Технология ликеро-водочного и дрожжевого производств. Лабораторный практикум. Учебное пособие

Проведение анализа. При взаимодействии аминокислот с формальдегидом образуются аминокислоты, которые являются более сильными, чем свободные кислоты, и могут быть оттитрованы NaOH. По количеству NaOH, израсходованного на титрование, можно рассчитать содержание азота аминных групп. Полная нейтрализация карбоксильных групп наблюдается лишь при рН

9,1-9,5.

Смешивают в химическом стакане 20 см3 дистиллированной воды и 5 см3 формольной смеси. Полученную смесь титруют раствором NaOH до рН 9,1 (контрольное титрование).

Взвешивают 25,00 г мелассы и с помощью дистиллированной воды переводят в мерную колбу вместимостью 100 см3, доводят до метки и взбалтывают. Пипеткой отбирают 20 см3 раствора мелассы в химический стакан и титруют раствором NaOH до рН 7,0. К полученному раствору мелассы приливают 5 см3 формольной смеси. Вследствие реакции между аминокислотами мелассы и формальдегидом рН смеси снижается и её титруют раствором NaOH до рН 9,1.

Содержание формольно-титруемого азота CN (% мас.) рассчитывают по формуле

CN = 0,0014 ∙ (b - c)100 / a,

где b – объём раствора NaOH, израсходованный на титрование 20 см3 раствора мелассы с формольной смесью, см3; с – объём раствора NaOH, израсходованный на контрольное титрование, см3; а – масса мелассы, содержащаяся в 20 см3 раствора (5 г).

Определение содержания сахарозы.

Реактивы: реактив Герлеса I Pb(NO3)2; реактив Герлеса II NaOH; дигидрофосфат аммония NH4H2PO4; гидросульфит натрия NaHSO3; раствор соляной кислоты 1/5.

Проведение анализа. Содержание сахарозы в мелассе определяют по методу прямой и инверсионной поляризации. Для осветления раствора применяют реактив Герлеса, состоящий из двух растворов: Герлес I и Герлес II.

12

Первый представляет собой раствор нитрата свинца Pb(NO3)2, второй – раствор гидроксида натрия NaOH.

Две с половиной нормальные массы навески мелассы (масса 65,00 г) переводят тёплой дистиллированной водой в мерную колбу вместимостью 250 см3. Объём раствора вместе с ополосками должен быть около 150 см3. Полученный раствор охлаждают до 20 оС и прибавляют для осветления растворы Герлеса в 7 - 8 приёмов по 37,5 см3 каждого раствора (7 раз по 5 см3 и ещё по 2,5 см3 обязательно разными пипетками).

Содержимое колбы доводят почти до метки дистиллированной водой, удаляют пену и доводят до метки. Содержимое колбы взбалтывают и после 2 – 5 мин фильтруют через складчатый фильтр. Фильтрование повторяют до получения совершенно прозрачного фильтрата.

Для удаления избытка свинца на каждые 100 см3 полученного фильтрата прибавляют 0,9 г сухого измельчённого NH4H2PO4.

Для его растворения жидкость взбалтывают и прибавляют на каждые 100 см3 фильтрата по 0,2 г NaHSO3. Раствор перемешивают и оставляют на 20 мин, затем снова взбалтывают и фильтруют.

Полученный раствор является исходным для определения содержания сахарозы и инвертного сахара по прямой и инверсионной поляризации.

Раствором наполняют поляриметрическую трубку длиной 200 мм, поляризуют и получают прямую поляризацию Р.

Для определения инверсионной поляризации 50 см3 раствора (13,0 г мелассы) отбирают в мерную колбу вместимостью 100 см3, приливают 30 см3 раствора соляной кислоты 1/5 и перемешивают, вращая колбу в ладонях. Затем вставляют в колбу термометр и помещают в водяную баню с температурой 75 оС. Жидкость в колбе нагревают в течение 2,5 - 3 мин до 67 - 69 оС и поддерживают эту температуру ровно 5 минут и быстро (не более 2,5 мин) охлаждают колбу до 20 оС. Весь процесс инверсии должен длиться 10 мин. После охлаждения раствора доводят содержимое колбы до метки, взбалтывают и фильтруют.

Так как при инверсии образуются глюкоза и фруктоза, для которых характерно явление мутаротации, то следует выдержать рас-

13

твор 15 мин после охлаждения его до 20 оС (включая продолжительность фильтрации).

Раствором наполняют поляриметрическую трубку длиной 200 мм и поляризуют (получают левое вращение). Показание поляриметра умножают на 2 и получают величину инверсионной поляризации Ринв.

Зная величину прямой поляризации Р и инверсионной Ринв, находят содержание сахарозы по инверсионной поляризации

Ссх, %, по формуле

Ссх = ((Р + Ринв) · 100) / 133,5.

При определении содержания сахарозы возможны два случая:

1. Ссх ≥ Р , значит, в мелассе возможно наличие инвертного сахара, тогда сумму сбраживаемых сахаров мелассы в пересчете на сахарозу вычисляют по формуле

∑сбр = Ссх + 0,95 ∙ С инв,

где С инв - содержание инвертного сахара в мелассе , %; 0,95 – коэффициент для пересчета инвертного сахара в сахарозу.

При содержании инвертного сахара не более 0,5 % его во внимание не принимают, тогда

∑сбр = Р.

2. Ссх < Р, значит, в мелассе, возможно, присутствует раффиноза, а также инвертный сахар.

Расхождение между Ссх и Р до 0,5 % во внимание не принимают, если разница между Ссх и Р больше 0,5 % , то находят содержание сахарозы в присутствии раффинозы:

Ссх = (0,5124 · Р + Ринв) / 0,8474.

Находят содержание раффинозы:

Срф = (Р - Ссх) / 1,852.

Сумму сбраживаемых сахаров в пересчёте на сахарозу вычисляют по формуле

∑сбр = Ссх’ + 0,95 ∙ С инв + 0,34 · Срф,

где 0,34 – коэффициент сбраживания раффинозы.

При содержании инвертного сахара до 0,5 % мас.

∑сбр = Ссх’ + 0,34 ∙ Срф.

14

Определение содержания инвертного сахара по методу Офнера.

Реактивы: реактив Офнера; 1/30 моль/дм3 раствор тиосульфата натрия; раствор йода концентрацией 1/30 моль/дм3, раствор соляной кислоты концентрацией 1 моль/дм3, раствор крахмала с массовой долей 0,5 %.

Проведение анализа. Принцип метода Офнера состоит в окислении редуцирующих сахаров солью двухвалентной меди. Окисление сахаров проводят реактивом Офнера, состоящим из сульфата меди CuSO4 · 5H2O, тартрата калия-натрия

KOOC(CHOH)2, COONa ∙ 4H2O, карбоната натрия Na2CO3 и гид-

роортофосфата натрия Na2HPO4 · 12H2O.

Полученный при взаимодействии инвертного сахара и реактива Офнера осадок гемиоксида меди окисляют титрованным раствором йода концентрацией 1/30 моль/дм3, избыток йода оттитровывают раствором тиосульфата натрия концентрацией 1/30 моль/дм3. По разности между количеством взятого раствора йода и раствора тиосульфата натрия находят количество йода, вступившего в реакцию. 1 см3 раствора йода концентрацией 1/30 моль/дм3 соответствует 1 мг инвертного сахара.

Содержание инвертного сахара определяют в растворе, оставшемся после прямой поляризации. Содержание инвертного сахара не должно превышать 15 мг в 50 см3 раствора, поэтому раствор разбавляют в 5 раз. Для этого 20 см3 раствора переносят пипеткой в мерную колбу вместимостью 100 см3, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

Проводят ориентировочное определение: в два стакана отмеряют пипеткой: в один - 5 см3 разбавленного раствора и 5 см3 реактива Офнера, в другой – 2 см3 разбавленного раствора, 3 см3 дистиллированной воды и 5 см3 реактива Офнера. Если избыток меди (синеватый цвет) ясно виден в первом стакане, то для определения берут 25 см3 раствора, если только во втором стакане, то для определения берут 10 см3 раствора и 15 см3 дистиллированной воды. Если избыток меди не обнаружен в обоих стаканах, то 50 см3 приготовленного раствора разбавляют до 250 см3 дистил-

15

лированной водой (разводят ещё в 5 раз) и в полученном растворе определяют содержание инвертного сахара.

В коническую колбу вместимостью 150 см3 помещают пипеткой 25 см3 раствора и прибавляют 25 см3 реактива Офнера. Колбу ставят на сетку и нагревают до кипения в течение 4 - 5 мин, затем уменьшают интенсивность нагрева и кипятят 7 мин. Затем колбу охлаждают, не взбалтывая во избежание окисления осадка. В охлаждённую колбу добавляют 7,5 см3 раствора соляной кислоты, сразу же прибавляют 20 см3 раствора йода (йод всегда должен быть в избытке, если после прибавления йода раствор не станет коричневым, прибавить ещё 10 см3 раствора йода и учесть это при расчётах). Закрывают колбу и, периодически перемешивая содержимое, оставляют на 2 мин. Затем оттитровывают избыток йода раствором Na2S2O3 в присутствии 2,5 см3 раствора крахмала. После прибавления крахмала смесь окрашивается в тёмно-лиловый цвет, который при титровании переходит в синий, резко изменяющийся от одной капли в зелёный или бронзовый, что свидетельствует о конце титрования.

Так как сахароза окисляется реактивом Офнера, вводят поправку 0,2 см3 раствора йода на каждый грамм сахарозы.

Для учёта других веществ, окисляемых йодом, проводят контрольный опыт, аналогично основному, но без кипячения.

После внесения поправок на сахарозу и на вещества, окисляемые на холоду йодом, вычисляют содержание инвертного сахара.

Если для определения содержания инвертного сахара было взято 20 см3 раствора мелассы (26 г в 100 см3), его разбавили в 5 раз и взяли для определения 25 см3, то для определения было взято мелассы:

а = 26 ∙ 20 · 25 / 100 ∙ 100 = 1,3 г

Если Ссх = 50 % мас., то в 13 г мелассы содержится 0,65 г сахарозы, значит, поправка на окисляемость сахарозы составит 0,65 · 0,2 = 0,13 см3 раствора йода концентрацией 1/30 моль/дм3.

С учётом поправки на окисляемость сахарозы и контрольный опыт расход йода составит, см3

VI = (20 – V) – (20 – V1) – 0,13,

что соответствует количеству инвертного сахара (в мг):

16

VI = mинв,

где V – объём тиосульфата натрия концентрацией 1/30 моль/дм3,

.израсходованный на титрование избытка йода, см3; V1 – объём тиосульфата натрия концентрацией 1/30 моль/дм3, израсходованный на титрование избытка йода в контрольном опыте, см3.

Содержание инвертного сахара в мелассе составит, % :

Cинв = (mинв ∙ 100) / (1000 – а),

где mинв - масса инвертного сахара в мг, равная VI ; 1000 - перевод мг в граммы; а – масса мелассы, г (1,3).

Контрольные вопросы

1.Какие требования предъявляются отраслевым стандартом ОСТ 18-395-82 к свеклосахарной мелассе?

2.В чем заключаются дополнительные требования мелассе как к сырью для дрожжевого производства?

3.Как определить общую щёлочность или кислотность мелассы?

4.В чем заключается определение активной кислотности мелассы?

5.В чем заключается определение содержания сухих веществ мелассе?

6.Какие методы существуют для определения цветности мелассы?

7.На чем основано определение содержания азота аминокислот медным способом?

8.На чем основано определение содержания аминного азота формольным титрованием?

17

Лабораторная работа № 2

ПРИГОТОВЛЕНИЕ МЕЛАССНОГО СУСЛА, РАСТВОРОВ ПИТАТЕЛЬНЫХ СОЛЕЙ

И ИХ АНАЛИЗ

Цель работы: изучить методики и определить физикохимические показатели мелассного сусла и растворов солей.

Теоретические сведения

Все способы осветления мелассного сусла складываются из химической обработки мелассы (растворение, антисептирование, подкисление) и выделение осадка декантацией, центрифугированием или фильтрацией.

Заторный способ осветления

Предусматривает удаление взвешенных примесей путём осаждения их под действием силы тяжести. Осветление можно проводить без применения термообработки – кислотнохолодный способ и с кипячением – кислотно-горячий способ.

Кислотно-холодный способ осуществляют следующим образом: в заторный аппарат набирают воду и мелассу в соотношении 1 : 1, перемешивают, добавляют хлорную известь из расчета 0,6 – 0,9 кг на 1 т мелассы, перемешивают 30 мин, добавляют серную кислоту до рН 4,5 – 5,5, добавляют суперфосфат, доводят водой до массовой доли сухих веществ 25 %, перемешивают 30 мин и подают сульфат аммония. Отстаивание проводят в течение 12 - 14 ч, затем прозрачную жидкость декантируют.

Кислотно-горячий способ осуществляют следующим образом: порядок операций такой же, но после добавления суперфосфата добавляют кипящую воду до массовой доли сухих веществ 20 %. Нагревают паром до кипения и кипятят в течение 30 - 60 минут. Затем проводят отстаивание в течение 8 - 12 ч. Хлорную известь не добавляют, расход серной кислоты снижа-

ют на 30 - 50 %.

18

После добавления Н2SO4 проверяют рН раствора с помощью рН-метра, величина рН должна находиться в пределах

4,5 - 5,5.

В осветлённом мелассном растворе определяют содержание сухих веществ с помощью рефрактометра или сахаромера.

Определение титруемой кислотности мелассного сусла (бражки).

Материалы и реактивы: мелассное сусло; раствор бромтимолового синего, 0,1 моль/дм3 раствор NaОН.

Проведение анализа. В фарфоровую чашку пипеткой отбирают 20 см3 мелассного сусла и по каплям прибавляют раствор щелочи. После добавления каждых 4 - 5 капель титранта стеклянной палочкой выносят каплю титруемой жидкости на фарфоровую пластинку, добавляют каплю бромтимолового синего и наблюдают за окраской. Конец титрования устанавливают по появлению синевато-зеленой окраски. Кислотность мелассного сусла (бражки) х, град., рассчитывают по формуле

х = а : 10,

где а – объем 0,1 моль/дм3 раствора NaОН, пошедшее на титрование, см3.

Определение содержания сахарозы по методу прямой поляризации.

Реактивы: раствор Герлес I - Pb(NO3)2 ; раствор Герлес II - NaОН.

Проведение анализа. Нормальную навеску мелассного сусла массой 26 г переводят в мерную колбу вместимостью 100 см3. Прибавляют для осветления по 15 см3 каждого из растворов Герлеса в 4 - 5 приемов. После каждого прибавления раствора I добавляют такое же количество раствора II. Смесь перемешивают 1,5 – 2 мин, затем опять в том же порядке прибавляют осветлитель. Содержимое колбы доводят водой до метки, взбалтывают,

20

выдерживают в течение 5 мин, затем фильтруют и поляризуют в трубке длиной 200 мм.

Расчет суммы сбраживаемых сахаров и доброкачественности мелассы.

На основании полученных в лабораторной работе № 1 результатов рассчитывают сумму сбраживаемых сахаров и доброкачественность мелассы.

Ссбр = 0,68 · П + 0,96 ∙ И + 0,80 · Ис ,

где Ссбр - массовая доля суммы сбраживаемых сахаров , %; П и И - абсолютные значения прямой и инверсионной поляризации, %; Ис - массовая доля инвертного сахара , %.

Д = (Ссбр ∙ 100) / СВ,

где Д - доброкачественность, %; СВ – массовая доля сухих веществ в мелассе, % .

Питательные соли.

В дрожжевом производстве применяют питательные соли: суперфосфат; диаммонийфосфат (NH4)НРО4; сульфат аммония (NH4)2SO4; мочевина (карбамид) Н2NCONH2; ортофосфорная кислота Н3РО4; хлористый калий (хлорид калия) КСI; калий углекислый (карбонат калия) К2СО3 · 2Н2О; сульфат магния МgSO4; хлорид магния MgCI2 ∙ 6H2O; аммиак водный технический (аммиачная вода).

Расчёт расхода питательных солей.

Для расчёта расхода солей принимают следующие содержания азота и фосфора в дрожжах (таблица):

21