食品分析《碳水化合物的测定》(课堂PPT).ppt

食品分析FOOD ANALYSIS浙江科技学院浙江科技学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院刘铁兵刘铁兵1 1浙江科技学院浙江科技学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院刘刘 铁铁 兵兵食品分析2 2第第7 7章章 碳水化合物的测定碳水化合物的测定1 1、食品中的糖类、食品中的糖类（1）碳水化合物的概念：（2）碳水化合物的分类：按组成分 按功能分 从食品角度分：有效碳水化合物 无效碳水化合物 什么是膳食纤维？糖糖+蛋白质蛋白质糖蛋白糖蛋白 糖糖+脂肪脂肪糖脂糖脂 碳水化合物存在于碳水化合物存在于各种食品的原料中（特各种食品的原料中（特别是植物性原料中）。别是植物性原料中）。作为食品工业的主作为食品工业的主要原料和辅助材料。要原料和辅助材料。3 在各种食品中存在形式和含量不一。糖分为单糖、双糖、多糖。有效碳水化合物人体能消化利用的单糖、双糖、多糖中的淀粉。无效碳水化合物多糖中的纤维素、半纤维素、果胶等不能被人体消化利用的。这些无效碳水化合物能促进肠道蠕动。4（3）食品中的碳水化合物5（4）食品中的碳水化合物的作用：提供人类能量的约大部分：5070%提供适宜的质地、口感和甜味（如麦芽糖可作为增稠 剂与稳定剂；食品的Maillard反应需要糖的参与）有利于胃肠蠕动，促进消化（如纤维素被称为膳食纤维，低聚糖可促进小孩双歧杆菌生长，促进消化）（5）食品中常见碳水化合物的结构特点（6）食品中常见碳水化合物的性质 还原性、水解性、发酵性62 2、食品中的碳水化合物的测定、食品中的碳水化合物的测定 物理法物理法 化学法化学法 色谱法色谱法 发酵法发酵法 酶酶 法法 重量法重量法相对密度法折光法 旋光法物理法7化学法还原糖法碘量法比色法直接滴定法法 (改良的兰爱农法）高锰酸钾法 萨氏法 3，5二硝基水杨酸 酚硫酸法 蒽酮法 半胱氨酸咔唑法8 色谱法纸色谱 薄层色谱 GC HPLC 半乳糖脱氢酶测半乳糖、乳糖 葡萄糖氧化酶测葡萄糖 发酵法 测不可发酵糖 重量法测果胶、纤维素、膳食纤维素 酶法9（1）糖类的提取与澄清：1）提取液的制备 常用提取剂：水和乙醇；遵循的原则：A、取样量和稀释倍数：最终含糖量在0.5-3.5g/ml；B、含脂肪食品：先脱脂后水提取；C、含大量淀粉和糊精的食品：70-75%乙醇提取；D、含酒精和二氧化碳的液体食品：蒸发除气体，酸性食品先中和后提取；E、固体样品：可40-50加热，乙醇提取时要回流。102）提取液的澄清 提取液中除糖外，还有杂质：色素、蛋白质、可溶性果胶、可溶性淀粉、有机酸、氨基酸、单宁等；澄清剂种类很多，根据不同需要加以选择：应满足的条件：A、较完全除去干扰物质；B、不干扰糖分测定；C、不吸附糖类物质；D、多余的澄清剂易除去或不干扰操作。11常用的澄清剂有：A、中性醋酸铅：能除去蛋白质、果胶、有机酸、单宁等，缺点是脱色能力差、铅盐有毒；B、乙酸锌和亚铁氰化钾溶液：利用它们反应生成沉淀带走 或吸附干扰物质，除蛋白质能力强，脱色能力差，适合于乳制品、豆制品；C、硫酸铜和氢氧化钠溶液：在碱性条件下，铜离子使蛋白质沉淀，适合于富含蛋白质样品的澄清；D、活性炭：可除去色素，但对糖类有吸附。12硫酸铜和氢氧化钠溶液硫酸铜和氢氧化钠溶液中性醋酸铅中性醋酸铅【Pb(CH3COO)23H2O】乙酸锌和亚铁氢化钾溶液乙酸锌和亚铁氢化钾溶液还有碱性醋酸铅、还有碱性醋酸铅、氢氧化铝溶液、活性炭等。氢氧化铝溶液、活性炭等。13除此之外，还有碱性醋酸铅、氢氧化铝溶液、活性炭等，这些澄清剂缺点很多。选择澄清剂时应考虑测定方法：如直接滴定法不能用硫酸铜-氢氧化钠作澄清剂，以免混入铜离子，用高锰酸钾测定糖时不能用醋酸锌-亚铁氰化钾作澄清剂，以免混入亚铁离子。澄清剂的用量：视干扰物质的种类和含量而定；样液除铅：采用醋酸铅作澄清剂时，残留的铅离子在加热时与糖（特别是果糖）结合生成铅糖化合物，影响测定。常用除铅剂有：草酸钠、草酸钾、硫酸钠、磷酸氢二钠等。果蔬菜样品可采用中性醋酸铅溶液作为澄清剂；乳制品则采用醋酸锌亚铁氰化钾溶液或碱性硫酸铜溶液。14兰埃农法测定还原糖（兰埃农法测定还原糖（LaneEynon）基本原理：样品除蛋白质后，以亚甲基蓝为指示剂，用样液直接滴定标定过的菲林试剂，达到终点后稍过量的还原糖即可将蓝色的亚甲基蓝指示剂还原成无色，而显示氧化亚铜的鲜红色。15兰埃农法测定还原糖兰埃农法测定还原糖反应方程式16主要试剂17操作方式：（1）样品处理：提取脱蛋白过滤得清液（2）测定：A、标定菲林试剂：吸取5.0ml酒石酸铜钾和5.0ml菲林试剂乙，置于150ml锥形瓶，加水10 ml，从滴定管中加入标准葡萄糖约9.5ml，加热使在2min内沸腾，趁热每2秒1滴速度加葡萄糖标准溶液，至蓝色刚好褪去为终点，记录消耗葡萄糖标准溶液的总体积，平行操作三次，取平均值计算10ml（甲，乙各5ml）酒石酸铜溶液相当葡萄糖的质量f。18 B、预滴定：各吸取5.0ml菲林试剂甲和乙，置于150ml锥形瓶，加水10 ml，加入玻璃珠2粒，加热使在2min内沸腾，趁热以先局面后慢速度加样品溶液，至蓝色刚好褪去为终点，记录消耗样品溶液的总体积。C、正式滴定：各吸取5.0ml菲林试剂甲和乙，置于150ml锥形瓶，加水10 ml，加入玻璃珠2粒，从滴定管中加入比预滴定少0.51ml的样品液，加热使在2min内沸腾，并维持2min，趁热每2秒1滴速度加样品溶液，至蓝色刚好褪去为终点，记录消耗样品的总体积。19（3）计算：X，样品中还原糖的质量%，以葡萄糖计；f，与10ml菲林试剂相当的还原糖量，mg；250，样品处理后的总体积，ml；V，样品试液滴定量，ml；m，样品质量或体积，g，ml。20（4）说明：还原糖与菲林试剂的反应复杂,为使结果准确,严格按操作条件进行,控制2min内沸腾,同时总沸腾时间不要超过3min；由于亚甲基蓝被还原成无色后，若与空气接触会恢复成蓝色，故整个滴定过程要在沸腾下进行。因长时间加热，糖在酸性溶液中也会被破坏，特别是在有蛋白质氨基酸共存时，因此脱蛋白质要完全，预滴定可以减少加热时间。含脂肪较多的样品，先用乙醚或石油醚处理脱脂。菲林甲液与乙液分别贮藏，使用时才混合，以免酒石酸钾钠铜络合物在碱性条件下分解析出氧化亚铜。21高锰酸钾滴定法测定还原糖高锰酸钾滴定法测定还原糖基本原理：脱蛋白后的样品与过量的菲林试剂反应，将生成的氧化亚铜过滤出来，用酸性硫酸铁处理，生成硫酸亚铁和硫酸铜，再用高锰酸钾滴定生成的亚铁盐，根据高锰酸钾的消耗量可知氧化亚铜的量，再查表求得还原糖的量。2223说明：A、国家标准分析方法；适用于各类食品测定，包括深色食品；此法比直接滴定法准确、重现性好，但比较费时、操作复杂。B、取样量视糖含量而定，25-1000mg；C、样品处理时不能用乙酸锌和亚铁氰化钾用澄清剂，以免混入二价铁；D、必需控制热强度，在4分钟内沸腾；E、煮沸后样液应呈蓝色，否则碱性酒石酸铜不够；F、保证在洗涤和过滤时沉淀氧化亚铜始终在液面以下；G、样品中的还原性双糖会影响测定结果；H、因反应十分复杂，且不同的还原糖还原能力不一样，因此不能用反应式来定量。24肖氏法测定还原糖肖氏法测定还原糖基本原理：以过量的菲林试剂氧化还原糖后，剩余的菲林试剂中的Cu2+用KI还原，然后用Na2S2O3标准溶液滴定析出的I2。根据试样与空白所消耗的标准溶液量的体积可计算出铜的量，查表求得还原糖的量。25肖氏法测定还原糖肖氏法测定还原糖计算：（1）计算氧化10ml提取液中还原糖所相当的铜的mg数。（2）根据铜重查表计算还原糖量：说明：（1）该法适合于各类食品中还原糖测定，尤其是果蔬及植物性样品；（2）该法不需要在沸腾条件下滴定。26萨氏萨氏(Somogyi)(Somogyi)法法原理 将一定量的样液与过量的碱性铜盐溶液共热，样液中的还原糖定量地将二价铜还原为氧化亚铜，生成的氧化亚铜在酸性条件下溶解为一价铜离子，并能定量地消耗游离碘，碘被还原为碘化物，而一价铜被氧化为二价铜。剩余的碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定，同时做空白试验，根据硫代硫酸钠标准溶液消耗量可求出与一价铜反应的碘量，从而计算出样品中还原糖含量。各步反应式如下：2Cu+I2 =2Cu2+2 I-I2+2 Na2S2O3 =Na2S4O6+2 NaI27直接滴定测定还原糖直接滴定测定还原糖基本原理：样品经除蛋白后，在加热条件下直接滴定标定碱性酒石酸铜溶液，以次甲基蓝为指示剂，根据样品消耗体积计算出还原糖量。该法是在兰埃农法基础上发展起来的，区别是所用试剂量更少，同时因乙液中加了少量的亚铁氰化钾，使其与氧化亚铜生成可溶性的无色络合物，故不再析出红色沉淀。28说明：说明：此法测定的是总还原糖；因为碱性酒石酸钾钠氧化性强；反应体系中铜离子是定量的基础，因此不能用铜盐作澄 清剂；次甲基兰也是一种氧化剂，但在测定条件下比二价铜离 子要弱；在碱性酒石酸铜乙液中加入少量亚铁氰化钾的目的是消 除氧化亚铜的红色干扰，生成无色的可溶性络合物；碱性酒石酸铜甲液和乙液临用时才混合。滴定必需在沸腾条件下进行，因为一、加快还原糖与二价 铜的反应；二、可逆的次甲基兰变色反应，遇空气后会氧化还原型次甲基兰；三、氧化亚铜不稳定，沸腾可避免氧气进入；29 操作时要避免空气混入；样品预滴定的目的：一、了解样品溶液浓度是否合适；二、可知大概消耗量，以确保1分钟内完成滴定，提高准 确度；影响测定结果的主要操作因素：反应液碱度、热源强度、煮沸时间、滴定速度 将预滴定样液所需体积大部分先加入碱性酒石酸铜溶液 中共沸，仅留1mL时由滴定方式加入，其目的是减少操作 误差，同时加快速度，提高准确度；30碘量法测定还原糖碘量法测定还原糖基本原理：以上反应在一定范围内定量进行。以过量的NaOH使反应的I2全部消耗，然后酸化，用标定过的硫代硫酸钠滴定生成的I2量，消耗的体积与空白消耗体积之差即为还原糖与I2反应的量。所以最后滴定1mmol的碘相当于180mg葡萄糖、360mg乳糖、342mg麦芽糖。适用于醛糖和酮糖共同存在时单独测定醛糖，适用于各类食品中葡萄糖的测定。31醛糖+I2+3 NaOH=醛糖酸钠+2 NaI+2H2OI2+2 NaOH=NaIO+NaI+H2ONaIO +NaI+2 HCl=I2+2 NaCl+H2O(2)适用范围 本法用于醛糖和酮糖共存时单独测定醛糖。适用于各类食品，如硬糖、异构糖、果汁等样品中葡萄糖的测定。32碘量法测定还原糖碘量法测定还原糖说明：自创建以来，进行了多次改进，其目的是：一是防止酮糖氧化；其二是使碱性条件下醛糖与碘的反应完全按当量反应式进行；应除去样品中的乙醇、丙酮，因它们会消耗碘，影响测定；分常量法和微量法，主要差别在于样液用量、试剂浓度及用量不同；此法与直接滴定法结合，可以用于测定葡萄糖与果糖共存时的果糖测定。333 3，5 5二硝基水杨酸比色法测定还原糖二硝基水杨酸比色法测定还原糖基本原理：在NaOH和丙三醇存在时，还原糖能与3，5二硝基水杨酸中的硝基还原为氨基，生成氨基化合物，此化合物在过量的氢氧化钠碱性条件下呈桔红色，在540nm有最大吸收，其吸光度与还原糖含量成正比。适用范围：各类食品中还原糖的测定，具有准确度高、重现性好、操作简便、快速等优点。34半胱氨酸半胱氨酸咔唑法测定还原糖咔唑法测定还原糖基本原理：单糖与强酸反应，生成糠醛或其衍生物，再与显色剂半胱氨酸及咔唑缩合成有色络合物，此络合物在650nm处有最大吸收。适用范围：微量法；适用于果糖与葡萄糖共存时果糖的测定；虽然果糖与葡萄糖均能与显色剂反应，但果糖显色程度要远大于葡萄糖。但不适用于有蔗糖存在时果糖的测定。35蒽酮比色法测定总糖含量蒽酮比色法测定总糖含量基本原理：单糖遇浓硫酸时，脱水生成糠醛衍生物，后者可与蒽酮缩合成蓝色化合物，可在620nm比色测定。试剂：系列葡萄糖标准溶液：0.1%蒽酮溶液；72%硫酸溶液；36蒽酮比色法测定总糖含量蒽酮比色法测定总糖含量说明：本法是微量法，具有灵敏度高、试剂用量少特点；操作条件，主要是硫酸浓度、取样量、蒽酮用量、沸水中 时间、显色时间之间具有联系，不能随意更改；浓硫酸可使淀粉、双糖等水解，因此在测定前要除去，用 52%高氯酸作提取剂则结果包括淀粉，用80%乙醇作提取 剂则结果不包括淀粉糊精；同时要除去纤维素，因纤维素 也能与试剂发生反应；蒽酮试剂不稳定，应当天使用，并加硫脲作稳定剂；要求样液需清澈透明，若样液颜色较深可用活性炭脱色。37GB/T 5009.72003食品中还原糖的测定 1.直接滴定法（先标定再测定）2.高锰酸钾法GB/T 5009.82003食品中蔗糖的测定 转化为还原糖再测定38蔗糖含量的测定蔗糖含量的测定（1）蔗糖广泛分布植物中，在食品工业中常作为甜味剂；（2）测定方法有：相对密度法、折光法、旋光法、还原糖法；（3）通常用还原糖法，即蔗糖与酸共热或在酶作用下，水 解生成葡萄酒和果糖，再按还原糖测定方法测定转化 产物。39（4）转化方法的选择 酶转化：利用-果糖苷酶（转化酶）的选择性水解，该法干扰少，但成本大，过程复杂。酸转化：用盐酸水解，应用最广的一种水解方法。（5）说明：在本法的水解条件下蔗糖可完全水解，而其它双糖和淀 粉水解很少，可忽略；严格控制水解条件；（样液体积、酸浓度与用量、水解 温度、水解时间）40（5）说明：根据：蔗糖（342）+水=葡萄糖（180）+果糖（180）；即1分子蔗糖水解后得到1分子葡萄糖与1分子果糖，因此，换算系数为342/（180+180）=0.95；为减少误差，测得的还原糖应以转化糖表示，因此直接 滴定法时应以0.1%转化糖标准液标定碱性酒石酸铜溶 液。高锰酸钾滴定时也应查转化糖项。41乳粉中蔗糖和乳糖含量的测定乳粉中蔗糖和乳糖含量的测定基本原理与步骤：（1）脱蛋白：醋酸锌和亚铁氰化钾脱蛋白质；（2）用兰埃农法测定还原糖含量，近似于乳糖含量；但当 蔗糖与乳糖比超过3:1时，需要在滴定量中加上一个校 正数后再计算。（3）利用测定乳糖的数据，查附录表得测定蔗糖前转化糖 的量（w1）。（4）用盐酸水解样品液，再进行还原糖含量测定，得转化 糖含量（w2）。故蔗糖含量为（w2-w1）*0.9 (以转化糖表示)42淀粉含量的测定淀粉含量的测定（1）淀粉的结构与性质43淀粉含量的测定淀粉含量的测定（1）淀粉的结构与性质 淀粉的物理性质白色粉末，在热水中溶胀。纯支链淀粉能溶于冷水中，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水。化学性质无还原性遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色。水解：酶解酸解44淀粉含量的测定淀粉含量的测定（1）淀粉的结构与性质 糊化 淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀，分裂，形成均匀的 糊状溶液的过程被称为糊化。其本质是微观结构从有序 转变成无序。糊化温度 指双折射消失时的温度。糊化温度不是一个点，而是一段温度范围。影响糊化的因素 结构：直链淀粉小于支链淀粉。45Aw：Aw提高，糊化程度提高。糖：高浓度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。盐：高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；低浓度的盐存在，对 糊化几乎无影响。但对马铃薯淀粉例外，因为它含有磷 酸基团，低浓度的盐影响它的电荷效应。脂类：脂类可与淀粉形成包合物，即脂类被包含在淀粉螺旋 环内，不易从螺旋环中浸出，并阻止水渗透入淀粉粒。酸度：pH60 或7%；低甲氧基果胶：甲氧基含量低于7%；羧基若100%被甲酯化，甲氧基理论含量为16.3%。74果胶类物质测定果胶类物质测定形成凝胶的三个条件：糖浓度达60-65%以上；pH2-3.5；果胶浓度0.3-0.7%以上；（低甲氧基果胶还需二价金属离子作交联剂）果胶质在食品工业中的应用：生产果冻；作稳定剂；作增稠剂；作乳化剂；络合金属离子功能饮料；主要测定方法有：重量法；咔唑比色法；果胶酸钙滴定法（适用于纯果胶测定，且样液颜色深时不易确定滴定终点）；蒸馏滴滴法：此法回收率较低，不常用。75重量法测定果胶重量法测定果胶基本原理：样品70%乙醇处理果胶沉淀乙醇洗涤 乙醚洗涤沉淀酸提取水提取总果胶水溶性果胶皂化果胶酸钠醋酸化果胶酸钙盐果胶酸钙烘干称重可溶性糖、脂肪、色素76适用范围与特点：各类食品；方法可靠、但操作较烦琐；同时果胶酸钙沉淀夹杂其它胶态物质；说明：换算系数为0.9233，它是果胶酸钙中果胶酸的理论含量；新鲜试样中含有果胶酶，它会分解果胶，因此要钝化，即 将切片放入乙醇中；检验糖分用苯酚-硫酸法：加入氯化钙时要不断搅拌以减少过饱和；采用热过滤和热水洗涤沉淀，目的是降低粘度，加快过滤 速度和洗涤速度，并增大杂质的溶解度，使其容易被洗涤。77咔唑比色法测定果胶咔唑比色法测定果胶基本原理：果胶水解半乳糖醛酸强酸条件咔唑试剂缩合成紫红色化合物530nm比色适用范围与特点：各类食品；操作简单、快速、准确度高、重现性好等；测定步骤：样品处理：果胶的提取：标准曲线绘制：测定：78咔唑比色法测定果胶咔唑比色法测定果胶说明：1）结果以半乳糖醛酸表示，若要换成果胶含量，则乘 以一系数（不同来源果胶系数不同）；2）糖的存在对呈色影响较大，故应洗涤除去；3）硫酸浓度对呈色影响较大，故测定与标准曲线浓度 要一致；4）显色迅速、稳定，10分钟内可完成。79总糖的测定 食品中的总糖通常是指具有还原性的糖(葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽等)和在测定条件下能水解为还原性单糖的蔗糖的总量。总糖是食品生产中常规分析项目。它反映的是食品中可溶性单糖和低聚糖的总量，其含量高低对产品的色、香、味、组织形态、营养价值、成本等有一定影响。80总糖是麦乳精、糕点、果蔬罐头、饮料等许多食品的重要质量指标。总糖的测定通常是以还原糖的测定方法为基础的，常用的是直接滴定法，此外还有蒽酮比色法等。1.直接滴定法 原理 样品经处理除去蛋白质等杂质后，加入盐酸，在加热条件下使蔗糖水解为还原性单糖，以直接滴定法测定水解后样品中的还原糖总量。81说明与讨论 总糖测定结果一般以转化糖计，但也可以以葡萄糖计，要根据产品的质量指标要求而定。如用转化糖表示，应该用标准转化糖溶液标定碱性酒石酸铜溶液，如用葡萄糖表示，则应该用标准葡萄糖溶液标定。在营养学上，总糖是指能被人体消化、吸收利用的糖类物质的总和，包括淀粉。这里所讲的总糖不包括淀粉，因为在测定条件下，淀粉的水解作用很微弱。82可溶性糖类的分离与定量主要方法：1.纸色谱法分离效果差，操作时间长。2.GC法糖不易挥发。3.薄层色谱法（TLC）问题同纸色谱法。4.HPLC法特别是离子色谱法（IC法）用高性能阴离子交换柱。83TMS糖的三氯硅烷衍生物84HPLCHPLC法法85离子色谱法图谱离子色谱法图谱86重点化学法测定还原糖有几种方法？直接滴定法、高锰酸钾法的测定原理？可溶性糖提取澄清剂的种类、三种要求？总糖的测定方法？淀粉的测定方法？名词解释：粗纤维、纤维素、半纤维素、木质素、膳食纤维素。粗纤维的测定。膳食纤维的测定。87浙江科技学院浙江科技学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院刘刘铁铁兵兵食品分析88