Методи визначення масової частки вуглеводів.

Мета: Ознайомитись з методами кількісного та якісного визначення вуглеводів у харчових продуктах.

Студенти повинні:

Знати: Якісні та кількісні методи визначення вуглеводів в харчових продуктах.

Вміти: Проводити дослідження визначення вуглеводів в окремих харчових продуктах, використовуючи якісні та кількісні методи.

Хід роботи:

Завдання 1. Якісні реакції на вуглеводи

1.1. Реакція з α-нафтолом і тимолом.

При взаємодії а-нафтолу і тимолу з цукрами при наявності концентрованої сірчаної кислоти з’являється характерне забарвлення.

Реактиви. 1. 1%-ний розчин цукру. 2. 0,2%-ний спиртовий розчин а-нафтолу (0,5 е а-нафтолу розчиняють в 50 мл етилового спирту. Перед застосуванням розводять в 5 частинах води). 3. 1%-ний спиртовий розчин тимолу. 4. Концентрована сірчана кислота (густина 1,835).

Хід роботи. У 2 пробірки наливають по 2 Мл. 1%-ного розчину цукру. У першу пробірку доливають 5 краплин 0,2%-ного розчину а-нафтолу, в другу — 5 краплин 1%-ного розчину тимолу. Далі в обидві пробірки по стінках добавляють по 2 Мл Концентрованої сірчаної кислоти. На межі між сірчаною кислотою та розчином цукру виникає фіолетове забарвлення у пробірці з α-нафтолом та червоне — у пробірці з тимолом.

1.2. Реакція з реактивом Фелінга

Під час нагрівання досліджуваного вуглеводу з реактивом Фелінга при наявності редукуючих сахарів утворюється червоний осад. Реактив Фелінга — це суміш сульфату міді і лужного розчину сегнетової солі: Реакція зумовлена окисленням вуглеводу (наприклад, глюкози) і відновленням гідроокису міді у закис міді. Надлишок гідроокису міді Си (ОН)2, з якого під час нагрівання утворюється окис міді — осад чорного кольору, затемнює реакцію при малих кількостях глюкози в досліджуваному розчині. При наявності сегнетової солі цього не відбувається, вона зв’язує гідроокис міді. Сахароза, на відміну від глюкози, фруктози, лактози, мальтози та інших редукуючих цукрів, дає негативну реакцію з реактивом Фелінга, бо дві монози, які входять до її складу, сполучені за рахунок своїх напівацетальних гідроксилів. При кип’ятінні сахарози з сірчаною кислотою відбувається гідролітичне розщеплення її на еквімолекулярні кількості D-глюкози і D-фруктози, які мають редукуючі властивості і дають позитивну реакцію з реактивом Фелінга.

Реактиви. 1. 5%-ний розчин лактози. 2. 5%-ний розчин сахарози. 3. 10%-ний розчин їдкого натру. 4. 1%-ний розчин сульфату міді. 5. 10%-ний розчин сірчаної кислоти. 6. Реактив Фелінга. Готують розчин І — 34,65 ^ невивітрених кристалів сульфату міді розчиняють у мірній колбі на 500 М. ч І розчин II—173 г сегнетової солі С4Н4О6 х 4Н2О розчиняють у мірній колбі на 500 М. ч В невеликій кількості дистильованої води, добавляють 62,5, їдкого натру, розчиненого в 100 М. ч Дистильованої води, добре перемішують і доливають водою до риски. Перед застосуванням розчини І і II змішують у рівних об’ємах. При цьому утворюється гідроокис міді (II) темно-синього кольору, який розчиняється при наявності тартратів.

Хід роботи. У першу і другу пробірку наливають по 2 Мл 5%-ного розчину сахарози, а в третю — 5%-ного розчину лактози. Далі у другу пробірку вносять З краплини 10%-ного розчину сірчаної кислоти, кип’ятять і нейтралізують, добавляючи З краплини 10%-ного розчину їдкого натру. Потім у всі три пробірки наливають по 1 Мл Реактиву Фелінга і нагрівають до кипіння. У першій пробірці голубий колір розчину залишається без зміни, а в другій і третій пробірках з’являється червоний осад закису міді.

1.3. Реакція відновлення аміачного срібла

Розчин аміачного срібла при взаємодії з глюкозою дає дзеркальний наліт металічного срібла:

Аg2O + С6Н1206 = С6Н1207 + 2Ag

Глюкоза Глюконова Металічне

Кислота срібло

Реактиви. 1%-ний розчин глюкози. 3%-ний розчин нітрату срібла. 10%-ний розчин аміаку.

Хід роботи. У пробірку наливають 2 мл 3%-ного розчину нітрату срібла і добавляють 2 краплини 10%-ного розчину аміаку. Одержаний осад окису срібла розчиняють, доливаючи для цього краплинами розчин того самого аміаку (уникаючи надлишку). До аміачного розчину срібла добавляють 1—2 мл 1%-ного розчину глюкози і нагрівають у киплячій бані 2 Хв., Не збовтуючи. При цьому на стінках пробірки утворюється дзеркальний наліт металічного срібла.

1.4. Реакція одержання озазонів

Внаслідок реакції вуглеводів, що мають альдегідну або кетонну групу, з фенілгідразином утворюються спочатку гідразони, а потім при наступному окисленні і заміщенні — характерні кристали озазонів.

Озазони глюкози, фруктози мають форму пучків і снопиків, що утворюються з тонких кристалів. Мальтоза дає озазони, кристали яких мають форму пластинок, що утворюють сферичні скупчення. Озазони лактози мають форму голок, що утворюють розетки. Сахароза, крохмаль, глікоген озазонів не дають.

Реакція з глюкозою відбувається в три стадії:

Реактиви. 5%-ний розчин глюкози. Льодяна оцтова кислота. Фенілгідразин. 96%-ний етиловий спирт.

Хід роботи. Центрофужну пробірку з 5 Мл 5%-ного розчину глюкози, 0,3 Мл Льодяної оцтової кислоти і 0,2 мл фенілгідразину нагрівають протягом З ату у киплячій водяній бані, в процесі чого спостерігають появу жовтого кристалічного осаду озазонів. Після нагрівання пробірку витримують 10 Хв у Воді з льодом, а далі центрифугують 15—20 Хв З швидкістю 3000 Об хв. Центрифугат декантують, а осад промивають охолодженою дистильованою водою у лійці Бюхнера з відсмоктуванням. Промитий осад озазонів перекристалізовують (найкраще з води, під дією етилового спирту), сушать у вакуумексикаторі. Чисті озазони мають лимонно-жовтий колір. Кристали розглядають під мікроскопом і зарисовують.

Завдання 2. Кількісне визначення вуглеводів.

2.1. Визначення цукрів поляриметричним методом

Цукри мають властивість обертати площину поляризованого променя світла, яке проходить через їхні розчини. Це зумовлюється наявністю в молекулах цукрів асиметричних атомів вуглецю. Оптична активність цукрів залежить від товщини шару розчину, їх концентрації та питомого обертання.

Визначення оптичної активності проводять за допомогою поляриметрів і цукромір. Головними робочими частинами поляриметра є: поляризатор (пристосування для поляризації світла), аналізатор (пристосування для визначення кута обертання площини поляризації) і поляризаційна трубка, яка заповнюється досліджуваним розчином і міститься між поляризатором і аналізатором.

Цукромір — це різновид поляриметра. Найпоширенішими є сахариметри, що мають умовну шкалу, за якою знаходять концентрацію цукру в розчині у процентах.

Реактиви. 5%-ні розчини глюкози, цукрози, лактози.

Хід роботи. Поляризаційну трубку заповнюють досліджуваним розчином цукру, закривають скельцем і загвинчують гайкою (у трубці не повинно залишатися бульбашок Цукромір – СУ-3

Повітря).

Дивлячись в окуляр зорової труби 16, встановлюють чітку видимість вертикальної лінії поворотом оправи зорової труби 16 І лупи шкали. За допомогою рукоятки14 Суміщають нуль ноніуса з нулем шкали і через окуляр зорової труби 16 Переконуються, що поле зору в поляриметрі при цьому рівномірно освітлене. Поляризаційну трубку з досліджуваним розчином вміщують у камеру 5 поляриметра. За допомогою рукоятки 14 Знов установлюють рівномірне освітлення поля зору і роблять відлік по шкалі, користуючись ноніусом.

Якщо нуль ноніуса знаходиться між двома поділками шкали, то беруть менше ціле число. Потім праворуч від нуля ноніуса знаходять поділку, яка збігається з якою-небудь поділкою шкали. Це число дає десяті частки відліку по шкалі. Визначають середнє з 3— 4 значень. 1° шкали сахариметра при довжині трубки 2 Дм Відповідає певному вмісту цукру у 100 Мл Розчину. Наприклад, для сахарози він дорівнює 0,260 г, глюкози — 0,328 г, лактози — 0,330 г, мальтози — 0,126 г. Помножуючи показники сахариметра на відповідні величини, визначають концентрацію цукру у 100 Мл Досліджуваного розчину. За формулою визначення концентрації цукру обчислюють кут обертання площини поляризованого променя

С=β×100/[α]×L

Де С — концентрація цукру, β— кут обертання поляризованого променя, [α] — питоме обертання аналізованого цукру, L — довжина трубки, Дм.

Питоме обертання [α] для цукрози +66,5, глюкози +52,80, лактози +42,50, мальтози +138,30.

2.2. Визначення цукрів рефрактометричним методом

Для визначення вмісту цукрів використовують рефрактометри різних типів: універсальний рефрактометр, РЛ, РПЛ-2 та ін. Рефрактометр РЛ застосовують для визначення процентного вмісту цукру у чистих водних розчинах. У ньому є шкала показників заломлення від 1,3 до 1,54 і шкала процентного вмісту сухих речовин за сахарозою до 95%.

Рефрактометр РЛ: Прецизійний рефрактометр РПЛ-2

Під час роботи з рефрактометром РЛ пучок світла спрямовують у вікно верхньої або нижньої призми залежно від характеру досліджуваної рідини і встановлюють окуляр в нульове положення. Для цього обертанням головки окуляра встановлюють його фокус і піднімають важіль окуляра вгору, поки чітка межа світлотіні не суміститься з трьома рисками або з хрестовиною у центрі. Монохроматичності досягають за допомогою компенсатора приладу. Якщо показники термометра відмінні від 20° С, то за таблицями вводять поправку.

Прецизійний рефрактометр РПЛ-2 має умовну шкалу з показниками заломлення від 1,333 до 1,381, яка поділена на 100— 200 рівних поділок. Під час роботи зорову трубу 3 Приладу встановлюють на джерело світла. Спостерігаючи в окуляр, регулюють положення відкритої діафрагми до одержання контрастної межі у полі зору. При цьому мікрометричним гвинтом 2 барабан встановлюють на нуль, а за допомогою кільця компенсатора 4 Досягають хроматичності. Під час відліку десяті частки показників визначають за допомогою мікрометричного гвинта і по відліковому барабану, кожна поділка на якому дорівнює 0,1. Точність приладу — 0,03% цукру при температурі розчину 20° С

Реактив. 1 %-ний розчин хлориду кальцію.

Хід роботи. До 5 л/л молока в пробірці з кислотністю не більше 20° Т добавляють 5—6 краплин 4%-ного хлориду кальцію, закривають пробкою, ставлять у киплячу водяну баню на 10 Хв, Після чого охолоджують до 20° С. Потім наносять краплину прозорої сироватки на поверхню призми рефрактометра, опускають верхню призму і визначають показник заломлення.

При визначенні лактози, наприклад, на рефрактометрі РЛ коефіцієнт заломлення відлічують за лівою шкалою. За коефіцієнтом заломлення знаходять процентний вміст молочного цукру. Можна користуватись також приладом АМ-2

Коефіцієнт заломлення	Молочний цукор. %	Коефіцієнт заломлення	Молочний цукор. %
1.3380	3.37	1.3407	4.70
81	3.42	08	4.75
82	3.47	09	4.80
83	3.52	1.3410	4.85
84	3.57	11	4.90
85	3.62	12	4.95
86	3.68	13	5.00
87	3.73	14	5.05
88	3.78	15	5.10
89	3.83	16	5.15
1.3390	3.8Н	17	5.20
91	3.93	18	5.25
92	3.98	19	5.30
93	4.03	1.3420	5.35
94	4.08	21	5.40
95	4.13	22	5.45
96	4.19	23	5.50
97	4.24	24	5.55
98	4.29	25	5.60
99	4.34	26	5.65
1.3400	4.39	27	5.70
01	4.44	28	5.75
02	4.49	29	5.80
03	4.52	1.3430	5.85
04	4.56	31	5.90
05	4.06	32	5.95
06	4.65	1111	6.00

Завдання 2.3. Визначення загальної кількості цукру і цукрози

Розглянемо методи визначення цукру на прикладі баночних консервів. У консервній продукції загальна кількість цукру виражається сумою цукрів, що редукують, і сахарози або загальною кількістю Цукрів, що редукують, і були у продукті до інверсії й отриманих після гідролізу цукрози. Цей показник іноді називають «загальний цукор», а в інших випадках невірно «інвертний цукор». Невірно тому, що інвертний цукор — це сума однакових кількостей глюкози і фруктози, одержуваних по рівнянню

С12Н22О11+Н20 → С6Н12О6+С6Н12О6

Цукроза вода Глюкоза фруктоза

242,22 18,02 180,12 180,12

Сахароза є основним нередукуючим цукром у консервах і визначення її змісту необхідно.

Для визначення цукрози в підготовленому фільтраті встановлюється загальний зміст цукрів, що редукують, (глюкоза + фруктоза). Потім у визначеному обсязі цього ж, розчину проводять гідроліз (інверсію) цукрози, після чого знаходять сумарний зміст цукрів, що редукують. Різниця між останнім показником і попередньої дає зміст саме інвертного цукру, отриманого після гідролізу цукрози. З приведеного рівняння інверсії виходить, що 1 м інвертного цукру утвориться з 0,95 м цукрози. Тому, множачи розраховану кількість» інвертного цукру на коефіцієнт 0,95, одержуємо зміст цукрози в аналізованому розчині (у продукті).

Гідроліз цукрози можна здійснити різними способами, при яких інші полісахариди продукту залишаються незмінними і гідролізу не піддаються. Приведемо стандартний метод.

У мірну колбу місткістю 100 см3 відбирають піпеткою 50 см3 аналізованої витяжки, до неї додають 5см3 концентрованої НСІ і витримують отриману суміш 8 хв при температурі 68—70°С (на водяній бані). Закінчивши процес інверсії цукрози, охолоджений до 20 °С розчин нейтралізують 20%-ным розчином NaOH, установивши по лакмусовому папірці нейтральність розчину, і дистильованою водою доводять до мітки.

Швидке охолодження і нейтралізація дуже кислого середовища попереджають можливість розщеплення фруктози. Загальну кількість цукру знаходять тим же методом, що використовували для визначення масової частки цукрів, що редукують, до інверсії.

При аналізі розчину після інверсії і розрахунку кількості цукрози треба враховувати, що об’єм первісної витяжки продукту була вдвічі розведений.

Вміст сахарози X Розраховується по формулі

Х=(азаг — аред)0,95

Де азаг — загальна кількість цукру, %; аред — кількість що редукують цукрів, %.

Термінологічний словник

1. Поляриметр – прилад для визначення цукрози, заснований на вимірюванні кута повернення площини поляризації септично активними речовинами.

2. Цукромір – прилад, який застосовують для вимірювання цукрів аерометричним методом.

3. Редукуючи цурки – це рівна суміш глюкози і фруктози, яка утворюється при інверсії цукрози.

4. Інверсія цукрів – це процес утворення глюкози і фруктози при розщепленні цукрози в присутності кислот.

5. Йодометричний, перманганатометричний, фотометричний методи – які використовують для визначення редукуючих речовин і цукрози.

Рекомендована література:

А. Т. Марх, Т. Ф. Зыкина, В. Н. Голубев. Технохимический контроль консервного производства. М.: – ВО Агропромиздат — 1999р. стр.69-101.