МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ЖИРОВ
Физико-химические показатели служат для характеристики природы жира, его жирнокислотного состава, чистоты, а также степени свежести.
Численные значения физико-химических показателей колеблются в определённых пределах для различных видов жиров, что обусловлено их химическим составом, а также различием в количественном и качественном соотношении входящих в них жирных кислот, обладающих разными свойствами (предельные
инепредельные, растворимые и нерастворимые в воде, летучие с водяными парами и нелетучие, низко- и высокомолекулярные, легко- и тугоплавкие и т.д.).
По величине отдельных показателей или их совокупности можно судить:
–о подлинности, чистоте и составе жира: плотность, температура плавления
изастывания, показатель преломления, число омыления и йодное число;
–о степени свежести жира: кислотное, перекисное, анизидиновое, йодное число и др.
Многие из этих показателей взаимосвязаны, например, йодное число и преломляющая способность, плотность и число омыления.
7.1.Методы определения физических показателей
7.1.1.Определение относительной плотности. Плотность является мерой количества вещества, выраженного в г или кг в 1 см3 или 1 м3, и может быть рассчитана по формуле
Vm ,
где m – масса вещества, г (кг); V – объём вещества, см3 (м3).
Относительная плотность жира представляет собой отношение массы жира при 15 или 20 °С к массе того же объёма воды при 4 °С и обозначается ρ204.
Плотность жира зависит от природы жира, его жирнокислотного состава, чистоты и степени свежести. Чем больше процентное содержание кислорода в молекулах кислот, входящих в состав глицерида, тем выше его плотность. Поэтому с увеличением содержания низкомолекулярных, непредельных жирных кислот, оксикислот плотность жира возрастает. Плотность находится в сопряжённой зависимости с другими показателями: показателем преломления, числом омыления и др.
42
Определяют плотность пикнометром, гидростатическими весами или ареометром, но наиболее точным является пикнометрический метод.
Проведение определения. Тщательно промытый и высушенный пикнометр объёмом 10, 20 или 25 см3 взвешивают на аналитических весах, заполняют исследуемым жиром и помещают на 25 – 30 мин в стакан с водой и термометром. По истечении указанного времени пикнометр вынимают из стакана, тщательно вытирают и доводят объём жира до метки (избыток жира удаляют трубочкой из фильтровальной бумаги) и взвешивают.
После этого жир выливают, пикнометр моют мыльной, а затем чистой водой, ополаскивают смесью этанола с диэтиловым эфиром и высушивают в сушильном шкафу 25 – 30 мин, а затем охлаждают в эксикаторе. Пикнометр заполняют дистиллированной водой. Выдержав в той же водяной бане с постоянной температурой, пикнометр с водой вытирают насухо, доводят уровень до метки и взвешивают.
Плотность масла при температурах опыта tt1 , г/см3 (кг/м3), вычисляют по
2
формуле
t1 t2
где m – масса пикнометра, г (кг);
m1 – масса пикнометра с маслом, г (кг); m2 – масса пикнометра с водой, г (кг); t1 – температура масла, ºС;
t2 – температура воды, ºС.
m1 m , m2 m
Плотность, найденную при условиях опыта, пересчитывают на стандартную температуру масла 20 °С и температуру воды 4 °С по формулам
|
20 |
t1 |
(t1 20), |
|
t2 |
t2 |
|
где |
20 – плотность масла при 20 ºС и воды при t2, г/см3 (кг/м3); |
||
|
t2 |
|
|
t1 – температура масла в опыте, ºС; t2 – температура воды в опыте, ºС;
β – коэффициент объёмного расширения анализируемого жира (величина изменения объёма при изменении температуры на 1 °С);
|
|
20 |
20 |
H2O , |
|
|
|
4 |
t2 |
t2 |
|
где |
H2O |
|
|
3 |
3 |
t2 |
– плотность воды при температуре опыта (таблица 3), г/см (кг/м ). |
||||
Для обычных жиров и масел в жидком состоянии изменение коэффициента
43
объёмного расширения β в интервале 15 – 100 °С находится в пределах 0,000 63 – 0,000 70. Для растительных масел среднее значение β соответствует 0,000 68.
При исследовании твёрдого жира плотность определяют при температуре на 10 – 15 °С выше его температуры плавления с последующим пересчётом на температуру 15 или 20 °С.
Точность определения равна ±0,000 2. Между двумя параллельными определениями допускается расхождение не более 0,000 4 г/см3.
Таблица 9 – Плотность воды при температуре от 0 до 32 °С
Температура, |
Плотность |
Температура, |
Плотность |
Температура, |
Плотность |
°С |
|
°С |
|
°С |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,999 868 |
11 |
0,999 632 |
22 |
0,997 797 |
1 |
0,999 927 |
12 |
0,999 525 |
23 |
0,997 565 |
2 |
0,999 968 |
13 |
0,999 404 |
24 |
0,997 232 |
3 |
0,999 992 |
14 |
0,999 271 |
25 |
0,997 071 |
4 |
1,000 000 |
15 |
0,999 126 |
26 |
0,996 810 |
5 |
0,999 992 |
16 |
0,998 970 |
27 |
0,996 539 |
6 |
0,999 968 |
17 |
0,998 801 |
28 |
0,996 259 |
7 |
0,999 929 |
18 |
0,998 622 |
29 |
0,995 971 |
8 |
0,999 876 |
19 |
0,998 432 |
30 |
0,995 673 |
9 |
0,999 808 |
20 |
0,998 230 |
31 |
0,995 367 |
10 |
0,999 727 |
21 |
0,998 019 |
32 |
0,995 052 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 10 – Плотность некоторых видов масла при 20 °С
Вид масла |
Плотность |
Вид масла |
Плотность |
|
|
|
|
Подсолнечное |
0,917 5 – 0,927 5 |
Кукурузное |
0,917 5 – 0,922 5 |
Соевое |
0,918 5 – 0,930 5 |
Конопляное |
0,921 5 – 0,929 5 |
Хлопковое |
0,901 5 – 0,928 5 |
Касторовое |
0,955 5 – 0,970 5 |
Арахисовое |
0,907 6 – 0,922 5 |
Оливковое |
0,918 0 – 0,920 0 (15 °С) |
Виноградное |
0,919 0 – 0,920 0 |
Рапсовое |
0,911 0 – 0,918 0 (15 °С) |
Льняное |
0,924 5 – 0,937 5 |
|
|
|
|
|
|
7.1.2. Определение показателя преломления (рефракции). Показатель пре-
ломления (среды) – это отношение скорости света определённой длины волны в вакууме к скорости этого же света в данной среде.
Жир преломляет свет в разной степени в зависимости от состава и структуры его триглицеридов. Свет, переходя из менее плотной среды (воздух) в более плотную (жир), попадает на поверхность их раздела под острым углом и преломляется. При этом направление движения изменяется так, что угол преломле-
44
ния (i2) всегда меньше угла падения (i1). Относительный коэффициент преломления, равный n0 sin i1 
sin i2 , для данных условий постоянен.
На практике показатель преломления определяют по отношению к воздуху при длине волны D-линий натрия (589,6 нм). Коэффициент преломления данного вещества зависит от длины волны падающего света и от температуры (ntD, где t – температура, °C). Изменение температуры приводит к изменению плотности вещества. С повышением температуры на 1 °С плотность снижается в среднем на 0,000 35 для жидких, и на 0,000 4 для твёрдых жиров, следовательно, показатель преломления уменьшается.
Проведение определения (ГОСТ ISO 6320). Используют рефрактометр, при-
годный для измерения показателя преломления с пределами допускаемой абсолютной погрешности измерений ±0,000 1 в интервале от 1,300 до 1,700. Пробу испытуемого масла перемешивают и фильтруют. Если консистенция масла мягкая, то пробу испытуемого масла предварительно расплавляют. В соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору, определяют показатель преломления испытуемого образца при 20, 40, 50, 60 или 80 °С или выше, в зависимости от того, при какой температуре проба является жидкой.
За результат определения принимают среднее арифметическое результатов трёх параллельных определений. Вычисления проводят до четвёртого десятичного знака.
Если разница между температурой t1, при которой проводилось измерение, и стандартной температурой t меньше 3 °С, то показатель преломления ntD при стандартной температуре t вычисляют по формуле
nt |
nt1 D |
(t t) F, |
D |
|
1 |
где t1 – температура, при которой проводилось измерение, °С; t – стандартная температура, °С;
F – коэффициент, равный:
0,000 35 – при t = 20 °С;
0,000 36 – при t = 20 °С; t = 40 °С; t = 50 °С; t = 60 °С; 0,000 37 – при t = 80 °С и выше.
Если разница между температурой t1, при которой проводилось измерение, и стандартной температурой t равна или превышает 3 °С, то результат отбрасывают и выполняют новое измерение.
По величине показателя преломления можно судить о природе масла, его чистоте и степени окисления. Преломляющая способность жиров возрастает с уве-
45
личением молекулярной массы, а также непредельности жирных кислот. Показатель преломления различных видов масла растительного приведён в таблице 11.
Таблица 11 – Показатель преломления различных видов масла растительного при 20 °С
Вид масла |
Показатель преломления |
Вид масла |
Показатель преломления |
|
|
|
|
Подсолнечное |
1,473 6 – 1,476 2 |
Кукурузное |
1,472 0 – 1,474 0 |
Соевое |
1,472 2 – 1,475 4 |
Горчичное |
1,473 0 – 1,476 9 |
Хлопковое |
1,474 2 – 1,476 8 |
Масло какао |
1,453 0 – 1,458 0 |
Арахисовое |
1,468 0 – 1,472 0 |
Рапсовое |
1,472 0 – 1,476 0 |
Льняное |
1,488 0 – 1,487 0 |
Бараний жир |
1,456 6 – 1,438 3 |
Конопляное |
1,471 7 – 1,478 0 |
Говяжий жир |
1,451 0 – 1,458 3 |
Оливковое |
1,467 0 – 1,469 0 |
Свиной жир |
1,453 6 – 1,458 8 |
Виноградное |
1,474 0 – 1,475 0 |
|
|
|
|
|
|
В окисленных маслах численное значение показателя преломления выше, по сравнению со свежими, в результате увеличения молекулярной массы (вследствие присоединения кислорода, оксигрупп и т. д.).
7.1.3. Определение температуры плавления. За температуру плавления
принимают наименьшую температуру, при которой жир приобретает подвижность и становится прозрачным.
Поскольку твёрдые жиры представляют собой смеси разнокислотных триглицеридов и имеют специфичный состав в зависимости от вида и природы жира, это отражается на их температуре плавления. Температура плавления зависит от жирнокислотного состава жира, процентного соотношения жидких и твёрдых кислот. Чем больше низкомолекулярных и непредельных кислот, тем ниже температура плавления. У жирных кислот предельного ряда температура плавления возрастает с увеличением их молекулярной массы.
Ненасыщенные жирные кислоты плавятся при более низкой температуре, чем предельные с тем же числом углеродных атомов. У непредельных жирных кислот на этот показатель влияет не только число двойных связей, но и их структурное и пространственное расположение в молекуле: трансизомеры имеют более высокую температуру плавления по сравнению с цис-формами. Смеси жирных кислот плавятся при более низкой температуре, чем входящие в их состав высокоплавкие, а в некоторых случаях даже легкоплавкие индивидуальные кислоты.
Однокислотные триглицериды плавятся при более высокой температуре, чем
46
образующие их кислоты. Разнокислотные (смешанные) триглицериды имеют более высокую температуру плавления по сравнению с однокислотными (простыми).
Моноглицериды какой-либо кислоты плавятся при более высокой температуре, чем её диили триглицериды. Симметричные моно- и диглицериды более высокоплавки, чем их несимметричные изомеры.
Наличие в молекуле оксигрупп повышает температуру плавления.
Таким образом, температура плавления зависит от природы жира, его химического состава. С этим показателем связана усвояемость жира: чем ниже температура плавления, тем лучше его усвояемость.
Температуру плавления определяют при оценке качества таких продуктов, как жиры животные топлёные, маргарины, жиры специального назначения, спреды и др.
Проведение определения (ГОСТ 8285). Для определения тем-
пературы плавления используют жиры только после удаления из них воды, так как последняя повышает температуру плавления жира. С этой целью исследуемый образец жира помещают в стаканчик и расплавляют на электроплитке при температуре не выше 100 °С; нагревание заканчивают, когда прекратится потрескивание, связанное с выделением воды из кипящего жира.
|
В два капилляра (рисунок 1, 3) набирают расплавленный, |
|
|
предварительно профильтрованный жир высотой столбика около |
|
|
10 мм, погружая их в жир. При этом следят за тем, чтобы в ка- |
|
|
пилляр с жиром не попал воздух, присутствие которого повышает |
|
Рисунок 1 – |
температуру плавления жира. Затем капилляры оставляют на 1 – |
|
2 ч на льду, чтобы закристаллизовались все составные части жи- |
||
Прибор для |
||
определения |
ра, в том числе и легкоплавкие. Не полностью затвердевший жир |
|
температуры |
||
|
||
плавления |
имеет температуру плавления ниже истинной. |
После охлаждения капилляр тонким резиновым кольцом вертикально прикрепляют к термометру (2), чтобы столбик жира был на одном уровне с ртутным шариком термометра, как показано на рисунке 1. Термометр с капилляром укрепляют на штативе и погружают в стакан с прокипячённой дистиллированной водой температурой 15 – 18 °С так, чтобы верхний конец столбика жира должен был на 2 см ниже уровня воды. Стакан должен быть снабжен мешалкой (1). Воду в стакане нагревают с таким расчётом, чтобы температура воды при периодическом помешивании не повышалась более чем на 2 °С в 1 мин в начале
47
и не более 1 °С в 1 мин в конце определения (перед переходом жира в жидкое состояние).
По мере повышения температуры энергия движения частиц, образующих кристаллическую решётку твёрдого жира, становится интенсивнее. Когда тепловое движение частиц станет близким к энергии кристаллической решётки, она разрушается и жир расплавляется. Поскольку жир является смесью разнообразных триглицеридов, переход твёрдого жира в капельножидкое прозрачное состояние совершается не мгновенно, а за определённый период.
За температуру плавления принимают показания термометра в момент начала подъёма столбика жира.
Результатом считают среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 10% по отношению к среднеарифметическому значению.
7.1.4. Определение температуры застывания.
Температура застывания – это наивысшая температура, при которой жидкий жир способен перейти в твёрдое состояние.
Температура застывания жиров не совпадает с их температурой плавления, так как жиры не являются индивидуальными, химически чистыми веществами, а представляют собой сложные смеси различных глицеридов и сопутствующих веществ, склонных к переохлаждению, к полиморфным превращениям. Поэтому температура застывания жиров на несколько градусов
ниже их температуры плавления. Температура застывания жиров, как и температура плавления, зависит от соотношения входящих в них твёрдых и жидких кислот.
Чем больше в жирах высокомолекулярных предельных кислот, тем выше температура застывания. С увеличением ненасыщенности жирных кислот температура застывания жиров снижается.
При охлаждении жира вначале затвердевают более высокоплавкие, а затем низкоплавкие триглицериды. Процесс застывания жира связан с выделением
48