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第11章 pH和可滴定酸度(3)

稀酸溶液(如蔬菜汁)在滴定时要求使用稀的标准溶液,以进行精确的滴定。可是,从等当点滴定到pH=8.2时需大量体积的稀碱溶液,在低浓度的酸溶液中有时也采用溴百里酚蓝作指示剂,它从黄变蓝的变色范围是pH值为6.0~7.6,其终点通常是亮绿色,但终点的判别比用酚酞作指示剂更易受其他因素的影响。实际人眼观察到的大多数指示剂的变化范围小于2 pH 单位,且指示剂的理论变色点不是变色范围的中间点,这是由于人眼对各种颜色的敏感程度不同,观察的范围与理论变色范围略有差别。

发酵生产醋酸时,有时要知道有多少酸度来自于醋酸,而又有多少是来自于产品中其他一些天然存在的酸。可以先进行第1次滴定以确定总酸度。然后煮沸除去醋酸,将溶液冷却。再滴定非挥发性酸,总酸度与非挥发性酸度之差为挥发性酸度。有时类似的实验还可应用于酿造工业中测定除去溶解的CO2后的非挥发性酸度。可在低温(40℃)和轻微搅拌的条件下去除CO2后滴定非挥发性酸度。

4.3.2试剂的制备

4.3.2.1标准碱

滴定法中最常用于测定酸度的碱为氢氧化钠。试剂级氢氧化钠很易潮解,且经常含有一定量的不可溶解的碳酸钠,因此其当量浓度的工作溶液通常不精确,必须用另一已知当量浓度的酸进行校正。

NaOH易吸收水分和空气中的CO2,其标准溶液应用间接法配制。标定标准溶液的基准物质常用的是邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)和草酸等。

邻苯二甲酸氢钾易制得纯品,不吸潮,相对分子质量较大,标定反应如下:

KHC8H4O4+NaOHKNaC8H4O4+H2O

用邻苯二甲酸氢钾标定氢氧化钠时,化学计量点时溶液呈碱性(pH=9.1),可以选用酚酞为指示剂溶液由无色变为粉红色,即滴定终点。

草酸(H2C2O4·2H2O),相当稳定,相对湿度在5%~95%时不会风化而失水。因此应保存在密闭器中备用。标定反应如下:

H2C2O4+NaOHNa2C2O4+H2O

用草酸标定氢氧化钠时,化学计量点溶液呈碱性(pH=8.4),可以选用酚酞作指示剂,溶液由无色变为粉红色,即滴定终点。

NaOH能溶解大气中的CO2并生成Na2CO3,从而降低碱性,并在滴定终点会出现缓冲区,因此,在配制原溶液时应该把CO2从水中除去。为此,可使用经净化24 h后去除CO2的纯水,或临用前煮沸20 min后冷却的水。在冷却和长期存储期间,空气(含CO2)将重新溶解于溶液中,空气中的CO2可用苏打石灰水(20%NaOH,65%CaO,15%H2O)除去或用烧碱石棉(含NaOH的石棉)吸附。空气通过这些吸附器也能作为纯化气体使用,以去除水中的CO2。

50%的碱储备液浓度为18 mol/L,工作液用储备液和除CO2的水配制。目前并无理想的容器存放碱液,玻璃和塑料容器都在使用,但都各有其缺点,如果使用玻璃容器,应该用橡皮或塑料塞子。应尽量避免使用玻璃塞子,因为碱液放置过久可溶解玻璃,导致其接触面永久溶化,同时与玻璃的反应还会降低碱的浓度。这些不利因素对碱式滴定管也同样有影响,因为NaOH的表面张力很小,这使滴定管开关附近易漏,在滴定期间开关的漏液将使得酸滴定值偏高。如果滴定管中工作液长期不用,开关周围溶液易蒸发而升高pH,从而增加了开关与滴定管的黏合机会,因此一般滴定管不用时,必须倒空洗净,用时再注满新配制的工作溶液。

长期储存在塑料瓶中的碱液也需要特别注意,因为CO2可自由渗透过大多数普通的塑料瓶。尽管塑料瓶有这个缺点,但目前仍作为长期储存碱液的容器。

无论用玻璃瓶还是用塑料瓶储存工作液,都必须每周进行一次标定,以修正因与玻璃和CO2反应而降低的碱浓度。

4.3.2.2标准酸

HCl由于其易挥发性,先配成近似浓度,然后再进行标定。标定的基准物质,最常用的是无水碳酸钠和硼砂。

无水碳酸钠(Na2CO3)易制得纯品, 价格便宜, 但吸湿性强, 应用前应在270~300℃条件下,干燥至恒重,置干燥器中保存备用。标定反应如下:

Na2CO3+2HCl2NaCl+H2CO3

H2CO3H2O+CO2

用无水碳酸钠标定盐酸时选用甲基橙作指示剂,用HCl溶液滴定溶液由黄色变为橙色,即为滴定终点。

硼砂(Na2B2O7·10H2O)有较大的相对分子质量,称量误差小,无吸湿性,也易制得纯品,其缺点是在空气中容易风化失去结晶水,因此应保存在湿度为60%的密闭容器中备用。标定反应如下:

Na2B4O7+2HCl+5H2O4H3BO3+2NaCl

用硼砂标定盐酸时选用甲基红作指示剂,用HCl溶液滴定溶液由黄色变为橙红色,即为滴定终点。

4.3.3样品分析

AOAC提供了食品可滴定酸度的测定方法,然而,大多数样品的可滴定酸度的测定均采用常规方法,并且各种不同的方法有许多相同的步骤。一般为一定量的样品(通常是10 mL)用标准碱液(通常是0.1 mol/L NaOH)滴定,用酚酞作指示剂。当样品因有颜色不能使用指示剂辨别滴定终点时,可用电位滴定确定滴定终点。

典型的电位滴定和指示剂滴定的装置见图4-5所示。当使用终点指示剂滴定时,通常使用锥形瓶,可用磁力搅拌,也可以用手摇荡混合样品,一般用右手摇荡锥形瓶,滴定管考克(cock)靠右边放置,左手的四个手指放住考克的后面,大拇指放在考克的前面,滴定速度要慢而均匀直到接近终点,最后以滴状加入,直至滴定到终点后放置一定的时间(通常是5~10 s)不褪色为止。

当用电位滴定分析样品时,通常由于pH电极较大,要求使用烧杯而不是锥形瓶,但在使用磁力搅拌时,烧杯比锥形瓶易造成溶液飞溅而造成损失,其他的实际操作如指示剂滴定法所述的完全相同。

当滴定高浓度、含胶质或微粒的样品时,会遇到许多问题。这些物质减缓了酸在样品液中的分散,导致滴定终点的消失。浓缩液一般可采用去CO2的水稀释,然后再滴定稀释的溶液,最后换算成初始浓度。淀粉和类似的弱胶质通常用去CO2的水进行稀释,充分混合,其滴定方法与浓缩液类似。然而对一些果胶和食物胶体,需要搅拌混合以破坏胶体基质,混合过程中偶尔会有许多泡沫,可用消泡剂或真空脱气来消除。

样品处理后,其中的微粒常会引起pH的变化,达到酸平衡可能需几个月的时间,因此含颗粒食品在滴定前必须充分粉碎搅均,但粉碎时易混入大量空气,对测定结果的准确性带来影响。当样品中混入空气时,等分样品可采用称重方法。

4.3.4食品中的酸度

(1)总酸度:指食品中所有酸性成分的总量。它包括未离解的酸的浓度和已离解的酸的浓度,其大小可借滴定法确定,故总酸度又称为“可滴定酸度”。

(2)有效酸度:指被测溶液中H+的浓度,准确地说应是溶液中 H+的活度,所反映的是已离解的那部分酸的浓度,常用pH值表示,其大小可借酸度汁(即pH计)测定。

(3)挥发酸:指食品中易挥发的有机酸,如甲酸、醋酸及丁酸等低碳链的直链脂肪酸,其大小可通过蒸馏法分离,再借标准碱滴定测定。

(4)牛乳酸度:有两种。

①外表酸度:又叫固有酸度(潜在酸度),是指刚挤出来的新鲜牛乳本身所具有的酸度,是由磷酸、酪蛋白、白蛋白、柠檬酸和 CO2等所引起的。外表酸度在新鲜牛乳中占0.15%~0.18%(以乳酸汁)。

②真实酸度:也叫发酵酸度,是指牛乳放置过程中,在乳酸菌作用下乳糖发酵产生了乳酸而升高的那部分酸度。若牛乳中含酸量超过0.2%,即表明有乳酸存在,因此习惯上将0.2%以下含酸量的牛乳称为新鲜牛乳,若达0.3%就有酸味,0.6%能凝固。

具体表示牛乳酸度的方法也有两种。

①用吉尔涅尔度(°T)表示牛乳的酸度。°T指滴定 100 mL牛乳样品消耗0.1000 mo l/L 氢氧化钠溶液的毫升数。或滴定10 mL 牛乳所用去的0.1000 mol/L氢氧化钠的毫升数乘以10,即为牛乳的酸度。

新鲜牛乳的酸度为16~18 °T。

②以乳酸的百分数来表示,与总酸度计算方法同样,用乳酸表示牛乳酸度。

4.3.5其他方法

高效液相色谱(HPLC)法和电化学法都可用来测定食品中的酸度。这两种方法可以鉴定特定的酸。HPLC法用折光、紫外吸收,或用酸的某些电化学检测器检测。抗坏血酸有强的电化学信号,在265 nm处有强吸收,其他有机酸的吸收波长都在200 nm以上。

许多酸能用电化学方法如伏安法和极谱法测定,在理想情况下,电化学方法的灵敏度和专一性是独特的。然而,杂质的存在常阻碍了电化学方法的可行性。

不同于滴定法,色谱法和电化学法不能区分酸和它的共轭碱,而两种物质不可避免地共存于食品内在的缓冲体系,这使得仪器测定法比滴定法测定的数值高出50%,因此,糖酸比只建立在滴定法测定的酸度基础上。

复习思考题

1.说明pH计的基本原理。

2.说明pH计的使用步骤。

3.食品中的酸是无机酸还是有机酸?何为代表性酸?如何测定食品中的酸?

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