ANALIZA ŻYWNOŚCI

1. Oznaczanie zawartości wody i suchej substancji w produktach spożywczych.

Metody oznaczania zawartości wody:

- metoda termicznego suszenia (termograwimetryczna) – polega na usunięciu wody z badanego materiału poprzez suszenie w stałej temperaturze w takich samych warunkach umownych, w których pozostałe składniki produktu nie ulegają rozkładowi i przy założeniu, że woda jest jedynym składnikiem lotnym.

Większość produktów spożywczych suszy się do stałej wagi w temperaturze 102°C ± 2°C w czasie 4-6 godzin. Suszenie uważa się za zakończone, gdy różnica masy nie przekracza 0,002 g w odstępie 2 godzin.

Produkty tzw. termostabilne (zboża i ich przetwory, skrobia, dekstryny), mogą być suszone w temperaturze 130°C do stałej masy i wówczas czas suszenia wynosi 1÷2 godzin.

Produkty termolabilne (krystaliczna fruktoza, cykoria) należy suszyć w temperaturze 60 – 70 °C w warunkach obniżonego ciśnienia.

Do wykonania oznaczenia zawartości wody (wilgotności) metodą suszarkową używa się naczynek wagowych o średnicy 60-80 mm i wilgotności 25 – 40 mm, wagi analitycznej, eksykatora oraz suszarki z termostatem.

Oznaczenie polega na zważeniu naczyńka wagowego, wysuszonego i przechowywanego w eksykatorze, odważeniu 2-5 g badanego produktu w naczyńku, suszeniu do stałej masy w określonej przepisanej temperaturze i zważeniu masy materiału z naczyńkiem po wysuszeniu. Zawartość wody w % oblicza się ze wzoru: $\mathbf{W}\left\lbrack \mathbf{\%} \right\rbrack\mathbf{=}\frac{\mathbf{b - c}}{\mathbf{c - a}}\mathbf{\bullet 100\%}$. a- masa naczyńka wagowego, b- masa produktu wraz z naczyńkiem przed suszeniem, c- masa produktu wraz z naczyńkiem po suszeniu.

Produkty ciekłe lub maziste (przeciery) suszy się w naczyńkach zawierających tzw. podkład (preparowany piasek lub zwitek bibuły). Dzięki temu po wymieszaniu produkty z podkładem zwiększona jest powierzchnia parowania i unika się strat cieczy przez rozpryskiwanie w czasie suszenia. Termiczne warunki suszenia muszą być dostosowane do wł. badanego produkty.

Usprawnieniem metody termicznego suszenia jest stosowanie wagosuszarek do oznaczania zawartości wody.

Z wzoru na W oblicza się tzw. ubytek masy w %. Pozostałość stanowi tzw. sucha substancja lub sucha masa.

Sucha substancja (sucha masa) – pozostałość po usunięciu wody z produktu spożywczego, wyrażona zwykle w procentach.

- metody chemiczna – umożliwiają całkowite oznaczenie wody wolnej i związanej. Do tych metod zalicza się metoda Fischera. Polega ona na bezpośrednim miareczkowaniu metanolowego roztworu próbki badanego produktu odczynnikiem Fischera zawierającym jod, dwutlenek siarki i pirydynę. Reakcja przebiega zgodnie z wzorami:

J₂+SO₂+H₂O2HJ + SO₃ ∖ nSO₃+CH₃OH→CH₃HSO₄

Odczynnik miareczkujący jest barwny, ze względu na jod, produkty reakcji są bezbarwne; z tego względu uchwycenie punktu równoważnikowego jest możliwe na podstawie zmiany barwy roztworu miareczkowanego.

- metoda destylacji azeotropowej – polega na oddestylowaniu wody z badanej próbki w postaci mieszaniny azeotropowej i zmierzeniu wydzielonej wody z azeotropu po jego skropleniu. Czynnik azeotropujący: ksylen (140°C), toluen (111°C). Metodę można stosować dla produktów nie ulegających rozkładowi w temp. wrzenia danego azeotropu.

Przyjmuje się, że część produktu, która w warunkach stosowanej metody zostanie usunięta lub oznaczona stanowi zawartość wody, a ta, która pozostaje stanowi suchą substancję. % s.s.=100 − zawartosc wody w %.

- metoda refraktometryczna – ciała stałe, ciekłe i gazowe posiadają zdolność załamania światła, która określana jest za pomocą współczynnika załamania światła (refrakcji). Refrakcja jest cechą addytywną związku chemicznego. Metoda ta opiera się na pomiarze współczynnika załamania światła. Wartość refrakcji stanowią:

- suma refrakcji poszczególnych atomów wchodzących w skład związku i ich udziałów procentowych

- refrakcja grup funkcyjnych, wiązań, konfiguracji.

W wodnych roztworach cukrów prostych lub złożonych współczynnik refrakcji rośnie wraz ze wzrostem stężenia. Jeżeli w roztworach znajduje się kilka substancji o różnych współczynnikach załamania to refrakcji roztworu będzie wypadkowa tych współczynników załamania.

W analityce żywności rozróżnia się kilka pojęć związanych z suchą substancją:

• s. s. całkowita, która składa się ze składników rozpuszczalnych w wodzie i substancji nierozpuszczalnych, np. celulozy

• s. s. rozpuszczalna w wodzie, często nazywana ekstraktem ogólnym, zwłaszcza w przemyśle owocowo – warzywnym.
  S. s. mierzona metodą refraktometryczną nazywa się pozorną suchą substancją lub jest wyrażona w stopniach briksa 1°Bx = 1& wag. sacharozy jako wzorca

• ekstrakt bezcukrowy, który stanowi różnicę między ekstraktem ogólnym i sumą cukrów

• ekstrakt pozorny, jako suma rozpuszczalnych w wodzie składników nielotnych i lotnych

• ekstrakt rzeczywisty, zwłaszcza w odniesieniu do piwa, który jest mierzony w próbie produktu pozbawionego składników lotnych.

2. Oznaczenie skrobi metodą polarymetryczną.

Polega na uzyskaniu tzw. pseudo roztworu skrobi w środowisku stężonego kwasu solnego lub 50% roztworu chlorku wapnia o pH = 2,5. Po przesączaniu pseudozasady na sączku, klarowany płyn przenosi się do rurki polarymetrycznej i mierzy kąt zmiany płaszczyzny polaryzacji. Na podstawie pomiaru polarymetrycznego w oparciu o wzór Biota oblicza się zawartość skrobi (X) w % z równania: $X = \ \frac{\alpha \bullet 100}{(a \bullet 1 \bullet 203)}$ , a – odważka próbki [g], l – długość rurki polarymetrycznej [dm], 203° - skręcalność właściwa skrobi [°].

W przypadku użycia sacharymetru do pomiaru skręcalności, zawartość skrobi (X) w % oblicza się ze wzoru: $X = \frac{S \bullet 0,364 \bullet 100 \bullet 100}{a \bullet l \bullet 203}$, °S – odczyt w stopniach sacharymetrycznych.

3. Oznaczenie alkoholu w winie.

Piknometryczne oznaczenie alkoholu w winie.

• ważymy na wadze suchy piknometr i piknometr wypełniony wodą destylowaną.

• piknometr wypełniamy badanym winem, a potem zawartość piknometru przenosi do kolby destylacyjnej zaopatrzonej w chłodnicę

• piknometr dwukrotnie przepłukuje się wodą destylowaną wprowadzając wodę do kolby destylacyjnej

• piknometr podstawia się pod wylotem kolby destylacyjnej i przystępuje do destylacji

• piknometr wypełnia się destylatem do ¾ objętości, wtedy destylację przerywa się; piknometr dopełnia się wodą destylowaną i waży

• wyznacza się gęstość na podstawie wzoru: $d_{20}^{20} = \frac{c - a}{b - a}$ , a – masa piknometru, b – masa piknometru z wodą destylowaną, c- masa piknometru z alkoholem.

Na podstawie wyznaczonej gęstości odczytuje się stężenie alkoholu w winie.

4. Przygotowanie roztworu podstawowego.

W winie oznacza się zawartość cukrów redukujących i zawartość cukrów ogółem. Oznaczeniu cukrów przeszkadza zawarty w winie alkohol. W związku z tym cukry oznacza się z roztworu pozostałego w kolbie po oddestylowaniu alkoholu. Stężenie cukrów w winie jest za wysokie w stosunku do stężenia pożądanego przy stosowaniu metod oznaczania zawierających odczynniki miedziowe. W związku z tym konieczne jest sporządzenie tzw. roztworu podstawowego o rozcieńczeniu 5÷10- krotnym.

Pozostały w kolbie destylacyjnej wodny roztwór cukrów po oddestylowaniu alkoholu z próbki wina przenosi się ilościowo do kolby miarowej, dodaje 2cm³ 25% roztworu Pb(CH₃COO)₂ i 4cm³ nasyconego roztworu Na₂HPO₄, wodę uzupełnia się wodą destylowaną do kreski i miesza. Przygotowany roztwór podstawowy sączy się do kolby ze szlifem i używa do oznaczenia cukrów.

5. Oznaczenie kwasowości wina.

Oznaczenie kwasowości polega na zmiareczkowaniu określonej masy lub objętości badanego produktu za pomocą mianowanego roztworu wodorotlenku sodowego wobec fenoloftaleiny jako wskaźnika. Kwasy organiczne po zobojętnieniu tworzą sole słabych kwasów i mocnej zasady i mają punkt równoważnikowy w granicach pH 8,3-8,5, dokładnie w zakresie zmiany barwy fenoloftaleiny.

W analityce kwasowość przetworów owocowo-warzywnych oznacza się tzw. kwasowość ogólną i kwasowość lotną. Kwasowość lotną oznacza się po oddestylowaniu kwasów lotnych z parą wodną i zmiareczkowaniu destylatu. Wynik podaje się w g/100ml lub g/l w przeliczeniu na kwas octowy.

Kwasowość produktów bywa wyrażana w umownych stopniach kwasowości (brzeczka °D (Delbrucka), mleko °SH (Soxhleta-Henkla)).

6. Oznaczenie cukrów redukujących metodą Bertranda.

Metoda Bertranda polega na ilościowym zredukowaniu jonów Cu²⁺ do Cu₂O przez cukry w środowisku zasadowym w temp. wrzenia, przy użyciu mieszaniny płyn ów Bertranda I i II. Po czym po dokładnym oddzieleniu osadu Cu₂O od mieszaniny reakcyjnej na lejku Schotta w warunkach bez dostępu tlenu do osadu, oraz przemyciu osadu przegotowaną wodą, działa się na osad Cu₂O odczynnikiem Bertranda III.

Pod wypływem kwasu siarkowego, zawartego w odczynniku, następuje Cu₂O i utlenienie jonów Cu⁺ do Cu²⁺ z równoczesną redukcją żelaza Fe³⁺ do Fe²⁺. Powstałe jony Fe²⁺ są oznaczane przez miareczkowanie mianowanym roztworem manganianu (VII) potasu. Przebieg reakcji jest następujący:

Cu₂O + Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ -> 2CuSO₄ + 2FeSO₄ + H₂O
10FeSO₄ + 2 KMnO₄ + 8H₂SO₄ -> 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O

Skład odczynników Bertranda:

-płyn Bertranda I – zawiera 40 g CuSO₄·5H₂O

- płyn Bertranda II – zawiera 150 g NaOH i 200 g C₄H₄KNaO₆ (winian potasowo-sodowy)

- płyn Bertranda III – zawiera 50 g Fe₂(SO₄)₃ i 200 g stężonego H₂SO₄

7. Oznaczenie cukrów ogółem metoda Scalesa.

Polega na oznaczeniu ilości wytrąconego osadu Cu₂O bez oddzielania mieszaniny poreakcyjnej. W tym przypadku Cu₂O rozpuszcza się w mocnym nieutleniającym kwasie, kwasie solnym.
Po całkowitym rozpuszczaniu osadu Cu₂O z utworzeniem soli CuCl neutralizuje się nadmiar kwasu solnego roztworem węglanu sodu. Wydzielony dwutlenek węgla usuwa powietrze z naczynia, w którym prowadzi się oznaczenie, po czym do obojętnego roztworu dodaje określona objętość mianowanego roztworu jodu i po kilku minutach nadmiar jodu miareczkuje się mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu.

Przebieg reakcji:

Cu₂O + 2HCl -> 2CuCl + H₂O

2CuCl + J₂ -> CuCl₂ + CuJ₂

J₂ + 2Na₂S₂O₃ -> 2NaJ + Na₂S₄O₆

Metoda Scalesa należy do najszybszych metod oznaczania cukrów redukujących. Nie może być jednak stosowana, gdy w badanych materiale występują znaczne ilości substancji redukujących jod np. witamina C i SO₂.

8. Podstawowe wiadomości o tłuszczach.

Występowanie i otrzymywanie tłuszczów: Przetwarzane na skalę przemysłową surowce tłuszczowe są pochodzenia naturalnego, względnie syntetycznego. Źródłem tłuszczów naturalnych są rośliny, zwierzęta lądowe i morskie. W związku z powstawaniem tłuszczów w organizmach żywych, ulegających stałym zmianom, zmienny jest ich skład chemiczny w zależności od klimatu, opadów, nasłonecznienia, odmiany, gatunku, itp.
Tłuszcze roślinne otrzymuje się przez tłoczenie na prasach, względnie ekstrakcję przy pomocy rozpuszczalników organicznych.
Produkcja tłuszczów zwierzęcych polega na rozdrobnieniu świeżej tkanki tłuszczowej i wytapianiu. Przemysł tłuszczowy stosuje również ekstrakcję do przerobu produktów zwierzęcych, głownie kości. Tłuszcze ekstrahowane odznaczają się zazwyczaj niższą czystością, ze względu na większą zawartość barwników i żywic. Otrzymane powyższymi metodami tłuszcze wymagają często rafinacji polegającej na usunięciu barwników, ciał zapachowych, wolnych kwasów tłuszczowych, żywic, śluzu, białek, itp. Stopień rafinacji zależy od przeznaczenia tłuszczu. Oleje i tłuszcze jadalne powinny mieć dobry smak, charakterystyczny zapach oraz bardzo niską zawartość wolnych kwasów tłuszczowych. Oleje przeznaczone do wyrobu margaryny wymagają szczególnie dokładnej rafinacji, prowadzącej do niemal całkowitego usunięcia smaku, zapachu i ciał barwnych.

Klasyfikacja: ze względy na pochodzenie tłuszcze dzielą się na roślinne i zwierzęce. Podział ten ma uzasadnienie chemiczne, ponieważ roślinne zawierają z reguły alkohole wysokocząsteczkowe tzw. fitosterole, natomiast zwierzęce zawierają tzw. cholesterol. Tłuszcze roślinne dzieli się ze względu na konsystencje: stałe i ciekłe, czyli oleje. Oleje: 1. nieschnące (oliwkowy, arachidowy), 2. półschnące (rzepakowy, sezamowy, bawełniany), 3. schnące (lniany, perilla). Tłuszcze: 1. stałe (łój wołowy), 2. maziste (smalec wieprzowy), 3. ciekłe (tłuszcz kostny), 4. tłuszcze ssaków i ryb morskich – trany.

9. Definicje liczb charakterystycznych tłuszczów.

Liczba kwasowa (LK) – wyraża ilość miligramów (gramów) czystego wodorotlenku potasu potrzebną do zobojętnienia wolnych kwasów tłuszczowych zawartych w 1 g (kg) tłuszczu. Jest miarą zawartości wolnych kwasów tłuszczowych w badanym tłuszczu, a tym samym świeżości tłuszczu.

W tłuszczach spożywczych nie może być większa od 5. LK służy do obliczania ilości ługu do odkwaszania tłuszczów w procesie rafinacji. LK jest wyrażeniem umownym. W praktyce potrzebna jest znajomość faktycznej zawartości wolnych kwasów tłuszczowych, a nie ilość KOH potrzebnej do ich zobojętnienia. Ponieważ kwas olejowy występuje w tłuszczach w największej ilości przyjęto wyliczyć zawartość wolnych kwasów tłuszczowych (w.k.t.) jako procent kwasu olejowego. % w.k.t. = 0,503LK

Liczba zmydlania (LZ) – podaje ilość mg (g) czystego wodorotlenku potasu potrzebną do zmydlania estrów i zobojętniania wolnych kwasów tłuszczowych w 1g (kg) tłuszczu.

Liczba jodowa (LJ) – podaje ilość gramów jodu równoważną ilości chlorowca, która przyłącza się do 100 g tłuszczu w określonych warunkach.

10. Oznaczenie białka surowego metodą Kjeldahla.
Polega ona na przeprowadzaniu mineralizacji produktu ze stężonym kwasem siarkowym (VI) „na mokro”, zalkalizowaniu roztworu, a następnie oddestylowaniu i ilościowym oznaczeniu powstałego amoniaku.

11. Charakterystyka i skład chemiczny mleka.

Mlekiem nazywamy białą (lub żółtobiałą) płynną wydzielinę gruczołu mlecznego, zawierająca oprócz wody głównie: tłuszcz, białka, cukier mleczny i sole mineralne. Mleko służy zasadniczo do wyłącznego odżywania młodego organizmu, znajdują się w nim wszystkie substancje organiczne i mineralne niezbędne do rozwoju.

Mleko powstaje w mikroskopijnych pęcherzykach gruczołu mlecznego. Na skutek przetworzenia związków chemicznych dostarczonych z krwią i limfą powstają składniki mleka. Z glukozy i częściowo z kwasu mlekowego tworzy się cukier mleczny laktoza, z aminokwasów, peptydów i kwasu fosforowego powstaje głównie białko kazeina, z kwasów tłuszczowych i gliceryny powstaje tłuszcz mleczny. Niektóre inne składniki mleka, jak albumina, globulina, chlorek sodu przenikają do osocza mleka w stanie nieprzetworzonym.

Na skład chemiczny mleka posiadają wpływ czynniki hodowlane, klimatyczne i fizjologiczne. Mleko przez szereg miesięcy stanowi jedyny posiłek młodego organizmu, skład jego musi być dostosowany do stopnia żywotności noworodka, jego strat kalorycznych, szybkości wzrostu. Mleko renifera i wieloryba zawiera dużo tłuszczu, na skutek czego dostarcza odpowiednią ilość kalorii koniecznych młodemu organizmowi wobec strat ciepła.

Przeciętny skład chemiczny mleka:

12. Oznaczenie tłuszczu w mleku.

Metoda kwasowa polega na oddzieleniu tłuszczu jako jednorodnego słupka i zmierzeniu jego objętości. Adsorpcja białka na kuleczkach tłuszczowych w mleku przeszkadza ich zlewaniu się. Adsorpcję zmniejsza się przez dodanie do mleka kwasu siarkowego. Kwas siarkowy działa na sole wapniowe kazeiny (w postaci w której ona znajduje się w mleku), dając z kazeiną rozpuszczone podwójne połączenie z jednoczesnym utworzeniem nierozpuszczalnego siarczanu wapniowego.

Powstające w czasie reakcji związki rozpuszczalne zmieniają wielkość adsorpcji i tym samym ułatwiają połączenie się kuleczek tłuszczowych, co jeszcze przyspiesza podgrzewanie roztworu i wirowanie. Gerber w celu ułatwienia łączenia się kuleczek wprowadził dodawanie alkoholu izoamylowego, który, jak inne alkohol, wydatnie zmniejsza wielkość napięcia powierzchniowego kuleczek tłuszczowych, to zaś ułatwia ich łączenie. Można również przypuszczać, że alkohol izoamylowy ułatwia proces usuwania adsorpcyjnych warstw białka otaczających kulki tłuszczowe wchodzące na jego miejsce ze względu na silniejsze właściwości kapilaroaktywne. Oznaczenie tłuszczu metodą Gerbera bez użycia alkoholu izoamylowego zawsze prowadzi do tworzenia się „korka” składającego się z kuleczek tłuszczowych, pokrytych nierozpuszczalnym białkiem. Korek ten usuwa się alkoholem izoamylowym. Nie zaleca się używania alkoholu izoamylowego nadmiernej w nadmiernej ilości, ponieważ rozpuszczalność jego jest nieduża (1:35), wskutek czego może on przejść do tłuszczu zwiększając przy tym jego objętość. W roztworze kwasu siarkowego alkohol izoamylowy przechodzi częściowo w ester amylowy kwasu siarkowego rozpuszczalny w kwaśnej cieczy.

H₂SO₄ + 2C₅H₁₁OH = (C₅H₁₁O)₂SO₂ + 2H₂O

Wprowadzenie dwóch czynników (kwasu siarkowego i alkoholi izoamylowego) i ogrzewanie tworzy warunki szybkiego i całkowitego oddzielenia tłuszczu.

13.Polarymetria

Podstawą jest pomiar kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego w temperaturze , w świetle sodowym o długości fali 589,3 nm. Stosowana do:

- identyfikacji, -wykrywania zanieczyszczeń - oznaczeń ilościowych związków zawierających co najmniej 1 węgiel asymetryczny w cząsteczce. Atomami asymetrycznymi mogą byd atomy pierwiastków czterowartościowych np. węgiel krzem, jeżeli wszystkie ich wartościowości są wysycone różnymi podstawnikami.

Wartością charakteryzującą związek optycznie czynny jest skręcalność właściwa [α]. Wartość kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła zależy od stężenia badanego roztworu, długości naczynia, w którym roztwór się znajduje, długości fali światła oraz od temperatury.