Современные методы исследования свойств сырья и продуктов животного происхождения. Лабораторный практикум. Учебное пособие

УДК 001.2 : 002.3 : 351.773

ББК Л80 – 1с я7

М48

Научный редактор профессор Е. И. МЕЛЬНИКОВА

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра технологии переработки животноводческой продукции Воронежского государственного аграрного университета

им. императора Петра I;

д-р техн. наук В. Д. ХАРИТОНОВ (ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт

молочной промышленности»)

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежского государственного университета инженерных технологий

Мельникова, Е. И.

Современные методы исследования свойств сырья и проМ48 дуктов животного происхождения. Лабораторный практикум [Текст] : учеб. пособие / Е. И. Мельникова, Е. С. Рудниченко, Е. В. Богданова; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж : ВГУИТ,

2014. – 96 с.

ISBN 978-5-00032-040-2

Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ФГОС ВПО подготовки выпускников по направлениям 260200.68 – «Продукты питания животного происхождения» (магистерская программа – «Новые пищевые продукты для рационального и сбалансированного питания»), 19.04.03 – «Продукты питания животного происхождения». Оно предназначено для закрепления теоретических знаний дисциплин цикла М1. В пособии изложены методы определения основных показателей качества и безопасности молочного сырья и готовой продукции.

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 БЕЛКА В МОЛОКЕ И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ МЕТОДОМ КЬЕЛЬДАЛЯ (ГОСТ Р 53951-2010)

Цель работы: изучить методику определения массовой доли белков в молоке и молочных продуктах по Кьельдалю.

Приборы, материалы и реактивы:колба Кьельдаля; хо-

лодильник; колбы конические; бюретка; воронка стеклянная; пипетки Мора на 10 см3; соляная кислота молярной концентрацией 0,1 моль/дм3;раствор борной кислоты с массовой долей 4 %; смешанный индикатор; раствор гидроксида натрия с массовой долей 40 %; вода дистиллированная.

Теоретические сведения

Белок – необходимый компонент пищи, который обеспечивает жизненно важные биологические функции организма (структурную, каталитическую, защитную, транспортную и др.).

Результаты мониторинга за состоянием питания россиян отмечают, что к одному из главных нарушений в пищевом статусе населения России относится дефицит белка, который составляет около 1400 тыс. т в год. Общая потребность страны в пищевом и кормовом белке, по данным специалистов, оценивается почти в 53 млн т, при этом для восполнения дефицита применяют белки растительного и животного происхождения. По прогнозам, дефицит пищевого белка в нашей стране может возрасти на 1517 %.

Биологическая ценность белков является комплексной характеристикой, определяемой составом аминокислот и перевариваемостью протеиназами в желудочно-кишечном тракте. По аминокислотному составу белки молока можно отнести к белкам высокой биологической ценности, так как они содержат все незаменимые аминокислоты.

4

Белки молока представлены казеином 2,7 – 2,9 % и сывороточными белками 0,6 – 0,9 %. Следует отметить некоторое ограничение биологической ценности казеина дефицитом серосодержащей аминокислоты цистеина (скор метионина в сумме с цистеином ниже 100 %). Кроме того, значительные количества фенилаланина и тирозина вызывают затруднения при их метаболизме в организме грудных детей. Сывороточные белки характеризуются более сбалансированным по сравнению с казеином соотношением дефицитных серосодержащих и других незаменимых аминокислот и, следовательно, более высокой биологической ценностью. Белки молока обладают функциональными свойствами, определяющими конечные органолептические и качественные показатели многокомпонентных пищевых продуктов. К функциональным свойствам следует отнести: растворимость, водосвязывающую способность, вязкость, способность к гелеобразованию, эмульгированию, пенообразованию и др. Белки в молоке находятся в виде коллоидного раствора.

Казеин – гетерогенный белок, состоит из αs1-, αs2-, β- и χ- фракций, содержание которых составляет 38, 10,39 и 13 %. Основная часть казеина (около 95 %) содержится в молоке в виде казеиновых мицелл и лишь около 5 % – в виде мономеров, полимеров и субмицелл. Все фракции казеина синтезируются в клетках молочной железы, имеют генетические варианты, являются фосфопротеидами (фосфатные группы присоединяются к остаткам серина), а χ-казеин принадлежит к фосфогликопротеидам, так как помимо фосфорной кислоты в своем составе имеет углеводы – три- и тетрасахариды, состоящие из N-ацетилгалактозамина. Фракции казеина имеют неравномерное распределение вдоль полипептидной цепи полярных и неполярных аминокислот, обладают дифильными свойствами, характеризуются наличием в структуре как незначительного количества α-спирали, так и β- структуры.

Казеин молока выполняет в организме млекопитающих весьма важные структурные (пластические) функции. Он максимально расщепляется пищеварительными протеазами в нативном состоянии, в то время как глобулярные белки приобретают эту

5

способность только после денатурации. Казеин – источник кальция, фосфора и магния, а также целого ряда физиологически активных пептидов, регулирующих процесс пищеварения (уровень желудочной секреции).

Сывороточные белки составляют 20 % белков молока и состоят из α-лактоальбумина (50 – 54 %), β-лактоглобулина (20 – 25 %), белков сыворотки крови, иммуноглобулинов 2-микроглобулина, компонентов протеозо-пептонов и других минорных белков. Первые два белка, являющиеся главными представителями сывороточных белков, синтезируются в молочной железе, остальные белки переходят в молоко из крови. Все сывороточные белки характеризуются равномерным распределением вдоль полипептидной цепи полярных и неполярных аминокислот, имеют компактную глобулярную конформацию со значительной степенью спирализации цепей.

Не менее важными биологическими функциями обладают сывороточные белки. Иммуноглобулины выполняют защитную функцию, являясь носителями пассивного иммунитета, лактоферрин и другие белки (лизоцим, лактоперокисдаза, ксантиноксидаза), относящиеся к ферментам молока, обладают антибактериальными свойствами. Лактоферрин транспортирует в кишечник железо, β-лактоглобулин – витамин А.

Белки - амфотерные соединения, на поверхности мицеллы находятся химически активные положительно и отрицательно заряженные группы, суммарный заряд мицеллы казеина – отрицательный. Электронейтральное состояние казеина достигается при рН 4,6. Белки подвергаются гидролизу кислотами, щелочами, ферментами.

Существует несколько методов определения массовой доли белков в молоке и молочных продуктах. Классический – арбитражный метод Кьельдаля (ГОСТ Р 53951-2010 «Продукты молочные, молочные составные и молокосодержащие. Определение массовой доли белка методом Кьельдаля»), предусматривающий глубокий кислотный гидролиз белка.

6

Порядок выполнения работы

Метод Кьельдаля основан на минерализации пробы молока концентрированной серной кислотой в присутствии окислителя, инертной соли (сульфата калия) и катализатора (сульфата меди). При этом аминогруппы белка превращаются в сульфат аммония, растворенный в серной кислоте. Сернокислый аммоний превращают в аммиак и отгоняют в раствор борной кислоты. Количественный учет аммиака осуществляется титриметрически. Данный метод считается арбитражным.

При химическом методе измерение производят с помощью подщелачивания раствора, дистилляции аммиака с водяным паром, поглощения раствором борной кислоты и титрования последнего раствором соляной кислоты. При электрохимическом методе путем автоматического кулонометрического титрования аммиака непосредственно в минерализованной пробе.

Приготовление водного раствора соляной кислоты моляр-

ной концентрацией 0,1 моль/дм3. Используют стандарт-титр соляной кислоты. Водный раствор готовят в соответствии с прилагаемой инструкцией. Срок хранения раствора в темной посуде – не более месяца.

Приготовление водного раствора борной кислоты массо-

вой концентрацией 40 г/дм3. В мерную колбу вместимостью 1 дм3 помещают (40,000 ± 0,005) г борной кислоты и растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды температурой (45 ±

± 5) °С. После охлаждения раствора до температуры (20 ± 5) °С его объем доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Срок хранения раствора – не более 14 дней.

Приготовление смешанного индикатора.В мерную колбу вместимостью 100 см3 помещают (0,200 ± 0,001) г метилового красного и (0,100 ± 0,001) г метиленового голубого или (0,100±0,001) г бромкрезолового зеленого, растворяют в небольшом количестве этилового спирта. Объем раствора доводят этиловым спиртом до метки и перемешивают. Срок хранения смешанного индикатора в плотно укупоренной темной посуде – не более 10 дней.

7

Приготовление водного раствора гидроокиси натрия мас-

совой концентрацией 400 г/дм3. В фарфоровый стакан помещают (400,000 ± 0,005) г гидроокиси натрия, растворяют в 700 см3 дистиллированной воды, перемешивают до полного растворения гидроокиси натрия и охлаждают до комнатной температуры. Срок хранения раствора – не более 14 сут.

Подготовка сернокислого аммония. Перед использованием сернокислый аммоний высушивают при (102 ± 2) °С не менее 2 ч.

Подготовка прибора для отгонки аммиака. Прибор для от-

гонки аммиака собирают в соответствии с рисунком. В бачокпарообразователь 1через воронку 2наливают дистиллированную воду (примерно 2/3 объема) и открывают кран 3 и зажим 4. Нагревают воду в бачке на газовой горелке или электрической плитке 11. Присоединяют пустую колбу Кьельдаля к каплеуловителю 7 и воронке для гидроокиси 5 и после того, как вода в бачке закипит, закрывают кран 3. Включают холодильник 8, подставляют под него пустую коническую колбу 9 и прибор «пропаривают» 5-10 мин.

Подготовка проб проводится по ГОСТ 26809-86. Пробу продукта без добавок или пробу продукта, содержащего ароматизаторы, пищевкусовые добавки (например, кофе, какао и т. д.), образующие с продуктом однородную структуру, а также неотделяемые пищевкусовые компоненты (например, с кокосовой стружкой), полностью освобождают от упаковки, помещают в стакан вместимостью 500 см3 и нагревают на водяной бане до температуры (32 ± 2) °С, тщательно перемешивая шпателем до получения однородной смеси, не допуская разжижения продукта и стараясь не касаться стенок стакана, тем самым освобождаясь от воздушных пузырьков в смеси.

Пробу продукта, содержащего фруктовые (овощные и др.) наполнители, полностью освобождают от упаковки, нагревают на водяной бане до температуры (32 ± 2) °С. Затем полностью переносят в стакан гомогенизатора и гомогенизируют в течение 1 – 3 мин при частоте вращения ножей от 2000 до 5000 мин-1 до получения однородной массы. Подготовленную пробу переносят в колбу вместимостью 500 см3 с пришлифованной пробкой и охла-

8

ждают до температуры (20 ± 2) °С. Пробу для анализа отбирают сразу же после гомогенизации во избежание ее расслоения.

Рисунок. Прибор для отгонки аммиака при определении общего азотаметодом Кьельдаля: 1 – колба коническая вместимостью 2000 см3;2 – воронка делительная; 3 – кран; 4 – зажим; 5 – воронка для гидроокиси; 6 – кран; 7 – каплеуловитель; 8 – холодильник; 9 – коническая колба вместимостью 250 см3; 10 – колба Кьельдаля; 11 – плитка электрическая

Пробу продукта с отделяемыми пищевкусовыми компонентами и декорированными (орехи, фруктовые наполнители в виде кусочков, печенье, вафли в виде декора, глазурь, начинки и другие отделяемые компоненты) полностью освобождают от этих компонентов. и далее подготавливают.

При измерении массовой доли белка масса сухих веществ в анализируемой пробе должна быть не более 0,15 г.

В стаканчике с крышкой, положенной в него, стеклянной палочкой, не выступающей за его края, взвешивают:

9

1)0,70 – 0,75 г творога с массовой долей жира от 0,10 % до 5,0 % с записью результата до четвертого знака после запятой;

2)0,45 – 0,70 г творога с массовой долей жира 6,0 – 9,0 % с записью результата до четвертого знака после запятой;

3)0,40 – 0,45 г творога с массовой долей жира выше 9 % с записью результата до четвертого знака после запятой;

4)0,20 – 0,30 г творожных продуктов (в том числе пастообразных), сметаны и продуктов на ее основе с записью результата до четвертого знака после запятой;

5)0,30 – 0,40 г сгущенного молока с записью результата до четвертого знака после запятой.

С помощью палочки переносят продукт в колбу Кьельдаля.

апустой стаканчик (без продукта) с крышкой и палочкой вновь взвешивают и по разнице устанавливают массу анализируемой пробы продукта.

В сухой пробирке, свободно входящей в горло колбы Кьельдаля, взвешивают 0,10 – 0,15 г сухих продуктов (в том числе молочной сыворотки) с записью результатов до четвертого знака после запятой. Содержимое пробирки осторожно переносят в колбу Кьельдаля. Пустую пробирку вновь взвешивают и по разнице между первым и вторым взвешиваниями определяют массу анализируемой пробы.

В стаканчик для взвешивания или стеклянную бюксу с крышкой взвешивают 1,00 – 1,50 г жидкого продукта с записью результата до четвертого знака после запятой. Продукт из стаканчика (бюксы) осторожно переливают в колбу Кьельдаля. Пустой стаканчик (бюксу) с крышкой вновь взвешивают и по разнице устанавливают массу анализируемой пробы.

В колбу Кьельдаля также добавляют 1,50 – 2,00 г смешанного индикатора и затем осторожно приливают 10см3 концентрированной30 % серной кислоты и 10 см3 раствора пероксида водорода с массовой долей 30 %. Колбу прикрывают насадкой или стеклянной воронкой и приступают к нагреванию в наклонном положении под углом 45° при температуре 45 – 50 °С.

10