Методы определения жира в продуктах
Физико-химические методы исследования состава и свойств пищевого сырья и продуктов
Рефрактометрия
При прохождении светового луча через поверхность раздела двух сред он отклоняется от первоначального направления, т.е. преломляется. Преломление луча света описывается законом Снелля:
(2.1)
где α – угол падения, град;
β – угол преломления, град;
n1, n2 – показатель преломления 1-й и 2-й сред.
Рисунок 2.1 – Схема преломления лучей света
Угол падения и угол преломления связаны соотношением, которое называется показателем преломления. Величина угла отклонения зависит от концентрации и температуры вещества. Показатель преломления органических жидкостей уменьшается при увеличении температуры. Так как показатель преломления зависит от такого фактора, как температура, поэтому рефрактометрические измерения принято выполнять при температуре 200С. При отклонении температуры от 200С вводят соответствующие температурные поправки.
Все измерения проводят в белом свете. Показатель преломления прозрачных сред определяют в проходящем свете, а полупрозрачных – в отраженном.
Рефрактометрию широко применяют при установлении концентрации углеводов в различных продуктах, массовой доли сухих веществ. Этим методом пользуются также для количественного определения жиров в пищевых продуктах, для пофазного контроля в процессе производства пищевых продуктов – кондитерских, напитков, некоторых видов консервов и т.д.
|
|
|
В большинстве случаев при измерении показателей преломления в качестве стандартной среды используют вакуум. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде называют абсолютным показателем преломления этой среды. В некоторых случаях абсолютным считают показатель преломления, рассчитанный по отношению к воздуху, что не является большой ошибкой, так как нет существенной разницы при распространении электромагнитной волны в воздухе и вакууме (в некоторых источниках эту величину называют относительным показателем преломления, отнесенным к воздуху). Показатель преломления среды по отношению к воздуху на 0,03 % меньше абсолютного показателя преломления по отношению к вакууму. Значение показателя преломления практически не зависит от давления, однако в значительной степени зависит от температуры.
Показатели преломления измеряют при помощи рефрактометров. Стандартным рефрактометром является прибор Аббе. Для определения составных частей сырья и готовой продукции используют различные рефрактометры ИРФ-454, ИРФ-464 и др. Основные элементы прибора: измерительная и освещающая призмы, элементы микроскопа, термостат и источник света. Большинство лабораторных рефрактометров позволяют измерять показатели преломления в интервале температур от 0 до 80 ºС. Рефрактометры специального назначения работают в интервале температур от 0 до 200 ºС и находят широкое применение в промышленности. Показатель преломления твердых объектов определяют в отраженном свете. В этом случае контрастность значительно хуже, чем при измерении в проходящем свете. Для измерения показателя преломления прозрачных тел на поверхность измерительной призмы рефрактометра наносят каплю жидкости с большим показателем преломления, чем у измеряемого тела (монобромнафталин). Затем плотно прикладывают полированную плоскую поверхность измеряемого тела, причем освещающая призма остается открытой.
|
|
|
Показатель преломления сильноокрашенных жидкостей также определяют в отраженном свете, нанося вещество прямо на поверхность измерительной призмы. Если температура плавления вещества находится в диапазоне температур, регулируемых термостатом, то измеряют показатель преломления вещества в расплавленном состоянии. Недостаток метода рефрактометрии – испарение жидкости с поверхности измерительной призмы.
|
|
|
Поляриметрия
Поляриметрия - метод исследования веществ, основанный на измерении величины угла вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Атомы молекул некоторых веществ способны поляризоваться, т.е. приобретать дипольный момент в электрическом поле. Поляризация атомов обусловлена смещением в молекуле атомов разного типа, что связано с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности – ассиметрические атомы. Вещества, содержащие такие атомы, обладают оптической активностью. Они способны вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через исследуемое вещество света.. Величина такого вращения в растворах зависит от их концентрации, поэтому поляриметрию широко применяют для измерения концентрации оптически активных веществ, например сахаров.
Вещества, обладающие свойством изменять направление колебаний при прохождении через них поляризованного света, называются оптически активными.
Поляриметрический метод разработан для количественного определения сахарозы, фруктозы, глюкозы, винной кислоты.
|
|
|
Оптическая активность вещества характеризуется удельным вращением, под которым понимается угол, на который повернется плоскость поляризации при прохождении поляризованного луча через раствор, в 1мл которого содержится 1г растворенного вещества, при толщине слоя раствора (длине поляризационной трубки), равной 1 дм.
Под плоскостью поляризации понимается плоскость, проходящая через поляризованный луч перпендикулярно направлению его колебаний.
Удельное вращение зависит не только от природы вещества, но и от температуры, длины поляризованного света и растворителя, поэтому его принято относить к
Исследования методом поляриметрии осуществляют с помощью прибора поляриметра или его разновидностью сахариметра, с помощью которого можно определять содержание сахарозы в растворе неизвестной концентрации без предварительного взятия навески.
Методы определения плотности
Относительная плотность определяется как отношение плотности исследуемого вещества к плотности «стандартного» вещества в определенных физических условиях:
d = 
, (3.1)
где ρ - плотность данного вещества (кг/м3);
ρ0 - плотность «стандартного» вещества (кг/м3).
Плотность вещества, р, кг/м3, определяется как отношение покоящейся массы, m (кг) к ее объему v(м3):
ρ = 
, (3.2)
Для жидких пищевых веществ «стандартным» веществом является чистая вода при температуре 3,98°С и нормальном атмосферном давлении, что соответствует наибольшей ее плотности.
Относительную плотность определяют при температуре продукта 20°С и воды 4°С или 20°С и обозначают символами d 
или d 
. Для пересчета значений плотности d в d или наоборот пользуются температурными коэффициентами расширения.
d = 1,00177 d и d = 0,99823 d
Относительная плотность жидких продуктов зависит не только от их температуры, но и от концентрации сухих веществ.
Показатели плотности учитываются при оценке качества молока, определении содержания сухих веществ в плодовых и ягодных экстрактах, содержания поваренной соли в растворах.
Для определения относительной плотности чаще всего применяют пикнометрический или ареометрический метод.
Пикнометрический метод основан на определении массы равных объемов исследуемого продукта и воды при температуре 20°С с помощью прибора пикнометра, который взвешивается, термостатируется вместе с исследуемым продуктов и отдельно с дистиллированной водой.
Плотность исследуемого продукта вычисляется по формуле
d20 = 
, (3.3)
где m - масса пустого пикнометра, г;
ml - масса пикнометра с исследуемой жидкостью, г;
m2 - масса пикнометра с дистиллированной водой, г.
Ареометрический метод проводят с помощью прибора ареометр со шкалой, показывающей плотность. В исследуемый жидкий продукт погружают ареометр до тех пор, пока масса жидкого продукта, вытесненного им, не станет равной массе ареометра. Плотность жидкого продукта определяют по градуированной шкале ареометра в зависимости от уровня его погружения. Внутри некоторых ареометров имеется термометр, которым можно измерять температуру исследуемого жидкого продукта.
Высушивание
Вода является во многих продуктах количественно преобладающим компонентом. Она существенно влияет на качественные характеристики пищевого сырья и его устойчивость к воздействию микробиологических факторов. Массовая доля воды в пищевом сырье зависит от особенностей химического состава, сроков и условий хранения.
Вода в биологических объектах присутствует в трех формах: в виде свободной, слабо связанной и прочно связанной. Свободная вода, сохраняя подвижность до температуры замерзания около 0 С, служит растворителем многих веществ.
Связанная вода прочно соединена с коллоидными веществами, образуя их гидратную оболочку, и не является растворителем. Слабо связанная вода замерзает при температуре –3…–5 С. В процессе хранения происходит изменение соотношения между свободной и связанной водой, что влияет на свойства пищевого сырья. Существуют различные методы аналитического определения содержания воды. В наиболее распространенных методах воду удаляют из исследуемого объекта высушиванием, отгонкой и поглощением осушителями. В качестве осушителей чаще всего используют перхлорат магния, сульфат кальция, сульфат натрия, оксид фосфора и хлорид кальция.
Метод высушивания – наиболее распространенный и универсальный способ определения воды. Содержание воды определяют по потере массы испытываемых образцов при их высушивании. Свободную влагу удаляют при температуре, близкой к температуре кипения воды. При воздействии повышенной температуры в образцах пищевых продуктов могут возникать побочные явления, связанные с развитием процессов дезаминирования и декарбоксилирования, образованием летучих соединений в результате термического разложения компонентов продукта, испарением летучих веществ и окислительными изменениями при контакте с кислородом воздуха. Увеличение массы исследуемых образцов за счет образования продуктов окисления липидов может быть особенно значительным при сушке жиров или биоматериалов с высокой массовой долей жира. Поэтому наиболее объективные результаты можно получить при высушивании образцов в условиях вакуума или в атмосфере инертных газов. Условия сушки необходимо подбирать с учетом особенности состава и свойств высушиваемого материала.
Точность результатов определения и продолжительность анализа зависят от температурного режима сушки и условий подготовки проб к высушиванию. Обычно высушивание проводят при температуре, не превышающей 105 С, до достижения постоянной массы образцов. Ткани, содержащие нативные (неденатурированные) белки, следует сушить под вакуумом при температуре ниже температуры денатурации белков. При сушке жиров или продуктов с высоким содержанием жира температура не должна превышать 105 С. При сушке продуктов с невысокой массовой долей жира и высоким содержанием влаги температуру высушивания можно доводить до 150 С, при этом продолжительность сушки не должна превышать 1 ч. Для ускорения сушки рекомендуется уменьшить толщину высушиваемого слоя и увеличить пористость продукта, смешивая его с твердым инертным материалом, например песком. Песок, применяемый для этой цели, промывают водой, просеивают через сито с отверстиями 1–3 мм и настаивают с разбавленной соляной кислотой в течение суток. После обработки кислотой песок промывают водой до нейтральной реакции промывных вод на лакмус и высушивают при 150 С. Скорость сушки можно увеличить, добавляя к материалу этанол.
В лабораторной практике высушивание под вакуумом проводят лишь в специальных случаях. Обычно продукты высушивают при атмосферном давлении. Для этого служат сушильные шкафы разных устройств. Наиболее удобны шкафы с электрическим обогревом и терморегулятором, позволяющим поддерживать определенную температуру.
Общее содержание минеральных веществ может быть определено озолением. Зола представляет собой минеральную часть продукта, полученную после сжигания органических веществ. В состав минеральных веществ входят хлористые, карбонатные, фосфорные и сульфатные соли калия, натрия, аммония, магния, кальция. В небольших количествах содержится железо; в микродозах – медь, цинк, стронций, барий, бор, кремний, олово, молибден, кобальт, никель и другие химические элементы.
Содержание золы дает приближенное представление о количестве минеральных веществ в продукте, так как процесс озоления может сопровождаться изменением их состава. Например, в зависимости от условий озоления карбонаты могут частично или полностью превращаться в оксиды с выделением двуокиси углерода; ортофосфаты – в пирофосфаты; сульфиды – в сульфаты; нитриты и нитраты частично переходят в оксиды. Повышение температуры может сопровождаться потерями серы, фосфора, хлора. При озолении продуктов, содержащих относительно высокое количество хлоридов, могут наблюдаться потери железа, свинца, алюминия и меди благодаря образованию летучих хлоридов этих металлов. В состав золы входят элементы, которые содержались в органических компонентах продукта до его минерализации. При определенных условиях минерализации проб может быть обеспечен сравнительно постоянный состав золы, что позволяет получить сопоставимые результаты. В настоящее время для определения содержания золы используют три метода: метод без предварительного высушивания навески; ускоренный метод; метод определения минеральных веществ, не растворимых в 10 %-м растворе соляной кислоты. Метод без предварительного высушивания навески применяют в том случае, если содержание влаги в продукте не превышает 20 %.
Фотоколориметрический метод
Этим методом можно по интенсивности окраски раствора установить концентрацию определяемого вещества в растворе. В основу метода положено свойство окрашенных растворов поглощать проходящий через него свет определенной длины волны.
Снижение интенсивности света при прохождении его через раствор тем больше, чем интенсивнее окрашен раствор и чем больше слой жидкости, через который он проходит.
Согласно закону Ламберта-Беера, между интенсивностью падающего и прошедшего через раствор света, концентрацией вещества и толщиной слоя раствора существует количественная зависимость, выражающаяся уравнением:
где D - оптическая плотность раствора;
E - коэффициент поглощения (экстинкции), который зависит от длины волны падающего света, природа растворенного вещества и температуры раствора и не зависит от концентрации раствора;
c - концентрация вещества в растворе;
d - толщина слоя раствора.
Из уравнения следует, что оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации вещества в растворе при постоянной толщине слоя раствора. Это является основным законом фотометрического анализа,
Для повышения чувствительности и точности колориметрических измерений необходимо через исследуемый раствор пропустить свет с возможно узкой областью спектра, длинами волн, которые соответствуют максимуму поглощения света исследуемым окрашенным раствором.
Фотоколориметрический метод анализа основан на измерении светопоглощения раствора с помощью фотоэлемента, превращающего световую энергию в электрическую. Приборы, на которых производят измерение светопоглощения окрашенными растворами с помощью фотоэлемента, называют фотоколориметрами.
Методы определения жира в продуктах
Большинство методов количественного определения жира основано на извлечении его органическими растворителями и последующем определении количества жира в экстракте. Для извлечения жира применяют растворители с низкой температурой кипения, удаление которых из жира не представляет затруднений. Чаще всего используют серный или петролейный эфир, хлороформ, дихлорэтан. Петролейный эфир имеет преимущество перед другими растворителями, поскольку извлекает меньше веществ, сопутствующих жирам. На экстрагирующую способность жира влияет наличие в нем посторонних примесей, в частности воды.
Полнота извлечения жира из пищевых объектов растворителями зависит от характера и степени взаимодействия липидов с другими компонентами продукта, содержания в нем влаги, структуры, соотношения растворителя и жирсодержащего материала, а также продолжительности экстрагирования. Более полно липиды извлекаются смесью бинарных растворителей с разными полярными свойствами, например смесью хлороформа с метанолом и хлороформа с этанолом. Вода, содержащаяся в тканях, препятствует диффузии жира из материала в растворитель. Поэтому прибегают к обезвоживанию материала перед экстракцией. Перед экстракцией измельченные пробы рекомендуется растирать с песком. Наряду с высушиванием при повышенной температуре применяют способ, при котором пробы исследуемого материала растирают с нейтральными водоотнимающими веществами, например безводным сульфатом натрия, а также обезвоживание материала настаиванием или кипячением со спиртом. Чаще всего жир определяют методом Сокслета.
Методом Сокслета извлекают не только липиды, но и сопутствующие им вещества – фосфатиды, стерины, свободные жирные кислоты, красящие вещества, поэтому определяемый таким образом жир называют «сырым жиром».
Процесс выделения основан на сходстве выделяемого компонента с растворителем: при пропускании последнего через смесь он «захватывает» с собой нужное вещество и выводит его из системы. Таким образом, на выходе получается смесь экстрагируемого вещества с растворителем, следовательно, в этой смеси не должно происходить никаких химических реакций (компоненты должны быть инертны друг к другу, наличие примесей в растворителе также может привести к нежелательным изменениям). Дальнейшее разделение основано на испарении растворителя, желательно использовать низкокипящие растворители, чтобы избежать термического разложения экстрагируемого вещества. Экстрагируемый компонент концентрируется в емкости для растворителя.
Аппараты для извлечения компонентов из твердых смесей — экстракторы — состоят, как правило, из емкости для твердой смеси, емкости для растворителя и обратного холодильника. Существует несколько вариантов аппаратурного исполнения жидкостной экстракции из твердых реагентов (метод Сокслета, Рэндалла и др.).
Полученный экстракт используют для количественного определения жира, кислотного и перекисного чисел. Для экстракции липидов с последующим хроматографированием экстрактов применяют метод Фолча. Данный метод основан на экстракции липидов из тканей хлороформметаноловой смесью. Он позволяет выделить как полярные, так и неполярные липиды и полностью сохранить фракцию фосфолипидов. Полученный экстракт липидов используют для исследования фракционного состава липидов и их жирно-кислотного состава.
Содержание белка в продуктах
Обычно о содержании белковых веществ в пищевом сырье животного происхождения судят по количеству азота. При проведении производственного анализа содержание белковых веществ подсчитывают не по белковому, а по общему азоту, входящему в состав всех органических и неорганических веществ. Такое отклонение в точности определения содержания белков вполне допустимо. Минерализацию (сжигание) производят нагреванием навески продукта с концентрированной серной кислотой в присутствии катализаторов (серно-кислой меди или пероксида водорода), а также веществ, повышающих температуру кипения смеси (сульфата натрия или калия).
Количественное определение белка по методу Къельдаля.
Метод определения общего количества азота, имеющий столетнюю историю, носит имя датского химика Къельдаля; из-за точности и воспроизводимости он в течение столетия остается наиболее используемым (официальным) методом для определения содержания азота / белка в пищевых продуктах и кормах. Со дня первого применения метод Къельдаля претерпел много изменений, которые в основном были направлены на уменьшение потребляемой энергии, занимаемого пространства, веса образца и токсичности катализатора.
Метод Къельдаля можно разбить на три стадии:
· дижестирование (мокрое озоление);
· дистилляция;
· титрование.
Дижестирование - это минерализация гомогенизированного образца в среде концентрированной серной кислоты в присутствии катализатора. Результатом минерализации является раствор, содержащий сульфат аммония:
Органический N + H2SO4 = (NH4)2SO4 + H2O + CO2↑ + и др.
Дистилляция. В присутствии избытка щелочи NH4 + превращается в NH3, который можно отделить от дижестированного образца перегонкой с паром.
(NH4)2SO4 + 2NaOH = 2NH3↑ + 2H2O + Na2SO4.
Титрование. Аммиак, количественно перегнанный с паром, собирается в поглощающем растворе. Содержание азота в образце определяется количеством поглощенного аммиака. Титрование проводят с использованием цветных индикаторов или потенциометрическим методом. Существует два метода титрования: прямое и обратное.
В случае обратного титрования (применяется для макро-метода Къельдаля) в качестве поглощающего раствора используется точно измеренный объем стандартного раствора кислоты (серной, соляной):
2H2SO4 + 2NH3 = (NH4)2SO4 + H2SO4(избыток);
Избыток кислоты титруют раствором щелочи:
(NH4)2SO4 + H2SO4(избыток) + 2NaOH = (NH4)2SO4 + Na2SO4 + 2H2O.
При прямом титровании вместо стандартизированного раствора сильной кислоты используют раствор борной кислоты. Перегнанный аммиак удерживается в растворе за счет образования аммонийно-боратного комплекса: H3BO3 + NH3 = (NH4H2BO3) + H3BO3 (избыток);
Образованный аммонийно-боратный комплекс титруют стандартным раствором кислоты:
2 (NH4H2BO3) + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2H3BO3
Прямое титрование более удобно, так как предполагает использование только одного
стандартного раствора.
Схема количественного определения азота по Къельдалю:
1. Перемолоть или гомогенизировать образец;
2. Взвесить или отобрать пипеткой образец;
3. Количественно перенести образец в пробирки;
4. Добавить кислоту и соль для повышения температуры кипения;
5. Добавить катализатор, если он не содержался в кислоте;
6. Поместить пробирки в дижестор DK6 или DK20;
7. Минерализовать (дижестировать) образец;
8. Охладить пробирки;
9. Поместить стакан для сбора дистиллята в дистиллятор UDK;
10. Запустить запрограммированный цикл дистилляции;
11. Оттитровать дистиллят ( возможно, с помощью автоматического титратора);
12. Вычислить результаты.
Определение рН растворов
Активная кислотность характеризуется концентрацией свободных ионов водорода в растворе. Значение рН определяют как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода.
Величина рН характеризует качество большинства пищевых продуктов, этот показатель можно применять для контроля биохимических процессов, происходящих при переработке и хранении пищевых продуктов. Кроме того, с активной кислотностью среды теснейшим образом связана жизнедеятельность микроорганизмов.
Концентрацию водородных ионов можно определить по потенциалу (потенциометрический метод), который возникает на границе различных электродов, помещенных в исследуемый раствор. При погружении электрода в раствор на границе электрод — раствор возникает электрический потенциал, так как ионы электрода переходят в раствор. При этом электрод (металл) заряжается положительно, а пограничный слой раствора — отрицательно.
Возникающие пограничные потенциалы функционально связаны с активной концентрацией ионов водорода. Однако технически можно измерить лишь разность потенциалов. Поэтому прибор для измерения рН состоит из двух полуэлементов или электродов: потенциал одного из них прямо или косвенно зависит от концентрации определяемых ионов — его называют индикаторным электродом; и второй электрод, относительно которого измеряется потенциал индикаторного электрода, — называется электродом сравнения.
При помощи рН-метра измеряют разность потенциалов между двумя электродами, помещенными в раствор. Основой такой системы служит электрод, потенциал которого зависит от рН. Чаще всего в качестве такой рН-зависимой ячейки используют стеклянный электрод, принцип действия которого основан на том, что некоторые типы боросиликатно-го стекла проницаемы для ионов Н+, но непроницаемы для любых других катионов или анионов. Если тонкий слой такого стекла поместить между двумя растворами с различными концентрациями ионов Н+, эти ионы будут диффундировать сквозь стекло из раствора с высокой концентрацией ионов водорода в раствор с низкой концентрацией. Стеклянный электрод содержит 0,1-молярный раствор соляной кислоты в контакте со стеклом, проницаемым для Н+-ионов. К измерительному прибору его присоединяют проволокой, покрытой хлоридом серебра и погруженной в соляную кислоту (рис. 5.1).
Цепь замыкается при погружении в раствор электрода сравнения, который чаще всего содержит пасту Hg/HgCl2 в насыщенном растворе хлорида калия. Хлорид калия служит для создания контакта между Hg/HgCl2 — полуэлементом и раствором, в котором проводят измерение.
Такой полуэлемент помещают в стеклянный корпус, непроницаемый для Н+-ионов (его потенциал не зависит от рН). Электрический контакт между раствором хлорида калия внутри электрода сравнения и измеряемым раствором осуществляется с помощью тонкой нити или капилляра в стеклянном корпусе. Напряжение, измеряемое такой системой, является, прежде всего, разностью потенциалов между стеклянным электродом и электродом сравнения.
Измеряя электродвижущую силу электродной системы электронным милливольтметром, шкала которого градуирована в единицах рН, определяют рН контролируемого раствора.
рН-метр используют в высокотехнологичном производстве всех видов горючего, в фармакологической, косметической, лакокрасочной, химической, пищевой промышленности и мн. др.; pH-метры имеют широкое применение в научно-исследовательской практике химиков, микробиологов и почвоведов, агрохимиков, в лабораториях стационарных и передвижных, в том числе полевых, а также клинико-диагностических (для контроля физиологических норм и диагностики), судебно-медицинских. Последнее время pH-метры также широко используются в аквариумных хозяйствах, для контроля качества воды в бытовых условиях, в земледелии (особенно в гидропонике).
Экспресс-метод измерения рН основан на окрашивании индикаторной бумаги при смачивании ее испытуемым раствором и на сравнении полученной окраски со шкалой сравнения.
Для грубой оценки концентрации водородных ионов широко используются кислотно-основные индикаторы — органические вещества-красители, цвет которых зависит от pH среды. К наиболее известным индикаторам принадлежат лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый (метилоранж) и другие. Индикаторы способны существовать в двух по-разному окрашенных формах — либо в кислотной, либо в основной. Изменение цвета каждого индикатора происходит в своём интервале кислотности, обычно составляющем 1–2 единицы.
Для расширения рабочего интервала измерения pH используют так называемый универсальный индикатор, представляющий собой смесь из нескольких индикаторов. Универсальный индикатор последовательно меняет цвет с красного через жёлтый, зелёный, синий до фиолетового при переходе из кислой области в щелочную. Определения pH индикаторным методом затруднено для мутных или окрашенных растворов..
В человеческом организме в различных органах водородный показатель различен. Так в желудочно-кишечном тракте человека pH изменяется от кислотного в желудке (pH 1,5—2,0) до щелочного в толстой кишке (pH 8,5—9,0)
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 48; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!