«Ю.Г. Базарнова ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Учебное пособие Санкт-Петербург 2014 1 УДК 001.8:637.07 ББК 36-1 БАЗ17 Базарнова Ю.Г. Теоретические основы методов исследования пищевых ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ

Ю.Г. Базарнова

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Учебное пособие Санкт-Петербург 2014 1 УДК 001.8:637.07 ББК 36-1 БАЗ17 Базарнова Ю.Г. Теоретические основы методов исследования пищевых продуктов: Учеб. пособие. – СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. – 136 с.

Пособие содержит материал по дисциплинам «Теоретические основы исследования свойств пищевых продуктов» и «Методы исследования сырья и продуктов общественного питания».

Предназначено для магистрантов направлений 260100 Продукты питания из растительного сырья и 260200 Продукты питания животного происхождения.

Рецензенты: кафедра технологии переработки животноводческой продукции Воронежского государственного аграрного университета им. императора Петра I (зав. кафедрой доктор техн. наук И.А. Глотова); кандидат техн. наук Н.А. Третьяков (кафедра технологии хранения и переработки сельскохозяйственных продуктов Санкт-Петербургского аграрного университета) к печати редакционно-издательским советом Рекомендовано Института холода и биотехнологий В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы.

В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики».

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Базарнова Ю.Г.,

ВВЕДЕНИЕ

Первоочередными задачами любого пищевого производства с учетом нынешней стоимости сырья следует считать:

– организацию контроля технологического процесса;

– управление качеством и безопасностью продукции;

– снижение потерь сырья.

Выполнение этих требований гарантирует высокие потребительские свойства пищевых продуктов, которые обусловлены совокупностью их физических, химических, биохимических и других природных свойств.

Пищевые продукты – это сложные по структуре многокомпонентные системы, качество которых зависит от свойств сырья и совокупности изменений в его составе и структуре при технологической обработке и последующем хранении. В связи с этим важным является получение информации о природе процессов, формирующих качество пищевых продуктов на разных стадиях производства и хранения.

В современных условиях проблемы оценки качества и рационального использования сырья, а также повышения пищевой ценности и потребительских свойств готовых продуктов решаются на основе комплексного исследования их состава и свойств с помощью современных методов анализа.

Необходимость применения современных аналитических методов определяется также тем, что пищевая ценность сырья и готовых продуктов зависит прежде всего от содержания в них усвояемых веществ и элементов в оптимальном соотношении.

Научные данные о сбалансированном содержании питательных веществ и элементов в среднем суточном рационе питания подтверждают, что питательная ценность продуктов зависит не только от общего содержания белков, жиров, углеводов, макро- и микроэлементов, витаминов, но и, главным образом, от аминокислотного состава белка, жирно-кислотного состава липидов и т. д.

Современные аналитические методы исследования незаменимы для установления безвредности пищевого сырья и продуктов в связи с возможным попаданием в них различных химических соединений, применяемых для борьбы с вредителями сельского хозяйства (пестициды), радиоактивных изотопов, полициклических ароматических углеводородов, а также искусственных красителей, химических консервантов и т. д.

Применение современных инструментальных методов исследования пищевых продуктов позволяет не только изучить их свойства, но и получить информацию об изменениях их состава, не обнаруживаемых органолептическими методами, а также прогнозировать изменение качества при технологической обработке и хранении продуктов для установления способов и режимов хранения и сроков годности.

В настоящее время система управление качеством пищевых продуктов тесно взаимосвязана с дистанционными методами определения температуры, влажности, освещенности, состава и движения воздуха и других режимных параметров, на основе которых могут быть обеспечены оптимальные технологические режимы.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Строение и структура пищевых продуктов, а также количественные соотношения, характеризующие взаимораспределение органической и неорганической частей продуктов, весьма разнообразны.

Системы, составные части которых распределены равномерно, но не вступают в химические взаимодействия, называются дисперсными. Основные характеристики таких систем – степень дисперсности и гетерогенность. Именно эти свойства определяют коллоидные и химические свойства дисперсных систем, а также их устойчивость.

Чаще всего пищевые продукты представляют собой полидисперсные системы, в которых дисперсионной средой является вода, а дисперсной фазой – органические вещества и минеральные соли.

Современные представления о структуре пищевых продуктов основаны на их классификации по степени дисперсности и агрегатном состоянии фаз (рис. 1.1).

В соответствии с представлениями академика П.А. Ребиндера и его школы принято различать два основных типа дисперсных структур – коагуляционную и конденсационно-кристаллизационную.

Коагуляционные структуры удерживаются силами Ван-дерВаальса, действующими через жидкие прослойки. Основными условиями их образования являются неоднородность поверхности соприкосновения частиц и наличие гидрофобных участков, на которых возникают точечные контакты – начальные звенья будущей структуры.

Конденсационно-кристаллизационные структуры образуются в процессе конденсации полимеров или кристаллизации из растворов и расплавов; их существование определяется прочными химическими связями, отдельные частицы срастаются, жидкие прослойки между ними отсутствуют. Системы с такой структурой обладают большей прочностью, хрупкостью и необратимостью при разрушении.

Коагуляционные структуры могут переходить в конденсационно-кристаллизационные в процессе обработки продукта, когда создаются условия для удаления жидких прослоек между частицами, например при сушке или прессовании.

КОЛЛОИДНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ

СИСТЕМЫ

ГРУБОДИСПЕРСНЫЕ

СРЕДНЕДИСПЕРСНЫЕ

ВЫСОКОДИСПЕРСНЫЕ

Свободнодисперсные Структурированные Лиозоли [тв/ж] Минеральные вещества и растворимые углеводы образуют в пищевых продуктах истинные растворы. Такие растворы характеризуются полной однородностью, наличием теплового эффекта при растворении.

Липиды распределены в пищевых продуктах в виде эмульсий различной степени дисперсности.

Белки и сложные углеводы образуют в пищевых продуктах мономолекулярные растворы, которые являются термодинамически устойчивыми системами, но имеют очень высокую вязкость, малое осмотическое давление и не способны проникать через полупроницаемые перегородки.

Жидкие коллоидные растворы и растворы высокомолекулярных соединений называются золями. Многие золи при благоприятных условиях образуют студни или гели. Гелеобразование представляет собой процесс связывания дисперсионной среды частицами дисперсной фазы. Мясо, рыба, а также растительное сырье, имеющее тканевую природу, представляют собой смешанные структуры белковых водных гелей и золей, истинных растворов минеральных солей и углеводов.

Пищевые смеси могут быть классифицированы как грубо-, средне- и высокодисперсные (см. рис. 1.1).

Существует также понятие структурированных и свободнодисперсных (бесструктурных) дисперсных систем. Так, пищевое сырье растительного и животного происхождения, имеющее тканевую структуру, относится к структурированным высокодисперсным системам.

Пищевые эмульсии различного происхождения, например молоко и масложировые продукты, а также эмульгированные мясные продукты классифицируются как системы средней степени дисперсности.

Многие пищевые смеси относятся к коллоидным суспензиям.

Среди них могут быть свободнодисперсные (фруктовые и овощные соки, пиво) и связнодисперсные (пищевые пасты) системы.

Хлебопродукты, экструзионные продукты нового поколения, мучные кондитерские изделия, кремовые охлажденные и замороженные десерты, в том числе и мороженое, являются пищевыми пенами и относятся к грубодисперсным системам.

Стабильность коллоидных, в том числе пищевых, дисперсий характеризуется агрегативной и кинетической устойчивостью. Основными факторами, влияющими на потерю устойчивости дисперсных систем, являются:

– термодинамический;

– температурный;

– структурно-механический;

– гравитационный;

– химический;

– электростатический;

– электрический;

– адсорбционно-сольватный.

Воздействие хотя бы одного из этих факторов может вызвать потерю устойчивости дисперсных систем.

2. КАЧЕСТВО ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ:

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ

Качество пищевых продуктов – это совокупность их пищевой ценности и потребительских свойств.

Пищевая (питательная) ценность продуктов – это комплекс веществ, определяющих их биологическую и энергетическую ценность. Она характеризуется доброкачественностью (безвредностью), усвояемостью, массовой долей пищевых и биологически активных веществ, а также их соотношением. Оптимальное соотношение между белками, жирами и углеводами в пищевых продуктах для взрослых и детей старшего возраста составляет 1 : 1 : 4, для детей младшего возраста – 1 : 1 : 3.

Доброкачественность пищевых продуктов характеризуется их органолептическими показателями (цвет, вкус, запах, консистенция, внешний вид) и химическим составом, а также отсутствием токсинов (ядов), болезнетворных микроорганизмов, яиц глистов, вредных соединений и посторонних примесей.

Энергетическая ценность пищевых продуктов – это количество энергии, которое образуется при биологическом окислении содержащихся в продуктах жиров, углеводов и белков; используется для характеристики физиологических функций организма. Так, энергия, выделяемая при окислении в организме 1 г жира, равна 9 ккал (37,7 кДж); 1 г белка – 4 ккал (16,7 кДж); 1 г усвояемых углеводов – 3,76 ккал (15,7 кДж).

Биологическая ценность пищевых продуктов – это сбалансированное содержание незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, фосфолипидов, витаминов, минеральных веществ, полифенольных соединений.

Усвояемость пищевых продуктов выражается коэффициентом усвояемости, показывающим, какая часть продукта в целом используется организмом. Она зависит от внешнего вида, консистенции, вкуса и аромата продукта, количества и качества пищевых веществ, а также от возраста и самочувствия человека. При смешанном питании усвояемость белков принята равной 84,5 %; жиров – 94 %;

углеводов – 95,6 %.

Влияние органолептических свойств продуктов на их пищевую ценность обусловлено воздействием на органы чувств человека и зависит от сложившихся традиций, навыков и вкусов.

Внешний вид, консистенция, запах, вкус, состав и степень свежести обусловливают органолептическую ценность пищевых продуктов.

Лучше усваиваются пищевые продукты, имеющие привлекательный внешний вид: свежие или мало хранившиеся фрукты, мясо и рыба, диетические яйца, хлебобулочные изделия из высококачественного сырья.

Вкус и аромат пищевых продуктов имеют важное значение для их усвоения. Поэтому в некоторых случаях для их усиления применяют специальные способы технологической обработки, например копчение рыбы и колбасных изделий, что обусловливает даже некоторое снижение усвояемости белковых веществ.

Под физиологической ценностью продуктов подразумевают воздействие пищевых веществ на нервную, сердечно-сосудистую, пищеварительную и другие системы организма, а также на сопротивляемость организма инфекционным заболеваниям.

Помимо вышеперечисленных, важной характеристикой качества продуктов является стабильность свойств, определяющих степень возможных изменений пищевой ценности и безвредности продуктов в процессе их хранения, транспортировки и реализации.

Несомненное влияние на стабильность свойств мясных продуктов, величину потерь при тепловой обработке и хранении имеют такие показатели, как рН и водосвязывающая способность.

Качество пищевых продуктов зависит от многих факторов, среди которых первостепенное значение имеют состав и свойства сырья, рецептура, условия и режимные параметры технологических процессов производства и хранения, качество используемого оборудования и упаковки. Качество пищевых продуктов оценивают с помощью комплекса характеристик, определяемых различными методами анализа.

Показатель качества – это количественная характеристика одного или нескольких полезных свойств продукта. Качество пищевых продуктов оценивают по единичным и комплексным показателям.

Единичный показатель качества характеризует одно из свойств продукта, комплексный показатель качества – несколько его свойств.

Например, для сливочного масла показатель «цвет» является единичным, а показатель «консистенция» – комплексным, поскольку включает в себя такие характеристики, как однородность, пластичность, плотность, состояние поверхности на разрезе.

В отдельных случаях качество продукции оценивают по какому-либо определяющему показателю. Так как степень значимости отдельных показателей качества неодинакова, необходимо вводить коэффициенты весомости. Они широко применяются при определении органолептических показателей качества.

Коэффициент весомости – это количественная характеристика значимости среди других показателей при вычислении комплексного показателя качества. Коэффициенты весомости определяют на основании заключения экспертов.

Чаще всего комплексный показатель качества представляет собой сумму произведения оценок единичных показателей и их весомости:

где n – число показателей в группе; mi – коэффициент весомости для i-показателя качества; ki – значение показателя качества в безразмерной форме.

Значение ki определяют как отношение абсолютного значения показателя качества продукта к абсолютному значению этого показателя для эталонного образца.

При комплексной оценке уровня качества пищевых продуктов используют показатели, дающие представление о пищевой ценности, безопасности, стабильности свойств и отдельных технологических характеристик. Каждый из показателей, включенных в совокупность свойств, оценивают по комбинации частных признаков.

В нормативной документации приведены регламентированные значения показателей качества пищевых продуктов, причем указаны их предельные значения, т. е. наибольшие или наименьшие регламентированные значения.

Оценка качества пищевых продуктов – это совокупность операций, включающая выбор номенклатуры показателей качества, определение значений этих показателей и сопоставление их с нормативными значениями.

1. Какие характеристики входят в понятие «качество» пищевых продуктов? Дать их краткое описание.

2. Что включает понятие «доброкачественность пищевого сырья и продуктов»?

3. Что включает понятие «пищевая ценность»?

4. Как производится оценка качества пищевых продуктов?

5. Дать характеристику единичных и комплексных показателей качества.

6. Что такое коэффициент весомости?

7. Перечислить основные типы контроля качества пищевых продуктов.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

В зависимости от используемых средств методы исследования подразделяют на инструментальные и органолептические.

Применяемые в настоящее время инструментальные методы исследования состава и свойств пищевых продуктов весьма разнообразны. Они основываются на использовании физических, химических, биохимических и других эффектов взаимодействия исследуемого объекта с первичными преобразователями (датчиками). Сигналы от датчиков воспринимаются вторичными приборами и преобразуются в информацию.

Многообразие применяемых схем и конструкций датчиков и вторичных приборов обусловливает необходимость классификации этих методов и их систематизации.

Для практического использования наиболее удобной является классификация методов исследования состава и свойств вещества, приведенная в табл. 3.1.

К приборам, используемым для исследования пищевых продуктов, предъявляются особенно строгие требования. Многие пищевые продукты содержат химически активные вещества, поэтому контактирующие с ними материалы должны обладать устойчивостью к коррозии и эрозии. В то же время должна быть исключена возможность взаимодействия этих материалов с исследуемыми пищевыми продуктами, приводящего к ухудшению их вкуса и цвета, снижению пищевой ценности, появлению постороннего запаха и т. д.

При проведении исследований необходимо устранить возможность развития побочной микрофлоры и исключить попадание в продукт токсичных веществ.

С позиций определяемых свойств инструментальные методы исследования пищевых продуктов можно условно разделить на физические, химические, физико-химические, биохимические, микробиологические и физиологические.

Физические методы основаны на изучении структурно-механических, оптических и электрических свойств, с помощью которых можно определить структуру, состояние и концентрацию отдельных компонентов продукта.

Классификация измерительных методов исследования Механические Плотность, удельный вес, Поплавковый Термодина- Тепловой эффект реакции, Термохимический мические упругость паров Манометрический химические проводимость, Потенциометрический Волновые Интенсивность излучения, Фотометрический скорость распространения Рентгеноспектрометрический Электрические и магнитные С помощью физических методов определяют относительную плотность и удельную массу, температуру плавления и затвердевания, концентрацию водородных ионов, показатель преломления света, механическую устойчивость и прочность, эластичность и пористость, наличие примесей и другие показатели.

Несомненное значение для оценки свойств мяса и мясопродуктов имеют реологические методы, позволяющие определять зависимость структурно-механических свойств мясных продуктов от различных факторов.

Химические методы используются для идентификации и количественного определения отдельных органических или неорганических компонентов продукта. Химические методы основаны на специфических для исследуемого компонента качественных химических реакциях с определенными реактивами.

Физико-химические методы применяются для количественного определения основных компонентов продуктов: углеводов, липидов, белков, минеральных веществ, витаминов.

С помощью спектральных методов определяют элементарный и молекулярный состав продуктов, в том числе содержание микрои макроэлементов, витаминов А, К, В1, В6 и др.

С помощью хроматографических методов определяют аминокислотный и жирно-кислотный состав продуктов, содержание летучих органических токсических веществ – нитрозаминов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).

С помощью метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) можно определять состояние свободной и связанной влаги в пищевых продуктах.

В практике определения показателей свежести мяса широко используют потенциометрический метод, позволяющий оценивать концентрацию ионов водорода и, наряду с другими показателями, прогнозировать стабильность свойств мяса в отношении развития микробиологических процессов, окислительных изменений, а также судить об уровне гидратации белков, их способности удерживать влагу.

Биохимические методы широко используют при изучении изменения качества продуктов при хранении или формирования качества продуктов в процессе технологической обработки. Например, при регулировании процесса хранения плодов определяют интенсивность их дыхания, при созревании мяса и рыбы – глубину протекания процессов гидролиза и автолиза.

Микробиологические методы позволяют определять степень обсемененности пищевых продуктов микроорганизмами, в том числе наличие бактерий, вызывающих пищевые отравления (ботулинус, золотистый стафилококк и др.) Физиологические методы используют при определении биологической ценности и безвредности продуктов, степени усвоения пищевых веществ, их реальной энергетической способности.

В комплекс показателей, определяющих пищевую ценность пищевых продуктов, входят органолептические характеристики, оцениваемые с помощью органов чувств: зрения, обоняния, вкусовых ощущений и осязания. Серьезное преимущество органолептических методов – возможность за короткий срок получить представление о комплексе свойств продукта, таких как внешний вид, цвет, вкус, запах, консистенция и др. Данные показатели имеют решающее значение при оценке качества пищевых продуктов.

Для количественного выражения органолептических свойств продуктов применяют систему балловых оценок. Каждый балл соответствует определенному условию качества, характеризуемому словесным описанием.

Сопоставление органолептических показателей цвета, запаха и консистенции с данными, полученными с помощью инструментальных методов определения цветовых характеристик, количественного и качественного состава летучих органических веществ и структурно-механических характеристик продукта, позволяет выявлять корреляционные зависимости.

1. Перечислить основные классификационные принципы методов исследования пищевого сырья и продуктов.

2. В чем принципиальное различие инструментальных и органолептических методов исследования пищевых продуктов?

3. Дать краткую характеристику физических методов исследования пищевых продуктов.

4. Дать краткую характеристику физико-химических методов исследования пищевых продуктов.

5. Дать краткое описание биохимических методов исследования пищевых продуктов.

6. Привести примеры применения химических методов для анализа пищевых продуктов.

4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОДГОТОВКИ И ОТБОРА ПРОБ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ АНАЛИЗА

Методы подготовки проб пищевых продуктов к анализу можно условно разделить на методы разделения, выделения и концентрирования компонентов, а методы анализа – на методы обнаружения компонентов и их количественного определения.

Разделение – это операция, в результате которой составные компоненты образца продукта отделяют один от другого. При этом концентрация компонентов может отличаться или не отличаться друг от друга (рис. 4.1, а и б).

Рис. 4.1. Абсолютное (а) и относительное (б) разделение Под выделением подразумевают операцию, при которой нужные компоненты продукта выделяют в самостоятельную фазу или часть фазы.

Концентрирование – операция, в результате которой повышается отношение концентрации или количества микрокомпонентов к концентрации или количеству макрокомпонента продукта (см. рис. 4.1, в).

Действительно, чаще всего говорят о концентрировании компонентов, присутствующих в малых или очень малых концентрациях.

Концентрирование микроэлементов занимает важное место среди приемов современного анализа.

Для разделения и концентрирования обычно используют одни и те же методы: экстракцию, осаждение, сорбцию, кристаллизацию, электролиз, дистилляцию, сублимацию, флотацию и т. д.

Концентрирование является составной частью стадии обработки (подготовки) пробы. Наряду с ним на стадии подготовки пробы используют операции разложения, например растворением, маскирования и разделения отдельных компонентов пробы. Выбор операций на стадии подготовки пробы зависит от решаемой задачи, природы объекта и метода анализа. Эффективность того или иного метода анализа зависит от того, насколько правильно выбраны условия, обеспечивающие количественный переход целевого компонента в одну из фаз.

Совокупность операций по отбору пробы, ее обработке и подготовке к определению, собственно измерение и математическая обработка полученных результатов представляют собой аналитический цикл.

4.2. Правила отбора проб пищевых продуктов для анализа При проведении контроля качества пищевого сырья и продуктов основным является технический контроль, означающий проверку соответствия продукции или технологического процесса установленным техническим требованиям (ГОСТ 16504–74).

В случае сплошного контроля проверяют качество каждой единицы продукции. Однако методика такого контроля трудоемкая и дорогостоящая, поэтому обычно применяют выборочный контроль, т. е. контроль выборок либо проб из партий или потока продукции.

При правильном проведении выборочного контроля результаты выборочной проверки качества продуктов распространяют на всю партию.

Партия – это определенное количество продукта одного наименования, способа обработки, сорта, изготовленное одним предприятием за смену и оформляемое одним документом, удостоверяющим качество и безопасность продукта. В соответствии с указанием нормативных документов от партии отбирают определенное количество единиц транспортной упаковки, из которых составляют выборку.

Выборка – это определенное количество единиц продукта, отбираемое за один прием из одной единицы транспортной упаковки.

Если отбор проб осуществляют от нештучной продукции (сыпучей, жидкой или монолитной), то роль выборки играет точечная проба.

Точечная проба – это количество продукта, отобранного из одного места за один прием из партии продукта и необходимого для составления объединенной пробы.

Объединенная проба – совокупность отдельных выборок или точечных проб.

Средняя проба – часть объединенной пробы, отобранная для лабораторных испытаний.

Проба – часть средней пробы, подготовленная для испытаний.

Лабораторный образец – часть средней пробы, выделенная для лабораторного анализа.

Порядок отбора проб для осмотра или лабораторных испытаний устанавливается требованиями нормативно-технической документации на каждый вид пищевых продуктов. Отклонение от установленных правил отбора образцов и проб для анализа ведет к получению недостоверных результатов.

Для лабораторных исследований мяса убойных животных отбирают образцы в соответствии с ГОСТ 7269–79 «Мясо. Методы отбора образцов и органолептические методы определения свежести». Образцы отбирают от каждой исследуемой мясной туши (или полутуши) в виде куска не менее 200 г из следующих мест: у зареза (против четвертого и пятого шейных позвонков), в области лопатки, в области бедра и толстых частей мышц. Отобранную среднюю пробу пропускают дважды через мясорубку (диаметр отверстий решетки 2–3 мм), фарш перемешивают и переносят в склянку с притертой пробкой, откуда и берут лабораторные образцы для анализа.

Для лабораторных исследований рыбы образцы отбирают в соответствии с ГОСТ 7631–85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки. Правила приемки, методы органолептической оценки качества, методы отбора проб для лабораторных испытаний». Из разных мест партии отбирают неповрежденные единицы транспортной упаковки, в зависимости от средней массы составляют выборку. Для контроля качества свежей рыбы из разных мест партии отбирают до 3 % рыбы по массе.

Объединенную пробу составляют следующим образом: при массе экземпляра 0,1 кг и менее отбирают не более 0,5 кг рыбы; при массе экземпляра от 0,5 до 1 кг – три экземпляра. В случае, если масса отдельных экземпляров рыбы составляет более 1 кг, из трех тушек рыбы вырезают филе в области предхвостовой и средней части тушки. Отобранную среднюю пробу пропускают дважды через мясорубку (диаметр отверстий решетки 2–3 мм), фарш перемешивают и переносят в склянку с притертой пробкой.

Для лабораторных исследований растительного масла образцы для анализа отбирают согласно ГОСТ 5471–83 «Масла растительные.

Правила приемки и методы отбора проб». Хранят образцы масла в темноте при температуре 15–20 °С не более 30 сут.

Для лабораторных исследований коровьего масла в выборку отбирают 5 % единиц от партии. Пробы масла отбирают с помощью щупа, вводя его от торцевой части к центру монолита. Из каждого контрольного места отбирают по 50 г масла, после чего пробы объединяют вместе, растапливая на водяной бане при температуре 30 °С, перемешивают и охлаждают до (20 ± 2) °С.

Для лабораторных исследований молока образцы для анализа отбирают согласно ГОСТ 26809–86 «Молоко и молочные продукты.

Правила приемки, методы отбора и подготовка проб к анализу».

Перед определением органолептических и физико-химических показателей среднюю пробу молока после перемешивания доводят до температуры (20 ± 2) °С.

Для лабораторных исследований плодоовощных консервов образцы для анализа отбирают согласно ГОСТ 263130–84 «Продукты переработки плодов и овощей. Правила приемки, методы отбора проб». Для приготовления лабораторной пробы твердую часть консервов пропускают два раза через мясорубку, смешивают с жидкой частью, растирают в фарфоровой ступке до однородной массы и переносят в склянку с притертой пробкой.

1. Дать описание терминов «разделение», «концентрирование»

и «выделение». В чем принципиальная разница этих операций?

2. Дать определение понятия «аналитический цикл».

3. Что такое лабораторный образец?

4. Что такое партия пищевых продуктов?

5. Дать формулировку понятия «выборка».

6. Что такое точечная, средняя и объединенная проба?

5. ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Органолептические методы имеют решающее значение при проведении контроля качества пищевых продуктов. На методы определения органолептических показателей для некоторых продуктов разработана нормативно-техническая документация.

Несмотря на кажущуюся простоту, доступность и быстроту органолептических методов, требуются значительные знания и навыки для их осуществления.

Органолептическая оценка – это совокупность операций, включающая выбор номенклатуры органолептических показателей качества продукта, определение этих показателей и сопоставление их с базовыми.

Органолептическая оценка качества пищевых продуктов предусматривает очередность в определении показателей в соответствии с естественной последовательностью восприятия. Сначала зрительно оценивают такие характеристики продукта, как внешний вид, форма и цвет, затем с помощью обоняния определяют запах и, наконец, оценивают ощущения, возникающие в полости рта при приеме пищи, – вкус, консистенцию (нежность, жесткость и сочность).

При оценке внешнего вида продукта определяют его форму, характер поверхности, однородность по размеру (плоды, ягоды, овощи и др.).

Внешний вид продукта – это комплексный показатель, включающий ряд таких единичных показателей, как форма, цвет, состояние поверхности. Для некоторых видов продуктов комплексный показатель «внешний вид» дополняется специфичными показателями.

К специфичным показателям относятся состояние тары, упаковки или завертки, свежесть или состояние отдельных компонентов продукта. Например, состояние рассола или заливки, состояние жира и сухожилий, качество бульона, прозрачность (безалкогольные напитки, осветленные соки, растительное масло и др.), качество посола (масло сливочное) или разделки (свежая, копченая рыба), состояние и толщина глазури (мороженая рыба).

Так, при оценке внешнего вида консервной продукции определяют равномерность резки, качество укладки, строение разреза, разлома, состояние заливки, соуса, маринада, сиропа, масла.

При определении цвета устанавливают различные отклонения от цвета, специфического для данного вида продукта. Например, при оценке цвета виноградных вин разных типов решающее значение имеют цветовой тон и насыщенность цвета. Так, цветовой тон марочных сухих вин – рубиново-красный, густой, насыщенный, без постороннего оттенка; цветовой тон сухих белых вин – желтоватый, цвета чайной розы; кагоров – интенсивный темно-красный.

Чистота цвета, особенно белого, для ряда пищевых продуктов является показателем загрязненности посторонними примесями или окрашенными частицами самого продукта; служит одним из критериев товарного сорта муки, крахмала, поваренной соли.

При органолептической оценке цвета следует учитывать явление цветового контраста, проявляющееся в том, что любой цвет на более темном фоне «светлеет», а на светлом фоне – «темнеет». Поэтому при сопоставлении фактического значения цвета с эталоном необходимо создавать одинаковый фон.

При оценке запаха определяют типичный аромат, гармонию запахов, так называемый «букет», устанавливают наличие посторонних запахов. Для характеристики запаха некоторых пищевых продуктов применяют термины «аромат» и «букет».

Аромат обусловлен естественными ароматическими веществами исходного сырья, а букет – комплексом ароматических соединений, образующихся при технологических процессах формирования продуктов. Так, для соков, быстрозамороженных плодов и овощей, пряностей, плодоовощных консервов применяют термин «аромат»;

для вин и зрелых сыров – «букет».

Умение различать оттенки запаха, характерные для исходного сырья, а также обусловленные вновь образованными веществами при производстве продукта и, особенно, при его хранении (посторонние, несвойственные готовому продукту запахи), является важным условием органолептической оценки его качества.

При оценке консистенции в зависимости от технических требований, предъявляемых к качеству отдельных продуктов, определяют густоту, клейкость и твердость продукта. Например, консистенция жидкая, сиропообразная, густая, плотная. При оценке консистенции учитывают также нежность, волокнистость, грубость, рассыпчатость, крошливость, однородность, наличие твердых частиц.

Для определения консистенции пищевых продуктов прилагают усилия – нажатием, надавливанием, прокалыванием, разрезанием, размазыванием с помощью столовых приборов.

При оценке вкуса определяют типичность вкуса для данного продукта, устанавливают наличие специфических нехарактерных вкусовых свойств и прочих посторонних привкусов.

Качественное определение вкуса связано не только с определением основных вкусовых ощущений: сладкого, кислого, соленого, горького и их гармоничного сочетания, но и с осязанием пищи, что характеризуется терпкостью вкуса, остротой, жгучестью, нежностью.

Вкус многих продуктов определяется также обонятельными ощущениями.

Для характеристики в комплексе вкуса, запаха и осязания, определяемых количественно и качественно, применяют термин флейвор.

Флейвор (flavour) – комплексное ощущение в полости рта, вызываемое вкусом, запахом и текстурой пищевого продукта.

Дегустационную оценку качества продуктов должны осуществлять лица, прошедшие испытания на сенсорную чувствительность.

Сенсорный анализ – оценка качества, проведенная оценщиками, у которых предварительно проверены органы чувств, зрение, что гарантирует точность и воспроизводимость результатов.

Сенсорная чувствительность – это способность восприятия внешнего импульса при помощи органов чувств.

Порог чувствительности – это наименьшая интенсивность импульсов, которые воспринимаются органами чувств. Пороги чувствительности разные для разных видов впечатлений; например, порог вкусовой чувствительности – это наименьшее количество вкусового вещества, вызывающее едва уловимое ощущение вкуса. Чем ниже порог чувствительности, тем выше чувствительность оценщика.

Порог распознавания – это наименьшая интенсивность импульсов, воспринимаемых органами чувств, которые качественно можно определить.

Порог разницы – минимальная, но заметно воспринимаемая разница интенсивности между двумя импульсами одного и того же вида.

Сенсорная память – способность запоминания, распознавания разных импульсов и сенсорных впечатлений.

Сенсорный минимум – минимальная чувствительность и способность органов чувств воспринимать впечатления.

Методы сенсорного анализа классифицируют по группам:

дискриминантные, дескриптивные и предпочтительно-приемлемые.

Дискриминантные (различительные) методы применяют для нахождения различий и определения направления изменений. К этой группе относятся методы парного и треугольного сравнений, дуотрио, ранговый метод, с помощью которых изучают влияние сырья, рецептуры, технологических параметров, условий хранения на органолептические показатели качества продуктов.

Дескриптивные (описательные) методы позволяют описать качество продукта (профильный метод) и определить величины различий между образцами продуктов, применяя простые и сложные шкалы.

Предпочтительно-приемлемые методы используются для выяснения отношений потребителей к качеству продуктов.

При подготовке образцов к дегустации большое внимание уделяют температуре образцов. Как правило, температура продуктов, потребляемых в холодном виде, например хлеба, копченой и соленой рыбы, закусочных консервов и других, должна быть около 18–20 °С.

Продукты, потребляемые в горячем виде, например супы, жареное мясо, обеденные блюда, должны иметь температуру 55–60°С.

Для оценки внешнего вида продукт подают целиком (банки с консервами, тушки рыбы холодного и горячего копчения, буханки и батоны хлеба и т. д.), а затем разрезают и аккуратно выкладывают на общее блюдо, индивидуальные тарелки.

При подведении итогов дегустаторы должны сравнить мнения о внешнем виде, цвете, запахе, консистенции и вкусе каждого продукта с их описаниями в нормативно-технической документации или дать количественную оценку каждого показателя в баллах, если это указано в нормативно-техническом документе на данный вид продукта.

При оценке качества пищевых продуктов применяют разные виды балловых шкал. Балловые шкалы являются наиболее удобным методом количественной оценки качественных признаков продуктов, воспринимаемых сенсорно. Например, 100-балловые шкалы примеяют для сенсорной оценки твердых сычужных сыров, 30-балловые – для аттестации кондитерских и хлебобулочных изделий улучшенного качества, 10-балловые – для оценки качества вин.

В настоящее время для оценки качества мяса и мясных продуктов используют пяти- и девятибалловые шкалы, согласно которым каждый показатель имеет соответственно 5 или 9 степеней качества. Ниже условленного балла продукт считается недоброкачественным.

По пятибалловой шкале 5 баллов означают отличное качество;

4 – хорошее; 3 – удовлетворительно; 2 – неудовлетворительное, но допустимое; 1 – неудовлетворительное.

Рекомендуемая ВНИИМП десятибалловая шкала расширяет диапазон органолептической оценки качества мясных продуктов. Согласно ей каждый показатель шкалы имеет следующие количественные характеристики: для оптимального качества – 9; очень хорошего – 8; хорошего – 7; выше среднего – 6; среднего – 5; приемлемого, но нежелательного – 4 или 3; неприемлемого – 2 или 1.

Количественное выражение органолептических признаков в баллах позволяет использовать расчетные и графические приемы для определения корреляции между показателями, определяемыми сенсорными и инструментальными методами.

1. Дать определение органолептической оценки качества пищевых продуктов.

2. Перечислить и обосновать последовательность определения органолептических показателей.

3. Дать описание терминов «букет» и «аромат» пищевых продуктов. В чем состоит их различие?

4. Что такое сенсорный анализ?

5. Дать краткое описание основных терминов сенсорного анализа.

6. В чем состоит различие дискриминантных и дескриптивных методов органолептического анализа?

7. Дать характеристику балловых систем оценки качества пищевых продуктов. Привести примеры используемых балловых систем.

6. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Анализ химического состава пищевых продуктов проводят на соответствие массовой доли их основных компонентов (воды, жира, белка, углеводов, золы, кислотности, пищевых добавок) требованиям стандартов. Отклонения в содержании составных частей продуктов влияют на их пищевую ценность, органолептические свойства и стойкость при хранении.

6.1. Определение содержания влаги Во многих продуктах вода является количественно преобладающим компонентом. Она существенно влияет на качественные характеристики пищевого сырья и его устойчивость к воздействию микробиологических факторов. Содержание воды в пищевых продуктах зависит от особенностей химического состава, сроков и условий хранения.

Вода в биологических объектах присутствует в трех формах:

в виде свободной, слабо связанной и прочно связанной. Свободная вода, сохраняя подвижность до температуры замерзания около 0 С, служит растворителем многих веществ. Связанная вода прочно соединена с коллоидными веществами, образуя их гидратную оболочку, и не является растворителем. Слабо связанная вода замерзает при температуре –3 … –5 С. В процессе хранения происходит изменение соотношения между свободной и связанной водой, что влияет на свойства пищевых продуктов.

Существуют различные методы аналитического определения содержания воды. Наиболее распространены методы удаления воды высушиванием, отгонкой и поглощением осушителями. В качестве осушителей чаще всего используют обезвоженный перхлорат магния, сульфат кальция, сульфат натрия, оксид фосфора, хлорид кальция.

В настоящее время для определения влажности используют также химические методы и методы, основанные на измерении некоторых физических свойств продукта, например диэлектрической проницаемости. Указанный принцип положен в основу одного из вариантов дистанционного измерения влажности продукта.

Быстрым и универсальным способом определения воды в пищевых объектах является метод газожидкостной хроматографии метанольных экстрактов. Этот метод характеризуется высокой точностью и воспроизводимостью.

Метод высушивания – наиболее распространенный и универсальный способ определения воды в пищевых продуктах. Содержание воды определяют по потере массы испытываемых образцов при их высушивании. Свободную влагу удаляют при температуре, близкой к температуре кипения воды.

При повышенной температуре в образцах пищевых продуктов могут возникать побочные явления, связанные с развитием процессов дезаминирования и декарбоксилирования, образованием летучих соединений в результате термического разложения компонентов продукта, испарением летучих веществ и окислительными изменениями липидов при контакте с кислородом воздуха.

Увеличение массы исследуемых образцов за счет образования продуктов окисления липидов особенно значительным может быть при высушивании жиров или биоматериала с высокой массовой долей жира. Поэтому наиболее объективные результаты можно получить при высушивании образцов в условиях вакуума или в атмосфере инертных газов. Условия сушки необходимо подбирать с учетом особенностей состава и свойств высушиваемого материала.

Точность результатов и продолжительность высушивания зависят от температурного режима сушки и условий подготовки проб.

Обычно высушивание проводят при температуре, которая не превышает 105 С, до достижения постоянной массы образцов.

Ткани, содержащие нативные (неденатурированные) белки, следует сушить под вакуумом при температуре ниже температуры денатурации белков.

При сушке продуктов с невысокой массовой долей жира и высоким содержанием влаги температуру высушивания можно доводить до 150 С. При этом продолжительность сушки не должна превышать 1 ч.

Для ускорения сушки рекомендуется уменьшать толщину высушиваемого слоя и увеличивать пористость продукта, смешивая его с твердым инертным материалом, например песком. Песок, применяемый для этой цели, промывают водой, просеивают через сито с отверстиями 1–3 мм и настаивают с разбавленной соляной кислотой в течение суток. После обработки кислотой песок промывают водой до нейтральной реакции промывных вод на лакмус и высушивают при температуре 150 С. Скорость сушки можно увеличить, добавляя к материалу этанол.

В лабораторной практике высушивание под вакуумом проводят лишь в специальных случаях. Обычно продукты высушивают при атмосферном давлении. Для этого служат сушильные шкафы различного устройства. Наиболее удобны шкафы с электрическим обогревом и терморегулятором, позволяющим поддерживать определенную температуру.

Влажность определяют двумя способами – высушиванием до постоянного веса и высушиванием в течение строго определенного времени. В первом случае сушку ведут до тех пор, пока разница между двумя взвешиваниями после повторного высушивания не будет выходить за пределы установленной для данного опыта точности (в третьем знаке после запятой – для продуктов с высоким содержанием влаги, не более 0,0002 г – для продуктов с низким содержанием влаги). Во втором случае навеску сушат в течение времени, установленного в ходе предварительных опытов для определенных условий сушки (размеры бюксы, масса навески и температура высушивания и т. д.), регламентированных стандартом для данного продукта. Масса навески составляет от 2 до 3 г.

Для проведения анализов в режиме «on-line» удобно применять метод высушивания с помощью ламп инфракрасного излучения (обычно мощностью 500 Вт). Этот метод позволяет сократить продолжительность сушки до нескольких минут. Температура и продолжительность нагревания зависят от природы биоматериала. Поэтому для каждого вида биоматериала опытным путем должны быть определены соответствующие условия сушки (масса навески, толщина слоя, расстояние от источника излучения, продолжительность сушки и т. п.).

Лампу укрепляют на штативе в вертикальном положении.

Кюветы или бюксы с материалом, подлежащим сушке, устанавливают на асбестовый картон, фарфоровую или глиняную плитку в центр отбрасываемого лампой светового круга. Навеску измельченного продукта массой около 2 г, взвешенную с точностью до третьего знака после запятой, смешивают с двойным (по массе) количеством песка, переносят в бюксу и устанавливают под лампу инфракрасного излучения. Первое взвешивание бюксы с навеской производят через час сушки, повторные – через 30 мин. Каждый раз перед взвешиванием бюксу охлаждают в эксикаторе в течение 30 мин. Сушку ведут до тех пор, пока разница между двумя взвешиваниями не будет выходить за пределы установленной для данного опыта точности.

Общая продолжительность сушки не должна превышать 6 ч. Если в процессе сушки наблюдается увеличение массы образца вследствие побочных процессов, учитывают наименьшую массу.

При определении влаги высушиванием расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,3–0,5 %.

Массовую долю влаги (в процентах) вычисляют по формуле где m – масса бюксы, г; m1 – масса бюксы с навеской до высушивания, г; m2 – масса бюксы с навеской после высушивания, г.

В зависимости от количества минеральных веществ в организме человека и пищевых продуктах их подразделяют на макро- и микроэлементы. Так, если массовая доля элемента в организме превышает 10–2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10–3… 10–5 %. Если содержание элемента ниже 10–5 %, его считают ультрамикроэлементом.

К макроэлементам относят калий, натрий, кальций, магний, фосфор, хлор, серу.

Микроэлементы условно делят на две группы – абсолютно, или жизненно, необходимые микроэлементы (кобальт, железо, медь, цинк, марганец, йод, бром, фтор); так называемые вероятно необходимые микроэлементы (алюминий, стронций, молибден, селен, никель, ванадий и некоторые другие).

Микроэлементы называются жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма. К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций и железо, к избыточным – натрий и фосфор.

Общее содержание минеральных веществ может быть определено озолением. Зола представляет собой минеральную часть продукта, полученную после сжигания органических веществ. В состав минеральных веществ входят хлористые, карбонатные, фосфорные и сульфатные соли калия, натрия, аммония, магния, кальция. В небольших количествах в золе содержится железо, в микродозах – медь, цинк, стронций, барий, бор, кремний, олово, молибден, кобальт, никель и др.

Содержания золы дает приближенное представление о количестве минеральных веществ в продукте, так как процесс озоления может сопровождаться изменением их состава. Например, в зависимости от условий озоления карбонаты могут частично или полностью превращаться в оксиды с выделением двуокиси углерода; ортофосфаты – в пирофосфаты; сульфиды – в сульфаты; нитриты и нитраты частично переходят в оксиды. Повышение температуры может сопровождаться потерями серы, фосфора, хлора. При озолении продуктов, содержащих относительно высокое количество хлоридов, могут наблюдаться потери железа, свинца, алюминия и меди благодаря образованию летучих хлоридов этих металлов.

В состав золы входят элементы, которые содержались в органических компонентах продукта до его минерализации. При определенных условиях минерализации проб может быть обеспечен сравнительно постоянный состав золы, что позволяет получить сопоставимые результаты. В настоящее время для определения содержания золы используют несколько методов: метод без предварительного высушивания навески, ускоренный метод и метод определения минеральных веществ, не растворимых в 10 %-м растворе соляной кислоты. Метод без предварительного высушивания навески применяют в том случае, если содержание влаги в продукте не превышает 20 %.

Для повышения скорости озоления и снижения потерь летучих компонентов к навеске продукта массой около 2 г, взвешенной с точностью до третьего знака после запятой, добавляют 0,2–0,3 г ацетата магния, азотной кислоты и ее солей, серную кислоту, пероксид водорода.

Органическую часть продукта сжигают при температуре 500–800 С.

Массовую долю золы (в процентах) вычисляют по формуле где m – навеска исследуемого образца продукта, г; m1 – масса тигля, г;

m2 – масса тигля с золой, г.

Липиды широко распространены в природе и вместе с белками и углеводами составляют основную массу органических веществ всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки.

Липиды не растворимы в воде (гидрофобны), хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.).

По химическому строению липиды являются производными жирных кислот, спиртов, альдегидов, построенных с помощью сложноэфирной, простой эфирной, фосфоэфирной, гликозидной связей.

Липиды делятся на две основные группы – простые и сложные липиды. К простым нейтральным липидам, не содержащим атомов азота, фосфора и серы, относят производные высших жирных кислот и спиртов, глицериды, воски, эфиры холестерина, гликопептиды и другие соединения.

Молекулы сложных липидов содержат в своем составе не только остатки высокомолекулярных карбоновых кислот, но и фосфорную или серную кислоту.

Жиры являются важными компонентами пищевого сырья, полуфабрикатов и готовых пищевых продуктов, во многом определяя их пищевую и биологическую полноценность и вкусовые качества.

Большинство методов количественного определения жира основано на его извлечении органическими растворителями и последующем определении количества жира в экстракте. Для извлечения жира применяют растворители с низкой температурой кипения, удаление которых из жира не представляет затруднений. Чаще всего используют серный или петролейный эфир, хлороформ, дихлорэтан.

Петролейный эфир имеет преимущество перед другими растворителями, поскольку извлекает меньше веществ, сопутствующих жирам. На экстрагирующую способность жира влияет наличие в нем посторонних примесей, в частности воды.

Полнота извлечения жира из пищевых объектов растворителями зависит от характера и степени взаимодействия липидов с другими компонентами продукта, содержания в нем влаги, структуры, соотношения растворителя и жиросодержащего материала, а также продолжительности экстрагирования. Более полно липиды извлекаются бинарными смесями растворителей с разными полярными свойствами, например смесью хлороформа с метанолом и хлороформа с этанолом.

Вода, содержащаяся в тканях, препятствует диффузии жира из материала в растворитель, поэтому прибегают к обезвоживанию материала перед экстракцией. Измельченные пробы рекомендуется перед экстракцией растирать с песком.

Наряду с высушиванием при повышенной температуре применяют способ, при котором пробы исследуемого материала растирают с нейтральными водоотнимающими веществами, например безводным сульфатом натрия, а также обезвоживание материала настаиванием или кипячением со спиртом. Чаще всего жир определяют методом Сокслета. Устройство экстрактора Сокслета показано на рис. 6.1.

Методом Сокслета извлекают не только липиды, но и сопутствующие им вещества (фосфатиды, стерины, свободные жирные кислоты, красящие вещества), поэтому определяемый таким образом жир называют «сырым жиром».

Полученный экстракт используют для количественного определения жира, кислотного и перекисного чисел.

Для экстракции липидов с последующим хроматографированием экстрактов применяют метод Фолча, который основан на экстракции липидов из тканей хлороформ-метаноловой смесью. Данный метод позволяет выделить как полярные, так и неполярные липиды и полностью сохранить фракцию фосфолипидов. Полученный экстракт липидов используют для исследования фракционного состава липидов и их жирно-кислотного состава.

Метод количественного определения липидов по Сокслету основан на взвешивании жира, извлеченного растворителем из сухой навески исследуемого образца в экстракторе Сокслета. Навеска воздушно-сухого вещества в этом случае составляет от 3 до 5 г.

1 – растворитель; 2 – колба для кипячения экстрагента; 3 – трубка для паров растворителя; 4 – патрон из пористого материала; 5 – сухая смесь; 6 – сифон;

7 – слив сифона; 8 – шлифовой переходник (в случае необходимости);

9 – обратный холодильник; 10, 11 – патрубки для холодной воды Содержание жира (в процентах) вычисляют по формуле где m1 – вес колбы до экстракции, г; m2 – вес колбы после экстракции, г;

m – навеска исследуемого продукта, г.

Рефрактометрический метод применяют для определения жиров в мучных кулинарных, сдобных булочных и мучных кондитерских полуфабрикатах и изделиях, овощных полуфабрикатах, консервированных продуктах.

Метод основан на том, что при растворении жира показатель преломления растворителя снижается пропорционально содержанию жира. По разности между показателями преломления чистого растворителя и раствора жира определяют массовую долю последнего.

6.4. Определение содержания белковых веществ Белки – высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения. В природе существует примерно от 1010 до 1012 различных белков, содержание которых в биологических объектах зависит от ряда факторов: климатических условий, урожайности, биологических особенностей.

По своему строению белки являются высокомолекулярными соединениями, состоящими из аминокислот. Соединенные амидной (пептидной) связью аминокислоты образуют полипептиды простого (протеина) и сложного (протеида) строения. В состав протеидов дополнительно входят небелковые вещества (липиды, углеводы и т. д.).

В среднем белковые молекулы содержат: 50–54 % углерода;

15–18 % азота; 20–23 % кислорода; 6–8 % водорода и 0,3–2,5 % серы.

При проведении производственного анализа содержание белковых веществ подсчитывают не по белковому, а по общему азоту, входящему в состав всех органических и неорганических веществ.

Такое отклонение в точности определения содержания белков вполне допустимо.

Обычно содержание общего азота в пищевых продуктах определяют с использованием метода Кьельдаля. В целях упрощения и сокращения длительности анализа этот метод неоднократно подвергался модификации. В настоящее время разработаны высокопроизводительные автоматические анализаторы типа «Кьельфос».

Минерализацию (сжигание) производят нагреванием навески продукта с концентрированной серной кислотой в присутствии катализаторов (сернокислой меди или пероксида водорода), а также веществ, повышающих температуру кипения смеси (сульфата натрия или калия). Минерализация органических веществ протекает в четыре стадии по нижеприведенной схеме.

1. Гидролитический распад:

R' CH2 CH COOH 2. Декарбоксилирование:

4. Связывание кислотой:

Из образовавшегося сернокислого аммония аммиак вытесняют концентрированной щелочью:

Выделяющийся аммиак отгоняют и улавливают титрованным раствором серной кислоты, которую берут в избытке:

Содержание общего азота (в процентах) рассчитывают по формуле где V – объем 0,1 М раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование серной кислоты в контрольной пробе, см3; V1 – объем 0,1 М раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование избытка серной кислоты в рабочей пробе, см3; K – коэффициент пересчета на точный титр 0,1 М раствора гидроксида натрия, г;

0,0014 – количество азота, эквивалентное 1 см3 0,1 М раствора гидроксида натрия, г; m – масса навески образца, г.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,2 %. Вычисление проводят до второго знака после запятой.

Для определения азота истинных белков исследуемый образец смешивают с водой и прибавляют к смеси соответствующий реактив, осаждающий белок. Выпавший осадок белка отфильтровывают, затем проводят определение азота в осадке и фильтрате. Азот осадка соответствует белковому азоту, а азот фильтрата – небелковому. Зная содержание общего азота в образце, можно ограничиться определением азота только в осадке или в фильтрате. По разности между общим азотом и азотом, найденным в осадке или фильтрате, судят о количестве белкового и небелкового азота.

Колориметрический метод определения содержания белка (метод Лоури) основан на цветной реакции белков с реактивом Фолина.

Интенсивность окраски определяют на фотоэлектроколориметре с красным светофильтром или на спектрофотометре при длине волны 750 нм. Количество белка в растворе находят по калибровочной кривой. Метод применяют для определения содержания белка в растворах с концентрацией от 10 до 100 мкг.

В основе биуретового метода определения содержания белка лежит биуретовая реакция.

Имеются различные методы определения содержания азота, например метод Дюма. Метод заключается в разложении органического соединения в атмосфере оксида углерода до газообразного состояния с последующим измерением объема азота N2.

Широкое распространение получил метод инфракрасной спектроскопии, в основе которого лежит поглощение молекулами белков света с определенной длиной волны. Приборы калибруют по образцам с известным содержанием белка (эталонам), определяемым по методу Кьельдаля.

Известны методы количественного определения белка, основанные на различной степени помутнения (нефелометрический метод) и способности белков адсорбировать красители (кумасси синий R-250, амидочерный и др.). Данные методы характеризуются высокой точностью и простотой определения, хотя имеют ряд ограничений.

Массовую долю белка в пищевых продуктах определяют также колориметрическим методом, основанным на способности белков при рН ниже изоэлектрической точки связывать кислотные красители с образованием нерастворимых комплексов. При этом интенсивность окраски раствора уменьшается обратно пропорционально количеству белка. После удаления нерастворимого комплекса измеряют оптическую плотность раствора и по градуировочному графику определяют массовую долю белка.

Определение массовой доли белков методом формольного титрования применяют для контроля массовой доли белка в молоке кислотностью не более 22 С. Он основан на реакции щелочных аминогрупп белка с формалином, в результате которой высвобождаются карбоксильные группы белка. При этом повышается титруемая кислотность молока, по приросту которой и определяют массовую долю белка.

Для определения массовой доли белка в молоке применяют также рефрактометрический метод, основанный на изменении показателей преломления молока и безбелковой молочной сыворотки, полученной из того же образца молока, разность между которыми пропорциональна массовой доле белка в молоке.

6.5. Определение содержания углеводов Углеводы представляют собой обширную группу органических соединений, характерных главным образом для пищевого сырья и продуктов растительного происхождения. Доля углеводов в растительном сырье составляет около 90 % от общего количества сухих веществ.

Все углеводы подразделяются на три группы: моносахариды (монозы); олигосахариды, или кристаллические полисахариды, молекулы которых состоят из 2–10 остатков моноз; высшие, или коллоидные, полисахариды (полиозы), в состав которых входят более 10 остатков моносахаридов.

Моно- и олигосахариды образуют в воде истинные растворы, из которых способны кристаллизоваться; обладают сладким вкусом.

Высшие полисахариды относятся к высокомолекулярным веществам.

В отличие от моно- и олигосахаридов их называют коллоидными, или некристаллизующимися, углеводами.

Моносахариды, окисляясь в щелочной среде, восстанавливают соли меди (II), соли окиси висмута и соли серебра. Это свойство моносахаридов используется для количественного определения так называемых восстанавливающих (или редуцирующих) моносахаридов, молекулы которых содержат карбонильную группу.

Для определения моно- и олигосахаридов используют их восстанавливающую способность. Сначала их извлекают из пищевых продуктов 80 %-м этиловым спиртом. Спиртовые экстракты упаривают под вакуумом, разбавляют горячей водой и фильтруют. При анализе продуктов с высоким содержанием белка и фенольных соединений фильтрат дополнительно обрабатывают нейтральным раствором ацетата свинца, избыток которого удаляют сульфатом, фосфатом или оксалатом натрия. Осадок отфильтровывают, а в фильтрате определяют восстанавливающие (редуцирующие) сахара с использованием гесацианоферрата (III) калия, фелинговой жидкости или йодометрически. Для определения сахарозы (совместно с редуцирующими сахарами) ее необходимо предварительно гидролизовать.

При повышении температуры происходит частичное ферментативное расщепление дисахаридов, полисахаридов, а также фосфорных эфиров сахаров. Длительное выдерживание проб при высокой температуре ведет к частичному разрушению фруктозы.

Качественный и количественный анализ отдельных сахаров проводят методами газожидкостной, ионообменной или жидкостной хроматографии высокого разрешения.

Определение крахмала основано на определении полученной при его гидролизе глюкозы с помощью химических методов или с использованием поляриметрии. Предварительно необходимо удалить моно- и олигосахариды, для чего используют их экстракцию 80 %-м этанолом. Затем крахмал извлекают из продукта каким-либо способом, например растворением пробы сначала в холодной, а затем в горячей воде. После чего освобождают от белков путем обработки полученного раствора фосфорно-вольфрамовой кислотой, ацетатом цинка, гексацианоферратом (III) калия или другими осадителями белка.

Как правило, определение крахмала проводят путем определения глюкозы после ферметативного или кислотного гидролиза. Для расчета используют соответствующие коэффициенты.

Для определения декстринов их извлекают теплой (40 С) водой и осаждают 96 %-м этанолом. После этого проводят гидролиз и в полученном гидролизате определяют глюкозу.

Общее содержание пищевых волокон (лигнин + неусваиваемые углеводы) обычно определяют гравиметрическим методом. Анализ заключается в использовании приема фракционирования: сначала растворяют крахмал и белки при помощи ферментов, имитирующих их расщепление в желудочно-кишечном тракте человека (-амилаза, пепсин, панкреатин); далее растворимые пищевые волокна осаждают спиртом, фильтруют, осадок взвешивают.

Определение пектина основано на его извлечении из продукта, осаждении и взвешивании. Для извлечения растворимого пектина применяют экстракцию холодной водой с последующим кипячением.

Для извлечения протопектина навеску продукта после извлечения растворимого пектина кипятят с соляной кислотой.

Для продуктов с высоким содержанием крахмала используют специальные приемы его предварительного отделения, после чего для осаждения пектина проводят реакцию с хлоридом кальция. В полученном осадке определяют содержание кальция с помощью комплексонометрического титрования, а полученные результаты используют для расчета содержания пектина.

Количественное определение пектиновых веществ основано на их свойстве давать окрашенный комплекс с карбазолом. Карбазольный метод основан на образовании специфической фиолетоворозовой окраски в результате взаимодействия уроновых кислот с карбазолом в сернокислой среде. Образующийся 5-карбоксифурфурол обладает максимумом поглощения при 535 нм.

Гемицеллюлозы гидролизуются труднее, чем пектин, поэтому их определяют после удаления пектинов. Определение гемицеллюлоз основано на определении восстанавливающих сахаров, полученных при кислотном или щелочном гидролизе.

Метод определения клетчатки основан на проведении гидролиза легкорастворимых углеводов при соответствующих условиях и получении негидролизуемого остатка, который взвешивают.

Метод Бертрана основан на окислении сахаров реактивами, в состав которых медь входит в виде растворимого комплексного соединения – реактива Феллинга, представляющего собой смесь медного купороса (CuSO4 5 Н2О) с сегнетовой солью (KNaC4H4O6 4 Н2О) в щелочной среде.

Цианидный метод применяют для определения содержания хлеба в рубленых полуфабрикатах из мяса (птицы, рыбы); риса в фаршах; муки и манной крупы в творожных изделиях; сахарозы в сладких и вторых блюдах и напитках, а также лактозы в молочных продуктах. Метод основан на способности редуцирующих сахаров восстанавливать в щелочных средах железосинеродистый калий в железисто-синеродистый. Окончание процесса окисления редуцирующих сахаров определяют по индикатору, в качестве которого используют метиленовый голубой. Метод можно использовать при содержании сахаров в пробе от 0,2 до 2 %.

С помощью рефрактометрического метода определяют содержание сахара в напитках (чай, кофе с сахаром, кофе и какао с молоком), сладких блюдах (плодово-ягодных киселях и молочных муссах, желе), в бисквитах, в некоторых кремовых изделиях.

Для определения сахарозы, фруктозы и других кетосахаров в растительных продуктах и сырье используют метод Мак-Рери и Слаттери, основанный на способности кетосахаров давать окраску с резоцином в кислой среде.

6.6. Определение содержания витаминов Витамины – низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, выполняющие роль биорегуляторов процессов, протекающих в живом организме. Это важнейший класс незаменимых пищевых веществ. Для нормальной жизнедеятельности человека витамины необходимы в небольших количествах, но поскольку организм не синтезирует витамины или синтезирует их в недостаточном количестве, они должны поступать с пищей.

Из витаминов образуются коферменты или простетические группы ферментов, некоторые из них участвуют в транспортных процессах через клеточные барьеры, в защите компонентов биологических мембран и т. д.

Отсутствие или недостаток в организме витаминов вызывает болезни недостаточности – гиповитаминозы, обусловленные длительным недостатком витаминов, и авитаминозы, вызванные отсутствием или резко выраженным глубоким дефицитом витаминов.

В настоящее время известны свыше 13 соединений, относящихся к витаминам. Различают собственно витамины и витаминоподобные соединения, полная незаменимость которых не всегда доказана. К последним относятся биофлавоноиды (витамин Р), пангамовая кислота (витамин В15), парааминобензойная кислота (витамин Н1), оротовая кислота (витамин В13), холин (витамин В4), инозит (витамин Н3), метилметионинсульфоний (витамин U), липоевая кислота, карнитин.

В некоторых продуктах содержатся провитаминные соединения, способные превращаться в организме человека в витамины, например, -каротин, являющийся предшественником витамина А;

эргостеролы, превращающиеся под воздействием ультрафиолетовых лучей в витамин Д.

По растворимости витамины подразделяются на две группы:

водорастворимые, в том числе В1, В2, В6, РР, С и др.; жирорастворимые, например витамины А, Д, Е, К.

Группа соединений, близких к витаминам по построению, которые способны конкурировать с витаминами, замещая их в ферментных системах, но не обладающие витаминной активностью, получили название антивитаминов.

При производстве пищевых продуктов предусмотрен контроль за содержанием витаминов. Добавляемыми и контролируемыми витаминами в плодоовощных консервах являются витамин С и каротин.

Витамины В1 и В2 определяют при установлении пищевой ценности продуктов животного происхождения.

Витамин С присутствует в плодах и овощах в виде аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот. Обе формы являются физиологически активными, поэтому необходимо определить их суммарное содержание.

В свежеприготовленных продуктах преобладает аскорбиновая кислота, поэтому для контроля содержания витамина С используют упрощенные методы.

В процессе хранения часть аскорбиновой кислоты окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, а часть разрушается. Поэтому с целью контроля за содержанием витамина С в продуктах в процессе их хранения используют либо потенциометрический метод, основанный на реакции восстановления дегидроаскорбиновой кислоты -цистеином, либо флуориметрический метод.

Упрощенный титриметрический метод определения содержания витамина С в пищевых продуктах основан на извлечении аскорбиновой кислоты свободной и связанной форм из продукта раствором соляной кислоты с последующим визуальным или потенциометрическим титрованием полученных экстрактов раствором 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия (краска Тильманса). Метод может быть использован для определения содержания аскорбиновой кислоты в продуктах, содержащих более 2 мг аскорбиновой кислоты в 1 кг или 1 дм3 продукта.

Флуориметрический метод определения содержания витамина С в пищевых продуктах основан на взаимодействии дегидроаскорбиновой кислоты с о-фенилендиамином с образованием флуоресцирующего соединения, интенсивность флуоресценции которого пропорциональна концентрации витамина С в растворе.

Существующие в настоящее время методы определения каротина позволяют определять сумму изомеров каротина (-, - и -каротины), поэтому правильнее говорить о методе определения содержания каротинов.

Фотометрический метод определения содержания каротинов основан на их извлечении из продукта органическими растворителями. Также используют метод, основанный на экстракции каротинов из продукта ацетоном и их последующем хроматографическом определении на колонке с окисью алюминия.

Для разделения каротиноидов используют хроматографию на бумаге или в тонком слое. Разделение каротиноидов хроматографией в тонких слоях дает возможность выделить изомеры - и -каротина.

Методы определения витаминов В1 и В2 приведены в ГОСТ 25999–83 «Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения витаминов В1 и В2». Для определения содержания витаминов В1 и В2 навеску продукта подвергают кислотному гидролизу кипячением в растворе соляной кислоты, затем ферментативному гидролизу с использованием следующих ферментных препаратов:

амилоризина П10Х и пектаваморина П10Х.

Для определения витамина В1 полученный гидролизат очищают катионитом, окисляют в тиохром и измеряют интенсивность флуоресценции при длинах волн 320–390 нм возбуждающего и 400–580 нм излучаемого света.

При определении витамина В2 в слабоокрашенных овощных, фруктовых и ягодных продуктах в полученном гидролизате проводят окисление пигментов перманганатом калия, затем восстанавливают витамин В2 гидросульфатом натрия и измеряют интенсивность флуоресценции до и после восстановления при длинах волн 360–480 нм возбуждающего и 510–650 нм излучаемого света.

При определении витамина В2 в интенсивно окрашенных консервированных продуктах, а также в овощных консервах с мясом и крупами в полученном гидролизате пигменты окисляют перманганатом калия, затем облучают раствор светом лампы накаливания в течение 40 мин для перехода рибофлавина в люмифлавин, после чего экстрагируют люмифлавин хлороформом и измеряют интенсивность флуоресценции при длинах волн 360–480 нм возбуждающего и 510–650 нм излучаемого света.

6.7. Определение титруемой кислотности Кислотность обусловливает вкусовые свойства продуктов и является показателем их свежести и доброкачественности.

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

Метод определения титруемой кислотности основан на нейтрализации водных вытяжек, извлеченных из навесок исследуемого продукта раствором щелочи. Обычно для титрования применяют 0,1 н.

раствор щелочи натрия, который удобно готовить из фиксанала.

В этом случае поправочный коэффициент к его титру равен единице.

Окончание процесса нейтрализации определяют по изменению окраски внесенного индикатора. В качестве индикатора наиболее часто применяют 1 %-й спиртовой раствор фенолфталеина, в этом случае титрование вытяжки ведут 0,1 н. раствором едкого натрия до устойчивого слабо-розового окрашивания.

При титровании окрашенных вытяжек их разбавляют дистиллированной водой в два–три раза и титруют в присутствии фенолфталеина до изменения цвета вытяжки, что устанавливают сравнением с цветом такой же, но не титрованной пробы (контроль).

Титрование вытяжки и сравнение ее с контрольным образцом проводят на белом фоне (колбы размещают на белом листе бумаги).

Окрашенные вытяжки можно титровать щелочью в присутствии 0,1 %-го спиртового раствора тимолфталеина. Окончание титрования определяют по получению устойчивой синей окраски.

Титрование можно проводить потенциометрическим методом.

Обычно его применяют для титрования окрашенных вытяжек из растительной ткани. В этом случае окончание нейтрализации определяют по изменению электропроводности исследуемого раствора с помощью потенциометра.

Содержание органических кислот и кислых солей (в процентах) рассчитывают по формуле где Vт – объем 0,1 н. раствора NaOH, пошедшего на титрование, мл;

K – коэффициент пересчета на преобладающую кислоту; Р – степень разбавления; Vэ – объем вытяжки из исследуемого продукта, взятой для титрования, мл; m – навеска продукта, г.

Кислотность продуктов, содержащих различные кислоты и значительное количество кислых солей, выражают в градусах. Под градусом кислотности понимают объем 0,1 н. раствора NaOH, необходимого для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 г исследуемого продукта.

В процентах к преобладающей кислоте выражают кислотность плодово-ягодных соков (яблочная), маринадов (уксусная), квашеных овощей (молочная).

Кислотность молочных продуктов выражают в градусах Тернера, означающих объем 0,1 н. раствора NaOH, необходимого для нейтрализации кислот, содержащихся в 100 мл или 100 г продукта.

Кислотность жиров выражают в миллиграммах КОН, необходимого для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г исследуемого жира.

1. Перечислить основные показатели, характеризующие химиический состав пищевого сырья и продуктов его переработки.

2. Дать описание метода определения содержания влаги в пищевых продуктах.

3. Дать описание методов определения содержания жира в пищевом сырье и продуктах.

4. Дать описание метода определения содержания белка в пищевых продуктах.

5. Дать описание метода определения содержания золы в пищевых продуктах.

6. Перечислить основные методы определения содержания углеводов в пищевых продуктах.

7. Перечислить основные группы витаминов, контролируемых в пищевых продуктах.

8. Дать описание метода определения содержания титруемой кислотности в пищевых продуктах.

7. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

При прохождении светового луча через поверхность раздела двух сред он отклоняется от первоначального направления, т. е.

преломляется. Величина угла отклонения зависит от концентрации и температуры вещества. Углы падения и преломления связаны соотношением, которое называется показателем преломления (рефракции). Метод измерения показателя преломления называется рефрактометрией.

Оптически активными (анизотропными) называются вещества, обладающие свойством изменять направление электромагнитных колебаний при прохождении поляризованного света.

Метод измерения угла поворота плоскости поляризации света раствором, содержащим оптически активное вещество, называется поляриметрией.

7.1. Теория и практика рефрактометрии Если монохроматический луч Р проходит через поверхность раздела двух сред, то луч Q проходит через вторую среду, изменяя при этом направление движения, т. е. преломляется (рис. 7.1).

Преломление луча света описывается законом Снеллиуса:

где 1 – угол падения, град; 2 – угол преломления, град; n1 и n2 – показатели преломления первой и второй сред.

В большинстве случаев при измерении показателей преломления в качестве стандартной среды используют вакуум. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде называют абсолютным показателем преломления этой среды.

В некоторых случаях абсолютным считают показатель преломления, рассчитанный по отношению к воздуху, что не вносит большой ошибки, так как нет существенной разницы при распространении электромагнитной волны в воздухе и вакууме (в некоторых источниках эту величину называют относительным показателем преломления, отнесенным к воздуху). Показатель преломления среды по отношению к воздуху на 0,03 % меньше абсолютного показателя преломления по отношению к вакууму.

Рис. 7.1. Схема преломления луча света, проходящего Измерение показателя преломления проводят в монохроматическом свете с известной длиной волны. Для этого обычно используют спектральную линию желтого натриевого пламени (D-линия, = 583,3 нм) или три спектральные линии водорода (H-линия, = 656,3 нм; H-линия, = 486,1 нм; H-линия, = 434,1 нм). Длину волны, при которой был измерен показатель преломления, обозначают соответствующим индексом, например: nD, n, n или n.

Показатель преломления зависит от температуры и концентрации раствора, а также от длины волны проходящего света. Поэтому рефрактометрические измерения принято выполнять при температуре 20 С. Если измерения проводят при температуре выше или ниже 20 С, то значение показателя преломления приводят к 20 С по формуле где n20 – показатель преломления при температуре 20 С; nt – показатель преломления при температуре опыта; t – температура опыта, С;

0,00035 – поправка к показателю.

Для измерения показателя преломления жидких веществ и растворов применяют приборы, называемые рефрактометрами. Большинство рефрактометров устроены так, что исследуемое вещество помещается между двумя призмами (двумя половинами призмы).

Свет, пропущенный через призму, преломляясь или отражаясь от границы раздела сред (призма–вещество), освещает только часть шкалы, образуя достаточно резкую границу света и тени. Положение этой границы на шкале зависит от угла полного внутреннего отражения исследуемого вещества. На шкале указаны показатели преломления, соответствующие различным значениям угла полного внутреннего отражения.

Для определения составных частей сырья и готовой продукции используют рефрактометр ИРФ-454 (рис. 7.2, а) и рефрактометр ИРФ-464 (см. рис. 7.2, б) и др.

Рис. 7.2. Рефрактометры ИРФ-454 (а) и ИРФ-464 (б) Лабораторные рефрактометры позволяют измерять показатели преломления в интервале температур от 0 до 80 С. Рефрактометры специального назначения позволяют осуществлять измерения в интервале температур от 0 до 200 С.

Показатель преломления прозрачных сред определяют в проходящем свете, полупрозрачных – в отраженном. В этом случае контрастность значительно хуже, чем при измерении в проходящем свете.

Для измерения показателя преломления прозрачных тел на поверхность измерительной призмы рефрактометра наносят каплю жидкости, показатель преломления которой выше, чем у исследуемой жидкости (например, монобромнафталин). Затем плотно прикладывают полированную плоскую поверхность измеряемого тела, причем освещающая призма остается открытой.

Показатель преломления сильноокрашенных жидкостей определяют в отраженном свете, нанося вещество прямо на поверхность измерительной призмы. Если температура плавления вещества находится в диапазоне температур, регулируемых термостатом, то измеряют показатель преломления вещества в расплавленном состоянии.

Рефрактометрию широко используют для анализа содержания углеводов в пищевых продуктах, а также для определения массовой доли сухих веществ в томатопродуктах, сладкой консервной продукции, соках, патоке и т. д.

Шкала рефрактометра градуирована таким образом, что когда прибор установлен по дистиллированной воде, содержание сухих веществ (правая шкала) равно 0, а показатель преломления – 1,333.

При нанесении на измерительную призму исследуемой жидкости происходит сдвиг границы светотени и соответственно изменяются показания прибора.

Содержание сухих веществ (СВ) в процентах вычисляют по формуле где а – содержание сухих веществ по рефрактометру с учетом поправки на температуру, % Показатель преломления характеризует чистоту, насыщенность и степень окисленности жиров. По величине показателя преломления можно судить о природе масла, его чистоте и степени окисленности.

Интервалы значений показателя преломления для некоторых пищевых жиров и масел:

подсолнечное масло – от 1,4736 до 1,4762;

кукурузное масло – от 1,4720 до 1,4740;

свиной жир – от 1,4536 до 1,4588.

Показатель преломления возрастает при увеличении молекулярной массы жира в результате присоединения кислорода.

Существенным недостатком рефрактометрии является испарение жидкости с поверхности измерительной призмы рефрактометра.

Атомы в составе молекул некоторых веществ способны поляризоваться, т. е. приобретать дипольный момент в электрическом поле.

Поляризация атомов обусловлена смещением в молекуле атомов разного типа, что связано с несимметричным распределением электронной плотности в молекуле. Вещества, содержащие такие асимметрические атомы, обладают оптической активностью. Они способны вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через исследуемое вещество света.

Величина угла вращения зависит от концентрации вещества, поэтому поляриметрию широко применяют для измерения концентрации оптически активных веществ, например сахаров.

Если оптическая активность обусловлена особенностями строения их кристаллической решетки, то вещество проявляет оптическую активность только в кристаллическом состоянии. Если оптическая активность обусловлена особенностями молекулярного строения вещества, то она проявляется только в растворах. К веществам последней группы относятся сахароза, фруктоза, глюкоза, винная кислота. Для их количественного определения используют поляриметрию.

Оптическая активность вещества характеризуется удельным вращением. Под удельным вращением понимают угол поворота плоскости поляризации при прохождении поляризованного луча через раствор, в 1 мл которого содержится 1 г растворенного вещества, при толщине слоя раствора 1 дм.

Под плоскостью поляризации понимают плоскость, проходящую через поляризованный луч перпендикулярно направлению его колебаний.

Удельное вращение [] 20 зависит от природы исследуемого вещества и растворителя, температуры, толщины слоя исследуемого раствора, поэтому его величину измеряют при температуре 20 С и относят к желтой линии натрия D, указывая используемый растворитель.

Угол вращения плоскости поляризации [] определяют по формуле где [ ] – удельное вращение, град.; l – длина трубки, дм; C – концентрация исследуемого вещества, г/100 мл;

Для расчета концентрации вещества C (г/100 мл) используют формулу Исследования оптически активных веществ осуществляют путем использования поляриметров (рис 7.3, а) или сахариметров (см. рис. 7.3, б), с помощью которых можно определять содержание сахарозы.

Рис. 7.3. Общий вид поляриметра (а) и сахариметра СУ-5 (б) 1. Дать краткое описание теоретических и практических аспектов применения рефрактометрии для анализа состава пищевых продуктов.

2. В чем состоят особенности измерений показателя преломления пищевых продуктов?

3. Перечислить принципы работы рефрактометра.

4. Привести примеры применения поляриметрии для анализа состава пищевых продуктов.

5. Дать определение понятия «оптическая активность».

6. Что такое удельное вращение плоскости поляризации?

8. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

При оценке качества пищевых продуктов большое значение уделяется их консистенции. Наряду с условными, субъективными методами оценки консистенции пищевых продуктов все чаще применяют структурно-механические, или реологические, методы исследования.

Реология – сравнительно молодая наука, сформировавшаяся как самостоятельная часть физико-химической механики. Она изучает течение и деформации различных веществ и материалов, широко используя при этом основные положения механики и теории упругости.

Все реальные тела способны деформироваться под воздействием внешних сил, т. е. изменять свою форму и размеры.

Под деформацией понимают относительное смещение частиц тела, при котором не нарушается его непрерывность.

Деформация называется упругой, если она исчезает после снятия нагрузки, и остаточной, если после снятия нагрузки она сохраняется.

Величина и характер деформации обусловлены свойствами материала тела, его формой и способом приложения внешних сил.

При деформировании тела возникают внутренние силы взаимодействия его отдельных частиц. Меру интенсивности этих внутренних сил называют напряжением.

После прекращения воздействия на тело внешних сил напряжения частично или полностью рассасываются вследствие теплового движения молекул или других элементов структуры. Процесс убывания напряжений во времени называется релаксацией. Время релаксации является важной структурно-механической характеристикой тела.

Остаточная (необратимая) деформация – это вязкое и пластическое течение материала. При вязком течении деформация пропорциональна напряжению по закону Ньютона, после снятия нагрузки такая деформация не восстанавливается.

Пластическая деформация возникает при напряжении, превышающем некоторую предельную величину, называемую пределом текучести, до достижения которой материал ведет себя как упругий.

К реологическим свойствам тела относятся вязкость, упругость, эластичность и прочность.

Вязкость, или внутреннее трение, – свойство тел, обусловливающее сопротивление относительному перемещению его слоев (течению под воздействием внешних сил). Для твердых тел – это сопротивление развитию остаточных деформаций.

Упругость – способность тел сопротивляться изменению их объема и формы под действием внешних сил, т. е. способность тела восстанавливать свою форму после снятия нагрузки.

Эластичность – способность тела при незначительных усилиях испытывать более или менее значительные упругие обратимые деформации без разрушения его структуры. Отличие эластичности от упругости состоит в том, что упругость проявляется мгновенно, а эластичность – во времени.

Прочность – способность тела сопротивляться разрушению.

Все законы реологии разработаны для идеальных тел.

Известны три основные модели идеальных тел: идеально упругое тело, идеально пластичное тело и идеально вязкая, или ньютоновская, жидкость. Однако ни один из реальных пищевых материалов не может быть полностью уподоблен ни одному из указанных идеальных тел.

Чаще всего пищевые системы соответствуют сложным моделям, представляющим собой комбинацию простых, т. е. являются или упругопластичными, или упруговязкими, или вязкопластичными телами. Причем в зависимости от условий (температуры, влажности, давления, способа и скорости приложения нагрузки) то одни, то другие свойства проявляются в большей или меньшей степени.

Поэтому при изучении реологических свойств пищевых систем обязательно указывают условия испытаний, в противном случае полученные результаты являются несопоставимыми.

Многие пищевые массы, помимо твердого и жидкого состояний, образуют структуры, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение. К таковым относятся белковые и углеводные студни, суспензии различной концентрации (вплоть до паст), эмульсии и пены. Наличие внутренней структуры придает таким системам определенные механические свойства (упругость, пластичность, вязкость, прочность), которые объективно характеризуют их консистенцию. Механические свойства пищевых систем зависят от природы входящих веществ и их соотношения, а также от сил взаимодействия между ними.

8.2. Основы реологии жидких и твердых Как было указано ранее, реология изучает деформацию и течение пищевых продуктов в четко определенных условиях. Эти условия могут быть выражены в терминах скорости деформации либо величиной приложенного напряжения или деформации. Пищевые продукты с разными внутренними структурами и связями различным образом реагируют на созданные условия.

В простейшем случае создаваемое в жидкости напряжение сдвига (касательное напряжение) прямо пропорционально скорости деформации, или скорости сдвига. В этом случае жидкость называют ньютоновской, ее течение можно описать уравнением где – напряжение сдвига, Па; µ – вязкость, Па·с; – скорость сдвига, с–1.

Коэффициент пропорциональности µ между напряжением сдвига и скоростью сдвига называется вязкостью жидкости и, согласно определению, данному Паскалем в 1663 г., может рассматриваться в качестве меры ее внутреннего трения, т. е. способности сопротивляться движению в ответ на приложенное напряжение сдвига.

Принципы работы многих современных приборов основаны на модели двух поверхностей, одна их которых неподвижна, а вторая находится в движении. При этом для оценки вязкости жидкости измеряют скорость на одной из поверхностей.

Поскольку ньютоновские жидкости имеют сравнительно простую форму кривых течения (рис. 8.1, а), они могут быть охарактеризованы только одним параметром – вязкостью. Для количественного выражения реологических характеристик таких жидкостей достаточно проведения однократного эксперимента, в котором измеряют напряжение сдвига на одной поверхности при одной скорости сдвига. К сожалению, только немногие жидкости подчиняются этой простой зависимости: вода, молоко, растительные масла, некоторые разбавленные растворы.

Течение большинства пищевых жидкостей, которые не являются ньютоновскими, можно описать с помощью показанных на рис. 8. кривых b, с или d. Вязкость таких жидкостей нельзя измерить с помощью единственной скорости сдвига, как в случае ньютоновских жидкостей. Более того, существует немало жидких пищевых продуктов, напряжение сдвига которых зависит не только от скорости сдвига, но и от времени.

Многие пищевые продукты являются псевдопластичными телами, их реакция на приложенное напряжение изменяется в зависимости от скорости сдвига. Течение таких жидкостей можно описать кривой b (см. рис. 8.1). Для подобных жидкостей часто используют термин «разжижение при сдвиге», поскольку наклон кривых их течения уменьшается с увеличением скорости сдвига. Примерами таких жидкостей являются: концентрированное молоко, растворы ксантана и гуаровой смолы, некоторые фруктовые соки.

Реже встречаются так называемые дилатантные, или «загущающиеся при сдвиге», жидкие пищевые системы, представленные кривой с (см. рис. 8.1). Примером данной системы является концентрированная суспензия зерен крахмала.

Для получения математических моделей, описывающих течение жидких пищевых продуктов, обычно используют зависимость логарифма напряжения сдвига от логарифма скорости сдвига.