Производственный контроль предприятий отрасли. Лабораторный практикум. Учебное пособие

Реактивы и материалы: 1 г соевого шрота, раствор серной кислоты с массовой долей 4 %, 50 см3 раствора гидроокиси калия с массовой долей 5 %, спиртоацетоновая смесь в объемном соотношении 1:1 с водой дистиллированной, фосфатный буферный раствор (рН 7,0), мочевина, раствор серной кислоты с массовой долей 4 %.

Теоретические сведения

Клетчатка (целлюлоза) – это полисахарид, составляющий основную массу клеточных растений (рис. 1).

Рис. 1. Клетчатка

Она нерастворима в воде, но в ней набухает. Составляет более 50 % древесины, в волокнах хлопка более 90 %. При кипячении с крепкой серной кислотой клетчатка нацело превращается в глюкозу. При более слабом гидролизе из клетчатки получается целлобиоза.

Виды целлюлозы: целлюлоза (нерастворимая) присутствует в непросеянной пшеничной муке, отрубях, капусте, молодом горохе, зеленых и восковидных бобах, брокколи, брюссельской капусте, в огуречной кожуре, перцах, яблоках, моркови.

Гемицеллюлоза (растворимая, за исключением некоторых видов) содержится в отрубях, злаковых, неочищенном зерне, свекле, брюссельской капусте, зеленых побегах горчицы.

Целлюлоза и гемицеллюлоза впитывают воду, облегчая деятельность толстой кишки. В сущности, они «придают объем» отходам и быстрее продвигают их по толстому кишечнику. Это не только предотвращает возникновение запоров, но и защищает от дивертикулеза, спазматического колита, геморроя, рака толстой кишки и варикозного расширения вен.

11

Лигнин (нерастворим) встречается в злаковых, отрубях, лежалых овощах (при хранении овощей содержание лигнина в них увеличивается, и они хуже усваиваются), а также в баклажанах, зеленых бобах, клубнике, горохе, редисе. Лигнин уменьшает усваиваемость других волокон. Кроме того, он связывается с желчными кислотами, способствуя снижению уровня холестерина, и ускоряет прохождение пищи через кишечник.

Каме́ди или гумми(растворимые) содержатся в овсяной каше и других продуктах из овса, в сушеных бобах.

Пектин (растворим, за исключением некоторых видов) присутствует в яблоках, цитрусовых, моркови, цветной и кочанной капусте, сушеном горохе, зеленых бобах, картофеле, землянике, клубнике, фруктовых напитках. Камеди и пектин влияют на процессы всасывания в желудке и тонком кишечнике. Связываясь с желчными кислотами, они уменьшают всасывание жира и снижают уровень холестерина. Задерживают опорожнение желудка и, обволакивая кишечник, замедляют всасывание сахара после приема пищи, что полезно для диабетиков, так как снижает необходимую дозу инсулина.

Протопектин - нерастворимые комплексы пектинов с целлюлозой и гемицеллюлозой, которые содержатся в незрелых фруктах и овощах.

Так как клетчатка почти не переваривается в желудочнокишечном тракте человека, ее относят к группе балластных веществ, которые, однако, необходимы организму для регуляции двигательной функции кишечника. Она используется также при приготовлении сред для выращивания различных микроорганизмов. Молекула целлюлозы имеет нитевидную форму и построена из глюкозных остатков, количество которых колеблется от 1 400 до 10 000. 60-70 молекул целлюлозы соединены в пучки – мицеллы, образующие сетчатую структуру.

Метод определения целлюлозы основан на удалении из продукта кислотощелочерастворимых веществ и определении массы остатка, условно принимаемого за клетчатку.

Уреаза — это фермент группы амидаз. Уреаза производит гидролитическое расщепление мочевины на углекислоту и аммиак. Фермент уреаза нашел широкое распространение в растениях

12

и бактериях — семенах бобовых, грибках. Кроме того, фермент уреаза найден у некоторых беспозвоночных и полностью отсутствует у позвоночных животных. Для получения фермента уреазы самый удобный материал – это обезжиренная мука из соевых бобов.

Уреаза легко поддается извлечению при помощи воды. Оптимальная температура при этом – 50-55 ºС, так как уже при 70 ºС уреаза разрушается. Наиболее оптимальная реакция среды -на блюдается при pH 7,3-7,5.

Количественно уреаза измеряется аммиаком, освобождаемым из мочевины при стандартных условиях. На таком же принципе основаны методы определения мочевины в биологических объектах. Большое количество аммиака в слизистой оболочке желудка способствует возникновению атрофических процессов.

Метод заключается в изменении рН фосфатного буферного раствора, которое образуется в результате воздействия уреазы на содержащуюся в растворе мочевину.

Ход работы

1. Определение сырой клетчатки. 1 г соевого шрота зали-

вают 100 см3 раствора серной кислоты с массовой долей 4 %. Смесь тщательно перемешивают и кипятят в течение 5 мин с момента закипания. Стакан снимают с плитки, смывают со стенок приставшие частицы, дают отстояться осадку и еще горячий раствор отсасывают с помощью вакуумного водоструйного насоса Комовского. Для этого используют воронку диаметром5 см, обтянутую тканью из капронового сита.

По окончании отсасывания воронку вынимают из стакана, переворачивают вверх и дают оставшейся жидкости стечь в колбу Бунзена. Воронку промывают над стаканом дистиллированной водой из промывалки. Остаток три раза ополаскивают дистиллированной водой, повторяя процедуру.

Затем в стакан наливают 50 см3 раствора гидроокиси калия с массовой долей 5 % и доводят дистиллированной водой до метки 100 см3. Смесь тщательно перемешивают и кипятят на электрической плитке в течение 5 мин с момента закипания. По окончании отсасывания воронку вынимают из стакана, переворачи-

13

вают вверх и дают оставшейся жидкости стечь в колбу Бунзена. Воронку промывают над стаканом. Остаток ополаскивают дистиллированной водой, повторяя процедуру.

Отмытый остаток переносят на воронку Бюхнера с бумажным фильтром, предварительно высушенным при температуре 160 оС в течение 15 мин. Осадок на фильтре последовательно отмывают дистиллированной водой от щелочи и просушивают спиртоацетоновой смесью. Фильтр с промытым остатком сворачивают, чтобы избежать потерь клетчатки и высушивают в сушильном шкафу при температуре 160 оС в течение 1,5 ч.

Массовую долю сырой клетчатки, Х, %, вычисляют по формуле

X = m1 ×100 , m

где m – масса соевого шрота, взятая на анализ, г; m1 – масса полученного сухого остатка, вычисленная по разности между массами фильтра с клетчаткой и пустого фильтра, г; 100 – коэффициент пересчета в проценты.

2. Определение активности уреазы в соевом шроте потен-

циометрическим методом. В два стеклянных стакана помещают по 1 г соевого шрота. В первый стакан приливают 50 см3 фосфатного буферного раствора, во второй добавляют 1,5 г мочевины и приливают 50 см3 буферного раствора.

Первый стакан ставят на водяную баню при температуре 30 оС. Через 5 мин на водяную баню при той же температуре ставят второй стакан.

Время термостатирования – 30 мин. Содержимое каждого стакана перемешивают стеклянной палочкой каждые5 мин. Последнее перемешивание – за 5 мин до окончания термостатирования.

По окончании термостатирования измеряют рН жидкости каждого стакана.

Активность уреазы в единицах рН вычисляют по формуле А = рН1 – рНо,

где рН1 – значение рН в основном испытании; рН0 – значение рН в контрольном испытании.

14

Контрольные вопросы

1.Какие виды клетчатки вы знаете?

2.В чем сущность метода определения сырой клетчатки?

3.В чем сущность потенциометрического метода определения активности уреазы в соевом шроте.

Лабораторная работа № 3.

Физико-химический анализ мелассы

Цель работы: овладеть методами проведения физико-

Теоретические сведения

Меласса – густая вязкая жидкость темно-коричневого цвета, с запахом карамели используется в качестве сырья для приготовления хлебопекарных дрожжей, этилового спирта и других продуктов.

В зависимости от типа перерабатываемого сырья мелассу подразделяют:

-на свеклосахарную, получаемую при переработке сахарной свеклы;

-рафинадную, получаемую при производстве рафинированного сахара;

15

-сахаротростниковую, получаемую при переработке тростникового сахара;

-тростниковую (черную), получаемую при производстве сахара из сахарного тростника.

На отечественных заводах в основном перерабатывается свеклосахарная меласса и в небольших количествах – рафинадная

исахаротростниковая.

Ценность мелассы как сырья дрожжевого и спиртового производства определяется наличием в ней сахара и веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности дрожжей(азотистые, минеральные вещества и витамины).

Состав мелассы непостоянен и зависит от многих факторов: зрелости свеклы, технологии сахара, условий хранения и транспортировки и т. д. Состав ее не регламентирован. Основные требования к свеклосахарной мелассе это: содержание не менее 75 % сухих веществ, из них количество сбраживаемых сахаров – не менее 45 %. Общего азота должно быть не менее 1,3 % (если это количество меньше, то это нарушает нормальную жизнедеятельность дрожжей); инвертного сахара (смесь глюкозы и фруктозы) – не более 0,5 % (это количество может возрастать при хранении мелассы в неблагоприятных условиях); рН не ниже6,8; цветность – не более 2 см3 0,1 моль/дм3 йода на 100 см3 раствора мелассы с массовой долей сухих веществ2 %; обсемененность микроорганизмами – не более 10 тыс. клеток в 1 г мелассы.

Важным показателем качества мелассы, от которого зависит выход этилового спирта, является ее доброкачественность. Это отношение количества сбраживаемых сахаров к общему количеству сухих веществ. Этот показатель должен быть на уровне

55-65 %.

При поступлении мелассы на завод, в первую очередь, контролируется ее реакция. Если меласса имеет кислую реакцию, то это является признаком развития в ней кислотообразующих бактерий. Такая меласса считается дефектной. К дефектной относится также меласса, если она по своим качественным показателям не удовлетворяет вышеперечисленным требованиям.

Меласса поступает на спиртовые заводы в железнодорожных или автомобильных цистернах. Отбор пробы составляет

16

1,5 кг от каждых 10 т при сливе из железнодорожных цистерн и от каждых 5 т при сливе из автоцистерны. Отобранные пробы тщательно перемешивают и составляют объединенную пробу. От объединенной пробы отбирают1,5 кг и разливают по0,5 кг в 3 чистые бутылки объемом по 0,5 дм3, закупоривают пробками, заливают сургучом, парафином и опечатывают. Одну бутылку анализируют в лаборатории завода, другую хранят в течение двух месяцев, а в случае возникновения разногласий между поставщиком и получателем – до окончания спора. Третья бутылка – контрольная, ее при возникновении спора о качестве мелассы между поставщиком и получателем направляют для арбитражного анализа. На такую бутылку наклеивают этикетку с указанием: массы мелассы; номера цистерн, из которых отобрана проба; номера накладных; даты отбора проб; подписи отбиравших пробы.

Ход работы

1.Органолептическая оценка качества мелассы. Для опре-

деления вкуса мелассы отвешивают в стеклянном стаканчике (25,00+0,01) г, перемешивают со 100 см3 воды комнатной температуры и полученный раствор пробуют на вкус, отмечая чистоту вкуса и наличие посторонних привкусов.

Для определения запаха в коническую колбу с притертой пробкой вместимостью 250 см3 наливают мелассу до 3/4 объема колбы, закрывают пробкой и выдерживают 1 ч, затем открывают

иопределяют запах на уровне края колбы. При этом отмечают присутствие посторонних запахов.

2.Определение реакции среды. В мелассе определяют ак-

тивную кислотность (рН), общую щелочность или кислотность. Активную кислотность в водном растворе мелассы определяют с помощью лабораторного рН-метра. Показания рН-метра записывают через 5 мин после погружения электродов в раствор мелассы, разбавленный 1:1.

Для определения общей титруемой щелочности илики слотности в химический стакан вместимостью100 см3 взвешивают (10,00+0,01) г мелассы, добавляют 20 см3 дистиллированной воды и измеряют рН на рН-метре.

17

тиллированной воды. Стаканы ставят против света и в стакан с водой наливают из микробюретки раствор йода концентрацией

3

долей 2 %. Для этого количество израсходованного в см раствора йода концентрацией 0,1 моль/дм3 умножают на 2.

18

4.Определение массовой доли сухих веществ. Мелассу раз-

бавляют водой в соотношении 1:1 и 2-3 капли стеклянной палоч-

кой помещают на призму рефрактометра. Температура при определении сухих веществ должна быть20 оС. По шкале рефрактометра отмечают массовую долю сухих веществ в разбавленной мелассе. Для нахождения массовой доли сухих веществ в мелассе

впроцентах показания рефрактометра удваивают.

5.Определение содержания аминного азота. Аминный азот является источником азотистого питания дрожжей. Определение его проводят йодометрическим способом по Попу и Стивенсону.

Навеску мелассы массой (13,00+0,01) г переводят количественно дистиллированной водой в мерную колбу на100 см3 и доводят до метки. Из полученного раствора отбирают10 см3 в мерную колбу вместимостью 50 см3, добавляют 3-4 капли тимолфталеина и раствор гидроксида натрия концентрацией 1 моль/дм3 до бледно-голубого (синего) окрашивания (2,0–2,5 см3). Затем небольшими порциями при помешивании вливают 30 см3 суспензии фосфата меди, доводят дистиллированной водой до метки и фильтруют через складчатый фильтр. Первые порции фильтрата

10 см3 фильтрата помещают в стаканчик, добавляя 0,5 см3 ледяной уксусной кислоты и 1 г йодистого калия. После перемешивания выделившийся йод оттитровывают из микробюретки раствором тиосульфата натрия концентрацией0,01 моль/дм3, добавляя под конец титрования 1-2 капли раствора крахмала с массовой долей 1 %. Титрование ведут до исчезновения синего окрашивания.

Массовую долю аминного азота в мелассеХ, %, определя-

19

100 – пересчет в проценты; 1000 – пересчет мг азота в граммы; 10 – объем жидкости, взятый на анализ, см3; n – масса мелассы в растворе, взятом на анализ, г.

6. Определение цветности фотоэлектроколориметром.

Определяют цветность растворов мелассы с массовой долей 2 % с помощью ФЭК и выражают её в см3 0,1 моль/дм3 раствора йода на 100 г сухих веществ. Предварительно строят градуировочный график, для чего готовят растворы с содержанием1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода в

100 см3 раствора. Затем с помощью ФЭК измеряют величины оптической плотности этих растворов, пользуясь кюветой с рабочей длиной грани 1,0 см при длине световой волны λ = 455 нм. По полученным данным на миллиметровой бумаге строят график: на

следуемого раствора, а на оси ординатвеличину оптической плотности соответствующих растворов.

При проведении анализа взвешивают20,0 г мелассы и готовят раствор с массовой долей 2 % (см. выше). Полученный раствор колориметрируют, пользуясь такими же кюветами и светофильтром, как и для растворов йода. По найденной величине оптической плотности с помощью градуировочного графика нахо-

2 %, см3 раствора йода концентрацией 0,1 моль/дм3; СCB – содержание сухих веществ в мелассе, % мас.

7. Определение сахаристости мелассы. Основным сахаром мелассы является сахароза. Наряду с ней могут присутствовать инвертный сахар (смесь глюкозы и фруктозы), раффиноза и др.

В нормальной мелассе содержание инвертного сахара не более 0,5 %, поэтому его не принимают во внимание при определении суммы сбраживаемых сахаров. Массовую долю сахарозы и раффинозы определяют поляриметрическим методом, основанным на измерении угла вращения плоскости поляризованного света. Для этого используют метод прямой и инверсионной поля-

20