本章学习重点：
掌握加速灰化的方法；
熟悉总灰分的测定原理，测定条件的选择，测定方法，灰分测定的注意事项；
了解灰分的定义、分类和测定意义，水不溶性灰分的测定，酸不溶性灰分的测定。
6.1概述
样品经高温灼烧后残留的物质即为灰分。而所谓的高温一般指的是550～600℃，可用马福炉或灰化炉实现。
灰分成分由氧化物与盐组成，包括金属元素和非金属元素，还有微量元素，即除去C、H、N之外的元素。根据食品组成的特点，灰分中约含50余种元素，包括金属元素如K、Na、Ca、Mg、Fe；非金属元素如Cl、S、P、Si；微量元素如Mn、Co、Cu、Zn。这些成分对人体具有很大生理价值，占人体体重的4%～5%。
通常认为动物制品的灰分是一个恒定常数，但是植物来源的情况却是复杂得多。表6-1给出了部分食品的平均灰分含量，大部分新鲜食品的灰分含量不高于5%，纯净的油脂的灰分一般很少或不含灰分，而烟熏肉制品可含有6%的灰分，干牛肉含有高于11.6%的灰分（按湿基计）。
脂肪、糖类和起酥油含有0～4.09%的灰分，而乳制品含有0.5%～5.1%的灰分，水果、水果汁和瓜类含有0.2%～0.6%的灰分，而干果含有较高的灰分（2.4%～3.5%），面粉类和麦片含有0.3%～4.3%的灰分，纯淀粉含有0.3%的灰分，小麦胚芽含有4.3%的灰分。含糠的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0.8%～3.4%的灰分，肉、家禽和海产品类含有0.7%～1.3%的灰分。
根据灰分的物理性质，可将灰分分为水溶性灰分和水不溶性灰分；水溶性灰分一般为K、Na、Ca的氧化物和可溶性盐。而水不溶性灰分是食品加工过程中污染的泥砂，铁、铝的金属氧化物，碱土金属的碱性硫酸盐等。
根据灰分的酸碱性，可将灰分分为酸溶性灰分和酸不溶性灰分。其中酸溶性灰分为可溶解于酸中的灰分；而酸不溶性灰分为污染的泥砂及其本身含有的SiO2。
食品中的总灰分是一有效的质量控制指标。如通过测定灰分可判断小麦、大米加工的精度。在面粉划分等级时往往采用灰分指标，这是因为小麦麸皮的灰分含量比胚乳高20倍。如富强粉灰分应为0.3%～0.5%，标准粉灰分应为0.6%～0.9%。
方便面也是灰分越小，其加工精度越高，灰分一般要求控制在0.4%以下。
灰分的多寡还可以判定食品是否符合卫生要求，有无污染。文献记载，牛乳总灰分在0.6%～0.9%范围，而在实际测定中，牛乳总灰分很少低于0.68%或者高于0.74%，即在0.68%～0.74%范围内。如果牛乳中测定的总灰分含量低于0.68%或者高于0.74%，则可判断牛乳中可能掺假了。
果汁、果酱的浓度与其水果汁含量有关，测定其灰分，便可知果酱是否掺假。灰分是明胶、果胶类凝胶制品胶冻性能的标志。
测定产品的灰分含量也可检验食品加工过程中的污染情况。所以，灰分也是食品成分全分析的项目之一。
6.2样品制备
测定灰分时，既可以用测定水分之后的样品，也可以用未经处理的样品。样品制备过程中要根据其含水量、组成等要素进行处理。
液态样品或者水分含量较高的样品不能直接进入高温炉灰化，必须先进行蒸发或者烘干等预处理才能进行后续的步骤。果汁、牛乳等液体试样，应准确称取适量试样于已知重量的瓷坩埚（或蒸发皿）中，置于水浴上蒸发至近干，再进行炭化。这类样品若直接炭化，液体沸腾，易造成溅失。果蔬、动物组织等水分含量较高的样品，先制备成均匀样品，再准确称取样品置于已知重量的坩埚中，放烘箱中干燥（先60～70 ℃，后105 ℃），再炭化。也可取测定水分后的干燥试样直接进行炭化。
富含脂肪的样品，应把试样制备均匀，准确称取一定量的试样，先提取脂肪，再将残留物移入已知重量的坩埚中，进行炭化。
谷物、豆类等水分含量较少的固体试样，先粉碎成均匀的试样，取适量试样于已知重量的坩埚中再进行炭化。样品不能磨得太细，过细时往往导致有机物氧化不完全。
富含糖、蛋白质、淀粉的样品在灰化前滴加几滴纯植物油，以防止炭化过程中发泡溢出而导致损失。
在灰化之前，大多数的干制品无须制备（如完整的谷粒、谷类食品、脱水蔬菜），而新鲜蔬菜则必须干燥；高脂样品（如肉类）必须先干燥、脱脂；水果和蔬菜必须考虑水溶性灰分和灰分的碱度，并按湿基或干基计算食品的灰分含量；灰分的碱度可有效地测定食品的酸碱平衡和矿物质含量，以检测食品的掺杂情况。
根据试样的种类和性状决定取样量。食品中的灰分与其他成分相比，相对含量较少，例如谷物及豆类为1%～4%，蔬菜为0.5%～2%，水果为0.5%～1%，鲜鱼、贝为1%～5%，而精糖只有0.01%。所以取样时应考虑称量误差，以灼烧后得到的灰分量为10～100 mg来决定取样量。
乳粉、大豆粉、麦乳精、调味料、水产品等取样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。
6.3总灰分测定
6.3.1炭化和灰化
炭化同碳化，一般指生物质在缺氧或贫氧条件下的一种热解技术，在灰分测定过程中，为了防止样品在高温灰化时由于反应过度剧烈而导致灰分损失而采取的步骤。
准确称取一定量已处理好的样品至坩埚中，半盖坩埚盖，用电炉或煤气灯加热，样品逐渐炭化，直至无黑烟产生。炭化时要注意热源强度，缓慢进行，干馏时会产生大量气体，如温度升高太急，会急速产生气体将颗粒带走。对易膨胀、发泡的如含糖、蛋白多的样品，可在样品上加数滴辛醇或纯植物油，再进行炭化。
炭化处理的目的是：①防止在直接高温灼烧时，因灼烧温度过高，试样中的水分急剧蒸发，而使试样飞扬损失；②防止糖、蛋白质、淀粉等易发泡膨胀的物质在高温灼烧时发泡膨胀而溢出坩埚；③不经炭化而直接灰化时，碳粒易被包裹住，导致灰化不完全。
炭化后，把坩埚移入已达规定温度（500～600℃）的高温炉炉口处，稍停留片刻，再慢慢地移入炉膛内，坩埚盖斜倚在坩埚口，关闭炉门。灼烧时间视样品种类、性状而异，至灰中无碳粒存在即可。打开炉门，将坩埚移至炉口处冷却至200℃左右，移入干燥器中冷却至室温，准确称重，再灼烧、冷却、称重，直至达到恒重，该过程称为灰化。
食品在灰化过程中发生的化学变化。
（1）有机物中脂肪、蛋白质、碳水化合物等首先脱水，炭化，然后碳与空气中氧气生成CO2，一部分逸散。
（2）蛋白质中的氮生成N2或NH3，逸散。
（3）有机酸盐转变成无机酸盐，如植物性食品中常含有草酸钙，经高温加热分解成CaCO3，进一步加热分解为CaO。
（4）含S、P的氨基酸生成含S、P的盐类，如硫酸根离子和磷酸根离子。
（5）磷酸盐在阴离子多的情况下产生P2O5。
（6）砷在100℃以上直接挥发。
6.3.2灼烧条件选择
灼烧温度通常控制在500～700℃，选择原则是经过高温灼烧后，样品中的有机成分被去除而无机成分保留。灼烧温度较低时，灰化时间则较长。为了缩短灰化时间，可采用快速灰化方法，即选择灼烧温度为700℃，但是在快速灰化过程中需要加入固定剂，使无机成分不易因温度过高而有所损失。
在快速灰化过程中，有机物会发生以下的变化：碳水化合物，一般在330～350℃易发生分解，以二氧化碳气体和水蒸气形式逸出坩埚（CO2↑+H2O↑）；对于高糖或胶体食品，可能产生炭化，从而引起发泡或膨胀，使样品逸出，引起损失，所以这类物质应缓慢加热，控制发泡，或者加1滴植物油。脂肪在350℃冒烟，此时要控制温度，防止脂肪着火，否则脂肪燃烧后可能使部分微粒散失。蛋白质在350℃冒烟，不采用灼烧的方式，往往采用湿法灰化。蛋白质在350℃时易分解，但赖氨酸不易分解，故蛋白质中赖氨酸含量较大时，应延长消化时间。蛋白质中组氨酸、色氨酸都含有杂环，也不易分解。若用干法灰化，动物蛋白质需要在高温（550～600℃）下才能灰化。
灼烧时间一般不固定，而是通过观察残留物（灰分）的颜色是否为全白色或浅灰色，内部无残留的碳块，并是否达到恒重为止，即两次结果相差<0.5 mg进行判断。
