Общие принципы обработки пищевого сырья. Лабораторный практикум. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ ФГБОУ ВО

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Н. Г. КУЛЬНЕВА

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ВОРОНЕЖ

2018

УДК 664 (076.5)

ББК Л 80-1 я 7

К56

Научный редактор профессор Г. В. АГАФОНОВ

Р е ц е н з е н т ы:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова»;

к. т. н. Ю. И. ПОСЛЕДОВА (начальник отдела ООО «БМА-Руссланд»)

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежского государственного университета инженерных технологий

Кульнева, Н. Г.

К56 Общие принципы обработки пищевого сырья. Лабораторный практикум [Текст] : учеб. пособие / Н. Г. Кульнева. – Воронеж :

ВГУИТ, 2018. - 99 с.

ISBN 978-5-00032-337-3

Лабораторный практикум подготовлен в соответствии с требованиями ФГОС ВО подготовки выпускников по направлению 15.03.02 – «Технологические машины и оборудование». Даны сведения о химическом составе и свойствах основного пищевого сырья, методики оценки качества сырья и продукции , контрольные вопросы и задания.

Учебное пособие закрепляет теоретические знания дисциплин цикла Б 1.

гос. ун-т инж. технол.», 2018

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.

2

Лабораторная работа № 1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ДОЛИ СУХИХ ВЕЩЕСТВ И ВЛАГИ РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы: изучить устройство и принцип действия рефрактометров; научиться определять коэффициент преломления, массовую долю сухих веществ и влаги различных пищевых сред.

Оборудование и материалы

1.Рефрактометры лабораторные.

2.Палочки стеклянные.

3.Вода дистиллированная.

4.Растворы сахарозы с различной массовой долей сухих веществ.

5.Масло растительное.

6.Меласса свеклосахарная.

7.Бумага фильтровальная.

Теоретические сведения

Влажность – важный показатель качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий. Массовая доля влаги определяет энергетическую ценность и сохранность продукта, условия его хранения и форму связи влаги с материалом продукта.

Различают две формы влаги в пищевых продуктах– связанную и свободную. Связанная влага соединена с компонентами продукта различными связями: физическими, физикохимическими, химическими. Физически связанная влага менее прочная и в ней могут протекать процессы, характерные для свободной влаги. Физико-химическая связь наиболее часто встречается в пищевых продуктах– адсорбционная, осмотическая, влага микрокапилляров. Химическая связь характеризуется вхождением

3

воды в состав компонентов и максимальной прочностью соедине-

ния. Примером может служить реакция гидролиза сахарозы:

С12Н22О11 + Н2О НСl, t С6Н12О6 + С6Н12О6.

поверхности или в массе продукта и удерживается на продукте силой тяжести. В свободную влагу из продуктов переходят растворимые вещества и ферменты, создаются благоприятные условия для ферментативного разложения растворимых соединений, что приводит к потере части продукта с образованием нежелательных веществ. Из окружающей среды в продукт попадают микроорганизмы. При наличии питательных веществ в свободной влаге протекают процессы брожения, плесневения, гниения, приводящие продукты в состояние порчи. Следовательно, наличие свободной и физически связанной влаги вызывает порчу продукции, поэтому для большинства пищевых продуктов требованиями стандартов нормируется массовая доля влаги.

Влажность сырья и готовых изделий определяет выход продукции: увеличение влажности муки на 1 % понижает выход хлеба на 1,5-2,0 %; повышение влажности мякиша хлеба на 1 % увеличивает выход хлеба на2-3 %. Для устранения этой зависимости вводят базисные нормы влажности для зерна, муки, а многие показатели качества пересчитывают на 100 г сухого вещества продукта.

Определение влажности продукта(W, %) является одновременно определением массовой доли сухих веществ(СВ, %), учитывая их взаимосвязь:

W = 100 – СВ, СВ = 100 – W.

Для твердых и сыпучих продуктов массовую долю влаги определяют преимущественно методами высушивания, электрометрическими, химическими. В жидких продуктах определяют массовую долю сухих веществ прямыми или косвенными методами, наиболее распространенными из которых являются косвенные ареометрический и рефрактометрический методы.

Рефрактометрический метод основан на определении -ко эффициентов преломления растворов, которые зависят от природы вещества, его чистоты и концентрации. Пересекая границу

4

раздела двух сред, луч света меняет свое направление– преломляется. Падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости и характеризуются показателем или коэффициентом преломления n. Отношение синуса угла паденияa к синусу угла преломления b или отношение скорости света в вакуумеСв к скорости света в среде Сср называется показателем преломления:

n = sina/sinb = Св /Сср,

где Св – величина постоянная.

Показатель преломления не зависит от угла падения луча света и является константой вещества. Для лучей различной длиной волны (красного, синего, желтого) показатели преломления неодинаковы. В технике определения используют показатели преломления для желтой линии D спектра натриевого пламени nD.

Из приведенного уравнения дляn видно, что показатель преломления зависит только от Сср, определяющейся в свою очередь плотностью раствора. На плотность влияют массовая доля сухих веществ раствора, температура и природа вещества.

Угол падения, при котором луч света скользит вдоль границы раздела двух фаз, называется углом полного внутреннего отражения, являющегося границей раздела темного и светлого полей зрения, определяет показатель преломления и соответствующую ему массовую долю сухих веществ (рис. 1).

b 1

b 2

b 3

a3

a2

a1

Рис. 1. Ход лучей света в рефрактометре

5

пищевой лабораторный (рис. 2, б), РПЛ - прецизионный лабораторный, ИРФ-22 – жировой.

Основной частью рефрактометра РПЛ-3 является корпус 2, укрепленный на штативе 1. В корпус вмонтированы призмы 4 и 5, помещенные в специальные камеры, которые при помощи патрубков 6 подсоединяются к термостату, и через них пропускается вода температурой 20 °С. Термометр 7 контролирует температуру воды в призмах. Имеются осветительное устройство 3 и ограничительная пробка 8. На рукоятке 10 находятся окуляр 11, шкала 12 и регулятор дисперсионного компенсатора13, которым удаляют спектральную окраску границы светотени. Прибор имеет две шкалы 9: шкалу показателя преломления с пределом от 1,300 до 1,540 и шкалу массовой доли сухих веществ(по сахарозе) в массовых процентах от 0 до 95 %.

20 °С по растворам химически чистой сахарозы, поэтому при анализе других растворов определяют массовую долю сухих веществ лишь приближенно («видимые» сухие вещества). Для перехода к точному значению(«истинным» сухим веществам) необходимо использовать поправку или поправочный коэффициент.

Перед началом работы рефрактометры проверяют с помощью дистиллированной воды, ее показатель преломления при температуре 20 °С равен 1,333. При отклонении показаний при-

6

бора от этого значения проводится корректировка установочным ключом через отверстие под пробкой 8.

Для определения коэффициента преломления растительного масла удобно пользоваться рефрактометром ИРФ-22 или любым другим рефрактометром с пределом измерения в интервале показателя преломления исследуемого масла.

Перед началом работы проверяют правильность установки прибора на нуль по дистиллированной воде. Затем на поверхность нижней призмы наносят3-4 капли исследуемого масла, опускают верхнюю часть измерительной головки. Глядя в окуляр зрительной трубы, осветительное зеркало устанавливают так, чтобы свет от источника через окно поступал в осветительную призму и равномерно освещал поле зрения. Вращая маховичок, добиваются появления в поле зрения границы светотени, которую подводят к центру перекрестия сетки. Резкость границы светотени и штрихов шкалы для глаза наблюдателя устанавливают вращением гайки окуляра. Если граница светотени при измерении показателя преломления окажется расплывчатой, то вращением рукоятки компенсатора добиваются четкости этой границы и записывают показание шкалы. Проводят не менее трех определений, принимая за окончательный результат среднее арифметическое значение.

Порядок выполнения работы

Массовая доля сухих веществ в сахарных растворах

На нижнюю призму рефрактометра 4 наносят две капли исследуемой жидкости и закрывают верхней призмой5. Передвигают окуляр до совмещения визира с границей темного и светлого полей. Отсчитывают по шкале показатель преломления и массовую долю сухих веществ. При отклонении от 20 °С на массовую долю сухих веществ вносится поправка по табл. 1.

7

8

Таблица 1

Поправки к показаниям рефрактометра при отступлении от нормальной температуры (20 °С)

8

Массовая доля сухих веществ в крахмальной патоке

Для выполнения работы предпочтительнее использовать рефрактометр РПЛ-3. Крахмальную патоку стеклянной палочкой тонким слоем наносят на всю поверхность нижней призмы. Вращая винт рукоятки10, совмещают границу раздела темного и светлого полей зрения с точкой пересечения двух перекрещивающихся прямых. Отмечают показатель преломления и массовую долю сухих веществ СВ. Это видимые или рефрактометрические СВв, так как шкала сухих веществ рефрактометра градуирована по химически чистой сахарозе, а крахмальная патока является смесью декстринов разной молекулярной массы, мальтозы и глюкозы.

Плотность крахмальной патоки значительно выше плотности растворов сахарозы, поэтому СВ видимые выше СВ истинных на величину от 2,6 до 3,2 % в зависимости от СВв. Значения поправок установлены опытным путем для патоки различного каче-

ства: СВи = СВв – (2,6¸3,2).

Если температура определения отклоняется от 20 °С, то необходимо внести поправку на температуру (см. табл. 1).

Массовая доля сухих веществ в мелассе

Рефрактометрическое определение СВи мелассы будет более точным без разбавления. Перед анализом пробу мелассы нагревают в герметично закрытой таре 20-30 мин на водяной бане при температуре 70-80 °С при перемешивании для растворения кристаллов сахарозы и удаления пузырьков воздуха. Затем ме-

лассу наносят на поверхность нижней призмы лабораторного рефрактометра, накрывают призмой Германчука с красным светофильтром. При ее использовании верхнюю призму рефрактометра не закрывают, а каплю мелассы разравнивают матовой поверхностью призмы Германчука. Улучшение поля зрения объясняется наличием красного светофильтра, который устраняет хроматическое светорассеяние, и более тонким слоем мелассы при хорошем нажиме на призму.

9

Коэффициент преломления растительного масла

Измерение производят на универсальном рефрактометре УРЛ или специальном ИРФ-22. На поверхность измерительной призмы рефрактометра стеклянной палочкой наносят2 капли масла, закрывают верхней призмой и через 5 мин снимают отсчет. Определение проводят 2-3 раза. При отклонении температуры определения от 20 °С коэффициент преломления рассчиты-

вают по формуле

nD20 = nDt + (t-20) ∙ 0,00035,

где nD20 – коэффициент преломления при температуре 20 °С; nDt – коэффициент преломления при температуре опыта; t – температура опыта.

С п р а в к а. При производстве и хранении растительных масел происходит изменение химического состава и появление ряда веществ, характеризующих их порчу. Коэффициент преломления при этом увеличивается, что обусловлено повышением молекулярной массы за счет образования оксисоединений, изменения глицеридного состава и степени непредельности.

Коэффициент преломления свежего подсолнечного масла при температуре 20 °С составляет 1,474-1,475.

Контрольные вопросы и задания

1.Каковы принцип и сущность рефрактометрического метода анализа?

2.Назовите факторы, определяющие коэффициент преломления.

3.Какие рефрактометры используются в пищевой промышленности, особенности их устройства?

4.Как установить нулевую точку шкалы рефрактометра?

5.Как влияет температура на коэффициент преломления и массовую долю сухих веществ?

6.Назовите особенности определения показателя преломления растительного масла, массовой доли сухих веществ в мелассе и крахмальной патоке.

10