植物化学成分测定

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。

本章分为植物灰分测定、植物常量元素的测定、植物微量元素分析三节。由于植物的各种营养元素的分析测定方法在土壤分析部分大多已作介绍，学习的重点在灰分的测定，干灰化、湿灰化制备植物分析待测上，掌握分析待测液的制备方法和要点。

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(注1)

13.1.1.1.1方法原理

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(注2)；

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)：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。