МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРА В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
реклама
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРА В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Технология пищевых производств» для студентов специальности 260601.65 Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета Саратов 2009 Цель работы: изучение методов определения массовой доли жира в пищевых продуктах. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Жиры представляют собой основную группу органических соединений, выделенных в класс липидов. Помимо жиров, к липидам относятся жироподобные вещества — воски, стероиды, фосфолипиды и др., объединенные под общим названием липидов. Липиды чрезвычайно широко распространены в природе. Они участвуют в построении клеточных структур животных и растительных тканей, в биохимических процессах, протекающих на клеточном уровне. Липиды легко образуют многочисленные комплексы с белками, углеводами и другими органическими соединениями, которые выполняют важные физиологические функции – обеспечивают окислительновосстановительные процессы на клеточном уровне, принимают участие в биосинтезе белков, обеспечивают одностороннюю проницаемость и перенос веществ через клеточные мембраны, принимают участие в высшей нервной деятельности и т. д. Жиры являются самыми распространенными соединениями класса липидов. По химическому строению — это триглицериды — сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта — глицерина. В состав природных триглицеридов в различных сочетаниях входят десятки органических кислот, отличающиеся числом углеродных атомов в молекуле, наличием или отсутствием двойных связей, содержанием оксигрупп в углеводородном радикале и т. д., что и определяет многообразие природных жиров. В больших количествах в состав жиров входят олеиновая и пальмитиновая кислоты, за что их называют главными жирными кислотами. Жиры животного и растительного происхождения существенно отличаются. Животные жиры более богаты по набору высших жирных кислот, в их состав входят кислоты с числом углеродных атомов от 20 до 24, причем преобладают насыщенные жирные кислоты. В составе растительных жиров преобладают ненасыщенные жирные кислоты — олеиновая, линолевая, линоленовая, а из предельных в значительных количествах содержится лишь пальмитиновая кислота. Характер входящих в состав жира высших жирных кислот и определяет его физические свойства. Если в составе триглицерида преобладают насыщенные жирные кислоты с высокой температурой плавления, то и триглицерид — твердый (бараний жир, говяжий жир и 2 др.), если же в его составе в основном ненасыщенные жирные кислоты – при обычных условиях это жир жидкий (растительные масла). Жиры, окисляясь в организме, обеспечивают его энергией: при распаде 1 г жира до диоксида углерода и воды выделяется 38,9 ·103 – 40,0·103 Дж, тогда как при распаде 1 г углеводов или белков всего 17,1 • 103 Дж. За счет энергетической ценности жиров, входящих в состав пищевого рациона, организм человека покрывает до 30% расходуемой энергии. Пищевая ценность жиров определяется их составом, усвояемостью и наличием в них так называемой нежировой фракции — жирорастворимых витаминов, фосфатидов, стеринов и др. Свойства жиров: 1. Окисление жиров. При свободном доступе воздуха жиры окисляются как при комнатной температуре, так и при тепловой обработке. Процесс окисления при комнатной температуре называется автоокислением. Процесс окисления при высокой температуре называется термическим разложением. При автоокислении имеет место индукционный период, т.е. происходит накопление свободных радикалов. Как только концентрация свободных радикалов достигнет критической, начинается процесс быстрого присоединения кислорода к радикалам. Этот процесс называется цепной реакцией и состоит из 3 этапов: 1. Зарождение цепи. 2. Рост цепи. 3. Обрыв цепи. Развитие цепи начинается с образования свободного радикала, который возникает в результате отрыва атома водорода от углеродной части молекулы жирной кислоты. Отрыв атома водорода происходит по соседству с 2-й связью: - CH=CH – CH2-→- CH=CH – CH+H. Перед соединением радикала с кислородом двойная связь может перейти в новое положение, - CH=CH – CH2- →- CH - CH = CH+O2 , т.е. протекает процесс изомеризации, образовавшийся жирный радикал соединяется с кислородом воздуха с образованием перекиси – CH – CH=CH- +O2 →- CH – CH=CH-. Перекисный радикал отщепляет водород от новой молекулы жирной кислоты, образуется гидроперекись и новый радикал, который вновь соединяется с кислородом воздуха и весь цикл повторяется заново. Перекись и гидроперекись склонны к реакциям распада, в результате которых образуются два новых радикала, увеличивающих скорость цепной реакции. Обрыв цепи может произойти, если столкнутся два радикала с образованием неактивной молекулы. 2. Гидрогенизация жиров. Остатки ненасыщенных жирных кислот в молекулах жиров присоединяют водород. При этом целенаправленно изменяется состав жира, повышается их температура плавления, увеличивается твердость, пластичность и они становятся более устойчивы 3 к окислению. Процесс протекает ступенчато. Линоленовая кислота → линолевая→олеиновая→стеариновая. Процесс протекает в присутствии катализатора при t=260-2900С. В процессе протекают рабочие процессы: 1. Перемещение двойных связей (миграция) в остатках жирных кислот вдоль углеродной цепи, что приводит к образованию позиционных изомеров. 2. Трансизомеризация, т.е. изменение пространственной конфигурации жирных кислот (цис- и трансизомеры). С позиции современной теории питания накопление цис- и трансизомеров и позиционных изомеров существенно влияет на свойство гидрированных жиров, повышается их твердость. Употребление таких продуктов нежелательно. 3. Переэтерефикация. Жиры в присутствии порошкообразных этилат и метилат натрия, гидрооксид натрия и ферментов способны к обмену остатков жирных кислот, этот процесс получил название переэтерефикация. Обмен кислотными остатками может происходить внутри одной молекулы или между молекулами. Температура 80-900С. Данный процесс открывает возможность получать жир с заданными свойствами заранее. 4. Общим свойством липидов является их нерастворимость в воде, но хорошая растворимость в органических растворителях — бензоле, бензине, петролейном эфире, серном эфире, ацетоне, хлороформе, сероуглероде, метиловом и этиловом спирте и т. д. На этом свойстве и основаны почти все методы количественного определения жира. В качестве растворителя чаще всего употребляют этиловый (серный) или петролейный эфиры. При экстрагировании эфиром, помимо жиров, одновременно из навески продукта извлекается все, что растворяется в эфире. Из жироподобных веществ извлекаются воски, стерины, свободные жирные кислоты и др. Если же эфир недостаточно чист и содержит примеси спирта, ацетона, влаги, то в него могут переходить вещества, не относящиеся к классу липидов — смолы, спирты, красящие вещества, сахара, альдегиды, кетоны. Если в навеске продукта содержались эфирные масла, они тоже перейдут в вытяжку. Вещества, извлекаемые с помощью растворителя из навески продукта, условно называют «сырой» жир. Так как состав сырого жира в значительной степени зависит от чистоты растворителя, перед использованием растворитель очищают от воды и спирта, а испытуемый материал обрабатывают холодной водой для удаления сахаров и затем высушивают. Существует четыре группы методов количественного определения сырого жира. К первой группе относятся методы, которые позволяют практически полностью извлекать жир из навески путем многократного его 4 экстрагирования растворителем в специальном аппарате. Из полученной вытяжки отгоняют растворитель, а остаток высушивают и взвешивают (метод Сокслета). Вторая группа методов предусматривает извлечение жира из навески испытуемого вещества путем настаивания с растворителем в колбе с притертой пробкой в течение определенного времени. Раствор фильтруют, растворитель отгоняют, остаток высушивают и взвешивают. В третьей группе методов навеску продукта обрабатывают через повторную экстракцию растворителем до полного удаления жира из нее. Обезжиренный остаток испытуемого вещества высушивают, взвешивают и по разнице массы до и после экстракции находят содержание жира в продукте. В четвертой группе методов навеску продукта обрабатывают растворителем с высоким коэффициентом преломления (бромнафталина и др.) для извлечения из нее жира. Смесь фильтруют, фильтрат наносят на призму рефрактометра и определяют коэффициент преломления раствора жира в растворителе. Зная коэффициент преломления чистого растворителя, рассчитывают содержание жира в продукте (рефрактометрические методы определения жира). Из методов первой группы широкое применение в лабораторной практике имеет метод Сокслета. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Определение массовой доли сырого жира методом Сокслета Извлекают сырой жир из навески испытуемого вещества в аппарате Сокслета, обеспечивающем непрерывность экстрагирования. При массовых определениях жира несколько приборов соединяют в одну батарею. Аппарат (рис. 1) состоит из трех частей: экстрактора, приемной колбы и обратного холодильника. Все части прибора плотно с помощью шлифа присоединяются один к другому. Экстрактор представляет собой цилиндрический сосуд, снабженный двумя боковыми трубками: более широкая 4 служит для отвода паров растворителя в холодильник, более тонкая 1 является сифоном, отводящим эфирную вытяжку в колбу. Техника определения Навеску хорошо измельченного вещества берут в количестве от 3 до 10 г с погрешностью до 0,0002 г в зависимости от предполагаемого 5 содержания жира в продукте (для муки 10 г) и помещают в бумажный патрон, изготовленный из плотной фильтровальной бумаги. Диаметр патрона должен быть несколько меньше внутреннего диаметра экстрактора, а по высоте он должен размещаться чуть ниже верхнего изгиба сифонной трубки. На дно патрона перед помещением в него вещества кладут небольшое количество сухой обезжиренной ваты и после его взвешивания с веществом навеску прикрывают такой же ватой. Для того чтобы не допустить извлечения водорастворимых веществ водой, содержащейся в самом материале, рекомендуется проводить высушивание патрона с навеской в вакуум-эксикаторе при комнатной температуре или в течение 3 ч при температуре 100—105°С в атмосфере инертного газа или в вакууме, чтобы исключить окисление жира. Рис. 1. Аппарат Сокслета для количественного определения жира: 1 – сифон; 2 – обратный холодильник; 3 – экстрактор; 4 – широкая трубка; 5 – приёмная колба Сухую и чистую приемную колбу 5 взвешивают с погрешностью до 0,0002 г, наливают в нее этиловый эфир (от 2/з до3/4 ее вместимости с тем, чтобы количество эфира в 1,5—2 раза превышало рабочий объем экстрактора). Патрон с навеской помещают в экстрактор, собирают весь прибор, пускают в холодильник воду и подогревают колбу с эфиром на водяной бане или электрической песочной плите. Кипение должно быть равномерным, так чтобы за 1 ч происходило 10 - 15 сливаний эфира. Пары 6 кипящего эфира проходят по широкой трубке экстрактора в холодильник, конденсируются, и эфир стекает в патрон с навеской исследуемого продукта. Экстрактор постепенно наполняется эфиром, извлекающим жир из навески. Когда уровень эфира в экстракторе поднимется выше верхнего колена сифонной трубки, эфир с растворенным в нем жиром через сифон стечет в колбу. Вновь нагреваясь в колбе, эфир превращается в пар и поднимается в холодильник, а жир остается в колбе. Таким образом, одним и тем же небольшим количеством растворителя путем многократной экстракции можно перевести в приемную колбу весь жир, содержащийся в навеске. Полнота извлечения жира определяется количеством сливаний эфирной вытяжки в течение 1 ч. При 10—15 сливаниях в час полная экстракция жира из вещества заканчивается через 4—5 ч. По окончании процесса экстрагирования прекращают нагревание колбы, дают ей остыть, отключают воду и отнимают холодильник. Затем, наклонив экстрактор, сливают в приемную колбу через сифонную трубку оставшийся в нем эфир и отделяют колбу от экстрактора. Если вытяжка получилась мутной, ее фильтруют в колбу, предварительно доведенную до постоянной массы. Остатки из колбы смывают небольшими новыми порциями эфира и отфильтровывают их через тот же фильтр, стараясь тщательно его промыть. Прибор для отгонки эфира показан на рис. 2. Колбу 1 с раствором присоединяют к прямому холодильнику 2. Для уменьшения испарения эфира просветы в горлышке колбы закрывают ватой. Форштосс 3 опускают в приемник 4 свободно, без пробки и ведут отгонку. Рис. 2. Прибор для отгонки эфира: 1 – колба; 2 – прямой холодильник; 3 – форштосс; 4 – приемник Окончательно удаляют эфир и высушивают сырой жир в сушильном шкафу, в термостате или вакуум-термостате при 7 температуре 100—105 °С в атмосфере инертного газа до получения постоянной массы. Зная массу сырого жира и навеску, из которой он получен, вычисляют массовую долю сырого жира в исследуемом продукте. Масса колбы с жиром после высушивания г Масса пустой колбы г Масса сырого жира в 10 г муки г Массовая доля жира в муке % Массовая доля влаги в муке % Массовая доля сухих веществ в муке % Массовая доля жира в пересчете на сухие вещества % Заключение Определение массовой доли жира экстракционным методом с предварительным гидролизом навески Арбитражным методом определения массовой доли жира в хлебобулочных изделиях (ГОСТ 5668—68) является метод, основанный на извлечении жира растворителем из предварительно гидролизованной навески изделия и определении массовой доли жира взвешиванием после удаления растворителя из определенного количества полученного раствора. Техника определения Навеску продукта 10 г (при содержании жира в изделии более 10% навеска может быть уменьшена до 5 г), взвешенную с погрешностью до 0,01 г, помещают в плоскодонную колбу вместимостью примерно 300 см3, приливают 100 см 3 1,5%-ного раствора соляной кислоты (или 100 см3 5%-ного раствора серной кислоты), кипятят в колбе с обратным холодильником на слабом огне 30 мин. Затем колбу охлаждают водой до комнатной температуры, приливают 50 см3 хлороформа, плотно закрывают хорошо пригнанной пробкой, энергично взбалтывают в течение 15 мин, далее ее содержимое выливают в центрифужные пробирки и центрифугируют 2-3 мин. В пробирке образуется три слоя. Верхний (водный) слой удаляют пипеткой, снабженной резиновой грушей, отбирают хлороформенный раствор жира и фильтруют его в сухую колбу через небольшой ватный тампон, вложенный в узкую часть воронки, причем кончик пипетки при этом должен касаться ваты. 20 см3 фильтрата переливают в предварительно доведенную до постоянной массы и взвешенную с погрешностью до 0,0002 г колбу вместимостью примерно 100 см3. 8 Отбор и фильтрация должны проводиться в течение 2 мин. Хлороформ из колбы отгоняют на бане, пользуясь холодильником. Оставшийся жир сушат в колбе до постоянной массы (обычно 1 — 1,5 ч) при температуре 100—105 °С, охлаждают в эксикаторе 20 мин и взвешивают с той же погрешностью. Массовую долю жира в продукте рассчитывают по формуле: X=100·100·50(m1-m2)/20m(100— W), где X — массовая доля жира в пересчете на сухие вещества, %; 50— количество растворителя, взятое для извлечения жира, см 3; m1 — масса колбы с высушенным жиром, г; m2 – масса пустой колбы, г; 20 – количество фильтрата, взятое для определения жира, см3; m – масса продукта, г; W – массовая доля влаги в продукте, % Конечный результат представляет собой среднеарифметическое двух определений. Расхождение между результатами двух параллельных определений в одной лаборатории не должно превышать 0,5%, а расхождение между результатами определений одной и той же пробы в разных лабораториях не должно превышать 1%. Масса колбы с высушенным жиром (m1) г Масса пустой колбы (m2) г Масса продукта (m) г Массовая доля влаги в продукте, определяе% мая высушиванием до постоянной массы (W) Массовая доля жира в пересчете на сухие % вещества (X) Определение содержания сырого жира методом настаивания Этот метод не требует сложного оборудования и при повторных определениях дает хорошую сходимость. Техника определения Из фильтровальной бумаги 1010 см делают патрон диаметром 1,8 см, в который между двумя слоями обезжиренной ваты помещают от 2 до 5 г исследуемого вещества, взвешенного с точностью до 0,001 г. Закрытый и закрепленный нитками патрон помещают в коническую колбу с корковой пробкой вместимостью 100 мл. Длина патрона должна быть такой, чтобы он мог свободно разместиться горизонтально на дне конической колбы. Из бюретки с краном (под тягой) наливают в колбу 50 мл диэтилового эфира, после чего ее плотно закрывают пробкой и оставляют 9 в вытяжном шкафу не менее чем на 24 ч. После настаивания из колбы пипеткой с помощью груши переносят 10 мл раствора в предварительно взвешенную после высушивания небольшую стеклянную бюксу. Растворитель из бюксы испаряют на кипящей водяной бане (под тягой), после чего остаток в бюксе сушат 1 ч при 100-1050С. Определение жира кислотным методом (определение содержания жира в молоке) Метод основан на выделении жира из молока и молочных продуктов под действием концентрированной серной кислоты и изоамилового спирта с последующим центрифугированием и измерении объема выделившегося жира в градуированной части жиромера. Техника определения В сухой жиромер, стараясь не смачивать горлышко вносят цилиндром 10 мл серной кислоты плотностью 1,81-1,82 г/см3, затем отмеривают пипеткой 10,77 мл исследуемого молока. Наклонив пипетку под углом 450 и приложив ее к внутренней стенке горлышка жиромера, дают медленно стекать молоку, так, чтобы оно не смешивалось с серной кислотой, а наслаивалось на нее. Когда из пипетки стечет последняя капля молока, делают выдержку 7 с, не отнимая пипетку от жиромера. Оставшуюся в кончике пипетки каплю не выдувают. Далее приливают 1 мл изоамилового спирта. Необходимо соблюдать указанную последовательность внесения жидкостей, так как если нарушить ее и внести вначале молоко, то образующиеся в узкой части прибора сгустки свернувшегося белка затруднят определение. Смешивание кислоты и молока приводит к сильному нагреванию смеси, поэтому необходимо держать жиромер в момент приливания реактива в штативе. Жиромер закрывают пробкой, перевертывают несколько раз до полного растворения белков, обернув его при этом полотенцем и поддерживая пробку указательным пальцем. Затем помещают жиромеры в водяную баню с температурой 65±20С на 5 мин пробками вниз, после чего вставляют симметрично в гнезда центрифуги. В случае нечетного числа жиромеров, добавляют еще один, заполненный водой. Жиромеры должны размещаться градуированной частью к центру (в горизонтальной центрифуге) либо кверху (в вертикально размещенных патронах). Длительность центрифугирования 5 мин при частоте вращения 1000-1200 об/мин. 10 Во время центрифугирования температура смеси в жиромерах снижается, а так как шкала жиромера отградуирована при температуре 650С, то после центрифугирования жиромеры снова помещают в водяную баню с температурой 650С на 5 мин. Затем, сохраняя вертикальное положение прибора, вынимают его из воды, вытирают полотенцем, поддерживая пробку, и производят отсчет содержания жира. Для этого устанавливают нижнюю границу жирового столбика на каком-либо делении шкалы, от которого затем отсчитывают количество делений до нижней точки вогнутого мениска столбика жира. Шкала прибора должна находиться на уровне глаз. Показания жиромера соответствуют содержанию жира в молоке в процентах: большие деления означают целый процент жира, малые – десятичные доли. Расхождения между показаниями жиромера при параллельных определениях не должно превышать 0,1%. СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ Отчет о лабораторной работе оформляется каждым студентом. Текст пишется темными чернилами, эскизы могут выполняться карандашом, графики результатов экспериментов строятся в масштабе. Содержание отчета излагается в порядке, указанном в работе, и должно включать: - название работы, цель работы, краткое содержание; - краткие выводы по работе. Законченные и оформленные отчеты студенты предъявляют преподавателю до начала выполнения следующей работы ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Чем определяется многообразие жиров в природе и каковы их свойства? 2. Что подразумевается под понятием «сырой» жир? 3. Какие методы применяются для определения сырого жира? 4. На чем основаны методы определения жира? 5. Как устроен аппарат Сокслета? 6. Какие вещества применяются для экстрагирования жира из навески продукта? 7. Как проводится отгонка эфира по окончании экстрагирования? 8. Как проводится определение содержания жира в пищевых продуктах методом настаивания? 11 ЛИТЕРАТУРА 1. Пищевая химия: Лабораторный практикум: учеб. пособие для вузов / А.П. Нечаев, С.Е. Траубенберг, А.А. Кочеткова и др. СПб.: ГИОРД, 2006. 304 с. 2. Лабораторный практикум по общей технологии пищевых производств / под ред. Л.П. Ковальской. М.: Агропромиздат, 1991. 335 с. 3. Фалунина З.И. Лабораторный практикум по общей технологии пищевых продуктов / З.И. Фалунина. М.: Пищевая промышленность, 1978. 271 с. 4. Назаров Н.И. Общая технология пищевых производств / Н.И. Назаров. М.: Легкая и пищевая технология, 1981. 19 с. 5. Пищевая химия / А.П. Нечаев, С.Е. Траубенберг, А.А. Кочеткова и др.; под ред. А.П. Нечаева. 4-е изд., исправ. и доп. СПб.: ГИОРД, 2007. 640 с. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРА В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ Методические указания к выполнению лабораторной работы Составили: РАМАЗАЕВА Людмила Федоровна ПОЗДЕЕВА Марина Геннадьевна ПАЧИНА Ольга Владимировна Рецензент Г.П. Денисова 12