Современные методы исследований качества сырья

      J

     

     

     

     

     

     Величина  диффузного тока прямопропорциональна концентрации d поляризатора в растворе. Эта зависимость лежит в основе количественного полярографического анализа. Расчет содержания исследуемого компонента проводят по методам стандарта, градуировочного графика или методом добавок. Предел обнаружения этим методом 10^-5 моль/дм³. Метод полярографии отличается высокой селективностью.

     Основной  областью применения полярографии является анализ неорганических веществ, хотя возможно и определение органических веществ. При оценке качества пищевых продуктов методом полярографии определяют ионы меди, олова, свинца в консервах; нитриты и нитраты в рассолах; сульфгидрильные группы в мясе.

     В настоящее время метод классической полярографии заменяют другими методами вольтамперометрии, в первую очередь из-за токсичности паров ртути, а также из-за недостаточной чувствительности метода для определения микропримесей тяжелых металлов и других токсичных компонентов. 

     Инверсионная  вольтамперометрия (ИВ) 

     Сущность  метода заключается в следующем: определяемое вещество из очень разбавленного раствора концентрируют электролизом на поверхности индикаторного электрода. Такими электродами могут быть ртутно-пленочные электроды, представляющие собой фторопластовый стержень с запрессованной серебряной проволокой. Перед работой на поверхность серебра наносят пленку ртути толщиной 10-20 мкм (микрон) путем опускания части рабочей поверхности электрода в металлическую ртуть.

     Ртутные электроды пригодны для определения металлов электроотрицательнее ртути. Используют также графитовые и различные модифицированные металлом электроды.

     На  ртутных электродах можно определять Be, Cu, Pb, Sn, Cd, Zn (всего около 25 элементов). На графитовых и модифицированных металлом электродах определяют в основном собственно Hg, As, Ag, Au. Ионы металлов могут быть сконцентрированы на поверхности электрода в виде осадка малорастворимого соединения (Fe, Mn, Pb) или в виде комплексного соединения (Ni, Co, Cu, Al и др.).

     Методом ИВ определяют анионы и некоторые  органические вещества, образующие малорастворимые соединения с ионами Hg⁺², Cl^-, Br^-, J^-, SO₄^-2. В настоящее время методом ИВ определяют более 100 органических и неорганических соединений. Метод ИВ превосходит метод атомно-абсорбционной спектроскопии по таким характеристикам как предел обнаружения, селективность и точность.

     Методом ИВ определяют пестициды в почве и с/х продукции. Разработаны методы определения токсичных элементов: Cd, Pb, Zn, Cu, As в пищевых продуктах (зерно, кофе, какао, чай, мясо, рыба, крупы).

     Диапазон  определения величин (мг/дм³): Zn 1-100; Cd 0,05-50; Cu 0,04-10; Pb 0,05-30.

     Этим  методом определяют олово и свинец в соках, вине, овощах и пищевых  добавках; витамины В₁, В₂, С и антибиотики в продуктах; ртуть в детских игрушках. 

     Термодинамические методы исследования потребительских свойств 

     Существует 2 основных метода измерения температуры: контактный и бесконтактный (дистанционный). К бесконтактным относится термометрия излучения или пирометрия. В этом методе с использованием специального прибора - пирометра измеряется интенсивность теплового излучения (свечения тел). Т.к. интенсивность излучения резко убывает с уменьшением температуры тел, методы пирометрии применяется для измерения относительно высоких температур. При температуре менее 1000 ⁰С они играют второстепенную роль, при температуре более 1000 ⁰С становятся основными, а при температуре более 3000 ⁰С - практически единственными методами измерения температуры.

     Пирометрическими  методами определяют температуру в  печах и других измерительных установках, а также температуру расплавленных металлов и изделий из них. Этот метод широко применяют при идентификации по температуре плавления (кристаллизации). Наиболее универсальны и максимально точны методы определения металлов, кристаллов, сплавов и т.д. с помощью пирометрического измерения интенсивности спектральных линий. Различают яркостные, цветовые, радиационные пирометры.

     Простейший  яркостный пирометр представляет собой  оптический прибор, фокусирующий изображение  исследуемого тела на плоскость, в которой расположена нить накала специальной лампы. Изображение тела и нити на его фоне рассматривают через специальный красный фильтр λ=0,65 совпадения яркостей нити и тела (нить становится неразличима на фоне тела). Шкалу прибора регистрирующую силу тока в цепи лампы градуируют в градусах ⁰С или К, и в момент выравнивания яркости тела и нити лампы прибор показывает яркостную температуру.

     Цветовой  пирометр. Производит сравнение цвета, нагретого тела с цветом участка  специальной шкалы. Шкала градуирована в ⁰С и показывает цветовую температуру. Точность меньше, чем у яркостных.

     Радиационные  пирометры. Наиболее чувствительны  те, которые регистрируют полное излучение  тела. Объектив радиационного пирометра  фокусирует излучение нагретого  тела на специальный приемник, сигнал которого калиброван по известному излучению и показывает радиационную температуру. Этим прибором измеряют температуру от 200 ⁰С. Радиационные пирометры широко применяют в промышленности в системе контроля и управления температурными режимами технологических процессов. На основании контролирующих измерений температуры созданы методы: термический анализ и термогравиметрия. 

     Термический анализ 

     Это метод исследования ф/х процессов  и химических превращений, происходящих в веществе в условиях программируемого изменения температуры. Наличие этих процессов и их характер определяется по отклонению скорости нагрева (охлаждения) вещества от скорости, которая задана программой. Датчиками для определения температур являются термопары.

     Визуальный  метод термического анализа широко используется в товароведении и экспертизе и заключается в наблюдении и измерении температуры появления (исчезновения) неоднородностей в системе (выпадение или появление кристаллов, исчезновение мути в системе 2-х несмешивающихся жидкостей). Этот метод применим только к прозрачным объектам. Чаще всего строят кривые зависимости температуры от времени. Наиболее чувствительным является дифференциальный термический анализ (ДТА), при котором нагревание (охлаждение) исследуемого объекта ведут одновременно с нагреванием (охлаждением) эталона, который в условиях опыта не имеет превращений.

     ДТА осуществляется с помощью 2-х термопар, соединенных так, чтобы их термо ЭДС взаимно компенсировалось в отсутствии разности температур объекта и эталона.

     Схематическая кривая ДТА

       
 
 
 
 

     При любом превращении исследуемого объекта на кривой ДТА появляется пик. Этим методом определяют фазовые  переходы в веществе. Пики над базовой  линией соответствуют экзотермическим  процессам (кристаллизация, окисление), а под базовой линией - эндотермическим (плавление, деструкция).

     С помощью ДТА исследуют и идентифицируют различные виды пищевых продуктов, точно определяют их температуры  плавления и застывания. Это позволяет  установить фальсификацию товаров, когда дорогой компонент заменяют более дешевым (масло какао на гидрированный жир). 

     Термогравиметрия (ТГ) 

     Некоторые процессы, протекающие в веществе при нагревании сопровождаются изменениями  массы (окисление, испарение), а следовательно  метод ДТА дополняет термогравиметрический анализ. Сущность ТГА заключается в оценке изменения массы вещества в зависимости от температуры. Кривая зависимости изменения массы от температуры называется термогравиметрической кривой. По ней определяют термостабильность или термостойкость исследуемого вещества.

     Термостабильность оценивается температурой начала разложения вещества, при которой начинается потеря массы. Температура, при которой происходит полное разложение вещества, называется конечная температура разложения. Наиболее распространенным и универсальным прибором для проведения ДТА и ТГА является дериватограф системы Паулик-Эрден фирмы МОМ. В нем работает автоматическая запись температурных кривых и кривых убыли массы с помощью самописцев, одновременно дополняет кривые температуры, скорость изменения массы (кривая ДТВ), теплоэффекты (ДТА) и изменение температуры (кривая температуры). Разработаны 2 модификации прибора отличающиеся максимальным достижением температуры печи (1200-1500 ⁰С). 

     Основные  методы определения  компонентов продуктовых товаров 

     Качественные  и количественные методы определения  белков 

     Присутствие белков в пищевых объектах устанавливается в помощью качественных реакций, которые условно делятся на 2 группы:

     - цветные реакции; 

     - реакции осаждения.

     Среди первой группы различают универсальные реакции:

     1) беуретовая на пептидные связи;

     2) нингидриновая на α-аминокислоты;

     3) специфические, обусловленные присутствием  в белках остатков определенных  аминокислот.

     Во  второй группе реакций белки осаждают действием солей, органических растворителей, концентрированных кислот и щелочей, ионов тяжелых металлов и действием температуры в изоэлектрической точке.

     Т. к. белковые вещества сырья (муки, молока, мяса и др.) включают ферменты, то это  является определяющим в обеспечении  качества изделий и для изучения физико-химических, биохимических и физиологических свойств этих соединений. Обязательным условием является получение белков в индивидуальном и по возможности в неденатурированном состоянии. 

     Методы  выделения и очистки  белков 

     Общая схема операции по выделению белков сводится к измельчению биологического материала (гомогенизация), экстрагированию и собственно выделению, т.е. очистке и получению белка в индивидуальном состоянии. Разрушение клеточной структуры осуществляется следующими методами:

     - тщательным измельчением материала в гомогенизаторах мельницах;

     - попеременным замораживанием и отстаиванием;

     - применением ультразвуковых высокочастотных  колебаний; 

     - экспресс-методами с использованием  высоких давлений:

     - методом «азотной бомбы», заключается в насыщении клеток азотом под давлением, которое резко сбрасывается и клетки разрушаются.

     Эффективность гомогенизации зависит не только от способа разрушения, но и от вида анализируемого материала. Гомогенизацию необходимо проводить в холодной комнате или с применением льда.

     Экстракцию белка либо совмещают с гомогенизацией, либо проводят отдельно, если продукт заранее измельчен. Для определения ферментативной активности белков достаточно одноразовой экстракции, а для количественного определения - трех-пятикратное.

     При изучении ф/х свойств белков и  их превращений в пищевых системах используют методы фракционирования и  очистки от небелковых соединений. Они основаны на различных свойствах  белков: размеры молекул, растворимость, заряд и сродство к специфическим химическим группам.  

     Хроматография 

     В практике выделения и очистки  белков используются различные типы хроматографии:

     - адсорбционная;

     - распределительная;

     - ионно-обменная;

     - гель-фильтрационная;

     - хроматография по сродству.

     Адсорбционная хроматография основывается на различиях  в полярности белков. В колонку вместе с буферным раствором помещают адсорбент, на который в небольшом объеме растворителя наносят исследуемый образец. Компоненты смеси адсорбируются            элюируются с помощью буферного раствора с увеличением концентрации и полярностью.