Методы исследования свойств сырья и готовой продукции (стр. 7 )

С помощью физико-химических методов анализа можно определить тысячные, и даже стотысячные доли процента того или иного элемента. К тому же в случае, если исследование нужно проводить в многокомпонентном материале, то можно обойтись без химического выделения того или иного вещества.

Плотность является показателем состояния сырья или продукта (жидкие, твердые). Часто для идентификации продуктов используют метод определения плотности т. к. он является косвенным показателем содержания в растворе питательных веществ. Плотностью (объемной массой) называют величину отношения массы тела в состоянии покоя Мк и его объему V

(кг/м3)

Относительная плотность это отношение плотности исследуемого вещества к плотности стандартного вещества в определенных условиях:

В качестве стандартного вещества применяют дистиллированную воду при температуре 4° и 760мм. рт. ст.

Этот показатель (относительная плотность) необходим для пересчета объемных единиц две жидкости в весовой и обратно. Относительная плотность в растворах тем выше, чем больше концентрация в них сухих веществ.

В нашей стране принята плотность веществ указывать при нормальной температуре 20°C. Если температура отличается от 20 °C необходимо вносить температурную поправку (разную для каждого вида жидкости).

Наиболее распространенный метод определения плотности с помощью ареометра. Ареометр - прибор, в виде стеклянного поплавка с делениями и грузом внизу, предназначенный для измерения плотности жидкостей и твердых тел. Устройство ареометра основано на законе Архимеда. Различают: - ареометры постоянного веса, в которых глубина погружения ареометра обратна плотности жидкости; - ареометры постоянного объема, в которых плотность определяется по массе гирь, снятых или добавленных для погружения ареометра до метки, указывающей объем вытесненной жидкости.

Имеются термоареометры – измеряющие еще и температуру. Ареометры постоянной массы для измерения плотности жидкостей называют денсиметрами (имеют шкалу единиц плотности) ареометр, определяющий процентное содержание растворенных в жидкости веществ (спиртометры, сахариметры, ареометр для кисло), дающие отсчет в условных единицах (специальный металлический спиртометр и т. д.). Они бывают стеклянными или металлическими. В лабораториях пользуются рабочими приборами. Ареометр должен быть всегда чисто вымытый и высушен, т. к. от этого зависят его показания.

Наиболее точным и в тоже время трудоемким считается метод определение плотности при помощи пикнометра. Пикнометр (от греч. pyknós - плотный и... метр), стеклянный сосуд специальной формы и определённой вместимости, применяемый для измерения плотности веществ в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нём вещества (обычно в жидком состоянии), заполняющего пикнометра до метки на горловине или до верхнего края капилляра, что соответствует номинальной вместимости пикнометра. Измерения объёма значительно упрощаются, если вместо одной метки у. пикнометра имеется шкала. Очень удобен в работе пикнометр с боковой капиллярной трубкой, у которой пробкой служит тело термометра). Плотность твёрдых тел определяют, погружая их в пикнометр с жидкостью. Для измерения плотности газов применяют пикнометр специальной формы (шаровидные и др.). Основные достоинства пикнометрического метода определения плотности: высокая точность измерений (до 10-5 г/см3); возможность использования малых количеств вещества (0,5-100 см3); малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха; раздельное проведение операций термостатирования и последующего взвешивания.

Используют этот метод в консервной промышленности для определения доли растворимых сухих веществ в сиропах, соках и т. д.

Пикнометры

Пикнометр с капиллярной трубкой и термометром

2. Поляриметрический метод – исследования основан на способности некоторых веществ, изменять направление световых колебаний. При исследовании пищевых продуктов его применяют для количественного определения сахара. У поляризованного луча пропущенного через слой раствора оптически активного вещества меняется направление колебаний, т. е. плоскость поляризации поворачивается и образуется угол поворота плоскости поляризации. Этот угол зависит от природы вещества, концентрации, длины волны поляризованного света и температуры.

Оптическая активность веществ характеризуется таким показателем как удельное вращение, т. е. угол на который повернется плоскость поляризационного луча, через раствор в 1 мл которого содержится 1г растворенного вещества при толщине слоя раствора в 1дм.

Поляриметр – прибор, состоящий из поляризатора (устройства для поляризации света кристаллы обработанного исландского шпата) анализатора (устройства для определения угла поворота плоскости поляризации после прохождения поляризационных лучей через исследуемый раствор) и поляризационной трубки (наполняемый исследуемым раствором и поляризуемой между поляризатором и анализатором).

Наиболее распространенные, в том числе сахариметры, являются полутеневыми поляриметрами. Особенностью оптической системы его является то, что анализатор в нем поставлен на полутень по отношению к поляризатору и укреплен неподвижно.

3. Рефрактометрический анализ – основан на измерении и преломлении показателей (ПП) твёрдых, жидких и газообразных сред в различных участках спектра оптического излучения (света). Зная преломление показателей n и его дисперсию (зависимость от длины волны света) D, можно определить и др. величины, зависящие от n и D. Методы рефрактометрии разделяются на: 1) методы прямого измерения углов преломления света при прохождении им границы раздела двух сред; 2) методы, в которых используется явление полного внутреннего отражения (ПВО) света; 3) интерференционные методы;

Для измерения методами 1-й группы образцу придают форму призмы и определяют преломление показателей добиваясь поворотом призмы того, чтобы угол отклонения луча) был минимален. При другом способе измерения n исследуемый образец помещают в специально изготовленную призму с известным преломлении показателей N. Для измерения преломлении показателей жидкостей призматические образцы выполняются полыми и заливаются исследуемой жидкостью. Точность определения преломления показателей этими методами - 10-5, а разности преломлении показателей двух веществ ~10-7. Очень часто используются и методы рефрактометрии, основанные на явлении полного внутреннего отражения. Образец с измеряемым преломлении показателей приводится в оптический контакт с эталонной призмой из материала с высоким и заранее точно измеренным преломлении показателей N. Свет может направляться как со стороны образца, так и со стороны призмы. В обоих случаях в определённом (очень узком) интервале углов падения пучка лучей на границу раздела образца и призмы в поле зрения наблюдательной зрительной трубы появится чёткая граница, разделяющая тёмный и светлый участки поля. Один из участков (тёмный при освещении со стороны образца, светлый при освещении со стороны призмы) соответствует лучам, претерпевающим полного внутреннего отражения, а граница этого участка - предельному, или критическому, углу падения луча. Точность метода полного внутреннего отражения ~ 10-5.

Рефрактометрия нашла широкое применение для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Достоинства рефрактометрических методов химического количественного анализа - быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.

2.  Фотоколориметрия.

Основной задачей этого метода является определение содержания вещества в растворе. Метод анализа основан на избирательном поглощении света исследуемым веществом.

Для исследований используют стандартные растворы известной концентрации для сравнения с интенсивностью окраски исследуемого раствора.

Исследуемый и стандартный раствор наливают в кюветы (стеклянные цилиндры) с различной толщиной, а также используют различные светофильтры для поглощения, проходящего через них света. Существует таблица для выбора светофильтров зеленовато, желтого - фиолетовый фильтр и т. д.

По коэффициенту поглощения света и определяют природу вещества.

3.  Хроматография - процесс разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную.

Метод был разработан в 1903 Цветом Михаилом Семеновичем, который показал, что при пропускании смеси растительных пигментов через слой бесцветного сорбента индивидуальные вещества располагаются в виде отдельных окрашенных зон. Полученный таким образом послойно окрашенный столбик сорбента Цвет назвал хроматограммой, а метод - хроматография.

В зависимости от природы взаимодействия, обусловливающего распределение компонентов между элюентом и неподвижной фазой, различают следующие основные виды хроматографии - адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную (молекулярно-ситовую) и осадочную.

Различают колоночную и плоскостную хроматографию в колоночной сорбентом заполняют специальные трубки - колонки, а подвижная фаза движется внутри колонки благодаря перепаду давления. Разновидность колоночной хроматографии - капиллярная, когда тонкий слой сорбента наносится на внутренние стенки капиллярной трубки. Плоскостная хроматография подразделяется на тонкослойную и бумажную. В тонкослойной хроматографии тонкий слой гранулированного сорбента или пористая плёнка наносится на стеклянную или металлическую пластинки; в случае бумажной хроматографии используют специальную хроматографическую бумагу. В плоскостной хроматографии перемещение подвижной фазы происходит благодаря капиллярным силам.

Хроматографический процесс (варианты проведения)

При хроматографировании возможно изменение по заданной программе температуры, состава элюента, скорости его протекания и др. параметров.

В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента различают следующие варианты хроматографии: фронтальный, проявительный и вытеснительный. При фронтальном варианте в слой сорбента непрерывно вводится разделяемая смесь, состоящая из газа-носителя и разделяемых компонентов, например 1, 2, 3, 4, которая сама является подвижной фазой. Через некоторое время после начала процесса наименее сорбируемый компонент (например, 1) опережает остальные и выходит в виде зоны чистого вещества раньше всех, а за ним в порядке сорбируемости последовательно располагаются зоны смесей компонентов: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 (рис., a). При проявительном варианте через слой сорбента непрерывно проходит поток элюента и периодически в слой сорбента вводится разделяемая смесь веществ. Через определённое время происходит деление исходной смеси на чистые вещества, располагающиеся отдельными зонами на сорбенте, между которыми находятся зоны элюента (рис., б). При вытеснительном варианте в сорбент вводится разделяемая смесь, а затем поток газа-носителя, содержащего вытеснитель (элюент), при движении которого смесь через некоторый период времени разделится на зоны чистых веществ, между которыми окажутся зоны их смеси (рис., в). Хроматографы используют для анализа и для препаративного (в т. ч. промышленного) разделения смесей веществ. При анализе разделённые в колонке хроматографа вещества вместе с элюентом попадают через различные промежутки времени в установленное на выходе из хроматографической колонки детектирующее устройство, регистрирующее их концентрации во времени. Полученную в результате этого выходную кривую называют хроматограммой.

Для анализа и разделения веществ, переходящих без разложения в парообразное состояние, наибольшее применение получила газовая хроматография, где в качестве элюента (газа-носителя) используются гелий, азот, аргон и др. газы. Для газо-адсорбционного варианта хроматография в качестве сорбента (частицы диаметром 0,1-0,5 мм) используют силикагели, алюмогели, молекулярные сита, пористые полимеры и др. сорбенты с удельной поверхностью 5-500 м2/г. Для газо-жидкостной сорбент готовят нанесением жидкости в виде плёнки (высококипящие углеводороды, сложные эфиры, силоксаны и др.) толщиной несколько мкм на твёрдый носитель с удельной поверхностью 0,5-5 м2/г и более. Рабочие температурные пределы для газо-адсорбционного варианта хроматографа от -70 до 600°С, для газо-жидкостного от -20 до 400 °С. Газовой хроматограф можно разделить несколько см3 газа или мг жидких (твёрдых) веществ; время анализа от нескольких сек до нескольких часов.

В жидкостной колоночной хроматографии в качестве элюента применяют легколетучие растворители (например, углеводороды, эфиры, спирты), а в качестве неподвижной фазы - силикагели (в т. ч. силикагели с химически привитыми к поверхности различными функциональными группами - эфирными, спиртовыми и др.), алюмогели, пористые стекла; размер частиц всех этих сорбентов несколько мкм.

Жидкостная хроматография используется для анализа, разделения и очистки синтетических полимеров, лекарственных препаратов, детергентов, белков, гормонов и др. биологически важных соединений. Использование высокочувствительных детекторов позволяет работать с очень малыми количествами веществ ( г), что исключительно важно в биологических исследованиях. Тонкослойная и бумажная хроматография используются для анализа жиров, углеводов, белков и др. природных веществ и неорганических соединений.

6. Спектроскопия и другие современные методы исследования пищевых продуктов.

Спектральный анализ – основан на изучении спектров излучения различных веществ. Пробы анализируемого вещества «сжигают» в определенных условиях, вещество испаряется диссоциирует на атомы, которые возбуждаясь дают спектр. Излучаемый при этом свет, проходя через стеклянную призму спектроскопа, разлагается на свои составные части (разные света) и экспериментатор наблюдает ряд различных линий (линейный спектр). По линиям судят о присутствии того или иного элемента в анализируемом продукте.

Чем выше интенсивность линий, тем выше концентрация вещества. С помощью спектрографов можно сфотографировать излучение и по степени почернения линий на фотопластинке определить концентрацию вещества метод высокочувствителен, примеси веществ определяет до 0,0001% - десятичных долей процента. Метод применяется при определение минеральных состава продуктов растительного и животного происхождения.

Люминесценция – свечение атомов, ионов, молекул и более сложных частиц вещества, которое возникает в результате перехода в них электронов при возвращении из возбужденного состояния в нормальное. Для перевода частиц в возбужденное состояние подводят определение количество энергии. Свечение или часть энергии выделяется в виде квантов люминесценции. Этот метод используется для определения витаминов, белков и жиров в молоке, для определения свежести мяса и рыбы и различной порчи овощей, плодов для обнаружения в продуктах питания консервантов, лекарственных препаратов, канцерогенных веществ, пестицидов.

Например: здоровый картофель на разрезе имеет желтую флуоресценцию (т. е. собственное свечение). При поражении картофеля фитофтора - становиться интенсивно голубой, при поражении кальциевой гнилью – зеленоватой, при появлении вирусных заболеваний – разного цвета, преимущественно в сосудистой части клубня.

Лимоны и апельсины имеют флуоресценцию с голубоватым оттенком, маринады – темно-оранжевую с фиолетовым оттенком. При поражении голубой плесенью появляется темно-синяя флуоресценция в виде пятен в местах поражения.

Таким образом, изменение флуоресценции свежих плодов и овощей позволяет обнаружить на очень ранней стадии начало порчи, что необходимо при хранение, длительной транспортировке и консервировании. И в молоке и в мясе, жирах и масле можно с помощью этого метода обнаружить порчу или примеси других продуктов т. е. установить чистоту продукта, идентифицировать его, а также вид мяса (говядина, или свинина).

При оценке качества пищевых продуктов большое значение уделяется их консистенции. Существуют реологические методы оценки консистенции – первичной оценки пищевых продуктов.

Реология изучает структурно-механические свойства материалов (деформацию). К реологическим свойствам относятся вязкость, упругость, эластичность и прочность.

Вязкость – свойство газов, жидкостей и твердых тел сопротивляться действию внешних сил (т. е. перемещению слоев). Для твердых тел (корнеплодов) – сопротивляться развитию деформации.

Упругость – способность тел сопротивляться изменению их объема формы под действием внешних сил или по другому – способность тела восстанавливать свою форму после снятия нагрузки (затяжное тесно – где меньше сахара и жира). Эластичность – способность материала при незначительных усилиях восстанавливаться без разрушений, т. е. упруго - вязкими и т. д. все перечисленные свойства проявляются при обработке этих материалов или сырья, являются полезными или наоборот мешают, создают дополнительные трудности.

Например: при уменьшении количества клейковины в муке вы будете наблюдать проявление этих реологических свойств (упругость, эластичность и т. д.) на знание этих свойств созданы соответствующие аппараты для производства конфет (образование корпусов конфет), замес теста, штампование макаронных изделий и т. д.

Возможно, появление новых более совершенных методов, которые приобретут массовый характер, т. е. каждый потребитель будет иметь возможность при покупке определить качество продукта при помощи мини прибора (таких как измеритель радиоактивного фона и т. д.).

Основная цель данной лекции в том, что при производстве или исследовании продуктов питания вы тщательно подбирали самый эффективный метод и способствовали тому, чтобы потребитель получал качественный ценный продукт питания.

Молекулярные сита, сорбенты, избирательно поглощающие из окружающей среды вещества, молекулы которых не превышают определённых размеров. Такие сорбенты как бы отсеивают крупные молекулы от мелких. Различают минеральные (неорганические) и органические М. с. с. имеют жёсткую кристаллическую структуру, в которой находятся полости, соединённые между собой узкими каналами «порами» или «окнами». Малые размеры «окон» препятствуют диффузии крупных молекул во внутренние полости сорбента. Некоторые алюмосиликаты — природные и синтетические цеолиты — характерные представители М. с. этого типа.

Флуоресценция - люминесценция, характеризуемая небольшим временем свечения после прекращения возбуждения.

Учебно-методические материалы по дисциплине

Основная литература

1.Анализатор качества молока «Лактан 1-4». Техническое описание инструкции по эксплуатации. – Краснообск.: Изд-во НПП «СИБАГРОПРИБОР», 1991. – 24 с.

2., , Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. – Л.: «Химия», 1986. – 432 с.

3.  Ветеринарно – санитарная экспертиза продуктов животноводства: Справочник / , Боровков и др. – М.: Агропромиздат, 199с.

4. Аналитические и препаративные лабораторные методы / Пер. с нем. – М.: «Химия», 1994. – 416 с.

5. Тонкослойная хроматография: 2-х т. (пер с англ) Под ред. – М.: Мир, 1981.

6.  Коренман по аналитической химии. Анализ пищевых продуктов, Воронеж.: Из - во ВГТА, 2002.-408с.

7., , Волокитина исследования молока и молочных продуктов. - М.: «Колос», 2000. – 367 с.

8.Методические указания по использованию экспресс-метода биологической оценки пищевых продуктов/ , , . – М.: МИНХ им. , 1982. – 29 с.

9.Нечаев химия. – СПб.: ГИОРД, 2001. – 592 с.

10.  Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник/ Под ред. . – М.: Агропромиздат. – 1990. – 271 с.

11.  Сборник стандартов. Молоко. Молочные продукты и консервы.

12.  Современные методы исследования качества пищевых продуктов/ , , и др. – М.: Экономика, 1976. – 222 с.

13.  Состав и свойства молока как сырья для молочной промышленности: Справочник/ , В. П, Аристова, и др.; Под ред. . – М.: Агропромиздат, 1996. – 236 с.

14.  Стандартизация и контроль качества продукции. Общественное питание: учеб. пособие для вузов/ , , . – М.: Экономика, 1990. – 239 с.

15.  Химический состав пищевых продуктов. Кн 2: Справочные таблицы содержания аминокислот, жирных кислот, витаминов, макро - и микроэлементов, органических кислот и углеводов/ Под ред. . – 20е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1987. – 360 с.

16.  Хроматография в тонких слоях. Под ред. Э. Шталя – М.: Мир, 1965.

17.  Юинг. Инструментальные методы химического анализа. / Пер. с англ. – М.: Мир. 1989. – 608 с.

Дополнительная литература

1.Васильев химия: 2-х книгах. М.: Дрофа, 200с.

2.Аналитическая химия. Физические и физико – химические методы анализа - М.: Химия, 2001. – 496с.

3., , Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. – Л.: «Химия», 1986. – 432 с.

4.Ляликов -химические методы анализов.: М.: «Химия», 1964 – 294 с.

5.Фритц Дж. и др. Ионная хроматография. Под ред. . – М. : Мир. 1984. – 221 с.

6.  Тонкослойная хроматография в фармации и клинической биохимии. В 2-х ч. – М.: «Мир», 1980. – 641 с.

7.  , , Цитович и микробиологический контроль в кондитерском производстве: Справочник. –М.: КолосС, 200с.