基于氧彈式量熱法測定比較十一種谷物熱量

王語園 張新錦 張鑫

摘 要：氧彈式量熱法測定谷物熱量原理簡單，操作方便，方法可靠。文章利用氧彈式量熱計(jì)測定了11種谷類的熱值，結(jié)果表明不同種類的谷物其所含熱量有所差異，蕁麻子熱值最大，燕麥次之，黑米以及紅香米熱值最小，糙米，粳米，小米，大米等熱值居中，這為人們合理飲食提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氧彈式量熱法；燃燒熱；谷類

引言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)于健康的關(guān)注越來愈高，因此更加注重養(yǎng)生，并逐漸改變傳統(tǒng)的飲食習(xí)慣。主食對(duì)身體健康十分重要，只有合理膳食，才能保證身體健康。小米、黑米等谷物在主食中占據(jù)相當(dāng)大的比例，了解其熱值對(duì)人們合理搭配飲食意義重大。

食品的發(fā)熱量一般采用氧彈式量熱法進(jìn)行測定，此種裝置可測絕大部分固態(tài)可燃性物質(zhì)，如：蔗糖、煤、葡萄糖、淀粉等物質(zhì)[1]。文章針對(duì)大米，小米，黑米，紅香米，糙米，蕎麥米，高粱米，薏米，燕麥，粳米，蕁麻子十一種谷物進(jìn)行測定。

1 用氧彈式量熱法對(duì)十一種谷物熱量的測定

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

燃燒熱是指1mol 物質(zhì)完全燃燒時(shí)所放出的熱量。而完全燃燒是指可燃性物質(zhì)中的碳生成CO2（g），氫生成H2O（l），硫生成SO2（g），氮生成N2（g）等。燃燒熱通常在恒容或恒壓情況下測定。

本實(shí)驗(yàn)采用氧彈式量熱計(jì)測定大米、黑米、紅香米等十一種谷物的恒容燃燒熱，其關(guān)系式為：

mQV=W卡？駐T-Q點(diǎn)火絲m點(diǎn)火絲-Q膠囊m膠囊 （1）

式中：m-待測物質(zhì)的質(zhì)量，g；QV-待測物質(zhì)的恒容摩爾燃燒熱；Q點(diǎn)火絲-點(diǎn)火絲的燃燒熱，Q點(diǎn)火絲（鎳鋯絲）=1400 J·mol-1

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）利用苯甲酸燃燒來測定水當(dāng)量。系統(tǒng)恒容熱容的標(biāo)定，測定燃燒熱時(shí)，必須知道儀器的恒容熱容CV，由于每套系統(tǒng)的熱容不一定相同，則實(shí)驗(yàn)時(shí)必須事先標(biāo)定。（2）醫(yī)用膠囊燃燒熱的測定。選取一個(gè)密封良好的藥用膠囊，在天平上稱其質(zhì)量。將所稱膠囊置于坩堝中，接上點(diǎn)火絲點(diǎn)火，然后放入氧彈中并充入氧氣，記錄數(shù)據(jù)并利用數(shù)據(jù)計(jì)算膠囊的燃燒熱，因?yàn)樵跍y樣品時(shí)要扣除膠囊的燃燒熱，才能得到試樣的燃燒熱[2-3]。（3）樣品燃燒熱的測定。取大米、小米、黑米等若干，置于干燥箱中烘干2～5h，以便將其水分烘干使得測量準(zhǔn)確。稱取烘干后的各樣品約0.3～0.5g，裝于膠囊，置于氧彈中，固定好點(diǎn)火絲，將氧彈蓋好，充氧。將充好氧氣的氧彈安裝在量熱計(jì)中，接通電源，攪拌，并每隔60s記錄一次溫度，記錄10min。再設(shè)置“定時(shí)”為30s，按下“點(diǎn)火”按鈕，點(diǎn)火指示燈熄滅，若樣品一經(jīng)燃燒，水溫很快上升，說明點(diǎn)火成功。每隔30s記錄一次溫度，直至溫度上升緩慢后改為每隔60s記錄一次溫度，在記錄10個(gè)數(shù)據(jù)，便可停止實(shí)驗(yàn)。稱量剩余燃燒物和點(diǎn)火絲的質(zhì)量，進(jìn)行燃燒熱的計(jì)算[4]。

2 結(jié)果分析

2.1 量熱計(jì)常數(shù)W卡的測定

苯甲酸質(zhì)量：0.8033g；點(diǎn)火絲質(zhì)量：0.0102g；剩余點(diǎn)火絲質(zhì)量：0.0034g。（見圖1）

量熱計(jì)水當(dāng)量W卡的計(jì)算：QV=26460J.g-1，m=0.8033g，Q點(diǎn)火絲=1400J.g-1，m點(diǎn)火絲=0.0068g，ΔT=1.47℃。代入（1）式中，求得：W卡=14465.87J.℃-1

2.2 蕎麥米燃燒熱的測定

樣品質(zhì)量：0.3653g；點(diǎn)火絲質(zhì)量：0.0108g；剩余點(diǎn)火絲的質(zhì)量：0.0035g。（見圖2）

蕎麥米的燃燒熱的計(jì)算：m=0.3653 g，W卡=14456.87J.℃-1，Q點(diǎn)火絲=1400J.g-1，m點(diǎn)火絲=0.0073g，ΔT=0.57℃，m膠囊=0.0772g，Q膠囊=23511.24J.g-1。

代入（1）式中，求得：QV=17561.25J.g-1

同理測定紅香米等的QV同理，并將所有樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后將測定結(jié)果列于表1。

表1 十一種谷類的QV

2.3 十一種谷物熱量值的比較

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)繪制條形統(tǒng)計(jì)圖，見圖3。圖中數(shù)字1-11依次代表蕁麻子、燕麥、薏米、粳米、小米、蕎麥米、糙米、大米、高粱米、紅香米、黑米。

圖3 11種谷物燃燒熱測定結(jié)果的比較

由圖3可知，燕麥和蕁麻子熱值最大，紅香米和黑米熱量最低，蕎麥米、糙米等熱量居中，這與谷物中糖類、脂肪、各種氨基酸等的含量有關(guān)，不同種類的谷物各種元素含量不同因而燃燒熱不同，因此可根據(jù)主食熱量初步合理規(guī)劃不同人群的飲食[5]。

3 結(jié)束語

通過對(duì)十一種常見谷物熱值的測定，可知在同等質(zhì)量下蕁麻子所含熱量最多，燕麥次之，紅香米、黑米所含熱量最少，蕎麥米、糙米等居中。由本研究所得數(shù)據(jù)在飲食的合理搭配以及營養(yǎng)學(xué)方面的計(jì)算中可以提供一定的理論參考，人們可以參考相應(yīng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)自身不同的需要來合理的選擇適合自己的主食，調(diào)理身體，從而有益于身體健康。

參考文獻(xiàn)

[1]清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)第1版[M].北京：清華大學(xué)出版社，1991：26-27.

[2]閆學(xué)海，朱紅.液體試樣燃燒熱的測定方法[J].化學(xué)研究，2000，4：17-19.

[3]李震.氧彈式量熱法測燃燒熱實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].大學(xué)化學(xué)，2001，16（4）：37-40.

[4]東北師范大學(xué)等校.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].高等教育出版社，1989：45-47.

[5]李森蘭，杜巧云，王保玉.燃燒熱測定實(shí)驗(yàn)研究[J].大學(xué)化學(xué)，2001，16（1）：51-57.

作者簡介：王語園（1981-），男，陜西城固人，講師，碩士。