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1、第四章 有机酸和维生素的分析第一节 概述,果实具有酸味，是因为含有各种有机酸，其中以柠檬酸、苹果酸、酒石酸为主，这三种酸通称为果酸，此外，还有草酸、水杨酸及少量的挥发性蚁酸、醋酸、丁酸，这些挥发酸含量虽少，但它们的酯类则是重要的芳香物质，给予果实特有香气。,一定的酸度含量能使农产品、食品具有一定的风味,质地和色泽,如：苹果中所含的苹果酸;柠檬中所含的柠檬酸等成分,它们使这些水果具有人们喜爱的酸味和酸甜味。有机酸具有防腐和抗氧化作用，但过量时又显示出不良的品质。测定果蔬的酸度及其与糖含量的比值，能判断果蔬的成熟度和品质。如：采后随着时间延长，因生理作用，其可滴定酸含量急剧下降，肉质淡而无味；低温
2、贮藏和气调贮藏能明显延缓可滴定酸的代谢消耗.,果实酸味的强弱，并非决定于酸的总含量，而是决定它的酸碱值的高低，即氢离子的离解度大小，氢离子愈多则愈酸。不过果实中含有各种缓冲物质，如蛋白质、氨基酸等成分，能起一定的缓冲作用。但当果实或果汁加热或煮熟时，由于蛋白质凝固，失去了缓冲作用，同时因温度升高，也促进酸的离解，则氢离子增加使得果实酸味增大。,由于酸的种类不同，氢离子的离解度的大小也有很大差别，如酒石酸较柠檬酸和苹果酸的酸味大。一般果实中含酸在0.10.5%时，感觉比较适口，含酸在0.51%时，便觉酸味较浓。各种有机酸在果实组织中以游离或盐式状态存在。例如，甜橙所含柠檬酸大约有50%呈游离态，
3、40%为柠檬酸钾盐，10%为柠檬酸钙盐。,在同一种果实中，其所含的有机酸并非是单纯某一种，往往数种同时存在。但在分析测定果实中的含量时，多以果实所含的主要有机酸种类为计算标准。如柠檬酸含于柑橘类、石榴、凤梨等果实中；苹果酸主含于仁果类、核果类；酒石酸为葡萄的主要有机酸，故也称为葡萄酸.,新鲜果实及其加工品的风味，主要决定于糖分和酸分的比例（简称糖酸比）。在加工过程中，酸分的存在可以促使蔗糖的转化和果胶物质的水解，还能与金属化合而影响制品的风味和色泽。在处理高酸分的果实时，对于所用的器械、用具和仪器，最好是非金属的。氢离子的存在对微生物的活动是非常不利的，可以降低微生物的致死温度，一般果实pH值
4、为之间，加热至100后便能达到杀菌的效果。,糖和有机酸是果汁中主要的风味营养物质，其含量高低与果汁制品的品质有密切的关系。因此，糖和有机酸含量的测定是国内外果汁生产企业极为关注的问题之一。植物体内有机酸含量分析是近几年来研究的热点,尤其是在逆境生理方面，果实中有机酸种类与含量也是衡量果实品质的重要指标。,有机酸在食品的加工、贮存、品质管理、评价以及生物化学等领域，被认为是重要的成分，要求对农产品中的总酸量、特定的有机酸进行定量，以及分析全部有机酸的组成。综上所述,酸度对农产品、食品和饮料,酒类以及发酵产品有着重要的作用,并且,影响酸度的有机酸又是农产品、食物和酒中重要的呈味成分,是一类重要的分
5、析项目。,人们在味觉中的酸度，主要不取决于酸的总量，而是取决于离子状态的那一部分酸(游离酸)，一般以氢离子浓度(pH值)来表示，称为有效酸度。测定pH值的方法很多，其中以pH计较为准确、简便。各种有机酸的分离和定量。通常用柱层析法、纸层析法、气相色谱法和羧酸分析仪法。,常规的酸度分析包括总酸度(可滴定酸度)、有效酸度(氢离子活度、pH值)和挥发性酸。总酸度即可滴定酸度,它简单，实用，总酸度是所有酸性成分的总量，通常用标准碱来测定，并以酚酞指示剂指示其滴定终点,以此进行定性、定量分析,是一种强碱弱酸的中和滴定反应;并以样品中所含主要酸的质量分数()表示。,但有的农产品由于缓冲作用和色素的影响，往
6、往难以判断滴定终点，在这种情况下，可以使用电位滴定法。代表了样品中所含各种酸的总和,而不能全面地准确地表达农产品中所含各种酸的确切的含量。,挥发酸的分析也属于此类强碱弱酸的中和滴定，农产品中的多种有机酸可根据它们的沸点高低分为挥发性和不挥发性酸,常规的总酸测定结果中包含了挥发酸的含量，在挥发酸的分析中,通过加热样品蒸馏分离后,便可在分析中测定出农产品中所含挥发酸的含量,这种挥发酸以蚁酸计。,总酸度，挥发酸和有效酸度的pH值都是酸度的表达方式,它们之间有一定的内在联系,即都表示了被测物中酸度的大小,但是,它们在含义上却有不同之处，酸度中的总酸度的测定都是在测定过程中,被检样品中的酸性成分和强碱的
7、氢氧化钠标准液进行中和反应,定量地得出其中含酸成分的大概含量(因都以所含主要有机酸计算的),这些酸的成分不管它们的酸性强弱,氢离子离解度的大小,都同样在强碱弱酸的中和滴定中反映到测定结果中。,而有效酸度中的pH值却只表示了被测样品中氢离子浓度的大小，相同总酸度的不同样品中,由于所含的酸的种类不同,从理论上讲,它们的pH值也会有所差异。而挥发酸的测定,却比较真实地反映了样品中低沸点的蚁酸含量的多少,不能概括样品中其它多种沸点较高的有机酸的含量和样品pH值的高低。,滴定法只能测定食品的总酸度，不能具体反映出有机酸的种类和含量，所需费用较低,但影响因素较多,准确度差。比色法只能测定单一的有机酸。薄层
8、色谱法一次可测定多种有机酸,但测量精度差,可以定性,不适合定量。,气相色谱法仅适于测定其中的挥发性有机酸,常因有机酸的沸点较高，不易气化而需要先对其衍生再进行测定，方法繁琐，难以用于热稳定性差和含量极低的有机酸分析;同时又因有机反应不易定量进行而直接影响测定结果的准确性。,这些方法往往只适用于某些特殊样品或不常见有机酸的分析，而且能达到同时分离的有机酸种类较少。离子色谱法多采用稀强酸,如稀盐酸和稀硫酸作淋洗液,对设备有一定腐蚀作用。而高效液相色谱法分析有机酸可以克服上述不足之处,并且实现一机多用,一柱多用。,在高效液相色谱法检测食品中的有机酸时，最重要的是选择最佳的色谱分离条件，这些条件中涉及
9、流动相的pH值、流速、柱温、检测波长等等。流动相配比影响着流动相的pH值，从而对柱效和峰的分离均有影响。,流速同样是影响其分离效果的一个重要因素，流速过低则分离时间过长，柱效差，而流速过高又导致峰挤在一起分不开。根据色谱理论，柱温是影响柱效和分离度的主要因素，柱温升高可以降低流动相的粘度和提高树脂的传质效率，但是太高又会破坏色谱柱，所以色谱条件的选择是相当复杂的，要综合众多的考虑因素。,总酸度的测定果品中的总酸度是指未离解和已离解的酸的总浓度，总酸度的含量随果品的生育期和贮藏的阶段不同，有着很大的变化，直接影响着果品的味道，颜色，稳定性和质量的好环，是鉴定水果品质的一项最要指标、由于在维持人体
10、的酸碱平衡方面起着显著的作用，所以，它亦直接影响着果品的营养价值，因此，果品中的总酸度是食品检测分析中常做的项目之一。,方法原理：样品中的有机酸用碱滴定时，被中和生成盐类。反应如下：注释 1本试验所用蒸馏水应经煮沸除去二氧化碳。2若颜色过深，可先加入等量蒸馏水稀释后再滴 定或用活性炭脱色（损失较大，滴定值偏低）。终点不易辨认时，可用原样作对照，判明终点，也可改用电位或电导滴定法。,3.总酸测定的结果一般以样品中含量最多的酸来表示。一般葡萄的总酸度用酒石酸表示；柑桔以柠檬酸表示；苹果、核仁、核果、浆果和蔬菜类按苹果酸表示；牛乳、水产品以乳酸表示。4.农产品中的有机酸均为弱酸，用强碱(NaOH)滴
11、定时，其滴定终点偏碱，一般在pH8.2左右，所以，可选用酚酞作为指示剂，微红色，30s内不褪色为终点。,5.氢氧化钠标准溶液用基准物质来标定。常用的有草酸和邻苯二甲酸氢钾等。采用邻苯二甲酸氢钾，它与氢氧化钠的反应为：KHC8H4O4+NaOH KNaHC8H4O4+H2O 到达化学计量点时，溶液呈弱碱性，可用酚酞作指示剂。,标定盐酸常用的基准物质有无水碳酸钠 Na2CO3和硼砂Na2B4O710H2O。采用硼砂较易提纯，不易吸湿，性质比较稳定，而且摩尔质量很大，可以减少称量误差。硼砂与盐酸的反应为：Na2B4O710H2O+2HCL 2NaCL+4H3BO3+5H2O 在化学计量点时，由于生成
12、的硼酸是弱酸，溶液的pH值约为5，可用甲基红（4.46.2,红黄）作指示剂。,挥发性酸的测定挥发性酸主要是指醋酸、蚁酸、丁酸和痕量的甲酸等霉烂的果蔬、籽粒，未成熟的种子和果实，常含有较多的挥发性酸，它的含量是农产品品质好坏的一个重要指标。,挥发性酸包括游离态和结合态两部分。前者在蒸馏时较易挥发，后者比较困难。测定挥发性酸的方法有直接法和间接法。直接法是用碱液滴定由蒸馏或其它方法所得的挥发性酸；间接法是将挥发性酸蒸发除去后，滴定残渣的不挥发酸的酸度，再由总酸度减去此残渣酸度即得挥发酸含量。一般用直接法较为方便。,方法原理 挥发酸可用水蒸气分离，加入磷酸可以使结合挥发性酸离析。挥发性酸经冷凝收集后
13、，再用标准碱滴定。,注意事项：1.蒸馏前蒸汽发生瓶中的水应先煮沸l0min，以排除其中的CO2，并用蒸汽冲洗整个蒸馏装置。2.整套蒸馏装置的各个连接处应密封，切不可漏气。3.滴定前将馏出液加热至6065，使其终点明显，加快反应速度，缩短滴定时间，减少溶液与空气的接触，提高测定精度。,4磷酸的浓度：19，50ml加1ml。5挥发性酸的滴定须把蒸出液为300ml左右。6滴定终点，1min不褪色为终点。7.挥发性酸的结果计算以蚁酸计。蚁酸的摩尔质量为60g。,有效酸度(pH)的测定,果蔬食品的pH值的变动不仅取决于原料品种和成熟度，而且取决于加工方法。其pH值与总酸度之间没有严格的比例关系，pH值的
14、大小不仅取决于酸的数量和性质(种类)，而且受其中的酸、果胶、某些盐类和蛋白质缓冲能力的影响。,提取：一般的果蔬样品，与水11研磨，过滤；干果、籽粒，水2-3倍，沸水煮30min，过滤测定。测定pH值测定的方法应用最广泛的有：pH试纸法、标准色管比色法和pH计测定法。其中以pH计法最准确，操作也简便、迅速，可排除或减小这些样品中所含的色泽和杂质对测定结果所造成的影响,测得较准确的数据。,pH计的型号很多，使用时参照说明书即可。pH标准溶液可以用国家计量管理机关提供的标准物质按规定配制；或按一般专业书籍上的配方配制。,水果、蔬菜等有机酸组分的测定(高效液相色谱法)有机酸是果、蔬的主要组成分之一。果
15、、蔬中有机酸的种类和含量变化很大。这些变化决定于品种、成熟度、气候条件及其它因素。果蔬中苹果酸和柠檬酸的一般含量范围见表17-1。,方法原理样品经处理后，直接将样品液注入反相化学键合相色谱体系，用5gL-1(NH4)2HPO4 为流动相，有机酸在两相中分配分离；按照其碳原子数由少到多的顺序从色谱柱中洗脱下来；用紫外检测器(214nm)或示差折光检测器或二极管阵列检测器检测并与标准样品比较定量。,操作步骤,有机酸标准溶液的制备 分别取适量有机酸单个标准样，如酒石酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸等于25mL容量瓶中，用0.01mo1/LNaOH溶液溶解后定容，参照表17-1的含量范围配制标准浓度系列。,
16、样品溶液的制备液体样品：需经合适倍数稀释，用Sep-PAK C18净化柱处理（有色素等杂质,会干扰有机酸的分析,同时造成色谱柱的污染，因此,在样品前处理中必须将其去除），收集馏出液，经0.45m微孔滤膜过滤后备用。,固体或半固体样品：要将其捣碎，均质后，加入一定量的0.01mo1/LNaOH（或80乙醇）溶液提取。经离心分离或过滤后收集提取液，用Sep-PAK C18（Waters Sep-Pak C18小柱固相萃取）净化柱处理，收集馏出液。经0.45m微孔滤膜过滤后备用。,该技术所用设备简单，价格低廉，溶剂用量较少，能够高效率、有选择地分离和富集极性不同的样品，是一种可靠性高和实用的现代分离
17、技术。SPE 改善、简化了分离，提高了色谱柱寿命，降低了检测限,色谱条件固定相：C18键合相流动相：5gL-1(NH4)2HPO4，pH=2.5流 速：2mLmin-1进样量：10L检测器：紫外检测器，214nm，0.1AUFS,最常用的“万能柱”填料为“C18”，简称“ODS”柱，即十八烷基硅烷键合硅胶填料（Octadecylsilyl，简称ODS）。这种填料在反相色谱中发挥着极为重要的作用。由于C18(ODS)是长链烷基键合相，有较高的碳含量和更好的疏水性，对各种类型的生物大分子有更强的适应能力，因此在生物化学分析工作中应用的最为广泛，近年来，为适应氨基酸、小肽等生物分子的分析任务，又发展
18、了CH、C3、C4等短链烷基键合相和大孔硅胶（2040m）。,按键合到基质上的官能团可分为：反相柱：填料是非极性的，官能团为烷烃，例如：C18(ODS)、C8、C4等。正相柱：填料是极性的，官能团为 CN氰基、NH2氨基等。,测定和计算将待测样10L注入色谱仪，根据其峰高或峰面积设定有关最佳参数如最小峰面积。注入有机酸标准系列溶液10L，进行色谱分析。以各标准溶液的保留时间定性。定性：将各种单一有机酸液依次进样，记录各自保留时间。,方法a.在相同的色谱条件下,将样品色谱图与有机酸标准液色谱图进行对照,根据保留时间确定样品中的有机酸;b.在样品中加入有机酸的标准液,根据峰高的突增来进一步验证色谱
19、峰的归属;c比较各有机酸在标准液和样液色谱图中的紫外吸收图谱。,有机酸的定量：外标法，将不同浓度酸液从低浓度到高浓度依次进样，计算各自的峰面积，每个样平行进5次，作各种有机酸的峰面积或峰高与浓度的标准曲线。根据有机酸标准系列溶液各响应值(峰高或峰面积)作一响应值与浓度的标准曲线。分别注入待测样品10L，进行色谱分析。根据各待测样品的响应值，在标准曲线上查出其相应的含量。,标准曲线制作,说明在样品溶液测定中，每进3次样液，就应进1次标准溶液进行校正，并重新计算校正系数，以保证测定结果的准确度。样品液制备须经0.45m滤膜过滤后才能上机测定，否则引起柱的污染和测定干扰。流动相（载液）：5gL-1(
20、NH4)2HPO4，须准确pH=2.5，并经滤膜过滤后、脱气后才能使用。否则分离不好，引起较大误差。,标准液的浓度与样品中相应有机酸的浓度相一致，才能有较大的准确性。可查阅相关手册，了解样品酸的含量范围。用反相色谱法测定水果及果汁中的有机酸。固定相的极性大于流动相时，叫正相。即固定相为极性，流动相为非极性。常用于分离极性较强的化合物，分析的顺序是极性较低的组分保留值小，先流出色谱柱。,流动相的极性应小于固定相的极性，常用饱和烃作流动相的洗脱剂，加入适量的极性溶剂（甲醇、异丙醇等）作调节剂以调节流动相的极性。反相分配色谱法，与正相的相反，常用于分离极性较弱的化合物，分析的顺序是极性较强的组分保留
21、时间短，先流出色谱柱。反相色谱中多以水（极性最强）和有机溶剂的混合物作流动相，常用的流动相是甲醇/水、乙腈/水。,分离有机酸,既要考虑流动相的组成，浓度及pH，还要考虑有机酸的强弱，磷酸盐缓冲液是C18反相柱上应用较广的流动相。实验证明：选择磷酸二氢铵，磷酸氢二铵，磷酸二氢钾，磷酸氢二钾溶液作流动相，结果表明,这四种缓冲液为流动相，分离效果相同，当浓度相同,采用磷酸二氢铵为流动相时,各有机酸的响应值最大,选用磷酸二氢铵为流动相。,有机酸组分的测定(气相色谱法),采用气相色谱法 由于有机酸的强极性及部分有机酸对热的不稳定性和吸附性,故常将其酯化制备成甲酯、苄酯等衍生物进行分析,但这样往往会造成分
22、析结果失真,且手续繁杂。,方法原理：在硫酸的催化下，使有机酸成为丁酯的衍生物，用气相色谱法分别定量。可定量的有机酸有：甲酸、乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、乳酸、异戊酸、异乙酸、正己酸、乙酰丙酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、反丁烯二酸、苹果酸、酒石酸、反丙烯三羧酸以及柠檬酸等。,操作步骤,试样准备蔬菜：把样品切成3mm见方，称取25.0g加温水(80，部分蔬菜可用800ml/L乙醇代替研磨)，提取2次，合并提取液，加酚酞指示剂，用0.1mol/LNaOH溶液滴定，求总酸量，同时使有机酸成为钠盐。中和后的溶液，在40下用旋转蒸发器浓缩至约15mL，浓缩液移入25mL容量瓶并定容。必要时可过滤除去不溶物。,
23、吸取此提取液10mL用Amberlite CGl20、Amberlite CG4B，得到有机酸组分，将其酯化,供气相色谱分析用(图17-2)。,水果：从新鲜水果样品中称取2.0g，加3倍量的800ml/L乙醇研磨，以离心分离后，收集上清液，残渣再反复提取2次，合并提取液，加酚酞指示剂，用0.1mol/LNaOH溶液中和。中和后在80恒温水槽中加热10min后，定容至200mL，使用前保存于冰箱中。,取此提取液1050mL，用旋转蒸发器浓缩至无醇后，依次通过Amberite CGl20、CG4B及CGl20柱，得到有机酸组分，加入酚酞指示剂并滴定，求出总酸含量。然后保存于约40下，用旋转蒸发器浓
24、缩，干涸后进行丁酯化处理。,酯化 用上述方法制备的有机酸中，加丁醇2mL，无水硫酸钠2g，浓硫酸0.2ml，连接冷凝管，在电热板上平稳沸腾约30min(加热时要不断搅拌)，使有机酸成为丁酯。酯的提取 酯化终了，加水和己烷各5mL充分混合，使酯转溶于己烷中，每次用己烷5mL提取3次。用移液管移入20ml容量瓶中，用己烷定容。再加无水硫酸钠0.5g，去除混入的微量硫酸。取5L进行气相色谱分析。,分析 柱子在60下保持6min后，以每分钟升温5速度升至250。氮气、氢气、空气的流量分别为60、50、900mLmin，注入口及检测器的温度为260。Sensitivity为10M，Range为0.01V
25、。工作曲线的制备 将已知浓度的标准有机酸用上述方法制成丁酯后，用气相色谱仪分析，制成标准曲线。,注释试样制备过程中，用温水80或800ml/L乙醇提取。样品中酸的形态：游离态、结合态，温水提取结合态酸的效率比乙醇高。蔬菜中的有机酸，5090以结合酸的形式存在，乙醇提取比用温水的提取率低。其中所含总有机酸换算成柠檬酸要在100mg以下。水果新鲜物重110g，蔬菜10-15g。,薯类的温水提取试样，用离子交换树脂处理需要较长的时间，所以用800ml/L乙醇提取试样，馏去乙醇后，进行离子交换树脂处理。大部分蔬菜试样有时混入一些丁醇不溶物或酯化反应液呈浅褐色，对测定值无影响。对于含结合酸多的水果，用温水提取的提取率高。但果胶等混入，粘度将增大，往往会使以后的处理费事，故乙醇的浓度应选择适当（800 ml/L）。,浓缩使用旋转蒸发器即可，如能进行冷冻干燥则更好。酯化时使用油浴也可，使用电热板从试管底部加热方便。沸腾激烈时用滑线变压器调节。,思 考 题,1、有机酸的总酸度、有效酸度和挥发性酸度测定的意义和方法原理是什么？2、气相色谱法，液相色谱法测定有机酸的方法原理有什么不同？这两种方法的主要操作步骤和方法要点有哪些？,思 考 题,
