Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы исследования молока и молочных продуктов. Учебно-методическое пособие.pdf
61
При определении оптической плотности исследуемого продукта дан-
Значение оптиче-
при измерении
Массовая
%
ные заносят в табл. 4.5.
Таблица 4.5 – Результаты определения массовой доли лактозы в продукте
Среднее зна-
чение опти-
ческой плот-
ности
Концентрация лактозы
в продукте по градуи-
ровочному графику
доля лак-
тозы в
продукте,
Название
продукта
ской плотности
№1 №2 №3
Проводят анализ полученных результатов и формулируют выводы по
работе.
Контрольные вопросы:
1. Молекулярно-абсорбционная спектроскопия. Сущность, применение при исследовании молочных продуктов.
2. Фотометрический метод количественного анализа. Сущность метода. Закон Бугера – Ламберта – Бера. Физический смысл молярного коэффициента поглощения.
3. Градуировочный график. Методика построения. Достоинства и недостатки метода. Область применения фотометрического анализа.
4. Определение массовой доли лактозы методом Лоренса. Ход работы. Сущность
метода.
5. Устройство и принцип действия фотометра КФК-3. Проведение измерений.
6. Турбидиметрический метод исследования. Сущность метода. Теория явления.
7. Применение турбидиметрии при исследовании молока и молочных продуктов,
используемые приборы.
8. Нефелометрический метод исследования. Сущность метода. Теория явления.
9. Применение нефелометрии при исследовании молока и молочных продуктов,
используемые приборы.
Рекомендуемая литература:
1. Базарнова, Ю.Г. Теоретические основы методов исследования пищевых продуктов
[Электронный ресурс]: учебное пособие / Ю.Г. Базарнова. – Санкт-Петербург: НИУ
ИТМО, 2014. – 136 с. – Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/71109
Цели работы: изучение методов определения дисперсности жира в молоке,
Лабораторная работа 5
Методы определения степени
дисперсности жира в молоке
приобретение навыков по проведению таких исследований и
оценка полученных результатов.
62
Теоретическая часть
Степень дисперсности жира характеризует устойчивость эмульсии.
Под дисперсностью понимается величина, характеризующая размер
взвешенных частиц в дисперсных системах. Ее физический смысл
заключается в том, какое число частиц с минимальным расстоянием друг от
друга можно поместить в одном кубическом метре, отсюда следует, что чем
меньше размер частиц, тем больше дисперсность.
Молоко является грубой эмульсией типа масло в воде, так как размер
жировых шариков превышает 1 мкм.
Размер жировых шариков, а, следовательно, и степень дисперсности
жира, характеризует эффективность проведения такой операции, как
гомогенизация. Гомогенизация очень важна при производстве питьевых
молока и сливок, эта операция позволяет предотвратить отстой сливок на
поверхности упаковки и тем самым повысить качество готового продукта.
В ходе гомогенизации под воздействием высокого давления в
сочетании с механическим воздействием происходит дробление жировых
шариков, что приводит к уменьшению их размера и увеличению общего
количества. Как следствие, стабильность коллоидного состояния молока
повышается.
Эффективность гомогенизации можно оценить несколькими
методами.
Метод отстаивания жира
Сущность метода состоит в определении процентного отношения
нестабильной жировой фазы к общему количеству жировой фазы в
эмульсии после выдерживания ее определенное время при установленных
условиях.
Метод предусматривает наличие пробоподготовки, заключающейся в
стандартизации исследуемого образца по жиру до 2,5–3,0% обезжиренным
молоком или дистиллированной водой.
Подготовленную пробу жировой молочной эмульсии наливают в мерный
цилиндр или стакан вместимостью 250 см
3
, закрывают фольгой и выдерживают
24 или 48 ч (в зависимости от стабильности исследуемой пробы) при
температуре 6–8°С без перемешивания. Эмульсии более высокой стабильности,
например, гомогенизированное молоко, выдерживают 48 ч.
После истечения времени выдерживания образцов содержимое
цилиндра разделяют на два слоя: верхний и нижний. Для этого применяют
пипетку вместимостью 2 см
3
с надетой резиновой трубкой, которую
погружают в цилиндр, зажимая пальцами трубку, чтобы часть верхнего
слоя эмульсии не попадала в пипетку, и отбирают сифонным способом
нижний слой эмульсии объемом 150 см
Либо можно снять верхний слой молока объемом 100 см
3
, то есть 60% общего объема.
3
. В обеих
частях молока определяют массовую долю жира.
63
Стабильность жировой молочной эмульсии (отстаивание жира) С (%)
вычисляют по формуле 4.8:
=
100, (4.8)
где С – количество отстоявшегося жира, %;
– массовая доля жира в верхнем слое молока, %;
– массовая доля жира в нижнем слое молока, %.
Разница между массовыми долями жира в верхнем и нижнем слоях не
должна превышать 10%, в противном случает гомогенизацию считают
неэффективной.
Метод центрифугирования
Этот метод имеет две модификации. Первая из них реализуется с
использованием сухого препарата для определения эффективности
диспергирования жира. Сущность метода состоит в определении объема
выделившейся в жиромере недостаточно диспергированной жировой фазы
при установленном режиме центрифугирования. Выполнение работы.
Молоко до и после гомогенизации с массовой долей жира, превышающей
3%, нормализуют обезжиренным молоком или дистиллированной водой по
жиру до 2,5%. Сливки до и после гомогенизации нормализуют
обезжиренным молоком или дистиллированной водой по жиру до 2,5%.
Стерилизованное концентрированное молоко, сгущенное цельное
молоко с сахаром, сухое цельное молоко, смеси для мороженого
нормализуют дистиллированной водой по жиру до 2,5%.
Подготовленные образцы молока и молочных продуктов разводят
рабочим раствором (реактив 1) в соотношении 1:3. После тщательного
перемешивания отбирают 20 см
3
полученной смеси и вносят в молочный
жиромер.
Оставшуюся часть жиромера заполняют дистиллированной водой в
количестве 1,0–1,5см
3
, т.е. наливают столько, чтобы выделившийся слой
недостаточно диспергированной жировой фазы находился в
проградуированной части жиромера.
Жиромеры перевертывают, ставят в водяную баню, выдерживают 10
мин при температуре 65°С, после чего центрифугируют в течение 5 мин.
Сразу после остановки центрифуги (без применения тормоза) жиромеры
вынимают и, не переворачивая, отсчитывают по шкале объем недостаточно
диспергированной жировой фазы. На каждую пробу исследуемого образца
делают по два параллельных определения.
Находят среднее арифметическое показание жиромеров. Расхождение
между параллельными определениями не должно превышать одного малого
деления, т.е. 0,1% по жиромеру.
Рассчитывают эффективность диспергирования жира Э (%) по
следующей формуле 4.9:
=1
100,
(4.9)
64
где N1 – объем выделившейся в жиромере недостаточно диспергированной
жировой фазы для гомогенизированного молока, деления шкалы
молочного жиромера;
N
– объем выделившейся в жиромере жировой фазы для не-
0
гомогенизированного молока, деления шкалы молочного
жиромера.
В случае отсутствия возможности определения объема выделившейся
в жиромере жировой фазы в негомогенизированном молоке показатель N
определяют из следующего соотношения (4.10):
= 6 , (4.10)
0
где Ж
– массовая доля жира в исследуемой нормализованной пробе
м
образца.
Установленный показатель эффективности диспергирования жира в
смесях для мороженого с массовой долей жира до 10% умножают на
коэффициент 2, а в смесях для мороженого с массовой долей жира,
превышающей 10%, умножают на коэффициент 1,5.
Зависимость качества питьевого пастеризованного молока по степени
дисперсности жировой фазы от показателя эффективности диспергирования
жира приведена ниже в табл. 4.3.
Эффективность диспергирования жира в продуктах с разной массовой
долей жира, с учетом результатов производственной проверки, будет
следующей (%): пастеризованного коровьего молока – 50; сливок с
массовой долей жира 8 и 10% – 45, 20% – 40, 35% – 30; сливок для
производства сметаны с массовой долей жира 20% – 40, 25 и 30% – 35.
Разработанный метод является простым, нетрудоемким, не требует
дополнительного оборудования (приборов) и дефицитных реактивов.
Экспресс-метод можно использовать на всех молочных заводах.
Время проведения анализа – 15 мин. Безвозвратные потери нормализованных молока и молочных продуктов составляют не более 15 см
3
на
полный анализ одного образца.
Отличие второго вариант проведения метода центрифугирования от
первого заключается в том, что исследования производят с использованием
специальной пипетки, имеющей отверстия с двух концов н две метки,
обозначающие верхний и нижний уровни.
Через нижнее капиллярное отверстие пипетку заполняют молоком до
метки верхнего уровня и, зажимая пальцем верхнее отверстие, закрывают
нижнее резиновой пробкой. Закрытую снизу пипетку устанавливают в
центрифугу (пробкой к периферии) и центрифугируют 30 мин при
температуре 38–40°С и скорости 1100 об/мин.
После центрифугирования из пипетки сливают в колбу или стакан
нижнюю часть продукта (уровень молока понижается от верхней метки до
нижней), закрыв пальцем верхнее отверстие пипетки и вынув пробку из
нижнего. В слитом продукте определяют массовую долю жира.
65
Степень гомогенизации С, %, определяют по формуле 4.11:
Эффективность диспергирования жира в молоке, %
Оценка качества молока
Более 60
Отличное
50–60
Хорошее
40–45
Удовлетворительное
Менее 40
Плохое
=
100 (4.11)
где – массовая доля жира в нижнем слое молока;
Ж – массовая доля жира в продукте, %.
В соответствии с полученным значением показателя эффективности
диспергирования жира оценивают качество гомогенизированного молока,
руководствуясь данными табл. 4.6.
Таблица 4.6 – Оценка качества питьевого пастеризованного молока в зависимости
от показателя эффективности диспергирования
Метод микроскопии
В окуляр микроскопа между верхней и нижней линзами вставляют
окуляр-микрометр (микрометрическую линейку). Для определения
абсолютного деления окуляр микрометра используют объект-микрометр,
представляющий собой пластинку из металла с вмонтированным в центре
ее стеклом с линейкой длиной 1 мм, разделенной на 100 делений. Каждое
деление объект-микрометра равно 10 мкм. Абсолютное деление окулярмикрометра определяют, поместив на столик микроскопа объект-микрометр
вместо предметного стекла и определив, скольким делениям объектмикрометра соответствует 1 деление окуляр-микрометра.
Метод фотометрии
Сущность оптического метода (фотометрии) определения эф-
фективности диспергирования жировой фазы заключается в измерении
оптической плотности (мутности) образца при двух длинах волн – 400 и
1000 нм. Измерение производится на предварительно подготовленном
образце. Подготовка проводится с целью устранения влияния мицелл белка
на результат измерения. Величина отношения оптических плотностей при
двух длинах волн (Д
400/Д1000
) характеризует изменения степени
дисперсности жировой фазы образца.
Методика проведения занятия
На первом этапе занятия проводится контроль знаний студентов по теме
работы в форме собеседования по контрольным вопросам или тестирования.
Затем студенты разбиваются на бригады по 2-3 человека. Каждая бри-
гада получает по одному образцу продукта для исследования, проводит
подготовку пробы к исследованию. Определяют степень дисперсности жировой фазы фотометрическим и микроскопическим методами, производят
расчеты и определение среднего диаметра жировых шариков.
66
В заключительной части занятия студенты приводят в порядок рабочие места, оформляют отчет о работе, формулируют выводы об эффективности гомогенизации исследованных продуктов и предоставляют отчет на
проверку преподавателю.
Оборудование и материалы
Спектрофотометр КФК-3 с прямоугольными стандартными кюветами
с длиной оптического пути 10 мм; весы лабораторные; колбы мерные
вместимостью 100, 250 см
раствор гидроксида натрия с концентрацией 1 моль/дм
3
; пипетки вместимостью 1 и 2 см3; шпатель;
3
; вода
дистиллированная; образцы: молока негомогенизированного и гомогенизированного, гомогенизированных сливок; обезжиренное молоко;
микроскоп, объект-микрометр, окуляр-микрометр.
Ход работы
Определение степени дисперсности жира в молоке оптическим
методом
Подготовка проб
Исследуемые образцы сливок и молока с массовой долей жира более
3,0% нормализуют обезжиренным молоком или дистиллированной водой
до массовой доли жира 2,5%. Образцы стерилизованного концентрированного молока, сгущенного цельного молока, сухого цельного молока,
смесей для мороженого нормализуют дистиллированной водой по жиру до
его массовой доли 2,5%.
Из образцов продукции, полученных после нормализации, отбирают
0,5 см³, разводят в соотношении 1:500 дистиллированной водой в мерных
колбах вместимостью 250 см
гидроокиси концентрацией 1 моль/дм
3
, а затем вносят туда 0,5 см3 раствора натрия
3
. Приготавливают по 2 параллельных
пробы. После тщательного перемешивания смесь выдерживают в течение
10 мин и отбирают для измерения 2 см
3
полученной смеси.
Проведение измерений
Смесь наливают в прямоугольную кювету с длиной оптического пути
10 мм и помещают в рабочий отсек спектрофотометра КФК-3.
Измерение оптической плотности образца проводят при двух длинах
волн 400 и 980 нм. Повторность измерений каждой пробы не менее 5.
Отклонение между параллельными определениями оптической плотности
не должно превышать 0,01 по показаниям прибора. Порядок работы на
приборе подробно изложен в лабораторной работе 4.
Рассчитывают среднее арифметическое значение оптической плотности в каждой серии измерений.
Об эффективности диспергирующего воздействия судят по величине
соотношения оптических плотностей, руководствуясь данными, представленными в табл. 4.7.
67
Таблица 4.7 – Взаимозависимость между величиной соотношения оптических
1000
400
lg
58,
282
,
2
Д
Д
d
×
−=
плотностей (Д400/Д1000) и глубиной диспергирующего
воздействия
Д
400/Д1000
6÷4
4÷2,1 1,2÷2,0
2÷1 2,1÷3,2 и более
d
ср
Не более 1,2 Отличная
Глубина диспергирующего воздействия
по степени дисперсности жировой фазы
Хорошая
Слабая
Расчет диаметра жировых шариков молока проводят по формуле (4.12):
, (4.12)
где d – средний диаметр жировых шариков, мкм;
Д
Д
– величина оптической плотности образца при длине волны 400 нм
400
– величина оптической плотности образца при длине волны 1000 нм.
1000
Определение размеров жировых шариков микроскопическим
методом
Подготовка проб
В мерную колбу вместимостью 250 см
3
отмеряют 25 см3 молока,
доводят водой до метки и тщательно перемешивают.
Измерения проводят непосредственно после перемешивания, чтобы
не произошел отстой жировых шариков.
Проведение измерений
Небольшое количество разбавленного молока переносят иглой с
петлей в центр предметного стекла, окрашивают 1 каплей судана III и
накрывают покровным стеклом.
Размеры жировых шариков определяют при увеличении в 600 раз
(объектив 40
×
, окуляр 15×).
Исследуют 10 полей зрения, замеряя в каждом по 10 жировых
шариков.
Из полученного массива данных рассчитывают среднее значение
путем сложения всех полученных размеров жировых шариков с последующим делением суммы на 100.
Результаты работы
Для правильного проведения пробоподготовки произвести расчет
нормализации и оформить его.
Результаты исследования степени дисперсности жира и определение
диаметра жировых шариков в продукте представить в виде табл. 4.8.
68
Таблица 4.8 – Результаты исследования степени дисперсности жира и
Оптическая плотность образца при
400 нм (D
)
980 нм (D
)
1
…
5
определение диаметра жировых шариков в продукте (название
продукта)
Номер изме-
рения
длине волны
400
980
Средний размер диаметра
жировых шариков, мкм
На основании значений среднего диаметра жировых шариков для
каждого измерения вычислить его среднее значение, сравнить с данными
табл. 4.7 и сформулировать вывод об эффективности проведения гомогенизации в исследованном образце.
При определении среднего диаметра жировых шариков методом
микроскопирования результаты измерения рекомендуется оформлять в виде
квадрата с длиной стороны 5 см (10 клеточек).
Жировые шарики разделяют на фракции (группы) по размерам
диаметров в зависимости от увеличения микроскопа и установленной цены
деления окуляр-микрометра.
Жировые шарики с диаметром 2 мкм и менее считаются мелкими, от
2 до 6 мкм – средними; 6 и более – крупными.
Результаты записывают в виде таблицы, форма которой представлена
в табл. 4.9.
Таблица 4.9 – Форма для записи результатов измерений
Количество жировых шариков с диаметром
Номер поля
зрения
1
…
10
до 2 мкм от 2 до 6 мкм 6 мкм и более
Средний размер жировых
шариков, мкм
По данным последнего столбца табл. 4.9 вычисляют средний размер
диаметра путем суммирования всех значений и делением на 100.
Полученный результат соотнести с данными табл. 4.4 и сфор-
мулировать вывод об эффективности проведения гомогенизации в
исследованном образце.
Сравнить результаты, полученные обоими методами исследования и
сделать вывод о целесообразности их применения, трудозатратах и согласованности результатов.
69
Контрольные вопросы:
1. Фотометрический метод анализа (закон Бугера – Ламберта – Бера, коэффици-
ент пропускания, показатель поглощения среды, оптическая плотность, молярный коэффициент поглощения).
2. Градуировочный график, методика его построения. Приборы, применяемые
при фотометрических определениях. Достоинства и недостатки метода. Область применения фотометрического анализа.
3. Метод определения эффективности гомогенизации по отстаиванию жира.
Сущность метода, методика проведения измерений.
4. Метод определения эффективности гомогенизации центрифугированием.
Сущность метода, методики проведения измерений.
5. Оптический метод определения эффективности гомогенизации. Сущность метода, методика проведения измерений.
6. Микроскопический метод определения эффективности гомогенизации. Сущность метода, методика проведения измерений.
Рекомендуемая литература:
1. Криштафович, В.И. Физико-химические методы исследования [Электронный ресурс]: учебник для бакалавров / В. И. Криштафович, Д. В. Криштафович, Н. В. Ере-
меева. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2015. – 208 с. –Режим
доступа: http://znanium.com/
2. Меркулова, Н.Г. Производственный контроль в молочной промышленности [Текст]:
практическое руководство / Н.Г. Меркулова, М.Ю. Меркулов, И.Ю. Меркулов. –
СПб.: Профессия, 2017. – 1024 с.
Лабораторная работа 6
Определение физико-химических показателей
качества молока и молочных продуктов
спектроскопическим методом
Цели работы: закрепление теоретических знаний о спектроскопических
методах исследования, приобретение навыков работы на
ИК-анализаторах.
Теоретическая часть
Инфракрасная спектроскопия с каждым годом получает все более
широкое распространение как весьма ценный физический метод исследования строения молекул и мощный аналитический метод.
Внедрение спектроскопии в сферу молочной промышленности по-
служило мощным толчком для ее развития и совершенствования. Благодаря
многообразию возможностей применения, высокой точности результатов и
чувствительности обнаружения, существенному сокращению времени проведения анализа, ИК-спектроскопия достигла высшей степени экономической эффективности.
70
Анализаторы, принцип действия которых основан на ИК-спектро-
скопии, применяют для идентификация неизвестных материалов, качественного анализа образцов, количественного анализа компонентов в смеси.
Наиболее распространенными ИК-анализаторами для молока являются приборы фирмы FOSS, серия приборов марки Лактан, приборы фирмы
Bruker и другие.
Принцип действия прибора MilkoScan FT120 (FOSS) основан на измерении интенсивностей оптического излучения, прошедшего через кювету
с исследуемым образцом молока или молочного продукта в инфракрасной
области спектра. Анализатор построен на основе инфракрасного Фурьеспектрометра.
В состав анализатора входят спектрометрический блок со сканирующим интерферометром Майкельсона, блок электроники и система подачи и
гомогенизации образцов. Для повышения стабильности работы приборов в
них применяется внутренняя температурная стабилизация. Конструктивно
анализаторы представляют собой лабораторные приборы с полностью автоматизированным процессом измерения и обработки результатов. Управление прибором осуществляется с помощью персонального компьютера.
С помощью анализатора MilkoScan FT120 можно исследовать как сырье так и готовые продукты такие как молоко цельное, обезжиренное а также восстановленное, сливки, молочную сыворотку, пахту. Кроме того прибор можно использовать для анализа компонентного состава соков.
Основными достоинствами инфракрасных Фурье-спектрометров являются:
- простота в эксплуатации;
- встроенное автодиагностическое программное обеспечение;
- быстрый результат (время измерения порядка 30 сек);
- анализ холодных образцов;
- улучшенная точность в анализе позволяет оптимизировать поток
производства и увеличивает прибыль, гарантируя наиболее экономичное
использование ценного сырья;
- надежность.
В качестве недостатков можно отметить недостаточная чувствительность к слабопоглощающим компонентам, таким как белок, выражающаяся
либо в невысокой точности, либо в сложности калибровочной модели, т.е.
малой достоверности определения белков и высокую стоимость приборов.
Методика проведения занятия
Занятие проводится в экспериментальном цехе кафедры технологии
молока и молочных продуктов и включает посещение химической и приемной лабораторий АО «Учебно-опытный молочный завод» ВГМХА им. Н.В.
Верещагина.
Занятие проходит в несколько этапов.