食品化学与分析实验设计

食品化学与分析实验设计根据实验需要，通过查阅手册，工具书和其他信息源获取必要信息，能独立、正确地设计实验（选择实验方法、实验条件、所需仪器、设备和试剂等），独立撰写设计方案。一、粮食中水分的测定（直接干燥法）粮食中的水分与粮食的品质、耐保藏性等密切相关。粮食的含水率越高，品质则越差，出现霉变的机率也大大增加。因此，应对粮食中的水分加以控制。（一）原理利用食品中水分的物理性质，在101.3 kPa（一个大气压），温度101 105 下采用挥发方法测定样品中干燥减失的重量，包括吸湿水、部分结晶水和该条件下能挥发的物质，再通过干燥前后的称量数值计算出水分的含量。（二）仪器和设备1. 玻璃制称量瓶。2. 电热恒温干燥箱。3. 干燥器：内附有效干燥剂。4. 天平：感量为0.1 mg。（三）分析步骤1. 容器恒重 取洁净玻璃制称量瓶，置于105 干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热1.0 小时，取出盖好，置干燥器内冷却0.5小时，称量，并重复干燥至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒重。2. 样品处理 将混合均匀的粮食迅速磨细至颗粒小于2 mm。3. 测定 称取上述样品5g（精确至0.0001g），放入上述称量瓶中，试样厚度不超过5 mm，加盖，精密称量。置105 干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，干燥4小时后，盖好取出，放入干燥器内冷却0.5小时后进行称量。然后再放入105 干燥箱中干燥1 h左右，取出，放入干燥器内冷却0.5 h后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒重。（四）分析结果的表述样品中水分的含量按下列公式进行计算。 m1m2X = 100m1 m3式中：X 样品中水分的含量，单位为克每百克（g/100g)；m1 称量瓶和试样的质量，单位为克（g）；m2 称量瓶和试样干燥后的质量，单位为克（g）；m3 称量瓶的质量，单位为克（g）。（五）注意事项1. 本方法适用于在 101 105 下，不含或含其他挥发性物质甚微的谷物及其制品、水产品、豆制品、乳制品、肉制品及卤菜制品等食品中水分的测定，不适用于水分含量小于0.5 g/100 g的样品。2. 在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的5 %。3. 两次恒重值在最后计算中，取最后一次的称量值。4. 数据表述方法 水分含量1 g/100 g时，计算结果保留三位有效数字；水分含量1 g/100 g时，结果保留两位有效数字。5. 应保持干燥器处于正常状态，如不能处于正常状态，则需要对干燥器进行适当处理。二、油脂氧化及其质量评价实验设计（一）实验原理脂肪氧化的初级产物是氢过氧化物ROOH，因此通过测定脂肪中氢过氧化物的量，可以评价脂肪的氧化程度。同时脂肪氧化的初级产物ROOH可进一步分解，产生小分子的醛、酮、酸等，因此酸价也是评价脂肪变质程度的一个重要指标。本实验通过油脂在不同条件下贮藏，并定期测定其过氧化值和酸价，了解影响油脂氧化的主要因素。与空白和添加抗氧化剂的油样品进行比较，观察抗氧化剂的性能。过氧化值的测定：碘量法。在酸性条件下，脂肪中的过氧化物与过量的KI反应生成I2，析出的I2用硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液滴定，根据硫代硫酸的用量来计算油脂的过氧化值。求出每千克油中所含过氧化物的毫摩尔数，即为脂肪的过氧化值（POV）。酸价的测定：滴定法。利用酸碱中和反应，测出脂肪中游离酸的含量。油脂的酸价以中和1克脂肪中游离酸所需消耗的氢氧化钾的毫克数表示。（二）材料、试剂与仪器1、材料：油脂。2、仪器：（1）小广口瓶（40mL）6个，保证规格一致，并干燥；（2）恒温箱（可控60左右）；（3）其它：碘价瓶250mL、微量滴定管（5mL）、量筒（ 5、50mL）、移液管、容量瓶（ 100、1000mL）、滴瓶、烧瓶、碱式滴定管、锥形瓶（250mL）、试剂瓶、称量瓶、天平（感量0.001g）。3、试剂：（1）丁基羟基甲苯（BHT）；（2）0.01mol/L Na2S2O3：用标定的0.1mol/L Na2S2O3稀释而成；（3）氯仿-冰乙酸混合液：取氯仿40mL加冰乙酸60mL，混匀；（4）饱和碘化钾溶液：取碘化钾10g，加水5mL，贮于棕色瓶中，如发现溶液变黄，应重新配制；（5）0.5%淀粉指示剂：500mg淀粉加少量冷水调匀，再加一定量沸水（最后体积约为100 mL）；（6）0.1mol/L氢氧化钾（或氢氧化钠）标准溶液；（7）中性乙醚-95%乙醇（2:1）混合溶剂：临用前用0.1mol/L碱液滴定至中性。（8）1%酚酞乙醇溶液所用试剂为国产分析纯。（三）实验设计1、油脂的氧化在干燥的小烧杯中，将120g油分为2等份，向其中一份中加入0.012g BHT，分别对两份中油脂作同样的搅拌至加入的BHT完全溶解。向三个广口瓶中各装入20g未添加BHT的油脂，另三个中各装入20g已添加BHT的油脂，按下表所列编号存放于对应的环境条件下，一周后测定过氧化值和酸价。油脂贮存条件与氧化程度的观察存放条件编号油脂预处理室温光照1未添加BHT的油脂2添加BHT室温避光3未添加BHT的油脂4添加BHT60（恒温箱）5未添加BHT的油脂6添加BHT2、过氧化值的测定（1）称取混合均匀的油样2-3g（精确到0.01g）置于250ml干燥的碘量瓶底部，加入20-30mL氯仿-冰乙酸混合液，轻轻摇动充分混合；（2）加入1mL饱和碘化钾溶液，加塞后摇匀，在暗处放置5min；（3）取出碘量瓶，立即加入50mL蒸馏水，充分混合后，立即用0.01mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至水层呈浅黄色时，加入1mL淀粉指示剂，继续滴定至蓝色消失为止，记下体积V1，并计算POV。（4）同时做不加油样的空白试验，记下体积V2。3、酸价的测定（1）称取均匀的油样4g（精确到0.01g），注入250ml锥形瓶；（2）加入中性乙醚-乙醇溶液50mL，小心旋转摇动，使油样完全溶解；（3）加23滴酚酞指示剂，用0.1mol/L碱液滴定至出现微红色并在30s内不消失，记下消耗碱液的毫升数（V），并计算酸价。 （四）结果计算1、过氧化值（POV）的计算（1）用过氧化物氧的毫克当量数表示时，可按下式（1）计算 POV（过氧化物氧的mmol/kg 油) = (V1V2)C/W1000-(1)式中：V1油样用去的Na2S2O3溶液体积（mL） V2空白试验用去的Na2S2O3溶液体积（mL） CNa2S2O3溶液的摩尔浓度（mol/L） W油样重（g）（2）也可用氧化值(I2%)表示，按下式计算氧化值(I2%)=(V1-V2) C0.1269/W 100 -(2)式中：V1、V2、 C、W 同公式（1） 0.12691mmol Na2S2O3相当于碘的克数。（以上两种表示法间的换算关系：mmol/kg=I2%78.9）2、酸价的计算（1）以酸价（AV）表示 按下列公式计算 AV（mg KOH /g 油）=V C56.1/W式中 ： V滴定时消耗的氢氧化钾溶液体积（mL） C氢氧化钾溶液的摩尔浓度（mol/L） 56.1氢氧化钾的毫摩尔质量 W油样重（g）（2）以百分含量表示油脂中所含游离脂肪酸（FFA）的数量除用酸价表示外，还可用游离脂肪酸的百分含量来表示，按下式计算 FFA（%） = AV 脂肪酸摩尔质量/56.1100/1000 = AV 脂肪酸摩尔质量/56.11/10式中：AV油脂酸价（mg KOH /g 油）； 56.1氢氧化钾的毫摩尔质量； 1/10质量百分含量的换算系数；显然，不同脂肪酸的摩尔质量不同，由它们表示的百分含量也不同。不同脂肪酸，用酸价换酸成FFA的百分含量公式如下：油酸%=0.503 AV(最常用的换算关系）；月桂酸%=0.356 AV；软脂酸%=0.456 AV； 蓖麻酸%=0.530AV；芥酸%=0.602AV； 亚油酸%=0.499AV（五）注意事项1、测定POV：（1）加入碘化钾后，静置时间长短以及加水量多少，对测定结果均有影响。（2）过氧化值过低时，可改用0.005 mol/L Na2S2O3标准溶液进行滴定。2、测定酸价：（1）测定蓖麻油时，只用中性乙醇而不用混合溶剂。（2）测定深色油的酸价，可减少试样用量，或适当增加混合溶剂的用量，以百里酚酞或麝香草酚酞作指示剂，以使测定终点的变色明显。（3）滴定过程中如出现混浊或分层，表明由碱液带进水过多，乙醇量不足以使乙醚与碱溶液互溶。一旦出现此现象，可补加95%的乙醇，促使均一相体系的形成。三、淀粉糊化及酶法制备淀粉糖浆实验设计（一）原理淀粉是由几百至几千个葡萄糖连结构成的天然高分子化合物，一般含直链淀粉70%-80%。可用酶法、酸法和酸酶法使淀粉水解成糊精、低聚糖和葡萄糖。淀粉糖浆或称液体葡萄糖，主要成分是葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖和糊精，是一种粘稠液体，甜味温和，极易为人体吸收，在饼干糖果生产上广为应用。将淀粉悬浮液加热到55-80时，会使淀粉颗粒之间的氢键作用力减弱，并迅速进行不可逆溶胀，淀粉颗粒因吸水，体积膨胀数十倍，继续加热使淀粉胶束全部崩溃，淀粉分子形成单分子，并为水包围，形成具有粘性的糊状液体，这一现象称淀粉糊化。糊化淀粉容易被水解。双酶法水解淀粉制淀粉糖浆。是以-淀粉酶使淀粉中的-1,4糖苷键水解生成小分子糊精，然后再用糖化酶将糊精、低聚糖中的-1，6糖苷键和-1，4糖苷键切断，最后生成葡萄糖。淀粉糖浆的分析方法是根据国家GB12099-89，采用莱恩-艾农测定法测定淀粉水解产品的还原力（RP）和葡萄糖值（DE）。例如DE值为42，表示淀粉糖浆中含42%的葡萄糖。本实验的目的：（1）通过实验，了解淀粉糊化及酶法制备淀粉糖浆的基本原理。（2）掌握淀粉双酶法制备淀粉糖浆的实验方法，以及酶的使用。（3）熟悉淀粉水解产品的葡萄糖值测定方法。（二）实验材料、试剂与仪器玉米淀粉，木薯淀粉，甘薯淀粉液化型-淀粉酶，糖化酶，费林试剂A、B，亚甲基兰指示剂，D-葡萄糖标准溶液，10%NaOH，5%Na2CO3，5%CaCl2。400ml烧杯，250ml圆底烧瓶，容量瓶(100ml，500ml,1000ml，移液管（1ml，5ml，25ml），50ml纳氏管，25ml酸滴定管，250ml碘量瓶，秒表，搅拌器，恒温水浴锅。（三）实验设计1、淀粉糖浆的制备100g淀粉置于400ml烧杯中，加水200ml，搅拌均匀，配成淀粉浆，用5%Na2CO3调节pH=6.2-6.3，加入2ml5%CaCl2溶液，于90-95水浴上加热，并不断搅拌，淀粉浆由开始糊化直至完全成糊。加入液化型-淀粉酶60mg，不断搅拌使其液化，并使温度保持在70-80搅拌20min(取样分析DE值)。然后将烧杯移至电炉（隔石棉网）加热到95至沸，灭活10min。过滤，滤液冷却到55，加入糖化酶200mg，调节pH=4.5，于60-65恒温水浴中糖化3-4h，即为淀粉糖浆，取样分析DE值。若要浓浆，可进一步浓缩。2、DE值的测定按国标GB1209989方法测定。（1）混合费林试剂溶液的标定：吸取25ml混合费林试剂加入烧杯中，加入18ml D-葡萄糖标准溶液，振荡后迅速升温，控制在2min左右的时间范围内沸腾，保持蒸汽充满烧瓶，以防止空气进入，沸腾持续2min后，加入1ml亚甲基兰指示剂，用D-葡萄糖标准溶液滴丁至兰色消失，记下耗用的体积数。调整D-葡萄糖初加量为0.3ml，其余步骤同上，但滴定过程要在1min之内完成，整个沸腾时间不超过3min。记下耗用的体积数V1。第三次滴定时，为达到时间上的要求，可调整D-葡萄糖初加量，其余步骤同上，终体积数应在19-21ml 之间，计算二次测定的平均体积的耗用数V1。（2）样品的制备：样品应混合均匀装入一个密封容器中，在容器内搅动，若表面有凝结，则应除去表面凝结部分。（3）样品的测定：吸取25ml混合费林试剂于烧瓶中，滴加10ml配好的样品，加热，使溶液在2min之内沸腾，并保持瓶内充满蒸汽，加1ml亚甲基兰指示剂，滴定至兰色消失。如果在样品未加入任何指示剂时兰色消失，那么就要降低样品液的浓度，重新滴定。下耗用的体积数V1，应不大于25ml。四、从番茄中提取番茄红素和-胡萝卜素及效果评价实验设计（一）原理番茄中含有番茄红素和少量的-胡萝卜素，二者均属于类胡萝卜素。类胡萝卜素为多烯类色素，不溶于水而溶于脂溶性有机溶剂。本实验先用乙醇将番茄中的水脱去，再用二氯甲烷萃取类胡萝卜素。因为二氯甲烷不与水混溶，故只有除去水分后才能有效地从组织中萃取出类胡萝卜素。根据番茄红素与-胡萝卜素极性的差别，用柱层析可以将它们分离。分离效果可以用薄层层析进行检验。（二）实验材料和试剂新鲜番茄（或番茄酱）。95%乙醇；二氯甲烷；石油醚（6090）；氯仿；中性或酸性氧化铝（柱层析用）；环乙烷；硅胶G；饱和氯化钠溶液；无水硫酸钠。（三）实验设计1. 原料处理与色素提取称取新鲜番茄浆120g于100ml圆底烧瓶中，加95%乙醇40ml，摇匀，装上回流冷凝管，在水浴上加热回流5min，趁热抽滤，只将溶液倒出，残渣留在瓶内，加入30ml二氯甲烷，水浴上加热回流5min，将上层溶液倾出抽滤，固体仍保留在烧瓶内，再加10ml二氯甲烷重复萃取一次。合并乙醇和两次二氯甲烷提取液，倒入分液漏斗中，加5ml饱和氯化钠溶液（有利分层），振摇，静置分层。分出橙黄色有机相，使其流经一个在颈部塞有疏松棉花且在棉花上铺一层1cm厚的无水硫酸钠的三角漏斗，以除去微量水分。将此溶液储存于干燥的有塞子的锥形瓶中。层析之前，将此溶液在通风橱中用热水浴蒸发至干。2. 柱层析分离取一支长15cm左右内径为11.2cm的层析柱，柱内装有用石油醚调制的氧化铝2。将粗制的类胡萝卜素溶解于4ml苯中，用滴管在氧化铝表面附近沿柱壁缓缓加入柱中（留12滴供以后的薄层层析用），打开活塞，至有色物料在拄顶刚流干时即关闭活塞。用滴管取几毫升石油醚，沿柱壁洗下色素，并通过放出溶剂至柱顶刚流干，从而使色素吸附在柱上。然后加大量的石油醚洗脱。黄色的-胡萝卜素在柱中移动较快，红色的番茄红素移动较慢。收集洗脱液至黄色的-胡萝卜素从柱上完全除去，然后用极性较大的氯仿作洗脱剂洗脱番茄红素（注意更换接收瓶）。将收集到的两个部分在通风橱内用热水浴蒸发至干。将样品分别溶于尽可能少的二氯甲烷中，尽快进行薄层层析。3. 薄层层析检验在用硅胶G铺成的薄板3上距离底边约1cm处，分别用毛细管点上三个样品，中间点为未分离的混合物，两边分别点上分离得到的B-胡萝卜素和番茄红素。可以多次点样，即点完一次，待溶剂挥发后再在原来的位置上点样。但要注意，必须在同一位置上点，而且样品斑点尽量小。点样时毛细管只要轻轻接触板面即可，切不可划破硅胶层。样品之间的距离为11.5cm。将此板放入装有环已烷作展开剂的层析缸中，盖上盖子。切勿让展开剂浸没样品斑点。待溶剂展开至10cm左右时，取出层析板。因斑点会氧化而迅速消失，故要用铅笔立即圈出。计算不同样品的R1值，比较不同样品R1值大小的原因以及分离效果。（四）注意事项（1） 新鲜番茄浆的制备：将新鲜番茄洗净，用捣碎机捣碎或用市售的番茄酱。（2） 氧化铝层析柱的装填方法：将层析柱垂直固定于铁架上，铺上一层薄薄的石英砂，关闭活塞。称取15g氧化铝置于50ml锥形瓶中，加入15ml石油醚（顺序不能反）边加边搅，且不断旋摇直至成均匀浆液（稠厚但能流动），向柱内加入溶剂（石油醚）至半满，然后开启活塞让溶剂以每秒一滴的速度流入小锥瓶中，摇动浆液，不断地逐渐倾入正在流出溶剂的柱子中，不断用木棒或带橡皮管的玻璃棒轻轻敲击柱身，使顶部成水平面，将收集到的溶剂在柱内反复循环几次，以保证沉降完全和装紧柱。整个过程不能让柱流干。待溶剂刚好放至柱顶刚变干时即可上样。（3） 硅胶G薄层板的制备：将4g硅胶G置于一小烧杯中，加入8ml蒸馏水不断搅拌至浆糊状，倾倒在洗净的玻板上（18 x 6cm），流平，或用涂布器铺板，并轻轻敲打均匀，在室温放置半小时凉干，然后移入烘箱，缓慢升温至105110恒温活化半小时，取出放入干燥器中备用。五、食品褐变麦拉德反应初始阶段的测定设计（一）原理麦拉德反应即蛋白质、氨基酸或胺与碳水化合物之间的相互作用。麦拉德反应开始，以无紫外吸收的无色溶液为特征。随着反应不断进行，还原力逐渐增强，溶液变成黄色，在近紫外区吸收增大，同时还有少量糖脱水变成5-羟甲基糖醛（HMF），以及发生健断裂形成二羰基化合物和色素的初产物，最后生成类黑精色素。本实验利用模拟实验，即葡萄糖与甘氨酸在一定pH缓冲液中加热反应，一定时间后测定HMF的含量和在波长为285nm处的紫外消光值。HMF的测定方法是根据HMF与对-氨基甲苯和巴比妥酸在酸性条件下的呈色反应。此反应常温下生成最大吸收波长的550nm的紫红色。因不受糖的影响，所以可直接测定。这种呈色物对光、氧气不稳定，操作时要注意。（二）仪器与试剂1、仪器：分光光度计、水浴锅、试管等。2、试剂（1）巴比妥酸溶液：称取巴比妥酸500mg，加约70ml水，在水浴加热使其溶解，冷却后转移入100ml容量瓶中，定容。（2）对-氨基甲苯溶液：称取对-氨基甲苯10.0g，加50ml异丙醇在水浴上慢慢加热使之溶解，冷却后移入100ml容量瓶中，加冰醋酸10ml，然后用异丙醇定容。溶液置于暗处保存24h后使用。保存4-5天后，如呈色度增加，应重新配制。（3）1mol/L葡萄糖溶液。（4）0.1mol/L甘氨酸溶液。（三）实验设计1、 取5支试管，分别加入5ml 1.0mol/L葡萄糖溶液和0.1mol/L甘氨酸溶液，编号为A1，A2，A3，A4，A5。A2、A4调pH到9.0，A5加亚硫酸钠溶液。5支试管置于90水浴锅内并记时，反应1h，取A1，A2，A5管，冷却后测定它们的285nm紫外吸收和HMF值。2、 HMF的测定：A1，A2，A5各取2.0ml于三支试管中，加对-氨基甲苯溶液5ml。然后分别加入巴比妥酸溶液1ml，另取一支试管加A1液2ml和5ml对-氨基甲苯溶液，但不加巴比妥酸液而加1ml水，将试管充分振动。试剂的添加要连续进行，在12min内加完，以加水的试管作参比，测定在550nm处吸光度，通过吸光度比较A1，A2，A5中HMF的含量可看出麦拉德反应与哪些因素有关。3、A3，A4两试管继续加热反应，直到看出有深颜色为止，记下出现颜色的时间。（四）注意事项HMF显色后会很快褪色，比色时一定要快。