книги из ГПНТБ / Рухлядева А.П. Технохимический контроль спиртового производства

Удельный угол вращения крахмала определяют ис­ ходя из уравнения

где С„р.з — содержание крахмала в зерне;

шкалы; 0,3468 — коэффициент пересчета градусов нормальной шкалы поля­

риметра в градусы круговой шкалы.

Отсюда

в строго стандартных условиях, т. е. на анализ берут 5 г зерна и поляризацию определяют в трубке длиной 2,0 дм (для всех крахмалов).

В уравнении (41) все величины, кроме Р и [а], оди­ наковы при анализе любых культур, поэтому его можно переписать в виде

где k — расчетный коэффициент, определяемый для каждой культу­ ры в зависимости от [а].

Эверсом вычислены следующие значения этого коэф­ фициента; картофель 1,775; рис 1,860; ячмень 1,912; овес 1,914; просо 1,818; вика 1,747.

При анализе пшеницы, кукурузы и ржи нельзя поль­ зоваться расчетными коэффициентами, определенными указанными выше способами.

При вычислении расчетных коэффициентов для этих культур по контрольному методу бродильной пробы (см. стр. 195) определяют вначале содержание сбра­ живаемых углеводов в зерне. Затем навеску помола зер­ на обрабатывают разбавленной соляной кислотой в ус­ ловиях поляриметрического метода анализа (см. ниже) и определяют общую поляризацию продуктов, содержа­ щихся в гидролизате.

Расчетный коэффициент устанавливают путем деле­ ния величины крахмалистости на значение поляризации.

180

Таким образом определяют коэффициенты при анализе 30—50 различных образцов каждой из указанных куль­ тур, а затем выводят среднее значение, которое и ис­ пользуют для расчета крахмалистости.

Расчетные коэффициенты имеют следующие значе­ ния: кукурузы 1,849; ржи 1,957 и пшеницы 1,827.

Ход определения. На аналитических весах в стакан­ чике на 25—30 мл отвешивают 5 г размолотого зерна, и переносят его без потерь через воронку в сухую мер­ ную колбу на 100 мл. Затем берут пипеткой 25 мл раз­ бавленной соляной кислоты (1,124%-ной), ополаскивают ею стаканчик, в котором взята навеска зерна, и выли­ вают ополоски в колбу с навеской.

Помол хорошо размешивают с кислотой, наблюдая за тем, чтобы не оставалось частичек зерна, прилипших к стеклу и не смоченных кислотой. Строго следят также за тем, чтобы не образовывалось комков. Затем отби­ рают еще 25 мл кислоты, всего на анализ берут 50 мл кислоты, и обмывают ею стенки колбы с таким расчетом, чтобы на них не оставалось крупинок зерна. Смесь ос­ торожно перемешивают, не допуская попадания части­ чек зерна на стенки колбы. После перемешивания колбу с содержимым помещают в бурно кипящую водяную баню так, чтобы вода покрывала колбу до горлышка и выдерживают ее в течение 15 мин. Первые 3 мин сус­ пензию помола в кислоте размешивают плавными круго­ выми движениями. В процессе выдерживания реакцион­ ной жидкости следят за тем, чтобы кипение воды в бане было энергичным и бурным.

По истечении 15 мин колбу вынимают из бани, вли­ вают в нее 25—30 мл холодной дистиллированной воды, взбалтывают и охлаждают раствор до 20° С. Затем про­ водят осветление раствора и осаждение белков. Для этого к реакционной смеси добавляют 6 мл 2,5%-ного раствора молибденовокислого натрия или аммония; со­ держимое колбы взбалтывают и объем жидкости дово­ дят дистиллированной водой до метки, соответствующей 100 мл. После тщательного перемешивания раствор от­ фильтровывают в чистую сухую колбу. Первые 20 мл фильтрата отбрасывают, а последующие собирают и ис­ пользуют для определения поляризации. При анализе всех видов зерна, кроме овса, поляризацию проводят в поляризационной трубке длиной 200 мм. Для овса при­

181

меняют трубку длиной 100 мм, умножая полученное значение на 2.

Для определения поляризации трубку несколько раз ополаскивают исследуемым раствором, затем осторож­ но, чтобы в жидкость не попали пузырьки воздуха, за­ полняют ее фильтратом и немедленно определяют поля­ ризацию раствора на универсальном поляриметре — типа СУ-3 или автоматическом марки А1-ЕПЛ .

По показанию поляриметров находят крахмалистость, умножая полученное значение поляризации (в градусах нормальной или круговой шкалы) на расчетный коэф­

При анализе зерна в разных пробах от одной и той же партии и при контрольных определениях допуска­ ются следующие отклонения в данных крахмалистости: при определении в трубке длиной 200 мл ±0,5% и в трубке длиной 100 мм ±1,0% .

Пример. 1. На анализ взята кукуруза влажностью w3= 14,5%. Влажность помола гсіп=12,5%. При определении поляризации на поляриметре СУ-3 получили значение 32,9°.

Крахмалистость помода кукурузы будет равна

Скр п = 32,9 • 1,849 = 60,83%.

Крахмалистость исходного зерна составит

2. На анализ взята рожь влажностью ву3= 15,4%. Влажность помола wп составила 12,8%. При определении на поляриметре с круговой шкалой получено значение поляризации, равное 10,33°.

Крахмалистость помола ржи будет равна

Скр п = 10,33 • 5,642 = 58,3% .

Крахмалистость зерна составит

182

X и м и к о-п о л яри м е т р и ч е с к и й м е т о д о п р е д е л е н и я к р а х м а л и с т о с т и р ж и ( м е т о д В Н И И СП а)

Определение крахмалистости зерна этим методом складывается из определения содержания самого крах­ мала и спирторастворимых сбраживаемых углеводов.

Для определения крахмала помол муки обрабатыва­ ют разбавленной соляной кислотой в условиях поляри­ метрического метода, как описано выше.

Крахмал определяют по его поляризации, которая выводится из уравнения

В состав несбраживаемых веществ входят пентозы, пентозаны, аминокислоты и другие несбраживаемые оп­ тически активные соединения.

Таким образом, поляризация крахмала может быть определена по разности

Ркр ~ Робщ (Рс.с + Р а. в).

Для определения Ркр определяют общую поляриза­ цию полученных гидролизатов.

Р с_ с определяют в вытяжках из зерна, полученных после экстракции сахаров спиртом и отгонки его из

*раствора. Водные экстракты обрабатывают слабой соля­ ной кислотой в условиях поляриметрического метода.

Рнв определена экспериментально на большом коли­ честве образцов и вводится в формулу в виде постоян­ ной величины, равной 0,74.

Содержание крахмала Скр вычисляют по формуле

где 1,885 — расчетный коэффициент для ржи, не учитывающий влия­ ние оптически активных несбраживаемых веществ на по­ ляризацию крахмала (коэффициент Эверса).

Сахара определяют в тех вытяжках, которые исполь­ зовали для определения их поляризации с применением

183

химического метода Бертрана или колориметрического антронового метода. Так как экспериментально установ­ лено, что в состав сахаров входит 70% сбраживаемых и 30% несбраживаемых углеводов от найденного значения учитывают только 70%.

Таким образом, определение сбраживаемых углево­ дов химико-поляриметрическим методом складывается из следующих операций:

1)определение общей поляризации раствора;

2)экстракция сахаров из зерна;

3)определение суммарной поляризации сахаров;

4)определение содержания сахаров в вытяжке (70%).

Ход определения. Для определения общей поляриза­ ции раствора на аналитических весах отвешивают 5 г помола ржи и обрабатывают его слабой кислотой для получения гидролизата, как это было описано в поляри­ метрическом методе определения крахмалистости. В гидролизате определяют поляризацию описанным выше способом.

Свободные сахара из зерна ржи извлекают 82%-ным спиртом в специальном экстракторе В Н И И С П а как это описано в главе II (стр. 140).

По окончании экстракции и отгонки спирта колбу отсоединяют от холодильника, вынимают прибор из во­

собирая ополоски в колбу, чтобы растворить скопившие­ ся на дне колбы сахара.

В той же колбе проводят гидролиз углеводов 1,124%-ной соляной кислотой. Для этого к полученному экстракту приливают 50 мл этой кислоты, взбалтывают смесь и нагревают в кипящей водяной бане в течение 15 мин. После гидролиза обмывают внутреннюю по­ верхность колбы 15—20 мл дистиллированной воды и содержимое ее количественно переводят в мерную колбу на 100 мл, применяя для этого 30—35 мл дистиллиро­ ванной воды. Полученный раствор охлаждают до 20° С и добавляют для осветления 1 мл 2,5%-ного раствора молибденовокислого аммония.

Объем жидкости доводят дистиллированной водой до метки, взбалтывают и фильтруют в сухую колбочку. В

184

полученном фильтрате определяют суммарную поляри­ зацию сахаров Р е.с и их общее содержание.

Для определения суммарной поляризации сахаров зерна полученный фильтрат наливают в поляризацион­ ную трубку длиной 200 мм и измеряют поляризацию, как было описано выше.

Содержание сахаров в фильтрате вытяжки может быть определено тремя методами: химическим методом

20 мл исследуемого гидролизата и в дальнейшем анализ проводят так, как описано в главе II, стр. 90.

В результате анализа определяют количество угле­ водов в единицах глюкозы и по приведенной ниже фор­ муле подсчитывают процентное содержание спиртораст­

Так как величины а, V и Ѵ\ при анализе всегда по­ стоянны и равны соответственно 5, 100 и 20, подставив их в уравнение и выполнив возможные сокращения, по­ лучим расчетное уравнение в упрощенном виде

С С.С = 0,16.

Пример. На титрование испытуемого раствора израсходовано 15,8 мл раствора перманганата с поправочным коэффициентом 0,552. Поправка на реактивы 0,1. Истинный расход раствора перманганата принятой концентрации (5 г/л) составит (15,8—0,1)0,552=8,635 мл, что соответствует 86,35 мг меди или по табл. 1 приложения 44,97 мг глюкозы. Отсюда общее содержание спирторастворимых сахаров в зерне ржи будет равно

Сс с = 0,1 ■44,97 = 4,5% .

185

Для определения углеводов в гидролизатах микро­ химическим методом используют пропись микрометода, приведенную в главе II, стр. 93.

Дотитровывание реактивов Фелинга проводят стан­ дартным раствором глюкозы.

При определении сахаров колориметрическим мето­ дом Ц Н И И С П а в мерную колбу на 100 мл отмеривают 4 мл гидролизата спирторастворимых сахаров ржи, до­ водят объем жидкости в колбе до метки дистиллирован­ ной водой и хорошо перемешивают. В полученном раз­ бавленном гидролизате определяют углеводы колори­ метрическим антроновым методом по прописи, приве­ денной в главе II, стр. 104.

Поскольку в состав свободных сахаров зерна не вхо­ дят пентозные углеводы, оптическую плотность получен­ ных после реакции окрашенных растворов определяют при одном красном светофильтре с длиной световой вол­ ны Я = 656 нм в кювете с длиной грани 0,5 см. По полу­ ченным значениям оптической плотности определяют процентное содержание свободных сахаров зерна по формуле

„11,970

где 11,97 — коэффициент экстинкции;

D — оптическая плотность исследуемого раствора; п ■—коэффициент разведения;

1000 — перевод мг в г.

Коэффициент экстинкции определен эксперименталь­ но путем анализа спиртовых вытяжек зерна, в которых содержание сахаров определяют химическим методом Бертрана.

После проведения колориметрической реакции получали окрашен­ ный раствор, оптическая плотность которого 0,720:

Крахмалистость ржи вычисляют по формуле

186

где 0,63 — степень сбраживания сахаров (70%), умноженная на 0,9 (переводный коэффициент для пересчета глюкозы в крахмал).

Пример. На анализ взята рожь. После анализа получена общая поляризация раствора Р 0ещ = 26,2°. Суммарная поляризация саха­ ров 0,68°. Содержание свободных сахаров 4,31%. Крахмалистость ржи будет равна

Скр,з = {26.2 - [ ( - 0 , 6 8 ) + 0,74]} 1,885 + 0,63 • 4,31 = 51,99% .

Допустимые отклонения в данных крахмалистости зерна по хи­ мико-поляриметрическому методу при анализе разных проб одной и той же партии зерна и при контрольных проверках проб не должны превышать ±0,6%.

П о л я р и м е т р и ч е с к и й м е т о д о п р е д е л е н и я к р а х м а л и с т о с т и з е р н а с п р и м е н е н и е м х л о р и с т о г о к а л ь ц и я (метод ВН И И СП а)

Для определения крахмалистости помол зерна обра­ батывают насыщенным раствором хлористого кальция в присутствии небольшого количества уксусной кислоты при кипячении суспензии. В процессе этой обработки крахмал помола зерна переходит в растворимую форму. Гидролиза при этом не происходит и в растворе не об­ разуются низкомолекулярные углеводы, которые обычно занижают удельное вращение плоскости поляризации.

Крахмал в реакционной среде находится в раство­ римой форме и дает при реакции с йодом ярко-синее окрашивание. Поэтому для расчета используют удель­ ный угол вращения плоскости поляризации чистого крахмала (а не крахмала и продуктов его гидролиза, как в предыдущем методе) равный 203°. Сахара зерна также не гидролизуются и полностью переходят в раст­ вор в натуральном виде.

Насыщенный раствор хлористого кальция, являясь хорошим растворителем крахмала, в незначительной степени переводит в раствор несбраживаемые компонен­ ты зерна — пентозы и пентозаны, азотистые соединения и т. д. Поэтому влияние этих веществ на показания по­ ляризации раствора, а следовательно, и на точность оп­ ределения, будет минимальным, что выгодно отличает этот растворитель от разбавленных растворов соляной кислоты.

Ход определения. Для анализа берут навеску пше­ ничной муки 2 г и переносят ее в сухую круглодонную колбу на 100 мл с широким горлом (диаметром не

187

меньше 2,5 ем), добавляют 5 мл воды и размешивают стеклянной палочкой до исчезновения комочков. Затем приливают 60 мл насыщенного раствора хлористого кальция и 2 мл 1,6%-ного раствора уксусной кислоты для улучшения фильтруемости. Без ущерба для точности анализа в некоторых случаях, если растворы плохо фильтруются, количество уксусной кислоты можно уве­ личить до 3 мл.

Содержимое колбы тщательно перемешивают, колбу закрепляют в штативе на некотором расстоянии от ис­ точника нагрева (электроплитки, газовой горелки, пла­ мя которой прикрыто асбестовой сеткой) и нагревают до кипения в течение 5— 6 мин. При более быстром на­ греве может произойти сильное вспенивание и выбра­ сывание массы из колбы.

Не рекомендуется также проводить нагрев более 5— 6 мин, так как в этом случае возможна частичная клейстеризация крахмала, что способствует образованию комков и пригоранию их. Во время нагревания жидкость с осадком перемешивают стеклянной палочкой.

Кипячение, которое проводят в течение 15 мин, дол­ жно быть равномерным. При бурном кипении необхо­ димо уменьшить нагрев (отодвинуть плитку, уменьшить пламя горелки, поднять колбу и т. д.), но так, чтобы кипение не прекращалось.

Необходимо следить за тем, чтобы крупинки муки при помешивании не осаждались на стенках колбы выше уровня жидкости, иначе крахмал растворится не полно­ стью.

После нагрева содержимое колбы в горячем состоя­ нии переносят в мерную колбу на 100 мл и охлаждают до 20° С. Колбу ополаскивают дистиллированной водой, сливая ее в реакционную смесь, добавляют 1 мл 30 %- ного раствора сернокислого цинка и 1 мл 15%-ного раст­ вора желтой кровяной соли. Объем жидкости доводят при 20° С до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и фильтруют в сухую колбу.

Первые 20 мл фильтрата выливают, остальные снова охлаждают до 20° С и тотчас поляризуют в трубке дли­ ной 2 дм. Оставлять надолго осветленный раствор нель­ зя, так как переходящие в коллоидное состояние жиры вызовут его помутнение.

Расчет ведут по'уравнению (46).

188

При массе навески точно 2,0 г и длине трубки 2 дм формула имеет вид

Пример. На анализ взята навеска пшеничной муки 2,0 г; пока­ зание поляризации 12,7°. Крахмалистость анализируемой пробы будет

С кр,з = 12-7 • 4,271 = 54,24%.

Допустимые отклонения в крахмалистости зерна, оп­ ределенной поляриметрическим методом с применением хлористого кальция, в разных пробах от одной партии зерна и при контрольных проверках проб не должны превышать ±0,6% .

Х и м и ч е с к и й м е т о д о п р е д е л е н и я

к р а х м а л и с т о с т и

При анализе этим методом зерно размалывают, при­ готовляют водную суспензию помола и клейстеризуют крахмал в кипящей водяной бане. Клейстеризованный крахмал обрабатывают ферментами солода. При этом гидролиз проходит в мягких условиях и крахмал пере­

дят свободные сахара, а также несбраживаемые веще­ ства— пентозы и пентозаны, уроновые кислоты, амино­ кислоты, органические кислоты, минеральные соединения и другие растворимые компоненты зерна.

Таким образом, в исследуемых растворах в результа­ те ферментативного гидролиза содержится целый ком­ плекс сбраживаемых и несбраживаемых соединений. Сами сбраживаемые углеводы имеют весьма разнообраз­ ный состав, поэтому для определения их гидролизуют слабой соляной кислотой и превращают в глюкозу.

Небольшое количество глюкозы может образоваться также за счет инверсии спирторастворимых углеводов зерна, состоящих главным образом из сахарозы и фрук-

189