的红色Fe2O3痕迹的号码。

(注5) 由于灰化条件是将试样放入达到规定温度的电炉内，如不经炭化而直接将试样放入，因急剧灼烧，一部分残灰将飞散。特别是谷物、豆类、干燥食品等灰化时易膨胀飞散的试样，以及灰化时因膨胀可能逸出容器的食品，如蜂蜜、砂糖及含有大量淀粉、鱼类、贝类的样品一定要进行预炭化。

(注6) 对于一般样品并不规定灰化时间，要求灼烧至灰分呈全白色或浅灰色并达到恒重为止。也有例外，如对谷类饲料和茎秆饲料灰分测定，则有规定为600℃灼烧2h.。

(注7) 即使完全灼烧的残灰有时也不一定全部呈白色，内部仍然残留有炭块，所以应充分注意观察残灰。

(注8) 有时灰分量按占干物重的质量分数表示，如谷物、豆类极其制品的国际标准(ISO)及谷物产品的国际谷化协会(ICC)标准灰分测定均按此表示。

13.1.1.2 添加醋酸镁灰化法(13.1.1.2.1 方法原理

注1)

谷物及其制品中，磷酸根阴离子一般过剩于阳离子，高温时磷等酸性元素易逸失，且灰化过程中形成钾、钠等磷酸盐(如KH2PO4)，容易形成在较低温度下熔融的无机物，因而包裹未灰化的炭，造成供氧不足，延长灰化时间，且难以灰化完全。因此添加灰化辅助剂，如醋酸镁，过量的镁与过剩的磷酸结合，残灰

不熔融，呈白色松散状态，避免了磷的损失，灰化时间也可大大缩短，并且不损坏灰化容器。但同时须做空白试验，校正加入的醋酸镁量(灼烧后变成氧化镁)。

13.1.1.2.2 主要仪器：同13.1.1.1.2。 13.1.1.2.3 试剂

1. 醋酸镁溶液：称取MgOAc (分析纯) 6g于烧杯中，加蒸馏水50mL,再加1mL冰醋酸，边搅拌边在水浴上或电热板加热溶解，然后加450mL甲醇混合，装于细口的塑料瓶内，盖紧。

2. 其余试剂同13.1.1.1.3。 13.1.1.2.4 操作步骤

样品及灰化容器的预处理同13.1.1.1.4。 将适量试样(

注2)

2~5g疏松地装于灰化容器内，称重(精确到0.1mg)，用移液

管准确吸取醋酸镁溶液5mL，均匀地洒布于试样表面，使其全部湿润。放置5~10min.，使过剩的甲醇完全蒸发。然后按13.1.1.1.4中炭化和高温灰化步骤操作(

注3)

。

空白测定： 与灰化试样一样，吸取醋酸镁溶液5mL加到已知衡重的灰化容器内，按与样品测定完全相同的步骤进行操作。

表13-1各种试样灰分测定条件*

试样名称 谷物及其制品 测定条件** ℃ (燕麦、大麦、小麦、玉米、 B (1) 约550 荞麦、稻米、小麦粉及谷物粉类、谷物的副产品) B (5) 700

谷物及其制品 (糙米、大米、大麦仁、裸麦、麦仁、小麦、小麦仁) B (5) 600 (麸皮、细麸皮、大豆粉、淀粉) 风干植物茎叶等 B (1) (1) 600 525 新鲜或含水多植物茎叶等 A (1) 525 淀粉、淀粉制品、甜食等 B (1) 约525 水果及其制品 AB(1)(2)(3) ≤525 约525 蔬菜及其制品 AB(1)(2)(3) 咖啡及其炒豆、茶叶、坚果及其制品 B(1)(2)(3) 约525 牛乳、奶油、浓缩乳 AB (1) ≤550 550~600 525 油脂 糖密、砂糖及其制品 C (1) B(1)(2)(3) 蜂密 AB(1) 600 肉及肉制品，肉的提取物 B(1)(2)(3) 约525 鱼类及其海产品 柠檬、桔子提取物和香精、香草提取物 原糖、砂糖、粗糖密、白糖 (1)(2)(3) AB(1)(2)(3) B (4) ≤550 约525 800 [1]

*此表摘自日本食品工业学会编，1986，郑州粮食学院译，《食品分析法》四川科技出版社，

稍有改动。

**(A)作为前处理需要预干燥；(B)作为前处理需要进行预炭化；(C)作为前处理需要进行预灼烧。(1)一般直接灰化法；(2)灰化后的残渣用水浸湿后再次灰化；(3)灰化后的残渣用热水溶解过滤，残渣再次灰化；(3)硫酸灰化法[1]；(5)添加醋酸镁灰化法。

13.1.1.2.5 结果计算

粗灰分，%=(m2 -m1 -B)/(m3 -m1)×100 式中： m1—空坩锅质量(g)；

m2—灰化后(坩锅+灰分)质量(g)； m3—(空坩锅+样品)质量(g)； B—空白试验时残渣的质量(g)。 13.1.1.2.6 注释

(注1) 含磷较高的种子样品等，可以先加入一定量的硝酸镁或醋酸镁的甲醇或乙醇溶液后再灰化，温度即使高达800℃也不至引起磷的损失。由于硝酸镁容易导致爆燃，所以通常一般用醋酸镁。同理，含硫、氯较高的样品，可以用碳酸钠或石灰溶液浸透后再灰化。

(注2) 稻、麦、玉米、荞麦、蚕豆等谷物及其加工品，鸡蛋，肉制品等试样应该尽量采用此法。因为这些样品中磷等酸性元素含量相对较高。若采用直接灰化法，具体测定条件见表13.1。

(注3) 添加镁灰化，即使高温也不熔融，故理论上最好采用高温，但是作为实用的灰化温度，采用600℃也能得到实质上与700℃灰化相同的测定值[1]。

13.1.2水溶性和水不溶性灰分测定

将上述测定的粗灰分中加入蒸馏水25mL，盖上表面皿，加热至沸，用无灰尘滤纸过滤，并以热水洗坩埚等容器、残渣和滤纸，至滤液总量约为60mL。将

滤纸和残渣再置于原坩埚中，再进行干燥、炭化、灼烧、放冷、称重。残留物重量即为水不溶性灰分。粗灰分与水不溶性灰分之差，就是水溶性灰分，再根据样品质量分别计算水溶性灰分与水不溶性灰分的百分含量。

结果计算：

水不溶性灰分，%= ( m2- m0)/ m ×100

水溶性灰分，% = 粗灰分(%) - 水不溶性灰分(%) 式中：m0—灰化容器质量(g)；

m2—灰化容器和粗灰分的质量(g)； m—试样的质量(g)。

13.1.3 酸溶性和酸不溶性灰分的测定

取水不溶性灰分或测定粗灰分所得的残留物，加入100g·L-1 HCl 25mL, 放在小火上轻微煮沸5min。用无灰滤纸过滤后，再用热水洗涤至滤液无氯离子反应为止。将残留物连同滤纸置于原坩埚中进行同上干燥、灼烧，放冷并且称重。

结果计算：

酸不溶性灰分，%= (m3 - m0)/ m ×100

酸溶性灰分，% = 粗灰分(%)- 水不溶性灰分(%) 式中：m0—灰化容器质量(g)；

m3—灰化容器和酸不溶性灰分的总质量(g)； m—试样的质量(g)。