Лабораторная работа №2 методы определения массовой концентрации углеводов. Определение условной крахмалистости зерна

Цель работы: изучить основные методы определения массовой концентрации углеводов, освоить метод определения условной крахмалистости зерна поляриметрическим методом.

Аппаратура и реактивы:

- поляриметр или сахариметр;

- весы аналитические;

- водяная баня;

- электрическая плитка, водяная баня, термометр;

- лабораторная посуда, бюретки;

- раствор со­ляной кислоты массовой концентрации 1,124 г/100 см³;

- раствор сульфата цинка массо­вой концентрации 30 г/100 см³;

- раствор гексацианоферрата калия массовой концентрации 15 г/100 см³;

- воронки, бумажный фильтр;

- дистиллированная вода;

Задание 1 По учебной литературе изучить методы определения массовой концентрации углеводов в объектах технохимического контроля спиртового производства [2, 4].

Задание 2 Определить условную крахмалистость зерна поляриметрическим методом

Сущность метода заключается в растворении и последующем гид­ролизе крахмала и других содержащихся в зерне (кроме пшеницы) угле­водов в горячем разбавленном растворе соляной кислоты или в насы­щенном растворе хлорида кальция (при анализе пшеницы), последую­щем осаждении белковых веществ, фильтрации и измерении угла вра­щения плоскости поляризованного света при прохождении через полу­ченный раствор.

Вследствие специфичности физико-химических свойств крахмала различных культур зерна степень его гидролиза в условиях анализа, а также различна и состав продуктов гидролиза неодинаков. Поэтому для расчета условной крахмалистости различных культур зерна применяют переводные коэффициенты (К), выведенные для каждой культуры на основе экспериментальных исследований. Эти коэффициенты имеют следующие значения: для картофеля - 1,775; для ячменя - 1,912; для овса - 1,914; для ржи - 1,957; для кукурузы - 1,849; для риса - 1,866; для проса и чумизы - 1,818; для вики, гороха и чечевицы - 1,747; для сорго и гаоляна - 1,865; для гречихи - 1,805; для тритикале - 1,883; та­пиоки - 1,854; для пшеницы - 4,271 при анализе условной крахмалисто­сти с применением насыщенного раствора хлористого кальция.

В дефектном зерне условную крахмалистость определяют биоло­гическим методом бродильной пробы.

Подготовка зерна к анализу

Очищенное от сорной примеси зерно размалывают на лаборатор­ной мельнице так, чтобы все размолотое зерно при просеивании прошло через сито с отверстиями диаметром 1 мм, для кукурузы - 0,5 мм.

Зерно, влажность которого превышает 17%, перед размолом подсуши­вают на воздухе или в сушильном шкафу при температуре не более 50 ⁰С.

Размолотое зерно помещают на стол с гладкой поверхностью и двумя плоскими совками перемешивают и разравнивают слоем, не пре­вышающим 5 мм.

Для анализа отбирают совком не менее чем из 10 разных мест слоя по две параллельных навески массой (5,00±0,01) г каждая для метода с раствором соляной кислоты и (2,00±0,01) г для метода с насыщенным раствором хлорида кальция.

Поляриметрический метод с применением раствора соляной кислоты массовой концентрации 1,124 г/100 см³

Две параллельные навески размолотого зерна массой (5,00±0,01) г переносят без потерь через воронки в две сухие мерные колбы вмести­мостью 100 см³ каждая. Стаканчики ополаскивают 25 см³ раствора со­ляной кислоты массовой концентрации 1,124 г/100 см³ смесь выли­вают в колбы с помолом зерна. После добавления первой порции рас­твора соляной кислоты содержимое колб перемешивают до полного смачивания помола и исчезновения комочков. Следующими 25 см³ рас­твора соляной кислоты смывают частицы помола со стенок горлышка колб, смесь осторожными вращательными движениями перемешивают и помешают колбы с содержимым в кипящую водяную баню на 15 мин.

В течение первых трех минут, не вынимая колб из бани, переме­шивают их содержимое круговыми движениями, а затем колбы остав­ляют в бане без перемешивания. При этом вода в бане должна быть вы­ше уровня жидкости в колбах и непрерывно кипеть.

Через (15±0,5) мин колбы вынимают из бани, быстро приливают и них по 25-30 см³ холодной дистиллированной воды и растворы охлаж­дают до температуры (20±0,1) ⁰С в холодной проточной воде.

Затем в колбы приливают по 1 см³ раствора сульфата цинка массо­вой концентрации 30 г/100 см³ и после перемешивания добавляют по 1 см³ раствора гексацианоферрата калия массовой концентрации 15 г/100 см³ для осаждения белков и осветления растворов. Содержимое колб снова перемешивают, объем доводят до метки дистиллированной водой при (20,0±0,2) °С и после тщательного перемешивания фильтру­ют через бумажные складчатые фильтры в две сухие конические колбы.

Взамен указанных осадителей допускается использовать раствор молибдата аммония массовой концентрации 2,5 г/100 см³, добавляя его в количестве 6 см³.

Если после добавления осадителей образуется пена, то от нее из­бавляются путем добавления 1-2 капель этилового эфира или головной фракции этилового спирта.

Первые 20 см³ фильтрата отбрасывают, а остальной фильтрат ис­пользуют для измерения угла вращения плоскости поляризации.

Измерение проводят в поляризационной кювете длиной 200 мм при температуре (20±0,2) ⁰С, при анализе овса используют кювету дли­ной 100 мм, удваивая при этом полученные результаты.

Кювету перед определением ополаскивают исследуемым раство­ром, затем осторожно, чтобы в жидкость не попали пузырьки воздуха, заполняют ее фильтратом, закрывают покровным стеклом и пробкой и досуха вытирают трубку снаружи.

Кювету с фильтратом помещают в камеру поляриметра (сахари­метра) и снимают отсчет по шкале прибора.

Всего делают не менее трех измерений в каждой анализируемой пробе. Расхождение между результатами показаний не должно превы­шать погрешности используемого поляриметра (сахариметра). В про­тивном случае делают дополнительные отсчеты с использованием но­вых порций фильтрата. За окончательный результат измерений прини­мают среднее арифметическое значение двух параллельных показаний.

Обработка результатов

Условную крахмалистость зерна (X) в процентах, при использова­нии сахариметров и поляриметров с нормальной сахарной шкалой вы­числяют по формуле:

Х = (2.1)

где К – переводной коэффициент для каждой культуры зерна; П – показатель сахариметра (поляриметра), градусы; W₁ – массовая доля влаги зерна, %, W₂ – массовая доля влаги помола, %, Мс – массовая доля сорной примеси в зерне, %, 100 – перевод процентов в доли.

Поляриметрический метод определения условной крахмалистости пшеницы с раствором хлорида кальция

Метод основан на превращении крахмала в растворимую форму с _п0мошью насыщенного раствора хлорида кальция и уксусной кислоты. При этом гидролиза такою крахмала не происходит и низкомолекуляр­ные углеводы, занижающие удельный угол вращения плоскости поля­ризации, не образуются. В связи с этим для расчета условной крахмали­стости используют удельный угол вращения плоскости поляризации натурального крахмала, а не продуктов его гидролиза.

Насыщенный раствор хлорида кальция при этом переводит в рас­твор несбраживаемые компоненты зерна (пентозаны, гемицеллюлозы, белки, азотистые вещества и др.) в незначительной степени, что повы­шает точность определения.

Проведение анализа

В две сухие круглодонные колбы вместимостью 100 см³ с широкой горловиной (диаметр не менее 2,5 см) вносят по (2,00±0,01) г помола пшеницы, добавляют по 5 см³ дистиллированной воды и размешивают стеклянной палочной до исчезновения комочков. Затем приливают по 60 см³ насыщенного раствора хлорида кальция и по 2 см³ раствора ук­сусной кислоты.

Содержимое колб тщательно перемешивают. Колбы закрепляют в штативе на некотором расстоянии от источника нагрева и равномерно нагревают до кипения в течение 5 мин (пламя газовой горелки должно быть покрыто асбестовой сеткой). Во время нагрева содержимое колб перемешивают стеклянной палочкой. Кипячение проводят в течение 15 мин. В процессе кипячения следят за тем. чтобы кипение было уме­ренным, без вспенивания жидкости и образования комков помола зерна на стенках колб.

После кипячения содержимое колбы в горячем состоянии перено­сят в мерную колбу вместимостью 100 см³ и охлаждают в проточной холодной воде до комнатной температуры. Круглодонную колбу опо­ласкивают дистиллированной водой, сливая ее в мерную колбу.

Для осаждения белков и осветления растворов добавляют к содер­жимому no 1 см³ раствора сульфата цинка и после перемешивания - но ' см раствора гексацианоферроата калия. Объем раствора в колбе до­водят до метки дистиллированной водой при температуре (20±0,2) °С, тщательно перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр в сухие Колбы. Если растворы плохо фильтруются, то в следующих анализах количество раствора уксусной кислоты увеличивают до 3 см³

Фильтрацию и снятие показаний по шкале сахариметра проводят аналогично вышеописанному.

Обработка результатов анализа

Условную крахмалистость пшеницы (Х„, %) при использовании са­хариметра с нормальной шкалой вычисляют по формуле (2.1).

При использовании поляриметров с круговой шкалой показания прибора П в формуле (2.1) делят на 0,3468 - коэффициент перевода гра­дусов круговой шкалы в градусы нормальной сахарной шкалы.

Вычисления по формуле (2.1) проводят до второго десятичного знака с последующим округлением до трех значащих цифр.

Задание 3 Сравнить полученные результаты анализов условной крахмалистости зернового сырья с нормативными значениями [2]. Сделать выводы.

Вопросы для контроля:

1. В каких объектах спиртового производства определяются содержание углеводов?

2. Что лежит в основе поляриметрического определения условной крахмалистости зерна?