Лабораторная работа № 7 определение массовой доли липидов

Цель: овладение методами количественного определения массовой доли липидов и проведение сравнительного анализа полученных данных.

Задание:

1. Определить содержание массовой доли липидов в представленных образцах сырья и пищевых продуктов различными количественными методами.

2. Провести математическую обработку полученных данных.

3. Провести сравнительный анализ полученных данных, представленных в виде сводной таблицы.

4. Сделать заключение о проделанной работе.

Теоретические сведения

Жиры представляют собой основную группу органических соединений, выделенных в класс липидов. Помимо жиров, к липидам относятся жироподобные вещества — воски, стероиды, фосфолипиды и др., объединенные под общим названием липоидов. Липиды чрезвычайно широко распространены в природе. Они участвуют в построении клеточных структур животных и растительных тканей, в биохимических процессах, протекающих на клеточном уровне. Липиды легко образуют многочисленные комплексы с белками, углеводами и другими органическими соединениями, которые выполняют важные физиологические функции — обеспечивают окислительно-восстановительные процессы на клеточном уровне, принимают участие в биосинтезе белков, обеспечивают одностороннюю проницаемость и перенос веществ через клеточные мембраны, принимают участие в высшей нервной деятельности и т. д.

Жиры являются самыми распространенными соединениями класса липидов. По химическому строению — это триглицериды — сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта — глицерина. В состав природных триглицеридов в различных сочетаниях входят десятки органических кислот, отличающиеся числом углеродных атомов в молекуле, наличием или отсутствием двойных связей, содержанием оксигрупп в углеводородном радикале и т. д., что и определяет многообразие природных жиров.

В больших количествах в состав жиров входят олеиновая и пальмитиновая кислоты, за что их называют главными жирными кислотами.

Жиры животного и растительного происхождения существенно отличаются.

Животные жиры более богаты по набору высших жирных кислот, в их состав входят кислоты с числом углеродных атомов от 20 до 24, причем преобладают насыщенные жирные кислоты.

В составе растительных жиров преобладают ненасыщенные жирные кислоты — олеиновая, линолевая, линоленовая, а из предельных в значительных количествах содержится лишь пальмитиновая кислота.

Характер входящих в состав жира высших жирных кислот и определяет его физические свойства. Если в составе триглицерида преобладают насыщенные жирные кислоты с высокой температурой плавления, то и триглицерид — твердый (бараний жир, говяжий жир и др.), если же в его составе в основном ненасыщенные жирные кислоты—при обычных условиях это жир жидкий (растительные масла).

Жиры, окисляясь в организме, обеспечивают его энергией: при распаде 1 г жира до диоксида углерода и воды выделяется 38,9*10³—40,0*10³ Дж, тогда как при распаде 1 г углеводов или белков всего 17,1*10³ Дж.

За счет энергетической ценности жиров, входящих в состав пищевого рациона, организм человека покрывает до 30% расходуемой энергии.

Пищевая ценность жиров определяется их составом, усвояемостью и наличием в них так называемой нежировой фракции — жирорастворимых витаминов, фосфатидов, стеринов и др.

Общим свойством липидов является их нерастворимость в воде, но хорошая растворимость в органических растворителях — бензоле, бензине, петролейном эфире, серном эфире, ацетоне, хлороформе, сероуглероде, метиловом и этиловом спирте и т. д. На этом свойстве и основаны почти все методы количественного определения жира. В качестве растворителя чаще всего употребляют этиловый (серный) или петролейный эфиры. При экстрагировании эфиром, помимо жиров, одновременно из навески продукта извлекается все, что растворяется в эфире. Из жироподобных веществ извлекаются воски, стерины, свободные жирные кислоты и др. Если же эфир недостаточно чист и содержит примеси спирта, ацетона, влаги, то в него могут переходить вещества, не относящиеся к классу липидов — смолы, спирты, красящие веще­ства, сахара, альдегиды, кетоны. Если в навеске продукта содержались эфирные масла, они тоже перейдут и вытяжку.

Вещества, извлекаемые с помощью растворителя из навески продукта, условно называют сырой жир. Так как состав сырого жира в значительной степени зависит от чистоты растворителя, перед использованием растворитель очищают от воды и спирта, а испытуемый материал обрабатывают холодной водой для удаления сахаров и затем высушивают.

Существует четыре группы методов количественного определения сырого жира.

К первой группе относятся методы, которые позволяют практически полностью извлекать жир из навески путем многократного его экстрагирования растворителем в специальном аппарате. Из полученной вытяжки отгоняют растворитель, а остаток высушивают и взвешивают (метод Сокслета).

Вторая группа методов предусматривает извлечение жира из навески испытуемого вещества путем настаивания с растворителем в колбе с притертой пробкой в течение определенного времени. Раствор фильтруют, растворитель отгоняют, остаток высушивают и взвешивают.

В третьей группе методов навеску продукта обрабатывают через повторную экстракцию растворителем до полного удаления жира из нее. Обезжиренный остаток испытуемого вещества высушивают, взвешивают и по разнице массы до и после экстракции находят содержание жира в продукте (метод Рушковского).

В четвертой группе методов навеску продукта обрабатывают растворителем с высоким коэффициентом преломления (бром-нафталин-α и др.) для извлечения из нее жира. Смесь фильтруют, фильтрат наносят на призму рефрактометра и определяют коэффициент преломления раствора жира в растворителе. Зная коэффициент преломления чистого растворителя, рассчитывают содержание жира в продукте (рефрактометрические методы определения жира).

Порядок выполнения работы

Порядок определения жира арбитражным методом по обезжиренному остатку

Сущность метода: метод основан на экстракции жира из исследуемого продукта серным или петролейным эфиром в экстракционном аппарате Сокслета и последующем весовом определении количества жира по разности между навеской исследуемого вещества до экстракции и после экстракции.

Проведение испытаний

Приготовление навески: Тщательно измельченную пробу перемешивают и, не давая отслоиться жиру, быстро отбирают с точностью до 0,0001 г навеску около 5 г в небольшую фарфоровую чашку или часовое стекло, помещают в сушильный шкаф и высушивают в течение 3-4 ч при температуре 100-105°C. Высушенную навеску количественно переносят на заранее высушенный прямоугольный пакет из фильтровальной бумаги размером 6x7 см.

Чашку или часовое стекло протирают небольшим кусочком ваты, смоченной эфиром, и эту вату присоединяют к навеске на фильтровальной бумаге.

Затем фильтровальную бумагу с навеской завертывают в виде патрона. Для предотвращения возможных потерь пакеты завертывают в несколько больший кусок предварительно высушенной фильтровальной бумаги размером 7x8 см так, чтобы линии загиба обоих пакетов не совпадали.

Бумажный пакет с навеской и ваткой помещают в высокую бюксу или на часовое стекло, высушивают для удаления эфира в сушильном шкафу в течение 10-15 мин. и после охлаждения в эксикаторе взвешивают с точностью до 0,0001 г.

Экстрагирование: Экстрагирование жира проводят в экстракционном аппарате Сокслета. Приготовленные таким образом несколько пакетов с отметкой графитным карандашом на каждом помещают в экстрактор аппарата и подвергают экстрагированию петролейным или этиловым эфиром. Эфир должен быть предварительно очищен от перекисей, высушен хлористым кальцием или сернокислым натрием и перегнан. Количество эфира, вливаемого в экстрактор аппарата, должно быть достаточным, чтобы он по сифонной трубке переливался в колбу-приемник. Нагревание ведут на электрической водяной или песочной бане. Кипение должно быть равномерным, так чтобы за 1 час происходило 10-15 сливаний эфира. При соблюдении этих условия полная экстракция жира из навески заканчивается через 4-5 часов. Для определения конца экстрагирования на часовое стекло наносят каплю растворителя, стекающего из экстрактора, и если на стекле после испарения эфира не остается жирового пятна, экстрагирование считают законченным.

При перерыве в работе пакеты в экстракторе должны оставаться погруженными в эфир.

После полного извлечения жира пакеты вынимают из экстрактора, помещают в бюксы или на часовые стекла, на которых пакеты взвешивались до экстракции, и высушивают сначала 20-30 мин. в вытяжном шкафу для удаления эфира, а затем 1,5 - 2,0 ч в сушильном шкафу при температуре 100-105°C и взвешивают с точностью до 0,0001 г.

Расчетная формула:

где:

m - масса навески продукта, г;

m₁ - масса пакета с сухой навеской и с кусочком ваты до экстрагирования, г;

m₂ - масса пакета с сухой навеской и с кусочком ваты после экстрагирования, г.

Взвешивание производят с точностью до 0,0001 г. За конечный результат испытаний принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, рассчитанное с точностью до 0,1%. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 0,5% при содержании жира до 12%; 1% - при содержании жира от 12,1 до 20%; 1,9% - при содержании жира от 20,1 до 30%.

При расчете содержания жира в 1 г порции блюда (изделия) в числитель вместо 100 подставляют массу порции (изделия) с учетом упаривания или добавления воды.

Порядок определения жира рефрактометрическим методом (ускоренный метод)

Сущность метода: метод основан на извлечении жира из навески изделия растворителем, определении коэффициентов преломления растворителя (растворитель альфа-бромнафталин (монобромнафталин) с показателем преломления около 1,66 или альфа-хлорнафталин с показателем преломления около 1,63) и раствора жира и вычислении его процентного содержания в изделии по соответствующей формуле и предназначен для определения содержания жира в мучных кулинарных, сдобных булочных, мучных кондитерских полуфабрикатах и изделиях, овощных полуфабрикатах.

Подготовка прибора: Проверка нулевой точки рефрактометра. Перед началом работы с рефрактометром проверяют нулевую точку прибора при помощи дистиллированной воды. Для этого 1-2 капли дистиллированной воды помещают между призмами, затем окуляр шкалы и окуляр зрительной трубы устанавливают так, чтобы визирные линии были четко видны.

Визирную линию окуляра шкалы устанавливают на 1,3339 (показатель преломления дистиллированной воды при +20°C) и в зрительную трубу наблюдают границу светотени по отношению к точке пересечения двух взаимно перпендикулярных визирных линий. При помощи специального ключа и винта ставят границу светотени на точку пересечения визирных линий, устанавливая прибор на нуль.

Проведение испытания. В фарфоровую ступку с прокаленным песком (1-2г) отвешивают гомогенизированную пробу, величина которой равна: при содержании жира более 30% - 0,5гр.; от 20 до 30% - 0,75гр; от 10 до 20% - 1,0гр; от 5 до 10% - 1,5гр.; менее 5% - 2-5гр. Пробу подсушивают на песочной бане до полного испарения влаги, охлаждают в эксикаторе, измельчают и берут навеску 2 г. Пробы с содержанием влаги менее 12% исследуют без предварительного подсушивания.

Навеску растирают пестиком 2-3 мин., затем калиброванной пипеткой приливают 2см3 растворителя и вновь все растирают в течение 3 мин., а затем фильтруют содержимое через бумажный фильтр в пробирку. Фильтрат перемешивают стеклянной палочкой, 2 капли фильтрата наносят на призму рефрактометра, предварительно протерев призмы спиртом, термостатируют 2-3 мин. и отсчитывают показатель преломления. Одновременно отмечают температуру с точностью до 0,1°C. Определение повторяют 2-3 раза, беря за результат среднее арифметическое.

Во избежание испарения растворителя продолжительность фильтрации и определение показателя преломления должны быть не более 30 мин.

Коэффициент преломления приводят к 20°C с внесением температурной поправки (табл. 23).

Таблица 23 - Поправка при рефрактометрическом определении показателя преломления жира и смеси жиров для температур от 15 до 35⁰С

Температура, 0С	Поправка	Температура, 0С	Поправка
От найденного показателя преломления следует отнять
15,0	0,0017	17,5	0,0008
15,5	0,0015	18,0	0,0007
16,0	0,0014	18,5	0,0005
16,5	0,0012	19,0	0,0003
17,0	0,0010	19,5	0,0002
К найденному показателю преломления следует прибавить
20,5	0,0002	28,0	0,0028
21,0	0,0004	28,5	0,0030
21,5	0,0005	29,0	0,0031
22,0	0,0007	29,5	0,0033
22,5	0,0009	30,0	0,0035
23,0	0,0011	30,5	0,0037
23,5	0,0012	31,0	0,0038
24,0	0,0014	31,5	0,0040
24,5	0,0016	32,0	0,0042
25,0	0,0018	32,5	0,0043
25,5	0,0019	33,0	0,0045
26,0	0,0021	33,5	0,0047
26,5	0,0023	34,0	0,0049
27,0	0,0024	34,5	0,0050
27,5	0,0026	35,0	0,0052

Поправку на температуру можно не вводить, если одновременно с исследуемой пробой (т.е. при одинаковой температуре) определять коэффициент преломления чистого растворителя. Температурные поправки на коэффициент преломления монобром- или монохлорнафталина и раствора жира в нем практически одинаковы, поэтому разность коэффициентов преломления растворителя и жира при одной и той же температуре равна разности коэффициентов преломления их, определенных при 20°C.

Расчетная формула:

где:

Vр - объем растворителя, взятый для извлечения жира, см3;

- плотность жира при 20°C, кг/м3;

Пр - показатель преломления растворителя;

Прж - показатель преломления раствора жира в растворителе;

Пж - показатель преломления жира (табл. );

m - масса навески продукта, г.

Массовую долю жира (Х ) в процентах в пересчете на сухое вещество вычисляют по формуле:

где W - массовая доля влаги в исследуемом продукте, %.

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, вычисленное с точностью до 0,01. Предел возможных значений погрешности измерений 0,5% (Р = 0,95).

Примечания:

1. При вычислении массовой доли жира пользуются показателями преломления и плотности жиров (табл. 24).

Таблица 24 - Показатели преломления и плотности жиров при 20⁰С

Наименование жиров	Плотность, кг/м3	Показатель преломления
Жиры типа «Шоклин»	930,0	1,4642
Масло какао	937,0	1,4647
Масло кокосовое	928,0	1,4567
Жир кондитерский	928,0	1,4674
Концентраты фосфатидные	922,0	1,4746
Масло коровье	930,0	1,4637
Масло кукурузное	920,0	1,4745
Жир кулинарный	926,0	1,4724
Масло кунжитное	918,0	1,4730
Маргарин	928,0	1,4690
Масло орехов: Арахиса Кешью Миндаля Фундука	914,0 912,0 912,0 912,0	1,4704 1,4692 1,4707 1,4706
Масло ядра абрикосовой косточки	918,0	1,4715
Масло подсолнечное	924,0	1,4736
Жир свиной топленый	917,0	1,4712
Масло соевое	922,0	1,4756

2. Если в исследуемом продукте находится смесь жиров, то показатель преломления и плотность допускается определять расчетным путем.

Показатель преломления смеси жиров допускается также определять экстрагированием жира из исследуемого продукта следующим образом: 5 - 10г измельченного продукта смешивают с 15 – 20см³ этилового или петролейного эфира, хлороформа или четыреххлористого углерода, взбалтывают в течение 10 мин., вытяжку профильтровывают в колбу, растворитель полностью отгоняют, остаток подсушивают в сушильном шкафу при температуре 100 - 105°C в течение 30 мин. и определяют показатель преломления смеси жиров с учетом поправки на температуру.

3. Для неизвестных жира и смеси жиров плотность принимают равной 930 кг/м³.

4. Если исследуемый продукт содержит более 5% воды, то ступку с навеской помещают в сушильный шкаф и подсушивают навеску при температуре 100 - 105°C в течение 30 мин., затем в ступку, после ее охлаждения до комнатной температуры, приливают микропипеткой растворитель.

5. При хорошем растирании навески с растворителем в ступке, когда смесь перенесена на фильтр, разрешается стекающие из воронки капли раствора жира в растворителе наносить на призму рефрактометра, не дожидаясь, когда профильтруется вся смесь.

Порядок определения жира кислотным методом

Сущность метода:

Метод распространяется на молоко и молочные продукты, кроме молочных консервов и сухих молочных продуктов и основан на выделении жира из молоко и молочных продуктов под действием концентрированной серной кислоты и изоамилового спирта с последующим центрифугированием и измерением объема выделившегося жира в градуированной части жиромера.

Для выделения жира из молочного продукта необходимо разрушить адсорбионные оболочки вокруг жировых шариков. С этой целью приливают серную кислоту, переводящую казеинат кальция в растворимое комплексное соединение казеината с серной кислотой по уравнению

Изоамиловый спирт уменьшает поверхностное натяжение жировых шариков, ускоряя удаление с них липопротеиновых оболочек, вступает в реакцию с серной кислотой, образуя сложный эфир, растворимый в серной кислоте по уравнению

Проведение испытаний:

В сухой жиромер (рис.10), стараясь не смачивать горлышко, вносят цилиндром 10см³ серной кислоты плотностью 1,81-1,82г/см³. Затем отмеривают необходимое количество исследуемого продукта (табл. 25). Далее приливают 1см³ изоамилового спирта. Необходимо соблюдать указанную последовательность внесения жидкостей, так как если нарушать ее и внести вначале молоко, то образующийся в узкой части прибора сгустки свернувшегося белка затрудняют определение. Смешивание кислоты и молока приводят к сильному нагреванию смеси, поэтому необходимо держать жиромер в момент его заполнения реактивами в штативе.

Рисунок 10 – Бутирометр (жиромер)

Таблица 25 - Условия проведения измерений

Наименование продукта	Тип жиромера	Объем, масса образца для анализа	Объем добавленной воды, см3	Плотность серной кислоты, кг/м3	Объем серной кислоты, см3	Количество центрифугирований	Сходимость, % массовой доли жира, не более
Молоко всех видов, кроме нежирного, негомогенизированное	1-6, 1-7	10,77см3 11,00г.	-	От 1810 до 1820	10	1	0,1
Молоко всех видов, кроме нежирного, гомогенизированное	1-6, 1-7	10,77см3 11,00г.	-	От 1810 до 1820	10	3	0,1
Кисломолочные продукты их негомогенизированного молока	1-6, 1-7	11,00г	-	От 1810 до 1820	10	1	0,1
Кисломолочные продукты из гомогенизированного молока, в том числе для детского питания	1-6, 1-7	11,00г	-	От 1810 до 1820	10	3	0,1
Сливки негомогенизированные и сметана из негомогенизированных сливок с массовой долей жира не более 40%, творог, творожные изделия без сахара	1-40	5,00г	5	От 1810 до 1820	10	1	0,5
Сливки негомогенизированные с массовой долей жира более 40%	1-40	2,50г	7,5	От 1810 до 1820	10	1	1,0
Сливки гомогенизированные и сметана их гомогенизированных сливок	1-40	5,00г	5	От 1810 до 1820	10	3	0,5
Творожные изделия с сахаром	1-40	5,00г	5	От 1800 до 1810	10	1	0,5
Мороженое молочное и любительских видов с массой долей жира не более 5% из гомогенизированной смеси	1-6, 1-7	5,00г	-	От 1500 до 1550	16	4	0,2
Мороженое сливочное и любительских видов с массовой долей жира от 5 до 10%, из гомогенизированной смеси	1-6, 1-7, 1-40	5,00г	-	От 1500 до 1550	16	4	0,2 0,5
Мороженое сливочное и любительских видов с массовой долей жира от 5 до 10%, из негомогенизированной смеси	1-6, 1-7, 1-40	5,00г	-	От 1500 до 1550	16	1	0,2 0,5
Мороженое пломбир и любительских видов с массовой долей жира более 10%	1-6, 1-7, 1-40	4,00г 5,00г	-	От 1500 до 1550	16	4	0,3 0,5
Сыры сычужные и плавленые	1-6, 1-7	1,50г	-	От 1500 до 1550	19	1	0,7
Масло сливочное с наполнителями	1-40	2,50г	-	От 1500 до 1550	16	1	1,0
Масло сливочное без наполнителей (производственный метод), кроме соленого масла	-	-	-	-	-	-	0,3
Молоко нежирное и пахта	2-0,5, 2-1,0	10,77см3×2	-	От 1810 до 1820	20	3	0,02 0,05
Сыворотка (после сепарирования)	2-0,5	10,77см3×2	-	От 1780 до 1800	20	3	0,02

Жиромер закрывают пробкой, переворачивают несколько раз до полного растворения белков, обернув его при этом полотенцем или поддерживая пробку указательным пальцем. Затем помещают жиромеры в водяную баню с температурой 65±2⁰С на 5 минут пробками вниз, после чего вставляют симметрично в гнезда центрифуги. В случае нечетного числа вставляют жиромеров добавляют еще один, заполненный водой. Жиромеры должны размещаться градуировочной частью к центру (в горизонтальной центрифуге), либо кверху (в вертикальной размещенных патронах). Длительность центрифугирования 5 минут при частоте вращения 1000-1200 об/мин.

Во время центрифугирования температура смеси в жиромерах снижается, а так как шкала жиромера отградуирована при температуре 65⁰С, то после центрифугирования их снова помещают в водяную баню с температурой 65⁰С на 5 минут. Затем, сохраняя вертикальное положении прибора, вынимают их из воды, вытирают полотенцем, поддерживая пробку, и производят отсчет содержания жира.

При отсчете жиромер держат вертикально, граница жира должна находится на уровне глаза. Движением пробки вверх и вниз устанавливают нижнюю границу столбика жира на целом делении шкалы жиромера и от него ведут отсчет до нижней точки мениска верхней части столбика жира. Граница раздела жира и кислоты должна быть четкой, а столбик жира прозрачным.

При наличии кольца (пробки) буроватого или темно-желтого цвета, а также различных примесей в жировом столбике анализ повторяют.

Показания жиромера соответствует содержанию жира с молоке в %. Объем десяти малых делений шкалы молочного жиромера соответствует 1% жира в продукте. Отсчет жира проводят с точностью до 0,1%. Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,1% жира.

Контрольные вопросы

1. На чем основаны методы определения жира?

2. Как устроен аппарат Сокслета?

3. Какие вещества применяются для экстрагирования жира из навески продукта?

4. Что входит в понятие «сырой жир»?

5. В заключается кислотный метод определения жира?