Методы исследования сырья и продуктов растительного происхождения (теория и практика). Учебное пособие

метр приподнимают над уровнем жидкости и ополаскивают его небольшим количеством холодной воды, каплей эфира гасят пену и водой доводят объем колбы до метки. Содержимое колбы хорошо взбалтывают, для лучшего осветления оставляют в покое на 2-3 мин, после чего фильтруют через сухой складчатый фильтр в сухой стакан. Первые мутные капли фильтрата отбрасывают; если последующие порции фильтрата получаются мутноватыми, их возвращают на фильтр.

Длину поляриметрической трубки выбирают в зависимости от интенсивности окраски раствора. При хорошем осветлении раствора берут нормальную трубку, а более темноокрашенные растворы поляриметрируют в трубке длиной 100 мм. Фильтратом 2-3 раза ополаскивают трубку, а затем заполняют ее и производят измерение угла вращения не менее трех раз.

Пример. На анализ взята полунормальная навеска мелассы; измерение угла вращения проводилось в полунормальной трубке. Среднеарифметическое показание сахариметра 12,4 оS. Содержание сахарозы в мелассе составляет

12,4·4 = 49,6 %.

Лабораторная работа № 2. Определение редуцирующих сахаров в пивном сусле

поляриметрическим методом

Цель работы: изучить поляриметрический метод определения углеводов в отфильтрованном пивном сусле; по результатам экспериментов рассчитать содержание сахаров в сусле.

Оборудование и материалы: поляриметр или сахари-

метр, мерная колба вместимостью 50 см3; спирт этиловый концентрацией 96 % об., пивное сусло.

Краткие теоретические сведения

В контроле пивоваренного производства поляриметры используют для определения крахмалистости зернового сырья

51

или содержания сахара. При этом используют поляриметры, на которых установлена не круговая, а линейная шкала, градуированная по сахарозе. Современные автоматические поляриметры могут работать в режиме непрерывного измерения с использованием проточных ячеек.

Проведение анализа

5 см3 отфильтрованного сусла пипеткой переносят в мерную колбу вместимостью 50 см3, доливают ее до метки 96 % об. этиловым спиртом, перемешивают и выпавший плотный осадок декстринов отфильтровывают.

Прозрачный фильтрат поляриметрируют в трубке длиной 200 мм. При работе с сахариметром формула принимает вид

а · 0,34615 · 100 · 10 / (2 · 128) = 1,3557 · а,

где а – показание линейной шкалы сахариметра, град; 0,34615 – 1 град линейной шкалы сахариметра равен 0,34615 град дуговой шкалы.

Пример. При анализе сусла с массовой долей сухих веществ 12 % показания сахариметра при поляриметрии спиртового раствора сахаров в градусах линейной шкалы а = 6,2.

Содержание сахаров (глюкозы, фруктозы, сахарозы, мальтозы) в 100 см3 сусла

1,3557 · 6,2 = 8,405 г.

Лабораторная работа № 3. Определение условной крахмалистости зерна

методом Эверса

Цель работы: изучить метод Эверса для определения углеводов в зерновом сырье, по результатам экспериментов расчитать условную крахмалистость зернового сырья.

Оборудование и материалы: сахариметр; мерные кол-

бы Кольрауша (с воронкообразным горлом) на 100 см3; пипетки на 5 и 25 см3, конические колбы на 150 см3; водяная

52

баня, раствор соляной кислоты с массовой долей 1,124 %, раствор молибдата аммония с массовой долей 10 %, зерно.

Краткие теоретические сведения

Перед анализом пробу зерна измельчают так, чтобы помол полностью проходил через проволочное сито с размерами ячеек 0,8 мм (для помола кукурузы – сито 0,5 мм). На анализ берут точно 5 г помола. Угол поворота плоскости поляризации измеряют на сахариметре в трубке длиной 200 мм (для овса – 100 мм) и содержание крахмала в навеске (в г на

100 см3) рассчитывают по формуле

К = α · 100 · 0,3462 / ( [α]20D ),

где 0,3462 – коэффициент перехода от дуговых градусов к градусам сахарной шкалы.

По Эверсу величина удельного вращения [α]20 ( в дуговых градусах ) крахмала риса равняется 185,9, кукурузы –

184,6, ржи – 184,0, пшеницы – 182,7, ячменя – 181,5, овса – 181,3, картофеля – 194,5.

Кроме величины угла поворота α, в этой формуле все остальные величины являются постоянными для данной культуры. Поэтому для упрощения расчета Эверс представил их в виде коэффициентов Кэ, значения которых при трубке длиной 200 мм составляют: для риса –1,866, кукурузы – 1,879, ржи –

1,885, пшеницы – 1,898, ячменя – 1,912, овса – 1,914 и карто-

феля – 1,775. Следовательно, содержание крахмала в анализируемой пробе будет равно произведению показания сахариметра на коэффициент Эверса для данной культуры. При использовании трубки длиной 100 мм показание сахариметра умножают на 2.

Расхождение в результатах анализа параллельных проб допускается: для трубки длиной 200 мм ± 0,5 %, для трубки длиной 100 мм ± 1 %.

53

Проведение анализа

30 – 40 г зерна очищают от сорной примеси (испорченные зерна оставляют) и размалывают до указанных выше размеров частиц. Помол высыпают на доску, хорошо перемешивают и укладывают ровным слоем. Из разных мест слоя шпателем отбирают точно (5,00 ± 0,01) г муки в предварительно взвешенный стакан. Навеску без потерь переносят в сухую колбу Кольрауша. Определение крахмала ведут в двух параллельных пробах и одновременно отбирают две пробы на определение влажности помола.

Пипеткой отмеривают 25 см3 раствора соляной кислоты и небольшими порциями при встряхивании смачивают ими муку в колбе. Снова отмеривают 25 см3 раствора соляной кислоты, смывают ею крупинки со стенок колбы, содержимое колбы осторожно круговыми движениями перемешивают и колбу погружают в водяную баню при температуре кипения. В течение 3 мин содержимое колбы круговыми движениями непрерывно перемешивают, а затем колбу закрепляют при помощи лапки штатива так, чтобы вода доходила до ее горла. Через 15 мин от начала погружения колбу вынимают, наливают в нее 25 – 30 см3 холодной дистиллированной воды и затем охлаждают до 20 оС. Для осаждения белков в колбу задают 5 см3 раствора молибдата аммония, объем доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и фильтруют через сухой складчатый фильтр в сухую колбу. Чтобы избежать испарения воды, воронку прикрывают стеклом. Первые 10 – 20 см3 мутного фильтрата отбрасывают. Прозрачным фильтратом 2 – 3 раза ополаскивают поляриметрическую трубку, затем заполняют ее и немедленно поляриметрируют, так как фильтрат быстро мутнеет.

Содержание крахмала в продуктах Кс (в пересчете на сухое вещество) рассчитывают по формуле

Кс = α · Кэ / (100 – W),

где W – влажность муки, %; Кэ – коэффициент Эверса. Пример. На анализ взято 5 г овсяной муки с массовой

долей влаги 15,5 %. При измерении угла вращения в трубке

54

длиной 100 мм среднее из трех отсчетов показаний сахариметра равнялось 10,5 оS. Крахмалистость овса в пересчете на сухое вещество составляет Кс = 47,6 %.

Метод Эверса простой и быстрый, позволяет получать воспроизводимые результаты с достаточной точностью, поэтому он широко применяется в контроле бродильного производства.

Для определения условной крахмалистости наиболее перспективно использование инфракрасной спектрометрии, а именно метода ближней инфракрасной (БИК) спектроскопии, который позволяет осуществить анализ при практически полном отсутствии пробоподготовки за 3 – 5 мин, не требует реактивов и расходных материалов.

Лабораторная работа № 4. Определение углеводов в пивном сусле методом Бертрана

Цель работы: изучить химический метод Бертрана для определения углеводов в пивном сусле; по результатам экспериментов рассчитать содержание мальтозы.

Оборудование и материалы: конические колбы вме-

стимостью 150 и 250 см3, пипетки на 20,10 и 5 см3, мерные цилиндры на 20 см3, мерная колба на 250 см3 прибор для фильтрования, состоящий из колбы Бунзена и фильтра с пористой перегородкой, бюретка; жидкость Фелинга, состоящая из растворов Фелинга 1 и Фелинга II; раствор перманганата калия концентрацией 0,1 моль/дм3; железо-аммонийные квасцы; вода дистиллированная, пивное сусло.

Краткие теоретические сведения

Сущность метода заключается в том, что на анализ берут равные объемы (по 20 см3) растворов Фелинга I, Фелинга II и сахара. Общий объем смеси должен быть всегда равен 60 см3. Смесь кипятят точно 3 мин. Выпавший красный осадок оксида меди (I) отфильтровывают, промывают и раство-

55

ряют сульфатом железа или сульфатом аммония-железа (III) (квасцы) в присутствии серной кислоты: при этом оксид меди

(I) количественно окисляется трехвалентным железом, восстанавливая его в двухвалентное по уравнению

Cu2O+Fe2 (SO4)3+H2SO4=2 CuSO4+2FeSO4+H2O.

Количество сульфата железа (II), эквивалентное количеству оксида меди (I), определяют титрованием перманганатом калия, который окисляет его в сульфат железа (III). Реакция протекает по уравнению

2KMnO4+10 FeSO4 +8 H2SO4 = 5Fe2(SO4)3+K2SO4+ +2MnSO4+8H2O.

Титр перманганата калия по меди 0,00636 г, или 1 см3 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) раствора перманганата калия соответствует 6,36 мг меди. Умножив на 6,36 количество перманганата калия, пошедшего на титрование раствора сульфата железа (II), определяют количество меди, восстановленной при окислении сахара. По этому количеству меди в табл. приложения находят количество анализируемого сахара (приложение 3).

Для удобства расчета на практике применяют раствор перманганата калия, титр которого по меди равняется 10 мг. Такой раствор должен содержать 0,005 г соли в 1 см3, или в 1 дм3 5 г. Титр этого раствора проверяют по навеске 0,4965 г щавелевой кислоты. Ее растворяют в 25 см3 дистиллированной воды, добавляют 10 см3 серной кислоты, разведенной в соотношении 1:1, смесь нагревают до кипения и титруют перманганатом калия до неисчезающей в течение 30-60 с розовой окраски. Если раствор приготовлен правильно, на титрование его расходуется 50 см3.

Количество сахара в анализируемой пробе должно быть не менее 10 и не более 100 мг (см. приложение 3). При малом содержании сахара в пробе, когда на титрование расходуется 1-2 см3 раствора перманганата калия, результаты анализа дают большую ошибку. Поэтому опыт повторяют с более концентрированным сахарным раствором. При большом содержании сахара может не хватить меди в фелинговой жидкости

56

на окисление всего сахара (синяя окраска раствора исчезает). В таких случаях на анализ берут не 20 см3 сахарного раствора, 5-10 см3 и соответственно добавляют 15-20 см3 дистиллированной воды, чтобы общий объем смеси сохранился, или же готовят новый раствор с меньшим содержанием сахара. Оптимальное содержание сахара в пробе лежит в пределах

40-60 мг (0,2-0,3 %-ная концентрация).

Проведение анализа

При массовой доле сухих веществ с сусле 12-16 % его разбавляют в 25 раз, для чего в мерную колбу на 250 см3 вносят 10 см3 сусла и содержимое доливают дистиллированной водой до метки. В коническую колбу на 200 – 250 см3 отмеряют по 20 см3 I и II растворов Фелинга (для каждого раствора должен быть свой цилиндр и их нельзя путать при повторном использовании), а затем 20 см3 полученного раствора пивного сусла. Содержимое колбы перемешивают, нагревают до кипения за 3-4 мин и кипятят точно 3 мин на открытом пламени газовой горелки, подставив под колбу асбестовую сетку с круглым вырезом посередине, диаметр которого немного меньше диаметра дна колбы. За момент закипания принимают появление пузырьков на всей поверхности жидкости. С начала кипения пламя над колбой уменьшают, добиваясь равномерного спокойного кипения. Снимают колбу с огня, дают в течение 1 - 2 мин осесть осадку и надосадочную жидкость отфильтровывают на стеклянном фильтре со слоем асбеста толщиной 1 см в колбу Бунзена. Фильтруемую жидкость сливают на фильтр медленно по стеклянной палочке. Оставшийся в колбе осадок промывают 30 - 60 см3 горячей воды, которую тоже сливают в фильтр. Фильтр с осадком переносят в другую чистую колбу Бунзена. Фильтрование осадка (оксида меди) осуществляют при слабом разрежении. Не рекомендуется переносить осадок на фильтр, так как он образует слой, с трудом поддающийся последующему растворению.

57

Когда жидкость отфильтрована, к осадку прибавляют немного горячей воды и дают осесть, а жидкость сливают через фильтр. Следует следить за тем, чтобы осадок оксида меди на фильтре и в колбе все время оставался покрытым жидкостью, иначе произойдет его окисление кислородом воздуха. Промывку осадка горячей водой повторяют 2-3 раза, а затем осадок растворяют сульфатом железа или железоаммонийными квасцами. Для этого отмеривают 20 см3 этого реактива и приливают его в коническую колбу с осадком, тщательно обмывают им стенки колбы, чтобы растворить прилипшие к ним крупицы осадка. Раствор в колбе приобретает ярко-зеленый цвет.

После отфильтровывания последней порции промывной воды приемную колбу под фильтром меняют на чистую и раствор сульфата железа из конической колбы осторожно, по палочке, переносят на фильтр. Чтобы ускорить растворение осадка на фильтре, верхний слой фильтрующей массы слегка размешивают палочкой. При полном растворении осадка черные крупинки меди исчезают с поверхности фильтра. Затем коническую колбу и фильтр 5-6 раз промывают холодной дистиллированной водой, для чего каждый раз в колбу наливают по 20-25 см3 воды, ополаскивают стенки колбы и ополоски выливают на фильтр. После того как вся вода пройдет через фильтр, операцию повторяют. Закончив промывание, фильтрат сразу же титруют раствором перманганата калия до изменения зеленоватой окраски на розовую. Переход цвета совершается четко при добавлении одной избыточной капли раствора перманганата калия. Расхождение между двумя параллельными титрованиями при расходе 6-8 см3 перманганата калия не должно превышать 0,05 см3 (если идет 10 - 12 см3, то допускается расхождение на 0,1 см3).

Параллельно с основным анализом проводят определение поправки на реактивы. Определение ведут так же как и основной анализ, но вместо сахарного раствора берут 20 см3 дистиллированной воды. Поправку выражают в миллилитрах раствора перманганата калия и вычитают ее из количества перманганата калия, пошедшего на титрование основного опыта. Разность между этими числами умножают на титр

58

перманганата калия и получают количество меди (в мг), восстановленной сахаром. По приложению 3 в столбце «мальтоза» находят цифру, равную найденному количеству меди, а в столбце «сахар» - соответствующее ему количество сахара. Если в таблице нет такой цифры, то производят интерполяцию по двум близким значениям.

При принятом разбавлении содержание «сырой» мальтозы Х, г в 100 см3, вычисляют по уравнению

Х = а ∙ 250 ∙ 100 / (20 ∙ 10 ∙1000),

где а – масса мальтозы в 20 см3 разбавленного сусла, мг; 250 – общий объем раствора сусла, см3; 100 - пересчет на 100 см3 исходного сусла; 20 – объем раствора сусла, взятого на анализ, см3; 10 - объем исходного сусла, взятого на анализ, см3; 1000 – перевод миллиграммов в граммы.

Пример. Для анализа взято 10 см3 пивного сусла, разбавленного в 25 раз. На определение взято 20 см3 полученного раствора сусла. На титрование израсходовали 8,85 см3 раствора перманганата калия, титр которого по меди равен 10 мг. Поправка на реактивы 0,1 см3. Масса меди, восстановленной сахарами, (8,85 – 0,1) · 10 = 87,5 мг. По приложению 3 интерполяцией находим, что 87,5 мг меди соответствует 80,3 мг мальтозы. Отсюда, содержание «сырой» мальтозы в г/100 см3 исходного сусла будет:

Х = (80,3 · 250 · 100) /(20 · 10 · 1000) = 10,04 г.

Кроме мальтозы, в сусле имеются другие редуцирующие вещества (сахара и несахара), которые также восстанавливаются реактивом Фелинга. Поэтому результаты прямого определения редуцирующей способности сусла обозначают термином «сырая» мальтоза».

Недостатки метода: нагревание на открытом огне на позволяет точно выдерживать температуру, следовательно, и продолжительность нагрева жидкости до кипения, что является одним из главных источников ошибок анализа, на отделение и растворение осадка оксида меди затрачивается много времени, опасность механических и химических потерь окси-

59

да меди обязывает к особой тщательности и требует определенных навыков

Достоинства метода: высокая точность результатов определения, при квалифицированном проведении анализа расхождение между двумя параллельными определениями не превышает 0,3 %. Метод разработан для большинства сахаров (гексоз и пентоз), что свидетельствует о его широком применении.

Лабораторная работа № 5. Определение углеводов в пивном сусле методом

Вильштеттера-Шудля

Цель работы: изучить метод Вильштеттера-Шудля для определения углеводов в пивном сусле, по результатам экспериментов рассчитать содержание мальтозы в пивном сусле.

Оборудование и материалы: конические колбы вмести-

мостью 200 см3; мерная колба вместимостью 250 см3; пипетки вместимостью 10, 25 и 50 см3; мерные цилиндры на 10 см3 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) раствор йода; 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) раствор тиосульфата натрия; 1 моль/дм3 (1 н.) раствор гидроксида натрия; 1 моль/дм3 (1 н.) раствор серной кислоты; раствор крахмала с массовой долей 1 %, пивное сусло.

Проведение анализа

В мерную колбу вместимостью 250 см3 пипеткой отмеривают 10 см3 сусла, объем доводят до метки водой и перемешивают. 50 см3 раствора пипеткой вносят в коническую колбу, сюда же пипеткой (или из бюретки) добавляют 25 см3 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) раствора йода и из цилиндра 3 см3 1 моль/дм3 (1 н.) раствора щелочи. Колбу закрывают пробкой, содержимое колбы перемешивают и ставят в темное место, чтобы избежать обратных фотохимических процессов. Через 15 – 20 мин к смеси добавляют 4,5 см3 1 моль/дм3 (1 н.) раствора серной кислоты и титруют 0,1 моль/дм3 (0,1 н.) раствором тиосульфата натрия до светло-желтой окраски. Затем прибавляют несколько капель раствора крахмала и медленно,

60