Методы исследования состава и свойств сырья и молочных продуктов. Лабораторный практикум. Учебное пособие

2.Какие фотометрические методы анализа Вы знаете?

3.Каким требованиям должны отвечать анализируемые растворы?

4.Какие оптические явления происходят при прохождении света через окрашенные растворы?

5.Чем отличаются фотоколориметрические и спектрофотометрические методы анализа?

6.В чем сущность нефелометрии и турбидиметрии?

7.Что характеризует молярный коэффициент светопоглощения, в чем его физический и графический смысл?

8.Какова сущность определения размера частиц казеина?

9.Что такое спектральная характеристика раствора?

10.Каково назначение светофильтров и фотоэлементов в фотоэлектроколориметре?

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛОЧНОГО САХАРА ЙОДОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ В ЦЕЛЬНОМ И СУХОМ МОЛОКЕ

Цель работы: изучить особенности йодометрического метода определения молочного сахара в молочных продуктах; изучить сущность йодометрического мето-

да на примере определения молочного сахара в цельном и сухом молоке; апробировать данный метод определения молочного сахара в цельном и сухом молоке.

Приборы, материалы и реактивы: весы электрон-

ные; бюретка стеклянная для титрования; термометр спиртовой; баня водяная; раствор Фелинга I; растворы NaOH с концентрациями 0,1 и 1 моль/дм3; раствор йода с концен-

41

трацией 0,1 моль/дм3; раствор HCl с концентрацией 0,5 моль/дм3; раствор Na2S2O3 c концентрацией 0,1 моль/дм3; крахмальный раствор с массовой долей 1 %.

Теоретические сведения

Сущность метода заключается во взаимодействии между альдегидной группой молочного сахара или глюкозы с йодом в щелочной среде, в которой йод является окислителем. Свободный полуацетальный гидроксил в глюкозном остатке лактозы обусловливает реакции, характерные для восстанавливающих сахаров. Выделившийся атомарный кислород окисляет молочный сахар в лактобионовую (альдобионовую) кислоту, а глюкозу, образующуюся при инверсии сахарозы, в глюконовую кислоту. Это свойство лактозы используют для количественного определения ее в молоке с помощью йодометрического метода.

При определении сахаров берут избыток йода и по разнице между количеством взятого и непрореагировавшего йода титрованием раствором серноватистокислого натрия (Na2S2O3) находят содержание сахара. Благодаря альдегидной группе глюкозы лактоза обладает восстановительными свойствами. При окислении лактоза окисляется до лактобионовой кислоты:

Методика выполнения работы

Приготовление фильтрата. Молоко отвешивают с точно-

стью до 0,001 г. Помещают 25 г молока в мерную колбу на

42

500 см3, прибавляют до половины колбы дистиллированную воду и 10 см3 раствора жидкости Фелинга, перемешивают и приливают 4 см3 1 моль/дм3 раствора NaOH. Полученную смесь еще раз хорошо взбалтывают. Доводят до метки водой при температуре 20 °С, перемешивают и оставляют в покое на 30-40 мин. Отстоявшуюся жидкость фильтруют в сухую колбу через складчатый бумажный фильтр, удаляя первые 10 – 20 см3 фильтрата.

Приготовление рабочего раствора. В коническую колбу на

250-300 см3 с пришлифованной или резиновой пробкой вносят 50 см3 фильтрата (2,5 г молока). Приливают пипеткой или из бюретки 25 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода и медленно при непрерывном перемешивании приливают из бюретки 37,5 см3 0,1 моль/дм3 раствора NaOH. Закрыв колбу пробкой, оставляют ее в темном месте на 20 мин при температуре 20 °С. Затем приливают 8 см3 0,5 моль/дм3 раствора НСl и титруют выделившийся йод 0,1 моль/дм3 раствором Na2S2O3 сначала без прибавления индикатора до получения светло-желтого раствора, затем прибавляя 1 см3 раствора крахмала с массовой долей 1 % и продолжают титрование каплями до момента, когда от одной капли раствора Na2S2O3 исчезнет синяя окраска.

Холостой опыт. Для выполнения холостого опыта в мерную колбу на 250-300 см3 отмеривают пипеткой 25 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода, 25 см3 дистиллированной воды и добавляют при непрерывном перемешивании 37,5 см3 0,1 моль/дм3 раствора NaOH. Затем колбу закрывают и оставляют в покое в темном месте на 20-30 мин при температуре 20 °С. Дальше определение проводят как в рабочей колбе.

Расчет содержания лактозы. Содержание лактозы L, %,

43

где v1 – объем 0,1 моль/дм3 раствора Na2S2O3, пошедшего на титрование йода в холостом опыте, см3; v – объем 0,1 моль/дм3 раствора Na2S2O3, пошедшего на титрование йода при определении в фильтрате, см3; G – масса молока в 50 см3 фильтрата, равная 2,5 г; 0,97 – поправка, устанавливаемая эмпирически; 0,01801 – масса лактозы, моногидрата, соответствующая 1 см3 0,1 моль/дм3 раствора йода, г.

Сухое молоко. Растворяют в химическом стакане 12,5 г сухого молока в небольшом количестве горячей воды до исчезновения мельчайших комочков. Затем количественно переносят в мерную колбу на 100 см3, доводят до метки дистиллированной водой, прополаскивая стакан. Берут 25 см3 раствора, вносят в мерную колбу на 200 см3 дистиллированной воды, 10 см3 раствора СuSO4 и 4 см3 1 моль/дм3 раствора NaOH и далее проводят определение лактозы и вычисление процентного ее содержания как в цельном молоке. Масса сухого молока в 500 см3 фильтрата составляет 0,312 г.

Формула для определения содержания лактозы в сухом молоке принимает следующий вид

L = 5,578 (v1 – v).

Контрольные вопросы

1.Какова сущность йодометрического метода определения сахаров в молоке и молочных продуктах?

2.Каковы строение и конфигурация лактозы, ее физические и химические свойства?

3.Как протекает гидролиз лактозы под действием щелочей

икислот?

4.Какие продукты реакции образуются в результате инверсии сахарозы?

5.Какие достоинства и недостатки известных методов определения лактозы в сравнении с йодометрическим Вы знаете?

44

Лабораторная работа № 8

ФЕРРИЦИАНИДНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ САХАРОВ

ВМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ

СКОМБИНИРОВАННЫМ УГЛЕВОДНЫМ СОСТАВОМ

Цель работы: освоить феррицианидный метод определения сахаров в молочных продуктах с комбинированным углеводным составом; изучить сущность феррицианидного метода определения сахаров; апробировать данный метод определения

сахаров на примере молочных продуктов с комбинированным углеводным составом.

Приборы, материалы и реактивы: центрифуга лабора-

торная; бюретка стеклянная для титрования с винтовым зажимом; электроплитка; асбестовая сетка; раствор KOH с концентрацией 0,1 моль/дм3; раствор К3[Fe(CN)6] для определения концентрации углеводов; раствор метиленовой сини.

Теоретические сведения

Метод предназначен для определения массовой доли общего сахара в кисломолочных продуктах с плодово-ягодными наполнителями. Он основан на способности редуцирующих сахаров восстанавливать железосинеродистый калий или гексацианоферрат (III) К3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль) до железистосинеродистого или гексацианоферрата (II) К4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль).

Титрование красной кровяной соли раствором редуцирующего сахара ведется в щелочной среде при нагревании в присутствии метиленовой сини в качестве индикатора. Взаимодействие

45

между красной кровяной солью в щелочной среде может быть выражено следующей реакцией:

С6Н12О6 + 6К3[Fe(CN)6] + 6КОН (СНОН)4 (СООН)2 + + 6К4[Fe(CN)6] + 4Н2О.

По объему испытуемого фильтрата, израсходованного на титрование определенного объема железосинеродистого калия, вычисляют массовую долю общего сахара в продукте.

Методика выполнения работы

К 5 см3 исследуемого молочного продукта добавляют 1 см3 раствора ТХУ. Все это смешивают в центрифужной пробирке, оставляют в покое на 10 мин и затем центрифугируют при 5000 мин-1 в течение 10 мин. Надосадочную жидкость сливают, нейтрализуют раствором КОН до рН 7,0. Этот прозрачный раствор используют для определения концентрации сахаров.

В коническую колбу на 100 см3 вносят 20 см3 раствора К3[Fe(CN)6] и 5 см3 раствора КОН, прибавляют одну каплю индикатора, нагревают смесь на электроплитке до кипения и кипящий раствор осторожно титруют испытуемым раствором сахара, прибавляя по одной капле через несколько секунд. При этом К3[Fe(CN)6] переходит в К4 [Fe(CN)6], первая избыточная капля раствора сахара приводит к восстановлению метиленовой сини и исчезновению синей окраски. Раствор приобретает слабо-желтую окраску от желтой кровяной соли. Титрование в этот момент прекращают.

Анализ проводят дважды и берут среднее арифметическое значение. Массовую долю сахара (%) вычисляют по формуле

Х (20,12 0,035 V ) K a , 10 V

46

где Х – массовая доля сахара, %; V – объем израсходованного при титровании раствора сахара; К – коэффициент поправки, равный 0,97; А – фактор разведения.

Приписанные характеристики погрешности и ее составляющие метода определения содержания общего сахара при Р = 0,95 приведены в таблице.

Контрольные вопросы

1.Какие химические методы определения углеводов Вы

знаете?

2.Какова селективность данных методов?

3.В чем преимущество данного метода по сравнению с методом Бертрана?

Лабораторная работа № 9

КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ САХАРОВ

ВМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ

СКОМБИНИРОВАННЫМ УГЛЕВОДНЫМ СОСТАВОМ МЕТОДОМ ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОРГАФИИ

Цель работы: освоить метод тонкослойной хроматографии для определения сахаров в молочных продуктах с комбинированным углеводным составом; изучить сущность метода тонкослойной хроматографии (ТСХ);

апробировать метод ТСХ при анализе

47

молочных продуктов с комбинированным углеводным составом.

Приборы, материалы и реактивы: центрифуга лабора-

торная; сушильный шкаф; секундомер; микропипетка; хроматографические пластины Silufol; хроматографическая камера; раствор NaOH с концентрацией 0,5 моль/дм3; раствор борной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм3; бутанол; ацетон; дистиллированная вода; раствор нитрата серебра.

Теоретические сведения

Хроматографические методы широко применяют при определении состава и свойств пищевых продуктов. Они позволяют проводить исследования, не выполнимые другими инструментальными методами.

Воснове хроматографических методов лежит широкий круг физико-химических процессов: распределение, адсорбция, ионный обмен, диффузия, комплексообразование и др.

Взависимости от природы процесса, обусловливающего механизм разделения, т.е. от типа взаимодействия между компонентами разделяемой смеси, подвижной и неподвижной фазами различают следующие основные варианты хроматографии: распределительную, адсорбционную, ионообменную и гельфильтрационную.

Хроматографические методы также принято классифицировать в соответствии с выбранным типом подвижной и неподвижной фаз. Газовая хроматография (ГХ) объединяет те методы,

вкоторых подвижной фазой является газ; жидкостная хроматография (ЖХ) – методы, в которых подвижной фазой служит жидкость.

Взависимости от агрегатного состояния обеих фаз различают следующие виды хроматографии: твердожидкостную хроматографию (ТЖХ), жидкость-жидкостную (ЖЖХ), газоадсорбционную (ГАХ), газожидкостную (ГЖХ).

48

Основной принцип хроматографии в тонком слое заключается в том, что подвижная фаза движется сквозь неподвижную фазу, и при этом разделяемые компоненты перемещаются с различной скоростью в направлении движения потока. При этом происходит многократное повторение актов сорбции и десорбции вещества в элементарных слоях (каждый раз на новом участке сорбента) и компоненты смеси располагаются на хроматограмме зонами в соответствии с их коэффициентом распределения в данной системе. Если вещества не окрашены, то хроматограмму проявляют, например, опрыскиванием раствором индикатора, рассматривают в УФ-лучах и т. д. Тонкослойная хроматография чрезвычайно чувствительный метод, позволяет обнаруживать до 0,5 % мас. примесей.

Перемещения сахаров по слою можно добиться, используя соответствующий растворитель на неактивном слое (кизельгур Г) или активном (силикагель Г). При проведении анализов методом ТСХ было обнаружено перемещение по слою в следующем ряду: пентозы гексозы дисахариды трисахариды. В случае гексоз было обнаружено, что фуранозы имеют бóльшие величины Rf, чем соответствующие пиранозы. Rf – это отношение расстояния центра пятна от точки старта к расстоянию растворителя от старта.

Недостаток слоя кизельгур Г – очень низкое содержание наносимой пробы (5 мг сахара). На слой силикагеля Г можно наносить в 10 раз больше углеводов.

Методика выполнения работы

Для проведения анализов методом ТСХ необходимо подготовить элюат (фильтрат). Для этого к 4 мг йогурта (пудинга, молочных суфле) добавляют 4 см3 5 % мас. ТХУ, затем пробу центрифугируют в течение 5 мин, n = 5000 мин-1. Затем к 4 см3 центрифугата добавляют 4 см3 0,5 моль/дм3 NaOH для нейтрализации ТХУ.

Для проведения хроматографии сахаров используют хроматографическую пластину Silufol марки KAVALIER, предварительно пропитанную,0,1 моль/дм3 раствором борной кислоты и

49

высушенную в сушильном шкафу при температуре 105 °С в течение 10 мин. Подготовленные пластины расчерчивают клиньями, отмеряют линию старта, как показано на рис. 1. Пробы наносятся в виде пятен размером 4-5 мм микропипеткой 0,01 - 0,05 мг/см3, содержащих 150-200 мкг углеводов, рядом наносятся растворы стандартных сахаров, капли высушивают тепловентилятором.

В хроматографическую камеру наливают небольшое количество смеси для разделения сахаров - бутанол : ацетон : вода в соотношении - 40:50:10 и помещают в нее две хроматографические пластины так, чтобы край пластинок лишь касался смеси. Крышку хроматографической камеры смазывают вазелином и плотно закрывают. Процесс насыщения продолжается до тех пор, пока фронт растворителя не поднимется до верха пластинок (рис. 2).

После этого хроматограммы вынимают и высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 °С до полного высыхания. Пластину обрабатывают с помощью опрыскивания нитратом серебра и опять помещают в сушильный шкаф на 10 мин при температуре 105 °С.

50