用氧彈式量熱計(jì)測(cè)定茶葉的熱值

高錦紅，陳瑩，李雅麗

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用氧彈式量熱計(jì)測(cè)定茶葉的熱值

高錦紅，陳瑩，李雅麗

渭南師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院，陜西 渭南 714000

熱值作為衡量物質(zhì)質(zhì)量的一個(gè)重要物理數(shù)據(jù)，從能量角度為評(píng)價(jià)同類食品質(zhì)量提供一種新思路和方法。利用氧彈量熱計(jì)測(cè)定12種茶樣的熱值，結(jié)果顯示熱值范圍在14.96~16.16?kJ·g-1。量熱計(jì)測(cè)定熱值方法簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便。了解茶葉的熱值，對(duì)飲茶人群的膳食結(jié)構(gòu)及對(duì)茶類食品的開(kāi)發(fā)利用、貯藏、食用等方面有一定的指導(dǎo)和參考意義。

氧彈量熱計(jì)；茶葉；熱值

茶是中國(guó)人的傳統(tǒng)飲品之一，被稱為國(guó)際健康飲品，喝茶是中國(guó)人歷來(lái)的傳統(tǒng)，有著悠久的歷史。茶葉的主成分有蛋白質(zhì)、氨基酸、咖啡堿、多酚類、脂質(zhì)、植物色素及揮發(fā)性成分等。茶葉具有生津止渴、排熱解毒、解困消暑和利尿等功效，茶中的維生素C能防止膽固醇過(guò)高，葉綠素能發(fā)揮血液的再生能力，茶能使人體血液維持在弱堿性。茶還對(duì)環(huán)境保護(hù)有一定作用，其所含的咖啡堿、水溶性蛋白質(zhì)等可發(fā)生物理或化學(xué)吸附，會(huì)聚合臭氣物質(zhì)達(dá)到環(huán)境修復(fù)的功能[1-2]。

氧彈式量熱計(jì)作為熱值測(cè)定技術(shù)手段，目前廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、建筑材料、醫(yī)藥及食品等的熱值研究中[3-6]。有關(guān)茶葉的熱值研究目前少有報(bào)道，本文選漢中綠茶、鐵觀音、西湖龍井和普洱茶等為研究對(duì)象，對(duì)12種茶樣的熱值進(jìn)行測(cè)定，目的在于提供每克茶葉能在體外燃燒釋放的熱能，對(duì)茶葉的加工、貯藏及食用等提供一定的數(shù)據(jù)參考。

孫國(guó)祥等[7]在研究中藥質(zhì)量時(shí)，將熱值作為衡量中藥質(zhì)量的一個(gè)重要物理科學(xué)數(shù)據(jù)，首次提出熱含量相似度概念用于劃分質(zhì)量等級(jí)，從能量角度為評(píng)價(jià)中藥質(zhì)量提供了一種新的思路和方法。本文利用熱值數(shù)據(jù)信息結(jié)合聚類分析法進(jìn)行樣本間的歸類分析，將熱值這一信息引入樣本分類分析研究中，為茶類食品的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供新的思路和方法，對(duì)于茶葉的質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)等具有一定的參考意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

12種測(cè)試樣分別為紫陽(yáng)毛尖（陜西）、漢中綠茶（陜西）、白茶毛峰（福建）、安溪鐵觀音（安溪）、祥華鐵觀音（福建）、西湖龍井（杭州）、普洱茶（云南）、雪水云綠（桐廬）、生沱（云南）、熟沱（云南）、普沱（臨滄）、碧螺春（陜西），均購(gòu)自當(dāng)?shù)爻小?/p>

WGR-1型氧彈式量熱計(jì)（長(zhǎng)沙奔特儀器有限公司），101-2型電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)（上海儀器總廠），電子天平（上海精細(xì)科學(xué)有限公司），點(diǎn)火絲（康銅絲），苯甲酸（AR），藥用膠囊（西安金花制藥有限公司；批號(hào)150710）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

1.2.1實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)燃燒熱的定義[8]，燃燒熱是可燃物質(zhì)B在一定的壓力和反應(yīng)溫度時(shí)1?mol物質(zhì)B完全氧化為同溫下的指定產(chǎn)物時(shí)的反應(yīng)熱。

其中指定產(chǎn)物是指該可燃性物質(zhì)中的C變?yōu)镃O2（g），H變?yōu)镠2O（L），S變?yōu)镾O2（g），N全部生成N2（g），Cl成為HCl（水溶液）。燃燒熱的測(cè)定一般都是在恒容或恒壓條件下進(jìn)行，本實(shí)驗(yàn)測(cè)定茶葉樣本的恒容燃燒熱，數(shù)據(jù)處理利用如下公式：

V=卡Δ－點(diǎn)火絲Δ點(diǎn)火絲－膠囊膠囊

式中：、V、卡、Δ、點(diǎn)火絲、Δ點(diǎn)火絲分別為待測(cè)樣本的質(zhì)量、恒容燃燒熱、熱量計(jì)水當(dāng)量、燃燒前后溫度的變化值、點(diǎn)火絲熱值（已知點(diǎn)火絲=–3.14?kJ·g-1）、點(diǎn)火絲燃燒的實(shí)際質(zhì)量。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

熱值測(cè)定主要步驟：

第一步：卡的標(biāo)定。采用已知熱值的苯甲酸作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定量熱計(jì)水當(dāng)量卡，苯甲酸的熱值為–26.460?kJ·g-1，點(diǎn)火絲的熱值為–3.140?kJ·g-1，均參加計(jì)算。

第二步：膠囊殼的熱值測(cè)定。實(shí)驗(yàn)用膠囊殼均為同一批次藥用膠囊，購(gòu)自當(dāng)?shù)厮幍辍?/p>

第三步：待測(cè)樣品的熱值測(cè)定。待測(cè)樣本均采自當(dāng)?shù)爻?，樣本收集過(guò)程中撇開(kāi)受病蟲(chóng)害及機(jī)械損傷或有霉變樣本，保證每個(gè)樣本在保質(zhì)期內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)測(cè)定嚴(yán)格按文獻(xiàn)[9]方法和步驟進(jìn)行，用WGR-1型微電腦氧彈式量熱計(jì)進(jìn)行測(cè)定。所有熱值結(jié)果中單位采用kJ·g-1。

1.3 樣品處理

將收集的12種茶葉樣本帶回實(shí)驗(yàn)室，用蒸餾水快速清洗，置于80℃烘箱烘至恒重，磨粉、過(guò)篩后貯存?zhèn)溆谩?/p>

2 結(jié)果與討論

2.1 水當(dāng)量W卡的計(jì)算

在燃燒熱實(shí)驗(yàn)測(cè)定過(guò)程中，量熱計(jì)與周圍環(huán)境的熱交換是無(wú)法完全避免的，實(shí)驗(yàn)中Δ值并不是測(cè)定前后溫度直接相減后的差值，因?yàn)樵跍y(cè)定過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境之間熱量的散失無(wú)法完全避免，有時(shí)環(huán)境向量熱計(jì)輻射進(jìn)熱量而使其溫度升高，也可以是量熱計(jì)向環(huán)境輻射出熱量而使量熱計(jì)的溫度降低，所以燃燒前后溫度的變化值Δ不能直接準(zhǔn)確測(cè)量，而必須經(jīng)過(guò)圖解法進(jìn)行校正(該法常稱為雷諾校正法)[9]。本實(shí)驗(yàn)在標(biāo)定W卡時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行的雷諾校正如圖1所示。

按文獻(xiàn)[9]步驟首先進(jìn)行W卡的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，利用公式卡=(–苯甲酸V苯甲酸－△點(diǎn)火絲點(diǎn)火絲)/△對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到量熱計(jì)水當(dāng)量：

卡1=8?353.04?J·℃-1。按同法重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，量熱計(jì)水當(dāng)量的3次平均值為：

卡=8?439.93?J·℃-1。

圖1 雷諾校正圖

2.2 膠囊殼熱值測(cè)定

在待測(cè)樣品的前期處理中，待測(cè)樣可以用膠囊作載體、用濾紙包裹或壓片3種方法進(jìn)行處理。本研究選用藥用膠囊作載體，其優(yōu)點(diǎn)是膠囊作載體時(shí)能保證取樣的均勻性、裝樣方便快捷、易于點(diǎn)火且能保證測(cè)試樣完全燃燒，保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在測(cè)樣品之前，首先完成膠囊載體的熱值測(cè)定工作。本實(shí)驗(yàn)所用膠囊殼為同一批次藥用膠囊殼，其熱值按文獻(xiàn)[9]的方法測(cè)定，數(shù)據(jù)按1.2章節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法中的公式處理。平行測(cè)3次后，得膠囊殼的熱值平均值為Q膠囊=–24.03?kJ·g-1。

2.3 樣品熱值測(cè)定

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，所有樣本的熱值結(jié)果見(jiàn)表1，表中樣品名稱后括號(hào)中的數(shù)字代表樣本編號(hào)。從熱值結(jié)果看，與其他食品的熱值[10]相比，12種茶樣的熱值相對(duì)較低。

表1 熱值結(jié)果

2.4 熱值比較分析

根據(jù)表1結(jié)果對(duì)測(cè)試樣作熱值柱狀圖（圖2），從圖中能直觀地看出各樣本熱值高低。孫國(guó)祥等[3]報(bào)道，食物在進(jìn)入機(jī)體后在體內(nèi)代謝酶作用下會(huì)伴隨著含能物質(zhì)能量釋放過(guò)程，雖然食物中含能物質(zhì)不是完全變成氧化物的形式，但熱值高的物質(zhì)中含能物質(zhì)總量也是較高的。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中能看出一些茶葉的熱值相對(duì)較高，但飲茶者從中獲得的能量高低，與茶葉沖泡過(guò)程中的很多因素有關(guān)，如茶的沖泡方法、水質(zhì)及溫度、時(shí)間等，還與茶所含高能物質(zhì)能否經(jīng)沖泡而溶于茶湯之中有關(guān)，如脂質(zhì)、植物色素和蛋白質(zhì)等成分很難溶于水中，多酚類和維生素在茶葉制作過(guò)程也會(huì)改變成分和含量。本研究只選取了部分茶葉樣本，提供了每克茶葉能在體外燃燒所釋放的熱值，而有關(guān)不同級(jí)別茶葉的熱值、茶葉的熱穩(wěn)定性及熱值與穩(wěn)定性間的相關(guān)性等問(wèn)題研究有待進(jìn)一步分析研究，這對(duì)茶葉的綜合分析評(píng)價(jià)具有一定的積極意義。

2.5 熱值分類分析

聚類分析法已廣泛應(yīng)用于中藥、食品等的分類研究中，該方法從原始信息數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)信息數(shù)據(jù)的特征和親疏程度進(jìn)行分類，相似性大的樣本相聚一起，差異較大的則聚為不同類[11]。以12個(gè)樣本的熱值為原始信息數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類（圖3），圖中第Ⅰ類包括雪水云綠、西湖龍井，碧螺春、生沱、安溪鐵觀音、漢中綠茶、白茶毛峰、祥華鐵觀音和熟沱，表明這些樣本中含能物質(zhì)較相近；第Ⅱ類為普洱茶，單獨(dú)聚為一類，表明普洱茶不同其他樣本，這與其所含成分有關(guān)，普洱茶是一種以大葉種曬青毛茶為原料經(jīng)過(guò)發(fā)酵加工成的散茶和緊壓茶，是中國(guó)茶葉中極具特色的茶類，其品質(zhì)的好壞與加工過(guò)程中的溫度、光線、水分、氧氣和有益微生物控制等有關(guān)系；第Ⅲ類包括紫陽(yáng)毛尖和普沱兩個(gè)樣本，表明這兩種茶葉含能物質(zhì)較相近，從測(cè)定結(jié)果也能看出兩個(gè)樣本的熱值在所有樣本中相對(duì)最低。

聚類譜系圖中樣本歸類明顯，通過(guò)熱值的差別反應(yīng)出樣本間含能物質(zhì)的高低及組成上存在的差異。本研究表明，聚類分析法結(jié)合熱值能進(jìn)行樣本分類判別，優(yōu)點(diǎn)是熱值測(cè)定簡(jiǎn)單，樣本不需要復(fù)雜處理，分類結(jié)果直觀，可見(jiàn)，熱值作為衡量食品含能物質(zhì)高低之外，也可作為食品質(zhì)量評(píng)價(jià)及樣本間相似性分析的原始信息數(shù)據(jù)。

圖2 熱值對(duì)比

圖3 熱值聚類譜系圖

3 結(jié)論

食品的熱值，在一定程度上能夠反映食品對(duì)機(jī)體熱值的增加作用，量熱計(jì)用于待測(cè)樣熱值測(cè)定，實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，能從整體上準(zhǔn)確地測(cè)定出食品中化學(xué)物質(zhì)總含量的高低，量熱計(jì)作為熱值測(cè)定的主要技術(shù)手段，在各類食品的熱值研究中應(yīng)用很廣。

熱值常用于衡量營(yíng)養(yǎng)膳食能量的大小，也可作為衡量食品質(zhì)量的一個(gè)重要物理科學(xué)數(shù)據(jù)，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)茶葉樣本的熱值范圍在14.96~16.16?kJ·g-1，熱值結(jié)果對(duì)茶葉加工利用及綜合評(píng)價(jià)等提供一定的數(shù)據(jù)參考。

將熱值作為一種新的信息引入樣本分類分析研究中，能從能量的角度為評(píng)價(jià)同類食品的質(zhì)量提供新的思路和方法，對(duì)食品的質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)分析研究具有一定的積極意義。

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Determination the Calorific Value of Tea by Bomb Calorimeter

GAO Jinhong, CHEN Ying, LI Yali

College of Chemistry and Materials, Weinan Normal University, Weinan 714000, China

The calorific value is an important physical data to measure the quality of materials.It can provide a new idea and method for evaluating the quality of similar foods from the energy point of view. The calorific values of 12 kinds of tea samples were determined by bomb calorimeter in this study.The results showed that the calorific values of these tea foods ranged from 14.96?kJ·g-1to 16.16?kJ·g-1. The determining method was simple, easy to operate. Understanding the calorific value of tea had a certain guiding and referencing significance for the development, utilization, storage and consumption of tea foods.

bomb calorimeter, tea, calorific value

TS272

A

1000-369X(2018)04-425-05

2017-12-18

2018-01-05

國(guó)家青年科學(xué)基金項(xiàng)目（21503150）、陜西省教育廳項(xiàng)目（15JK1259）、渭南師范學(xué)院自然科學(xué)基金項(xiàng)目（17YKS02）

高錦紅，女，副教授，主要從事物理化學(xué)工作。E-mail:gjh97@163.com