氧弹量热仪测定食品热量

曲世超 陈 溪 黄大亮 崔 晗 沈葆真 崔 妍

(大连出入境检验检疫局 辽宁庄河 116400)

1 前言

营养标签是向消费群体提供食品营养特性的描述，包括营养成分标识和营养补充信息。它显示了食品的营养特性与相关信息，是消费者了解食品营养组成和特征的主要途径，从而引导消费者合理选择食品，进而改善消费者膳食结构，提高消费者身体素质。目前世界各国的预包装食品管理条例比以前更加完善，美国、欧盟、日本、韩国、澳大利亚、加拿大和巴西等国的标签法规对进口食品标签上各种指标的误差值要求非常严格，这也意味着对进出口检测单位的检验水平和能力有了更高的要求［1］。

按照《预包装食品营养标签通则》［2］要求，食品营养标签的几个重要指标应该包括能量、蛋白质、脂肪、有效碳水化合物、钠。做为核心营养成分之一的热量，成为了消费者关注的热点。随着生活质量的提高，人们对食品的营养成分更加讲究。同时为了减轻体重，防止疾病，健康饮食，人们也更加重视控制食品中的热量，低热量的物质受到了关注。

欧盟标准中有固体和液体燃料检验标准［3］，其中的第二部分就包括了氧弹量热仪测定热量的方法;美国也有氧弹量热仪测定液态烃类燃料热值的方法［4］，可见氧弹式量热仪在国际上的使用是比较广泛的。而国家标准《食品营养标签管理规范》［5］中规定的热量需要用蛋白质、脂肪、碳水化合物、乙醇、有机酸、膳食纤维这六种营养标签指标来换算。这种换算法劳动强度大，操作时间长，测定时的样品及易耗品用量很大，而且这些成分换算出的结果也会有一定的偏差。本文采用了IKA C2000量热仪测定食品中能量的仪器法，把样品分别进行冻干和烘干后进行检测，与此同时，与传统标准计算法得到的数据进行比对分析。

2 材料与方法

2.1 材料

IKA C2000氧弹量热仪及其配件购于德国IKA公司;自动水控制系统:包括温度调节、量热仪内桶注水和排空;万分之一天平购于德国sartorius公司;自动充氧式分解氧弹。

2.2 方法

2.2.1 样品前处理

本实验用原料鱼肉作为样品进行检测，取足量的鳕鱼分别进行冻干和烘干处理，烘干样品待冷却后进行均质，放置于干燥器中。

2.2.2 仪器条件及操作步骤

2.2.2.1 仪器条件

自动水控制系统温度为20℃且室内温度控制在20℃ －22℃之间，室内湿度控制在80%以下。测定模式分为4种:周边等温25℃，周边等温为30℃，快速动态25℃，快速动态30℃(本实验测定样品时使用周边等温25℃)。

2.2.2.2 操作步骤

2.2.2.2.1 开机及系统软件设置

开机前先将氧气瓶打开，调节氧气至32bar。打开电脑后将软件语言选为中文，设定好仪器条件后进入C2000系统，选择周边等温25℃(周边等温方法具有测量结果更准确、稳定等特点，而快速动态方法则适合大批量检测，与周边等温相比的优点是节省时间，测定速度快，但相对来说准确度和稳定性稍差)，调节至称量。

2.2.2.2.2 称量

在万分之一天平上用小铁坩埚称量1.000g(±0.010g)样品(因为分解氧弹可承受的热量最大不能超过40000J，所以不能燃烧的物质一般取1g样品比较适中)，稳定后按传输键，待C2000系统出现称量质量后将坩埚拿出。

2.2.2.2.3 安装氧弹

将坩埚放在氧弹燃烧架上，将棉线套在架上并将另一头埋入样品中，然后把燃烧架放入氧弹，将外套拧上(注意不要拧太紧，以免实验结束打不开)。

2.2.2.2.4 样品燃烧

将氧弹固定在量热仪的悬挂架上，在电脑系统上点开始实验，悬挂架开始下降到量热仪内，这时马上晃动一下氧弹，听到氧气针扎进去且氧弹固定就说明成功注入氧气，整个燃烧过程约持续22min。

2.2.2.2.5 读数与处理

燃烧结束后悬挂架自动升起，电脑系统上也会自动出现结果，读数并保存。然后将氧弹摘下，在通风橱中用排气针扎入排废气，按原顺序将氧弹拆卸冲洗晾干即可，小坩埚洗刷后可反复使用。

3 结果与讨论

3.1 仪器原理

从量热仪所测量的热量来说，有两种，一种是恒容条件下测量的，在等容条件下，若体系不做功，则体系的内能与等容过程中体系所获得的热量是相同的，如我们使用的氧弹式量热仪所测量的就是等容过程的热效应;另一种是等压条件下测量的，如中和反应的热效应就是等压过程的热效应［6］。

量热仪测定法是利用样品在氧弹中燃烧产生的热量使周围固定温度的水上升的温度来自动换算出样品的能量。这种直接测定食品中的热量，方法简便、准确、减少了消耗、缩短了操作时间，从而大大减少检测人员的劳动强度。

3.2 实验数据

表1 冻干鳕鱼6次实验的平均值和相对标准偏差

表2 烘干鳕鱼6次实验的平均值和相对标准偏差

通过表1和表2的数据可以看出，冻干鳕鱼平均值比烘干鳕鱼稍大，但数据比较接近，说明冻干和烘干样品的热量基本都没有流失。因此在实验过程中对于样品可以进行冻干处理，也可以进行烘干处理，差异不大，且RSD%满足实验要求。

3.3 与《食品营养标签管理规范》中规定的换算结果对比

3.3.1 材料、试剂耗费量的比对

使用量热仪检测时只需要量热仪主机、自动水控制系统以及电脑系统正常开机检测即可，且测定只需要约1g样品。

《食品营养标签管理规范》中规定的换算法则需要同时检测蛋白质、脂肪、膳食纤维以及灰分。这就需要大量的强酸、强碱试剂和有机溶剂，例如:浓硫酸、氢氧化钠、硫酸钾、硫酸铜、硼酸、乙醚、乙醇、丙酮、硅藻土、酶试剂包(蛋白酶、α淀粉酶)等。还需要一些测定装置和辅助性仪器，例如凯氏定氮仪、索氏抽提装置、膳食纤维专用过滤器、磁力搅拌器等、马弗炉等。而且测定这4种营养标签中指标需要至少15g样品。

由此来看，使用量热仪方法测定食品中热量比《食品营养标签管理规范》要求的换算法节约能源以及强酸、强碱、酶等试剂和有机溶剂等易耗品。

3.3.2 操作时间的比对

使用量热仪测定食品中热量时，从开机到后续清洗和关机工作中只需要约40min的时间。而按照《食品营养标签管理规范》规定的换算法测定蛋白质、脂肪、膳食纤维和灰分时，则至少需要2d时间才能完成，且后续整理数据以及计算工作也比较复杂，所以量热仪测定法比国标换算法节约检测人员的劳动时间，也大大减少了检测人员的劳动强度。

3.3.3 测量与计算结果的比对

国家标准《食品营养标签管理规范》中热量的换算方法如下(单位以kJ/100g计):

表3 食品中产能营养素的能量折算系数［5］

由于鳕鱼中乙醇和有机酸含量可以忽略不计，因此鳕鱼中热量的计算方法可以表示为(单位以kJ/100g计):热量=蛋白质×17+脂肪×37+碳水化合物×17+膳食纤维×8。

碳水化合物在《食品营养标签管理规范》中也是由计算所得，具体换算方法如下:在100g样品中，碳水化合物=100g－蛋白质－脂肪－膳食纤维－灰分－水分(由于本实验样品都是经过干燥处理及储存的，所以水分可以忽略不计)。

其他如:蛋白质测定中使用的是凯氏定氮法［7］、脂肪测定中使用的是索氏抽提法［8］、膳食纤维测定中使用的是酶消解法［9］、灰分测定中使用的是灼烧法［10］，均是通过样品检测后得到的数据。

对2.2测定的同一样品(冻干和烘干鳕鱼)的上述四种营养标签元素进行了6次检测，6次实验数据的平均值如表4、表5。

表4 冻干鳕鱼6次实验结果平均值

冻干鳕鱼换算能量 =1569.1KJ+14.8 KJ+7.2KJ+91.8 KJ=1682.9 KJ/100g

表5 烘干鳕鱼6次实验结果平均值

冻干鳕鱼换算能量 =1535.1KJ+11.1 KJ+8.8 KJ+124.1 KJ=1679.1 KJ/100g

冻干鳕鱼测定6次的热量平均值为1712.4 KJ/100g，通过换算得出热量值为1682.9 KJ/100g;烘干鳕鱼测定6次的热量平均值为1698.6 KJ/100g，通过换算得出热量值为1679.1 KJ/100g。通过上述几组数据对比情况来看，无论是冻干还是烘干样品，通过国标方法换算出的热量值都小于量热仪测定出的热量，但数值相差不大，且冻干和烘干样品国标换算出得热量值比较接近。

4 结论

本文使用IKA C2000量热仪对冻干和烘干的鳕鱼原料鱼进行6次平行样品的测定，又用国标法对冻干和烘干的鳕鱼进行了测定和换算。实验表明，使用量热仪方法测定热量具有良好的精密度，相对标准偏差小于1%。仪器法测定数值稍大于国标换算法的数值，可能是由于环境温度控制不理想、国标换算法检测数据较多等原因存在一定的误差，但总体来说仪器法和国标法测定的结果数据相差不大。

使用量热仪测定食品中热量需要样品和易耗品非常少，且快速、简便，大大降低了检测人员的劳动强度，减少了腐蚀性化学药品对环境和人员的污染。而且使用量热仪检测具有很高的效率，不需要再对其他营养标签元素测定之后换算，适合样品的高通量快速检测，是一种值得推广的仪器方法。

［1］国家进出口商品检验局.世界各国食品标签法规标准汇编(下)［M］.北京:经济管理出版社，1996.

［2］GB 28050－2011食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则［S］.

［3］DIN 51900—2—2003 Testing of Solid and Liquid Fuels;Determination of the Gross Calorific Value by the Bomb Calorimeter and Calculation of the Net Calorific Value and calculation of the net calorific value—Part 2:Method Using Isothermal or static jacket calorimeter Water Jacket［S］.

［4］ASTM D240—2009 Standard Test Method for Heat of Combustion of Liquid Hydrocarbon Fuels by Bomb Calorimeter［S］.

［5］卫监督发［2007］300号 食品营养标签管理规范［S］.

［6］刘振海，徐国华，张洪林，等.热分析与量热仪及其应用［M］.北京:化学工业出版社，2011:18－19.

［7］GB 5009.5—2010食品中蛋白质的测定［S］.

［8］GB/T 5009.6—2003食品中脂肪的测定［S］.

［9］GB 5009.88—2008食品中膳食纤维的测定［S］.

［10］GB 5009.4—2010食品中灰分的测定［S］.