Лекция №4. Лабораторные методы определения основных нормируемых показателей качества пищевых продуктов

Лабораторные методы технохимического контроля пищевых продуктов подразделяются на физические (определение плотности вина), химические (определение NaCl) и физико-химические (спектрофотометрическое определение NO с α-нафтиламином).

Для большинства групп продуктов существуют общие методы определения нормируемых показателей.

Влажность – это количество влаги в продукте. В высушенных продуктах определяют остаточную влажность. Различают прямые и косвенные методы определения влажности. Прямые – содержание влаги находят путем прямого измерения её объема после предварительного отгона.

Воду удаляют из продукта путем одновременной отгонки с другой несмешивающейся жидкостью, легче или тяжелее воды (на практике – легче): бензол, ксилол, толуол, спирт и другие. Метод основан на свойстве бинарной смеси несмешивающихся жидкостей понижать точку кипения каждого компонента (смесь воды и бензола начинает кипеть при 69,3° при содержании в дистилляте 8,8% воды; tкип бензола = 80,2°С)

Содержание воды (%)

X=

0,9982 – плотность воды при 20°C;

V – объем воды, мл;

g – навеска, г;

Этот метод применяется при определении влаги в пищевых продуктах, содержащих легколетучие вещества (пряности) или в продуктах, богатых жиром, высушивать которые необходимо в инертном газе с использованием сложной аппаратуры.

При косвенных методах о содержании влаги в продукте можно судить по сухому остатку после его высушивания, по электропроводности, диэлектрической постоянной и др. Чаще других методов используется определение влаги высушиванием. В зависимости от физического состояния продукта, приблизительного количества в нем воды, прочности, с которой она удерживается в продукте применяют высушивание: а) при нормальном атмосферном давлении и высокой температуре > 55°С; б) при низком давлении (вакуумом) и высокой t°; в) при низком давлении и низкой температуре (<0°С). Первый используется чаще, так как использование наиболее просто. При этом из продукта испаряется не только влага, но и удаляются летучие вещества NH , CO , эфиры, летучие кислоты. В высушенной навеске остается небольшое количество влаги, связанной с коллоидами («связанная» вода).

Различают высушивание до постоянного веса и разовое (в течение строго определенного времени). Вязкие продукты (молочные товары, консервы, колбасные изделия и другие) высушивают с песком, иногда применяют парафин (сыры, творог). При этом увеличивается поверхность испарения влаги и, следовательно, ускоряется определение.

В зависимости от анализируемого продукта берут навеску 3-10г. Твердые предварительно измельчают. Режим определения влаги данным методом определен стандартными таблицами. Например:

колбасные изделия – 3г (2 обр.), t = 150°, 1 час – арбитражный метод;

мука, крупа – 5г (2 обр.), t = 130°; 40 мин;

консервы рыбные – 5-6г, t = 100°; 4 часа.

При определении влажности до постоянного веса берут 2 бюкса, помещают в них навески измельченной пробы и высушивают до постоянного веса.

Количество влаги в %: X= %, где

g - масса бюкса с навеской до высушивания, г;

g - масса бюкса с навеской после высушивания, г;

g – навеска, г;

Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,5%.

Количество сухих веществ вычисляют по формуле 100 – X = Y%

При разовом высушивании сушка производится при значительно более высоких температурах, чем в предыдущем методе. Пробы смешиваются с песком, парафином. Навеска высушивается только 1 раз и после охлаждения в эксикаторе взвешиваются. В чистый бюкс (2 шт.) помещают 12-15г песка, вкладывают стеклянную палочку, высушивают, охлаждают в эксикаторе, взвешивают. В бюкс помещают пробу, закрывают крышкой, взвешивают. Затем открывают крышку, перемешивают навеску с песком и проводят разовое высушивание. Расчет проводят как в предыдущем методе.

Определение NaCl

Поваренная соль (NaCl) обуславливает стойкость продукта и его вкусовые качества. Методика для всех пищевых продуктов одинакова. Предварительно готовят вытяжку в зависимости от состава и свойств продукта (описано в ГОСТ).

Пример. Вареные колбасы дважды прокручивают через мясорубку (20г), размешивают в стакане с водой (100мл) 10 минут, дают стоять 5 мин, берут 10-20мл вытяжки и титруют 0,05н AgNO . Если полукопченые и копченые колбасы, то стакан с мелко нарезанной колбасой и 100мл воды нагревают 10мин при перемешивании на водяной бане при t° = 30°C, затем берут 10-20мл отфильтрованной вытяжки и титруют.

Определение Cl проводят методом Мора, то есть титрованием AgNO в присутствии K CrO .

После того как весь хлорид осажден в виде AgCl, избыточный AgNO вступает в реакцию с K CrO , образуя окрашенный в красный цвет хромат серебра:

Следует учитывать температуру, с ростом температуры чувствительность падает. рН ~ 7, так как в кислотах Ag CrO растворяется, а в сильнощелочных средах образуется AgOH (Ag O) - плохорастворимый, препятствует образованию Ag CrO . Кислые растворы нейтрализуют избытком буры или бикарбонатом, щелочные – уксусной кислотой. Титрование ведут медленно, энергично взбалтывая, до появления красного осадка.

Расчет NaCl в % к навеске:

X =

V – объем AgNO , пошедший на титрование;

k – коэффициент нормальности раствора AgNO ;

0,1н – 0,005845

0,05н – 0,00292

g – навеска вещества, г;

V - объем вытяжки, приготовленный из навески продукта, мл;

V - объем вытяжки, взятый для титрования, мл.

Расчет NaCl % на сухое вещество:

X =

B – содержание воды в продукте.

Зольность – остаток минеральной части продукта после сжигания и прокаливания. При этом органическая часть в условиях доступа кислорода воздуха разлагается с образованием CO и H O, которые улетучиваются. Иногда, при неправильном проведении процесса, возможно частичное разложение минеральной части: соли щелочных металлов, соединения фосфора, серы (примеры). Зольность выражают в процентах в пересчете на сухое вещество. Различают определение зольности без ускорителя, с ускорителем и определение золы, нерастворимой в 10% HCl.

Основной метод – без ускорителя.

Навеску измельчают (но не очень мелко, чтобы частицы не увлекались с дымом, и чтобы обеспечить доступ кислорода во все слои навески), помещают в прокаленные до постоянного веса тигли и осторожно сжигают на печке или горелке – происходит сухая перегонка с выделением газов и смолистых темно-бурых веществ. По окончании выделения газов нагревание усиливают и продолжают до исчезновения основной массы темных частиц. Затем тигли помещают в муфель (темно-красное каление) и постепенно задвигают вглубь. Сжигание ведут до тех пор, пока цвет золы не станет белым или слегка сероватым. Охлаждают в эксикаторе, взвешивают, затем вторично прокаливают 20 мин. Озоление считают оконченным, если вес тигля не меняется.

Навеска составляет 1,5–2г, за исключением кофе (5г) и крахмала (5-10г). При озолении крахмала после первичного прокаливания тигель охлаждают, приливают несколько мл горячей дистиллированной воды, досуха выпаривают на водяной бане, а затем прокаливают до полного озоления.

Зольность в % на сухое вещество:

X =

g - абсолютный вес золы, г;

g – навеска, г;

B – влажность продукта (%).

В некоторых продуктах (кондитерские изделия, икра) зольность вычисляют без учета влажности: X =

Определение зольности проводят 2 раза и за фактический берут средний результат, если расхождение между определениями не больше 0,02% (для крахмала – 0,01%).

Определение зольности с ускорителем.

Проводят аналогичным образом, но в навеску добавляется спиртовой раствор Mg(CH COO) , который действует как разрыхлитель и облегчает доступ кислорода при сжигании. При определении зольности в зерновых и семенах к навеске добавляют концентрированную HNO .

Раствор ускорителя готовят следующим образом: 1,61г Mg(CH COO) растворяют в 100мл 95% этилового спирта (добавляют несколько кристаллов I ). 3мл фильтрата после прокаливания дают 0,010 MgO. При проведении озоления с ускорителем берут 3мл этого раствора.

Задача.

Пустой прокаленный тигель 11,0355г

Навеска продукта 1,8570г

Тигель после озоления (+ зола + MgO) 11,0545г

Зола и MgO (0,019г)

MgO (3мл) (0,01г)

Зола (0,009г)

Влажность 14%

Рассчитать X (%)

X = = 0,56%

Определение золы, нерастворимой в 10% HCl.

Золу, полученную одним из вышеописанных методов, обрабатывают 10% HCl. При этом часть ее растворяется, а песок, силикаты не растворяются. Остаток вновь прокаливают, взвешивают. По разности определяют содержание золы, нерастворимой в HCl. Метод используют для анализа муки, кондитерских изделий, икры (песок), кофе жареного.

Определение жиров:

по Сокслету: определение основано на взвешивании жира, извлеченного растворителем из сухой навески продукта в аппарате Сокслета. Растворитель – этиловый эфир – извлекает не только жиры, но и стерины, свободные жирные кислоты, фосфатиды, красящие вещества. Поэтому определяемый «сырой жир» - сумма всех веществ, извлекаемых эфиром.

Для проведения анализа используют обезвоженный эфир и пробу, так как влага способствует извлечению сопутствующих жирам веществ. Навеску (5-10г) после измельчения и взвешивания растирают с 2-3х кратным избытком безводного Na SO или Na₃PO . Обезвоженную навеску количественно переносят в пакет из фильтровальной бумаги и помещают в аппарат Сокслета.

Э кстрагирование продолжается 10-12 часов. Или устанавливают конец экстракции нанесением экстракта на бумагу или стекло. После испарения эфира не должно остаться жирного пятна. Нагревание прекращают. Отгоняют эфир, сушат колбу при 50-60° 30мин (лучше в атмосфере углекислоты или в вакууме), взвешивают и рассчитывают содержание «сырого» жира.

Определение жира по Рушковскому (по обезжиренному остатку)

Основано на том, что количество жира в продукте определяется не по массе извлекаемых эфиром компонентов, а по обезжиренному остатку. Преимущество – можно одновременно анализировать 4-5 образцов. Готовят по 2 пакетика для каждой пробы (меньший и больший). Так же, как в аптеках для порошков. Высушивают до постоянного веса и помещают в меньший обезвоженную навеску, заворачивают концы и помещают в больший. Нумеруют простым карандашом и взвешивают. Далее проводят экстракцию эфиром в аппарате Сокслета. По окончании экстракции пакетики на стекле высушивают в вытяжном шкафу (~30мин), затем в сушильном (100-105°) до постоянного веса (4-5часов).

Содержание жира (%):

X =

g - вес пустого пакетика, г;

g - вес пакетика с исследуемой навеской, г;

g - вес пакетика с навеской после экстракции, г;

Определение клетчатки

Клетчатка встречается в продовольственном сырье и пищевых продуктах растительного происхождения. Этот показатель обязателен для кондитерских изделий (шоколад, какао и других). Он может быть использован при оценке качества муки и мучных изделий из нее, плодоовощных товаров.

Клетчатка в пищевых продуктах всегда сопровождается сопутствующими веществами (гемицеллюлоза, лигнин и др.), тесно связанными с ней. Эти вещества удаляют путем обработки пробы гидролизующими веществами или окислением и проводят весовой анализ клетчатки. Недостатки методов: 1) тесно связанные вещества трудно удаляются; 2) происходит частичный гидролиз самой клетчатки. Поэтому определяемая этими методами клетчатка не представляет собой чистое вещество и называется «сырой».

Для анализа шоколада, какао используется метод Кюршнера и Ганаку, которые предложили в качестве окисляющих и гидролизующих веществ смесь уксусной, азотной и трихлоруксусной кислот. Пробу помещают в колбу с обратным холодильником, кипятят со смесью кислот 30мин, затем фильтруют через стеклянный фильтр (высушенный и взвешенный). Осадок (белый) промывают горячей кислотной смесью, горячей водой, спиртом, эфиром и высушивают до постоянного веса при 100-105°.

Определение азотистых веществ

Азотистые вещества, нормируемые в пищевых продуктах: аминокислоты, белки, общий азот.

Определение общего азота по Кьельдалю основано на окислении органических веществ до СО , воды и аммиака при нагревании с крепкой серной кислотой. СО и вода удаляются, а аммиак реагирует с избытком серной кислоты с образованием сульфата аммония:

После окончания сжигания навески избыток кислоты титруют щелочью, а NH , связанный в виде сульфата аммония, вытесняется избытком щелочи:

Выделившийся аммиак при отгонке улавливается избытком титрованного раствора серной кислоты:

Избыток же оставшейся несвязанной свободной кислоты оттитровывается щелочью и по разности определяют количество связанной аммиаком кислоты, а по ней рассчитывают содержание азота в исследуемой навеске.

Определение белкового азота по Барнштейну основано на способности белков осаждаться в водных растворах гидрата окиси меди Cu(OH) при избытке CuSO . Получившийся осадок белка не растворяется даже в горячей воде, хорошо отфильтровывается или центрифугируется от небелковых азотистых веществ, и в нем определяется количество азота по Кьельдалю. Умножая количество белкового азота на соответствующий коэффициент пересчета, определяют содержание белковых веществ в исследуемом продукте. Общепринятый коэффициент – 6,25 основан на предположении, что в белке содержится 16% азота (100/16 = 6,25). Иногда при исследовании пшеницы, муки, овсяной муки и фасоли используют коэффициент 5,7 (100/17,6); ячменя, гречихи, кукурузы – 6 (100/16,66); картофеля – 8 (100/12,50).

Различают прямой метод (осаждают белок, отфильтровывают и далее в осадке определяют азот) и косвенный (осаждают белок, берут прозрачный фильтрат и анализируют азот, и в исходном анализируют азот, по разнице вычисляют белковый азот).

Определение титруемой кислотности

Титруемой кислотностью называют количество свободных органических кислот и их кислых солей, содержащихся в исследуемом продукте, определяемое титрованием раствором щелочи.

Кислотность обуславливает вкусовые качества продукта, а также является показателем его свежести и доброкачественности. Зависит от природы сырья, от рецептуры, технологического режима приготовления, а также от способов и сроков хранения. Кислотность продукта в процессе хранения может увеличиваться или уменьшаться, что часто оказывает отрицательное влияние на качество товара.

В жидких продуктах проводят непосредственное титрование, в нежидких – титрование вытяжки.

Кислотность в пищевых продуктах выражают по отношению к преобладающей кислоте. Например, в винограде и виноградных винах – винная, в плодово-ягодных соках – яблочная, в мандаринах – уксусная, в квашенной капусте – молочная, в% или г/л.

В жирах, муке, молочных продуктах и т.д., когда нельзя отдать предпочтение отдельной кислоте кислотность выражают в условных единицах – градусах, и, причем значение градуса специфично для различных продуктов. Например, в молочных продуктах – в градусах Тернера – количество мл 0,1н раствора NaOH, необходимое для нейтрализации кислот, находящихся в 100мл или г продукта.

Титрование проводят либо с индикатором, либо потенциометрически. Для бесцветных или слабоокрашенных – с индикатором – в большинстве случаев фенолфталеин. Возможно использование других, меняющих окраску в слабощелочной среде индикаторов: тимолфталеин, алкалиблау (бесцветная окраска→ синяя окраска, рН 9,4 → 10,6)

При использовании фенолфталеина следует иметь в виду, что он обесцвечивается в присутствии СО , поэтому растворы титруют после его удаления нагреванием до начала кипения.

В окрашенных вытяжках, соках, винах определение кислотности проводят потенциометрически.

Проектное задание

Перечислить группы пищевых добавок и привести примеры из каждой из них, указывая свойства, формулы и область применения.

Перечислить основные нормативы качества для большинства пищевых продуктов. Привести подробное описание методов определения жиров по Сокслету и Рушковскому, провести их сравнительный анализ.