Подготовка к анализу

1. Подготовка к анализу

1.1. Построение градуировочного графика. В 6 мерных колб вместимостью 100 мл вносят по 25 см раствора дихромата калия. Из бюретки последовательно добавляют 0; 2; 4; 6; 8 и 20 см³ стандартного раствора сахарозы. Затем во все колбы из бюретки приливают дистиллированную воду до объема 50 см³, (т. е. добавляют 25, 23, 21, 19, 17 и 5 см³ воды). Получают серии растворов, содержащих соответственно 0, 8, 16, 24, 32 и 80 мг сахарозы в 100 см³. Содержимое колбы нагревают на кипящей водяной бане 10 мин, охлаждают под струей водопроводной воды, объем растворов доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Измеряют оптическую плотность полученных растворов на фотоэлектроколориметре при длине волны 670 нм и толщине кюветы 5 см. Раствором сравнения является раствор с нулевой концентрацией сахарозы. Оптическую плотность определяют в каждом растворе не менее 3 раз. Для построения калибровочного графика в координатах «оптическая плотность — количество сахарозы, мг/100см³» используют среднее значение оптической плотности согласно таблице 3:

1.2. Приготовление вытяжки. Анализируемый образец измельчают в ступке. Затем готовят водную вытяжку объекта исследования. Примерные навески для различных пищевых объектов приведены в таблице 4:

Навеску с точностью до 0,01 г переносят в мерную колбу вместимостью, определенной по табл. 2.5 в зависимости от взятой пробы. Навеску растворяют в дистиллированной воде, нагретой до 60 град С: А. Если изделие растворяется в воде без остатка (сахарные леденцы, сиропы и др.), то полученный в стаканчике раствор охлаждают и переносят в мерную колбу. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и хорошо перемешивают.

1.3.Отделение мешающих несахаров: Если в изделии находятся вещества, нерастворимые в воде «мешающие несахара» — белки, жиры, пектины, крахмал и т. п., то навеску переносят в мерную колбу, смывая частицы дистиллированной водой. Объем жидкости должен быть примерно равен половине объема мерной колбы. Колбу с жидкостью помещают на водяную баню, нагретую до 60 °С (для объектов, содержащих крахмал — до 50 °С). При этой температуре выдерживают колбу в течение 15 мин, периодически перемешивая. За это время практически все сахара переходят в раствор. Охладив раствор, осаждают «мешающие несахара», прибавляя к нему 5см³ 0,5 М раствора ZnSO₄ и 2,5 см³ 1 М раствора КОН или NaOH. Раствор доводят до метки и фильтруют.

2. Проведение анализа. В мерную колбу вместимостью 100 см³ отбирают цилиндром 25 см³ раствора дихромата калия, 10 см³ прозрачного фильтрата и 15 см³ воды, нагревают в течение 10 мин на кипящей водяной бане, охлаждают, добавляют до метки воду, перемешивают. Полученным раствором заполняют кювету и определяют оптическую плотность также, как и при снятии градуировочного графика. По градуировочному графику находят содержание сахарозы (мг/100см³) раствора, что соответствует содержанию сахарозы во взятой пробе, выраженному в мг.

Содержание общего сахара X (%) в анализируемом продукте вычисляют по формуле:

где g — содержание общего сахара, найденное по градуировочному графику, мг/100 мл; V, — вместимость мерной колбы, мл; V₂ — объем фильтрата, взятый для реакции с дихроматом калия, мл; т — масса навески объекта исследования, г.

 

Физические методы определения сахаров

 

Известно не очень много таких методов. Физические методы определения сахаров основаны на измерении явственных физических свойств сахаров специальными приборами, градуированными по корреляции «концентрация раствора — сила физического свойства раствора». Достоинства: простота, быстрота, отсутствие дорогостоящих реактивов и химических превращений. Недостатки: не слишком высокая воспроизводимость результатов.

 

Рефрактометрический метод

Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. Измерения проводят при дневном свете, или при включенном осветителе в проходящем через прозрачную исследуемую среду свете, или в отраженном свете, когда исследуемая среда существенно поглощает или рассеивает свет. Применяется для внутрипроизводственного контроля содержания сахара, основан на определении коэффициента преломления сахара, извлеченного из навески после удаления несахаров.

Реактивы и материалы. рефрактометр типа ИРФ-454, иммерсионная жидкость: альфа-хлор- или бромнафталин, вода дистиллированная, фильтры, пипетка, центрифуга.

Ход работы.

1. Твердые продукты. Откинуть осветительную призму. Очистить поверхность измерительной призмы и образца. На полированную поверхность образца нанести небольшую каплю иммерсионной жидкости и наложить его на измерительную призму. При наложении образца и умеренном нажиме на него иммерсионная жидкость должна распределяться равномерно по всей поверхности и не выступать за его края. Число интерференционных полос должно быть не более трех. Установка образца является идеальной при одноцветной окраске плоскости соприкосновения образца и призмы.

2.Густые продукты, у которых трудно отделить жидкую фазу, и темноокрашенные продукты следует разбавлять дистиллированной водой не более чем в два раза. При этом измельченную навеску густого продукта массой не менее 40 г разбавить водой, выдержать не менее 15 мин в кипящей водяной бане, затем смесь охладить, взвесить и отфильтровать как указано выше. Темноокрашенные жидкие продукты только перемешать с водой, определяя массу навески и смеси.

3.Жидкие продукты, не содержащие большого количества взвешенных частиц, используют для измерения. Жидкие продукты, содержащие большое количество взвешенных частиц, и пюреобразные продукты следует центрифугировать или фильтровать через несколько слоев марли, или слой ваты, или бумажный фильтр; первые порции фильтрата отбрасывать, а остальную часть необходимо использовать для измерений. Далее на чистую полированную поверхность измерительной призмы стеклянной палочкой или пипеткой осторожно, не касаясь призмы, нанести две-три капли жидкости. Опустить осветительную призму и прижать ее застежкой.

Измерения прозрачных жидкостей проводить в проходящем свете, когда он проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто зеркалом. Измерения окрашенных и мутных проб проводить в отраженном 'свете. Для этого закрыть заслонку и откинуть зеркало, с помощью которого направить свет в измерительную призму, при этом темное и светлое поля меняются местами. В остальном измерения следует проводить так же, как и для прозрачных жидкостей.

После установки исследуемого образца на измерительной призме навести окуляр на отчетливую видимость перекрестия. Вращением нижнего маховика границу светотени ввести в поле зрения окуляра. Вращать верхний маховик до исчезновения окраски граничной линии. Наблюдая в окуляр, нижним маховиком навести границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателей преломления снять отсчет по неподвижному вертикальному штриху призмы. Измерения необходимо проводить при температуре 10-40°С, используя шкалу, градуированную в единицах массовой доли сахарозы. Во время измерений температуру следует поддерживать постоянной в пределах 0,5 ºС. При необходимости следует включить систему термосташрования призм рефрактометра и регулировать подачу воды так, чтобы выполнялись указанные выше условия. Температуру измеряемого раствора довести до значения, отличающегося от температуры призм не более чем на ±2°С. Необходимо проводить два параллельных измерения, принимая их среднее арифметическое значение.

Если продукт разбавлен водой, то массовую долю растворимых сухих веществ в продукте X следует вычислять по формуле:

где а - значение массовой доли растворимых сухих веществ, полученное для разбавленного водой продукта, %; mi - масса добавленной воды, г; Е - массовая доля не растворимых в воде сухих веществ в продукте, %. Е ~ 5,5% - для томатной пасты с массовой долей растворимых сухих веществ 25-30%; Е = 5,0% - для сушеного винограда; Е = 1,8% - для джемов и повидла; Е = 0 - для темноокрашенных прозрачных жидких продуктов; m - масса навески продукта, г.

Если температура измерений отличается от 20 ºС, использовать поправку по справочной литературе.

 

Сахарометрический метод

 

Для определения концентрации экстрактивных веществ применяют ареометры сахарометры со шкалой 0-8, 8-16, 16-24% сухих веществ. Эти приборы представляют собой плавающий стеклянный цилиндрический сосуд, запаянный с обоих концов. Нижняя часть прибора заполнена свинцовой дробью, чтобы ареометр плавал строго вертикально. Верхняя часть ареометра - сахарометра представляет собой шкалу с делениями, градуированными по растворам чистой сахарозы при температуре 20 град С. Цена деления 0,1 % мас. В чистых растворах сахарозы сахарометры показывают процент растворенного сахара по массе ( г в 100г). В не чистых растворах (например в пивном сусле) они показывают видимое содержание сухих веществ в % мас. При отклонении температуры анализируемого раствора от 20 град С в показания сахарометра вносят поправку.

Оборудование и материалы: испытуемое сусло, асбестовая сетка, стеклянный цилиндр с поддоном, сахарометр.

Методика выполнения анализа: При анализе пробу сусла отбирают из сусловарочного аппарата перед перекачкой его на охлаждение, освобождают от дробины фильтрованием через сетку, охлаждают до 20 град С, и наливают в стеклянный цилиндр, диаметр которого больше диаметра сахарометра в 2-3 раза. Цилиндр ставят на поддон и плавно погружают сахарометр в сусло. Сахарометр должен быть предварительно очищен и высушен. При погружении сахарометра избыток сусла вытекает из цилиндра в поддон. Отсчет концетрации экстрактивных веществ по шкале сахарометра производят через 2-3 мин (необходимо для выравнивания температуры сусла и сахарометра) по верхнему мениску при положении глаза на уровне сусла в цилиндре.

 

Поляриметрический метод

Основан на измерении угла вращения плоскости поляризации луча света ¹, прошедшего через оптически активную среду. В зависимости от направления вращения плоскости поляризации луча света бывают право- и левовращающие соединения и среды. Например, сахароза относится к правовращающим веществам ([a]_D= + 66,5⁰), а инвертный сахар — к левовращающим ([a]_D= - 39,5⁰).

 В сахарной и крахмалопаточной промышленности наибольшее распространение получили специальные поляриметры-сахариметры. Пользуясь сахариметром, можно определить содержание сахарозы в сахаросодержащих продуктах в процентах.

Материалы и реактивы. Вода дистиллированная, навеска исследуемого продукта, фильтры, химический стакан, сахариметр.

Ход работы. Перед началом работы необходимо проверить нулевое положение прибора. Для этого вращают рукоятку кремальерной передачи и добиваются однородного поля зрения в обеих его половинах.

Взвешивают нормальную навеску продукта — 26,023 г — готовят раствор в мерной колбе вместимостью 100 см³, доводят дистиллированной водой температурой 20 °С до метки. В чисто вымытую и высушенную или сполоснутую исследуемым раствором трубку через воронку заливают исследуемый раствор температурой 20 °С так, чтобы верхний мениск его выступал над краями трубки. Выдерживают некоторое время, чтобы все содержащиеся в растворе пузырьки воздуха поднялись вверх. Подъем пузырьков можно ускорить, если слегка ударять пальцами по стенке трубки. Затем закрывают трубку покровным стеклом, надвигая его на торец трубки, как бы срезая раствор. Навинчивают гайку, следя за тем, чтобы под стеклом не остался воздушный пузырек. Тщательно протерев снаружи покровные стекла, помещают трубку в камеру прибора между поляризатором и анализатором. Устанавливают освещенность обеих половин поля зрения точно так же, как и при проверке нулевой точки. Затем производят отсчет показаний с необходимой точностью как по основной шкале, так и при помощи нониуса. Прежде чем зафиксировать результат, необходимо проверить, соответствует ли найденное положение компенсатора искомому: нужно едва заметным движением повернуть рукоятку сначала в одну сторону, а затем в другую. При этом происходит перемещение затемненной половины поля зрения с одной стороны на другую. Снова устанавливают одинаковую освещенность и фиксируют результат (отсчет производят не менее трех раз, каждый раз возвращая рукоятку в нулевое положение, и рассчитывают среднее арифметическое трех показаний). Устанавливают, какое деление нониуса точно совпадает с любым из делений основной шкалы.

Это будет α.

Известно, что оптическая активность веществ характеризуется углом удельного вращения  (D – желтая линия натрия с длиной волны 588 нм) – устойчивой величиной угла вращения плоскости поляризации света (зависящей от длины волны света и температуры) раствором вещества при его концентрации С, которая равняется 1 г вещества в 1 мл раствора, при толщине слоя l дм [для данного опыта искомое есть С, значение которого затем возводят в проценты]:

Градусы линейной шкалы сахариметра можно перевести в градусы круговой шкалы поляриметра при помощи следующих соотношений: градус круговой шкалы поляриметра соответствует 2,883° линейной шкалы сахариметра. Либо наоборот: градус линейной шкалы сахариметра равен 0,3468° круговой шкалы поляриметра.

Приборы и устройства для физико-химического определения сахаров прямо на поточных линиях

За последние годы получило развитие специальное приборостроение для пищевой промышленности. В связи с тем, что среды пищевой промышленности, а также производственные помещения, оборудование, технологические процессы обладают определенными специфическими свойствами — взрывоопасностью, вязкостью, налипанием, абразивностью и т. п. — необходимо, чтобы применяемые приборы и средства автоматизации своими характеристиками удовлетворяли перечисленным условиям.

Автоматические рефрактометры широко применяются в различных отраслях пищевой промышленности (сахарной, спиртовой, консервной, кондитерской, винодельческой) — как и обыкновенные — для определения концентрации растворенных в жидкостях веществ. Принцип действия этих приборов основан на использовании зависимости показателя преломления бинарной смеси от соотношения ее компонентов. Существует несколько методов определения показателя преломления, из которых наиболее приемлемым считается спектрометрический, основанный на использовании полного внутреннего отражения. Рефрактометры полного внутреннего отражения могут применяться для работы с непрозрачными жидкостями, что является очень важным при контроле многих технологических сред пищевых производств. Ниже показана принципиальная схема рефрактометра типа РДА:

Он основан на использовании полного внутреннего отражения. В трубопроводе 1, по которому протекает анализируемая жидкость, установлена измерительная призма 2, на которую поступает поток света от источника 5, проходящий предварительно светофильтр 4 и коллиматор 3. Световой поток, попадая на границу раздела среды и призмы, отражается от нее и идет в направлении оптического рассеивателя 9, пройдя который, поступает на фотоэлемент ФЭ, и зеркало 8. Поток, отраженный от зеркала, попадает на фотоэлемент ФЭ₂. Сигнал разбаланса, равный разности ЭДС от фотоэлементов, усиливается электронным усилителем 6 и поступает на реверсивный двигатель 7, с осью которого связано отсчетное устройство, не показанное по схеме. Двигатель 7 поворачивает зеркало 8 до тех пор, пока свет, направляемый на фотоэлемент ФЭ₂, не уравновесит световой поток, падающий на ФЭ и тем самым не приведет систему в равновесие.

Основная погрешность измерения ±0,5-1,5 % сухих веществ.

Автоматические поляриметры. Ниже показана схема автоматического поляриметра для непрерывного анализа пищевых сред: Луч света от источника 8 проходит через конденсор 7 и светофильтр 6 и попадает на поляризатор 5, откуда выходит плоскополяризованным. Затем поток поляризованного света с помощью призмы 4 направляется в кювету 3, через которую непрерывно протекает контролируемый раствор. После кюветы свет проходит поляроидный анализатор и магнитооптический модулятор 2 и направляется на фотоприемник 1, включенный на вход электронного усилителя 13. Если оптически активные вещества отсутствуют в анализируемой жидкости, свет полностью гасится на анализаторе 2, не попадая на фотоэлемент. Появление оптически активного вещества в растворе вызывает поворот плоскости поляризации на угол, пропорциональный количеству этого вещества, и модулированный поток света падает на фотоэлемент, благодаря чему на входе в усилитель 13 возникает сигнал разбаланса, который усиливается и приводит во вращение реверсивный двигатель 12, перемещающий через кулачок 9 поляризатор 5. Вращение происходит до тех пор, пока не будет скомпенсирован возникший поворот плоскости поляризации. Следовательно, угол поворота поляризатора 5 прямо пропорционален содержанию в анализируемом растворе оптически активного углевода. Насаженные на ось реверсивного двигателя кулачок 10 и ролик 11 предназначены для передачи движения на показывающие устройства.

По приведенной схеме работают приборы для определения содержания сахара в сахарной свекле, продуктах, полупродуктах и отходах сахарного производства (тип САП), имеющие пределы измерения 7-20 °S по международной сахарной шкале и предельно допустимую погрешность ±1°S. Специальные печатающие устройства этих приборов отбивают содержание сахаристых веществ на чеке, вручаемом сдатчику сахарной свеклы на свеклоприемных пунктах.

Разработаны и применяются поляриметры для определения кристалличности ирисных масс и некоторых других материалов.

Основная погрешность измерения ±0,9-1,7 % сухих веществ.

Анализатор автоматический колориметрический — устройство контроля качественных показателей полупродуктов и готовой продукции в процессе производства. Это анализатор сбраживаемых углеводов периодического действия, коротко зовущийся АГК (анализатор гексоз колориметрический), предназначен для автоматического циклического измерения концентрации растворимых сбраживаемых углеводов (гексоз) в фильтратах зрелых зерно-картофельных бражек в бродильных отделениях спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалистое сырье (зерно, картофель). АГК может быть применен для оперативного или автоматического контроля хода брожения по содержанию сбраживаемых углеводов в бражке при автоматизации технологических процессов. Может быть также применен в качестве экспресс-анализатора при приготовлении проб фильтрата бражки вручную (фильтрованием) или как датчик автоматического контроля содержания сбраживаемых углеводов в зрелых бражках бродильных батарей при совместной работе с автоматическим фильтром-пробоотборником бражки типа ФПА, осуществляющим циклически в заданном темпе автоматический отбор пробы бражки из бродильной батареи, ее фильтрацию и подачу в анализатор.

В основу принципа действия АГК положен антроновый метод.

Анализатор по конструктивному исполнению представляет собой единую систему, включающую в себя ряд функциональных узлов (блоков), связанных общей функциональной схемой. Он устанавливается в бродильном отделении спирт-завода у щита автоматики или в другом хорошо освещенном месте. Диапазон измерения концентрации растворимых сбраживаемых углеводов от 0,10 до 0,60 г на 100 мл. Класс точности прибора 10. Время установления показаний в каждом цикле измерения (без учета времени приготовления пробы реакционной смеси) не более 180 с. Выходной сигнал аналоговый постоянного тока 0-5 мА. Длительность цикла не более 20 мин.

Основным достоинством АГК является возможность измерения концентрации сбраживаемых углеводов (гексоз) в фильтратах бражек в присутствии сходных с ними по физико-химическим свойствам несбраживаемых углеводов с исключением влияния последних на результат определения сбраживаемых углеводов.

Плотномеры. Единицей измерения плотности в Международной системе (СИ) является килограмм на кубический метр (кг/м³). Измерение плотности жидкости имеет большое значение в автоматизации целого ряда процессов сахарного, масло-жирового, кондитерского, спиртового, винодельческого, пивоваренного и других производств, требующих непрерывного контроля плотности. Приборы для измерения плотности жидкостей, растворов и пульп называются плотномерами.

Принцип действия радиоизотопных плотномеров основан на определении изменения интенсивности потока ץ-лучей после прохождения их через измеряемую среду. В качестве примера радиоизотопного плотномера может служить прибор типа ПР- 1024В, предназначенный для измерения плотности в потоке жидкостей, растворов, суспензий:

Плотномер состоит из блока источника излучения 1, блока приемника 3, электронного самопишущего блока 4 и стабилизатора напряжения.

Блок источника излучения представляет собой чугунный корпус, залитый свинцом и являющийся надежной защитой обслуживающего персонала от ионизирующего излучения. Внутри корпуса помещается источник ионизирующего излучения (ампула с изотопом цезия-137: период полураспада 1,5 года), который перемещают в нужное положение специальным механизмом.

Блок приемника в виде стальной коробчатой конструкции состоит из основания и корпуса, служащего для защиты от механических повреждений. На основании крепится плита с узлами и деталями приемника. Электронный самопишущий блок выполнен на базе электронного моста КСМ-3. При помощи разъемов типа ШР осуществляется электрическое соединение электронного самопишущего блока с остальными блоками прибора. Контейнер основного источника и блок приемника крепятся на общем контейнере, обеспечивающем их фиксированное положение.

Плотномер работает следующим образом: поток γ-лучей от источника излучения 1, пройдя через контролируемую среду 2, регистрируется блоком приемника 3. В блоке приемника ץ-лучи преобразуются в электрические импульсы, которые в электронном самопишущем блоке усиливаются, формируются и подаются на вход электронного моста, шкала которого отградуирована по системе СИ.

Пределы измерения плотности 500-3000 кг/м³. Основная погрешность прибора не более ±2 %. Внутренний диаметр трубопровода, на котором может быть установлен плотномер, 100-300 мм.