Лабораторный практикум по дисциплине "Химия пищи"
реклама
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Технологический институт филиал ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА Кафедра естественнонаучных дисциплин Починова Т.В. Химия пищи для студентов специальности 260303.65 «Технология молока и молочных продуктов» Димитровград 2010 1 ББК 36 П - 65 Химия пищи: Лабораторный практикум студентов специальности 260303. 65 Технология молока и молочных продуктов / Починова Т.В. – Димитровград: Технологический институт – филиал ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА», 2010. – 40с. В лабораторном практикуме кратко рассмотрены теоретические вопросы, приведены расчетные формулы, методика лабораторных работ адаптированных под условия лаборатории, а также способы приготовления реактивов. © Технологический институт – филиал ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА © Починова Т.В.. Учебное издание 2 СОДЕРЖАНИЕ ТЕМА I БЕЛКИ………………………………………………………………………..……..4 Лабораторная работа №1…………………………………………………………………4 Лабораторная работа №2……………………………………………………………..…..7 ТЕМА II ЛИПИДЫ……………………………………………………………………….…..8 Лабораторная работа №3………………………………………………………………….9 Лабораторная работа №4…………………………………………………………….….10 ТЕМА III УГЛЕВОДЫ …………………………………………………………………….16 Лабораторная работа №5………………………………………….…………………….16 Лабораторная работа №6………………………………………………………………..18 Лабораторная работа №7………………………………………………………………...21 ТЕМА IV МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА………………………………...…………………..24 Лабораторная работа №8………………………………………………………………..24 Лабораторная работа №9………………………………………………………………..25 ТЕМА V ВИТАМИНЫ……………………………………………………………………….28 Лабораторная работа №10………………………………………………………………28 Тема.VI ПИЩЕВАЯ ЦЕННОСТЬ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ………………………….…..…30 Лабораторная работа №11,12……………………………………………………………32 ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………….……………………….37 3 ТЕМА БЕЛКИ Белки — важнейшие для жизни полимеры, состоящие из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидной связью. Каждый вид белка характеризуется своей уникальной последовательностью аминокислот в полипептидной цепи (первичная структура белков). Все белки имеют определенную пространственную ориентацию полипептидных цепей (вторичная, третичная и четвертичная структуры). По составу они подразделяются на простые белки (протеины), которые состоят только из остатков аминокислот, и сложные белки (протеиды), в которых полипептидная цепь соединена с небелковым компонентом — простетической группой. Лабораторная работа 1 Фракционирование белков различной природы по растворимости Цель работы: провести экстракцию и последующий анализ белков растительного и животного происхождения по растворимости. Реактивы: мука пшеничная, гороховая; молочный продукт; гомогенизированная мышечная ткань; 10% и насыщенный растворы сульфата аммония, сухой сульфат аммония (мелко размолотый); 0,2 %, 1 %, 10 % растворы гидроксида натрия; 0,1 Н, 3 % растворы уксусной кислоты; биуретовый реактив; 10 % и насыщенный растворы хлорида натрия; сухой хлорид натрия (мелко размолотый); 70 % раствор этилового спирта. Посуда и приборы: капельницы; стеклянные воронки; фарфоровые ступки и пестики; фильтровальная бумага; марля; технические весы с разновесами; термостат; плоскодонные колбы объемом 100 мл; пробирки; пипетки; водяные бани. Классификация белков по растворимости (в воде, растворах содей, кислот, щелочей и спирта) применяется только для простых белков: ♦ Белки, растворимые в слабых кислотах, — это наиболее простые белки, обладают невысокой молекулярной массой и проявляют основные свойства (суммарный заряд — положительный): — протамины обладают сильноосновными свойствами, растворимы в слабых кислотах, содержат до 80 % аминокислот основной природы (лизин, гистидин, аргинин); — гистоны обладают менее основными свойствами, чем протамины (содержание аминокислот основной природы до 30%), они выполняют стабилизирующую функцию при формировании третичной структуры ДНК у эукариот. ♦ Белки, растворимые в воде и растворах нейтральных солей, обладают более высокой молекулярной массой, чем гистоны и протамины, часто выполняют в организме каталитическую функцию: —альбумины хорошо растворяются в воде и высаживаются из насыщенных растворов нейтральных солей; —глобулины растворяются в слабых растворах нейтральных солей, высаживаются при высоких концентрациях нейтральных солей и выполняют защитные функции в организме. ♦ Белки, растворимые в спиртах и растворах щелочей, — это высокомолекулярные белки, нерастворимые в воде, встречаются в семенах растений, выполняют запасные функции: 4 —проламины нерастворимы в воде и солях, растворимы в 70 % спирте, содержат много пролина; —глютелины нерастворимы в воде и разбавленных растворах нейтральных солей, растворимы в разбавленных щелочных растворах (0,2...2% растворах едкого натра) и выполняют не только запасную функцию, но обладают и биологической активностью. Растительные белки Белки зерновых неравномерно распределены между морфологическими частями зерна. Основное количество белка содержится в эндосперме (65...75 %), на алейроновый слой приходится 15 % белка, а 22 % — на долю зародыша. Белки эндоспермы и алейронового слоя представлены различными фракциями, белки зародыша — в основном каталитическими белками (альбуминами и глобулинами). Альбуминовые и глобулиновые фракции белков пшеницы разнородны и проявляют либо каталитическую активность, либо свойства ингибиторов ферментов. В количественном отношении главными белками пшеницы являются две фракции: глиадин (проламин пшеницы) и глютенин (глютелин пшеницы). Основная фракция белков бобовых — глобулиновая (60...90%). Она представляет собой группу запасных белков и извлекается 5... 10 % раствором хлорида натрия из обезжиренной муки. Белки бобовых содержат лизина в 2...2,5 раза больше, чем злаковые, а растворимость и перевариваемость их выше, чем у других белков растений. В качестве самостоятельной группы в семядолях бобовых не обнаружены глютелины. Извлекаемые щелочными растворами белки представляют собой глобулины, связанные с полисахаридами. На долю альбуминовой фракции приходится 10...20 % белков бобовых. Они не являются запасными, основная роль альбуминовых белков — физиологическая, они представляют собой группу биологически активных веществ. Это, главным образом, ферменты и ингибиторы ферментов. В альбуминовой фракции встречаются ингибиторы трипсина, цитохромы с, β-амилазы, липооксидазы. Отличительной особенностью белкового комплекса бобовых является высокое содержание ингибиторов протеаз и особых белков гликопротеидной природы — лектинов. Ход анализа Выделение водорастворимых белков пшеницы. Пшеничную муку в количестве 2 г растереть в фарфоровой ступке с 10 мл дистиллированной воды. Полученной смеси дать отстояться 2...3мин, затем отфильтровать. Остаток муки промыть два раза небольшими порциями дистиллированной воды и оставить для последующего извлечения глобулинов пшеницы. Полученный фильтрат использовать при исследовании растворимости альбуминовых белков. К фильтрату альбуминовой фракции белков добавить сухой тонкоизмельченный порошок сульфата аммония при небольшом нагревании (не выше 40 °С) до полного насыщения (до прекращения растворения сульфата аммония). Выпавший осадок, представляющий собой альбуминовую фракцию белков пшеницы, отфильтровать. Осадок на фильтре растворить в 1 мл дистиллированной воды. В полученном растворе доказать наличие белков, добавив в него 1 мл биуретового реактива. Выделение солерастворимых белков пшеницы. Промытый водой остаток муки (после извлечения альбуминовой фракции белков) растереть в ступке с 10 мл 10 % раствора хлорида натрия, дать отстояться 2...3мин и отфильтровать. Остаток муки 5 промыть два раза небольшими порциями свежего раствора хлорида натрия и оставить для следующих опытов. Полученный фильтрат использовать при исследовании растворимости глобулиновых белков пшеницы. Для этого добавить к фильтрату равный объем насыщенного раствора хлорида натрия, достигнув тем самым полунасыщения. Выпавший осадок, представляющий собой глобулиновую фракцию белков пшеницы, отфильтровать. Осадок растворить на фильтре в 1мл 10% раствора хлорида натрия. Провести реакцию с биуретовым реактивом. Выделение белков пшеницы, растворимых в щелочах. Остаток муки (после удаления альбуминовой и глобулиновой фракции белков) растереть в фарфоровой ступке с 10 мл 0,2% раствором гидроксида натрия, дать отстояться 2...3 мин и отфильтровать. К фильтрату добавить по каплям 0,1 н раствор уксусной кислоты. Выпавший осадок представляет собой глютенин — глютелин пшеницы. Выделение белков пшеницы, растворимых в спиртах. В фарфоровой ступке растереть 1 г пшеничной муки с 5 мл 70 % этилового спирта. Полученной суспензии дать отстояться и отфильтровать. К 3 мл фильтрата добавить по каплям дистиллированную воду до выпадения осадка. Полученный осадок представляет собой глиадин — проламин пшеницы. Выделение водорастворимых белков гороха. Экстракцию белков вести аналогично экстракции альбуминов пшеницы. Выделение солерастворимых белков гороха (легумина). В гороховой муке содержится глобулиновый белок легумин, нерастворимый в воде, но растворимый в растворах нейтральных солей. Для извлечения легумина 5 г гороховой муки залить 20 мл 10 % раствора сульфата аммония и экстрагировать в термостате в течение 20 мин при температуре 30 °С (при постоянном перемешивании). Полученный раствор отфильтровать через складчатый фильтр, смоченный раствором соли. Фильтрат использовать для исследования растворимости глобулиновых белков гороха. Для этого добавить к 1 мл фильтрата 1 мл насыщенного раствора хлорида натрия. Выпавший осадок легумина отфильтровать и растворить на фильтре в 1 мл 10 % раствора хлорида натрия. Провести реакцию с биуретовым реактивом. Полученные результаты свести в таблицу (по образцу табл. 1), оформить выводы по работе. Таблица 1 Результаты качественного анализа фракционного состава исследуемого белка Исходный материал 6 Растворите ль Название растворимого белка Из какого растворителя высаливается Реакция на белок Лабораторная работа №2 Белки молока Содержание белков в молоке составляет 2,9...3,5 %. Белки молока обеспечивают нормальное развитие растущего организма и питание взрослого человека. Они отличаются по строению, физико-химическим свойствам и биологическим функциям. Белки молока делятся на три группы: ♦ казеиновые белки (80%) — аS1-казеин, аS2-казеин, β-казеин, χ-казеин; ♦ сывороточные белки (19%) — β-лактоглобулин, α-лактальбумин, иммуноглобулины, лактоферрин; ♦ белки оболочек жировых шариков (1 %). Сывороточные белки являются наиболее ценной частью молока по содержанию незаменимых аминокислот (НАК). По биологической ценности они превосходят казеин и имеют аминокислотный состав, близкий к составу мышечной ткани. Это глобулярные белки, в отличие от казеина не способные ассоциироваться и осаждаться в изоэлектрической точке (ИЭТ). Они гетерогенны, обладают важными биологическими функциями. β-Лактоглобулин (β-Лг) — наиболее важный белок в количественном отношении, термолабилен. Предполагают, что он участвует в транспорте витамина А. Известно, что он переносит в кишечник макро- и микроэлементы, витамины и липиды. Тепловая денатурация β-Лг приводит к коагуляции агрегированного белка (он коагулирует почти полностью при 85...100°С) и образованию комплексов с χказеином. α-Лактальбумин (α-Ла) гетерогенен, участвует в синтезе лактозы (является частью лактозосинтезирующей системы). Так же, как и иммуноглобулины, попадает в молоко из кровеносной системы животного. Он наиболее термостабилен из всех сывороточных белков из-за присутствия в нем дисульфидных связей. При охлаждении и в присутствии ионов кальция α-Ла способен восстанавливать нативную структуру на 80...90 %. Иммуноглобулины — сложные белки (гликопротеиды). Это термолабильные белки, которые коагулируют при температуре выше 70 0С. Они обладают свойствами антител и выполняют защитные функции. Лактоферрин — красный железосвязывающий белок. Его главная функция — транспорт железа, он оказывает бактериостатическое действие на кишечную микрофлору, связывая в кишечнике железо и делая его недоступным для микроорганизмов. Молочные альбумины и глобулины обладают всеми свойствами белков соответствующих групп: они свертываются при кипячении и высаливаются насыщенным (альбумины) и полунасыщенным (глобулины) растворами сернокислого аммония. Ход анализа Выделение казеина. В колбу объемом 100 мл налить 5 мл молока и 5 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы хорошо перемешать и добавить по каплям 1 мл 3 % раствора уксусной кислоты. Полученную смесь снова хорошо перемешать и оставить в покое на 5... 10 мин. Осадок казеина отфильтровать. Полученный фильтрат (сыворотка), содержащий сывороточные белки, 7 нейтрализовать, добавив сухого бикарбоната натрия до прекращения выделения углекислого газа, и использовать для выделения солерастворимых белков молока. Выпавший казеин промыть на фильтре водой и растворить в 2 мл 1 % раствора едкого натра. Присутствие белка (казеината натрия) в полученном фильтрате доказать с помощью биуретовой реакции. Для этого добавить к фильтрату равный объем биуретового реактива. Цвет раствора должен измениться из голубого в фиолетовый. Выделение солерастворимых белков молока. В пробирку внести 5 мл фильтрата (после выделения казеина), добавить равный объем насыщенного раствора сернокислого аммония (для достижения полунасышения). Выпавший осадок глобулиновых белков молока оставить на 5...10 мин, а затем отфильтровать. Фильтрат использовать для выделения водорастворимых белков молока. Выпавшие глобулины растворить на фильтре в 1 мл 1 % раствора хлорида натрия. С полученным раствором глобулиновой фракции белков (около 1 мл) провести качественную реакцию на пептидную связь, добавив 1 мл биуретового реактива. Выделение водорастворимых белков молока. Полученный после извлечения глобулиновых белков молока фильтрат насытить сухим порошком сернокислого аммония. Для этого при перемешивании добавить тонкоизмельченный порошок сульфата аммония. Раствор следует слегка подогреть на водяной бане при температуре не выше 40 °С до прекращения растворения сульфата аммония. Вторично выпавший осадок представляет собой альбуминовую фракцию белков молока. Альбумины отфильтровать и полученный осадок растворить на фильтре в 1 мл дистиллированной воды. Проделать качественную реакцию на белок с фильтратом. Экспериментальные данные свести в таблицу, оформить выводы по работе. Таблица 2 Исходный Растворитель Название Из какого Реакция на белок материал растворимого растворителя белка высаливается ТЕМА ЛИПИДЫ Липиды широко распространены в природе и являются обязательной составной частью рационального питания. К липидам относятся разные по химическому составу и строению соединения, извлекаемые из природных объектов органическими растворителям нерастворимые в воде. Извлекаемые из жиросодержащего сырья свободные липиды называются сырым жиром, он на 90...95 % состоит из ацилглицеринов (триациллицеринов, диацилглицеринов, моноацилглицеринов), содержит другие липиды (воски, фосфолипиды, стерины), а также большую группу сопутствующих веществ (пигменты, жирорастворимые витамины) и некоторые другие соединения. Ацилглицерины, являясь основными компонентами сырого жира, лимитируют продолжительность хранения и технологические режимы переработки пищевого сырья и получения жира. Липиды, выделенные из растительного и животного сырья, служат для получения 8 многих пищевых (растительных масел, животных жиров, маргарина, различных кондитерских и хлебобулочных изделий) и технических продуктов (глицерина, карбоновых кислот, натуральной олифы и т. д.). Вкусовые свойства и сохранность многих продуктов зависят от их липидного состава. Липиды являются источником эссенциальных полиненасыщенных кислот, которыми богаты масла растительного происхождения. Для физиологически нормального функционирования организма человека доля растительных жиров в рационе должна составлять не менее 30 % от общего потребления жиров. Соотношение белков, жиров и углеводов в пищевом рационе должно быть 1: 1,2:4. Лабораторная работа №3 Определение массовой доли жира в продуктах питания гравиметрическим методом Цель работы: освоить гравиметрический метод определения содержания жира в пищевых продуктах. Реактивы: молоко; диэтиловый эфир; безводный сульфат магния; карбонат натрия. Посуда и приборы: пипетки; мерные цилиндры; делительные воронки; плоскодонные колбы; круглодонные колбы; аналитические весы; роторный испаритель. Липиды в природных объектах находятся в свободном состоянии и в виде различной прочности комплексов с белками и углеводами. Свободные липиды выделяют экстракцией неполярными растворителями — пентаном, гексаном, диэтиловым эфиром. Для экстракции связанных липидов используются системы растворителей, в которые обычно включен спирт. При выделении прочносвязанных липидов экстракции обычно предшествует обработка материала щелочами или кислотами. Количественное определение липидов без выделения последних из пищевого материала ведут с помощью таких методов, как метод ядерно-магнитного резонанса, инфракрасной спектроскопии и ультразвука. Гравиметрический метод является арбитражным методом и основан на экстракции жира диэтиловым эфиром. Добавление раствора карбоната натрия способствует снижению поверхности натяжения на границе раздела жира и плазмы молока и приводит к отделению жира. Ход анализа В делительную воронку отмерить 10 мл цельного молока (пипеткой), прибавить 2 мл 10% раствора карбоната натрия, хорошо перемешать и внести 20 мл эфира. Закрыть воронку пробкой и осторожно встряхивать ее в течение 10 мин, стравливая воздух время от времени из воронки через краник. После разделения слоев, верхний (эфирную вытяжку липидов) слить в плоскодонную колбу. Экстракцию повторить дважды, эфирные вытяжки объединить и оставить над осушителем (безводным сульфатом магния). Через час эфирные вытяжки отфильтровать в заранее взвешенную круглодонную колбу. Диэтиловый эфир удалить из экстракта на роторном испарителе. После испарения эфира колбу с выделенным молочным жиром остудить над 9 осушителем в эксикаторе, закрыть пробкой и взвесить. Массовую долю жира в молоке (Ж, %) рассчитать по формуле где , — масса колбы с жиром, г; — масса пустой колбы, г; ρ — плотность молока, г/мл; V— объем молока, взятого на анализ, мл. Полученные данные сравнить с литературными. Лабораторная работа №4 Исследование физико-химических характеристик пищевых жиров Цель работы: освоить методы контроля качества жиров на основе физикохимических показателей. Реактивы: 0,1 н; 0,5 н спиртовые растворы гидроксида калия; спиртово-эфирная смесь (2:1); 1 % спиртовой раствор фенолфталеина; 1 % раствор крахмала (индикатор); 0,1 н раствор йода; 0,1 н; 0,01н растворы тиосульфата натрия; хлороформ; 95 % этиловый спирт; ледяная уксусная кислота (95 %); насыщенный раствор йодида калия; 0,5 н раствор соляной кислоты; 96% этиловый спирт; животные и растительные жиры. Посуда и приборы: колбы для титрования объемом 100 мл со шлифом; мерные цилиндры; пипетки; капельницы; воздушные холодильники; бюретки для титрования; водяные бани. Процессы, происходящие в липидах при их хранении и переработке, характеризуются так называемыми константами, или химическими и физическими числами жира. Определение этих констант позволяет контролировать не только качество жиров и масел, но и какой-то степени его натуральность, регулировать технологические режимы получения продуктов. Как факторы регулирования производственных процессов широко используются следующие числа жира: кислотное число, число омыления, эфирное число, йодное и перекисное числа. Кислотное число характеризует присутствие свободных жирных кислот в жире и выражается количеством миллиграмм гидроксида калия, необходимым для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 грамме жира: RCOOH + КОН → RCOOK + Н20 Кислотное число является важнейшим показателем качества пищевых жиров, показывает глубину гидролитического распада и нормируется ГОСТом и техническими условиями. Например, если масло получено из зрелых семян, то свободных жирных кислот в нем мало, а в масле из незрелых семян содержание свободных жирных кислот значительно. При несоблюдении условий и сроков хранения жиров кислотное число увеличивается, что обусловлено в основном гидролизом триацилглицеринов. Свободные жирные кислоты окисляются быстрее, чем связанные. Таким образом, кислотное число может повышаться в результате окислительного и биохимического 10 прогоркания ненасыщенных жирных кислот. Однако повышенное кислотное число не всегда может служить признаком порчи жира. Часто жиры с высоким кислотным числом не бывают прогорклыми, в то же время кислотное число прогорклых жиров может быть небольшим. Кислотное число нерафинированных масел выше, чем рафинированных. Кислотное число подсолнечного масла (мг КОН/г): рафинированного ........................................... 0,40 рафинированного гидратированного ........... 1,25 гидратированного 1-го сорта ........................ 2,25 гидратированного 2-го сорта ........................ 6,00 нерафинированного высшего ...................... 1,50 нерафинированного 1-го сорта ..................... 2,25 нерафинированного 2-го сорта ..................... 6,00 Кислотное число соевого рафинированного масла — 0,30... 1,50мг КОН/г. Число омыления характеризует общее число свободных и связанных жирных кислот в жире и выражается количеством миллиграмм гидроксида калия, необходимым для омыления глицеридов и дальнейшей нейтрализации свободных и связанных жирных кислот, держащихся в 1 грамме жира: Число омыления зависит от молекулярной массы жирных кислот, входящих в глицериды, содержания неомыляемых веществ, свободных жирных кислот, моно - и диацилглицеринов. Число омыления понижается при повышении содержания неомыляемых веществ моно - и диацилглицеринов и повышается при увеличении свободны) низкомолекулярных кислот. Следовательно, число омыления служит показателем окислительной порчи жира. Число омыления совместно с кислотным числом является показателем степени окислительной порчи жира, сопровождающейся накоплением низкомолекулярных кислот. Эфирное число характеризует общее количество сложноэфирных связей в жире и определяется как разность между числом омыления и кислотным числом. Эфирное число выражается количеством миллиграмм гидроксида калия, необходимым для нейтрализации связанных жирных кислот в 1 грамме жира. Для жиров, не содержащих свободных жирных кислот, значения числа омыления и эфирного числа совпадают. При хранении жиров; сопровождающемся процессами гидролиза и окисления, эфирное число снижается. Йодное число является показателем консистенции сливочного масла и должно учитываться при выборе температурных режимов обработки сливок в процессе их созревания и перемешивания. Этот показатель молочного жира зависит от кормовых рационов, стадии лактации, времени года, породы животного и т. д. Оно повышается летом и понижается зимой и лежит в пределах 28...45 г/100 г. Определять йодное число сливочного масла необходимо при подозрении на наличие в нем примесей растительных масел. 11 Метод основан на способности йода присоединяться по кратным связям. Непрореагировавший йод оттитровывают тиосульфатом натрия: R— СН=СН—R + I2 → R—СН—СН—R I I I2+ 2Na2S203 → 2NaI + Na2S406 Перекисное число служит количественным показателем присутствия первичных продуктов окисления жиров — пероксидов, т. е. окислительных изменений, происходящих в жирах, и выражается количеством йода (в граммах), выделенного перекисями из 100 г жира. По величие перекисного числа можно судить только о начальной стадии окисления липидов, на которой образуются пероксиды и гидропероксиды, получившие название первичных продуктов окисления. Они не оказывают существенного влияния на органолептические свойства жира. Содержание пероксидов обычно невысоко, так как они быстро превращаются во вторичные продукты окисления, не содержащие пероксидного кислорода. Образующиеся на этой стадии вторичные продукты — многочисленные насыщенные и ненасыщенные альдегиды и кетоны, многие из которых токсичны и придают жирам соответствующие специфические посторонние привкусы. Так, рыбный привкус вызывают насыщенные и ненасыщенные альдегиды (С5...С11), прогорклый вкус — гептаналь. По величине перекисного числа можно судить о свежести жира задолго до появления неприятного вкуса и запаха. Концентрацию пероксидных соединений в жирах следует контролировать, так как они токсичны, способны разрушать жирорастворимые витамины полиненасыщенные жирные кислоты. Первичные продукты неглубокого окисления липидов образуют плохо усваиваемые организмом комплексные соединения с аминокислотами, снижая тем самым пищевую ценность молочного жира. В табл.3 приведены данные зависимости степени окисленности жира от величины перекисного числа. Таблица 3 Зависимость степени окисленности жира от перекисного числа Перекисное число в 100 г жира До 0,03 0,03...0,06 0,06...0,10 Более 0,10 Степень порчи жира Свежий Свежий, но не подлежит хранению Сомнительной свежести Испорченный Метод определения перекисного числа основан на способе пероксидов в кислой среде окислять йодид калия: 12 Выделившийся йод оттитровывают тиосульфатом натрия. Ход анализа Определение кислотного числа жира. В четыре колбы объемом 100 мл поместить по 1г жира: в первую колбу свежего животного масла, во вторую — прогорклого животного масла, в третью — растительного масла, в четвертую — растительного масла после жарки. В каждую из этих колб добавить по 10 мл спиртово-эфирной смеси (2:1) и осторожно растворить жир при небольшом нагреве. После растворения масла колбы с анализируемой пробой охладить до комнатной температуры и внести в каждую по 1…2 капли спиртового раствора фенолфталеина. Анализируемые растворы осторожно титровать (по одной капле) 0,1 н спиртовым раствором гидроксида калия до слабо - розового окрашивания. Кислотное число (К.ч, мг/г) определяется по формуле К.ч = где, -- объем раствора гидроксида калия, пошедшего на титрование навески жира, мл; 5,61 — титр 0,1 н раствора гидроксида калия, мг/мл; к — поправочный коэффициент к титру 0,1 н раствора гидроксида калия; т — навеска жира, г. По кислотному числу рассчитать примерное содержание свободных жирных кислот (Гжк, %) в жире. Расчет обычно ведут по олеиновой кислоте, как наиболее распространенной свободной жирной кислоте в подсолнечном, соевом маслах и кондитерском жире, по формуле ТЖК =К.ч · =0,5034·К.ч где 56,11 - молекулярная масса гидроксида калия; 1000 - коэффициент пересчета в граммы; 100 - коэффициент пересчета в проценты; 0,5034 - коэффициент пересчета на олеиновую кислоту; 282,47 - молекулярная масса олеиновой кислоты. Определение числа омыления жира. В три колбы отвесить на аналитических весах по 0,5 г жира. В первую колбу внести свежее сливочное масло, во вторую прогорклое, в третью растительное, в четвертую - прокаленное растительное масло. Во все колбы добавить для проведения гидролиза по 10 мл 0,5 н спиртового раствора гидроксида калия (пипеткой), единить их с воздушными холодильниками и поставить в кипящую водяную баню, но истечении одного часа колбы с анализируемыми пробами вынуть из бани, слегка охладить и отсоединить от холодильников. В каждую колбу с теплым раствором добавить по 1...2 капли раствора фенолфталеина. При этом цвет анализируемого раствора изменится в розовый из-за присутствия гидроксида калия. Избыток гидроксида калия 13 оттитровать 0,5 н раствором соляной кислоты до исчезновения окраски (опыт). Контрольный опыт проделать с тем же количеством реагентов. Отобрать пипеткой в коническую колбу 10 мл 0,5 н спиртового раствора гидроксида калия и оттитровать его 0,5 н раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина. По разности объемов, полученных от титрования опыта и контроля, рассчитать число омыления (Ч.о, мг/г) по формуле где V0 — количество 0,5 н раствора соляной кислоты, пошедшего на титрован: опытного образца, мл; Vк — количество 0,5 н раствора соляной кислоты, пошедшего на титрование контрольного образца, мл; т — навеска масла, г; k1,k2 — поправочные коэффициенты к титру растворов гидроксида калия и соляной кислоты соответственно; 28,055 — титр 0,5 н раствора гидроксида калия, мг/мл. Сравнить полученные в ходе эксперимента результаты со стандартными данными. Число омыления подсолнечного масла 189,9… 190,6; пальмового масла — 196,0…210,0; соевого масла 4 191,6…192,1; сливочного масла — 220…230. Число омыления косвенно характеризует среднюю молекулярную массу смеси жирных кислот: чем больше в жире содержите низкомолекулярных кислот, тем выше число омыления. На основании числа омыления (при незначительном кислотном числе) расчетным путем определить среднюю молекулярную массу триацилглицеринов (М/ТАГ) и среднюю молекулярную массу смеси жирных кислот (М/жк), входящих в состав исследуемого жира, по формулам Определение эфирного числа жира. Определение эфирного числа жира (Э.ч, мг/г) произвести по формуле Э.ч = Ч.о-К.ч. На основании эфирного числа рассчитать процентное содержание триацилглицеринов (ТТАР %) и связанного глицерина (Г, %) в жире по формулам где 92,11 — молекулярная масса глицерина; 56,11 — молекулярная масса гидроксида калия; 3 — основность глицерина. Определение йодного числа жира. В четыре плоскодонные колбы взвесить на аналитических весах по 0,1 г жира. В первую колбу внести свежее сливочное масло, 14 во вторую — прогорклое, в третью — растительное, в четвертую — прокаленное растительное масло. Во все колбы внести по 10 мл смеси этилового спирта и хлороформа (10:1) для растворения навески и слегка подогреть на водяной бане. После охлаждения внести пипеткой по 20 мл 0,1 н раствора йода и оставить полученные растворы в темном месте на 5... 10 мин. Растворы оттитровать 0,1 н раствором тиосульфата натрия до перехода коричневой окраски в желтую. Затем добавить индикатор — 1 % раствора крахмала — и продолжить титрование до исчезновения фиолетовой окраски (опыт). Контрольный опыт проделать с теми же реагентами, вместо масла в колбу вместимостью 100 мл внести воду, 20 мл 0,1 н раствор йода, 10 мл смеси этилового спирта и хлороформа и титровать 0,1 н раствором тиосульфата натрия в присутствии в качестве индикатора крахмала. Йодное число (Й. ч., г/100 г) вычислить по формуле Vк — количество 0,1 н раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование контрольного образца, мл; V0 — количество 0,1 н раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование опытного образца, мл; 0,01269 — титр 0,1 н раствора тиосульфата натрия, г/мл; т — навеска жира, г; к — поправочный коэффициент к титру 0,1 н раствора тиосульфата натрия. Определение перекисного числа жира. На аналитических весах в четыре колбы взвесить по 1 г жира. В первую колбу внести свежее сливочное масло, во вторую — прогорклое, в третью — растительное, четвертую — прокаленное растительное масло. Жир расплавить водяной бане и по стенке, смывая следы жира, влить 10 мл спирта 10 мл ледяной уксусной кислоты. Затем внести 0,5 мл свежеприготовленного насыщенного раствора йодида калия. Смесь тщательно перемешать и оставить на 3 мин в темном месте. Через 3 мин в колбу влить 5 мл воды, в которую заранее было, добавлено 2...3 капли 1 % раствора крахмала, и титровать выделившийся йод 0,01 н раствором тиосульфата натрия до исчезновения синего окраски (опыт). Для проверки чистоты реактивов провести параллельно контрольный опыт аналогичным способом, только без жира (вместо жира вносят 1 мл воды). К 10 мл спирта и 10 мл ледяной уксусной кислоты: добавить 0,5 мл раствора йодида калия, 1 мл воды и оттитровать полученную смесь в присутствии крахмала 0,01 н раствором тиосульфата натрия. Перекисное число (П.ч, г/100 г) испытуемого жира определить по формуле где V0 — объем 0,01 н раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование опытного образца, мл; Vк — объем 0,01 н раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование контрольного образца, мл; 0,00127 — титр 0,01 н раствора тиосульфата натрия, г/мл; 15 к — поправочный коэффициент к титру 0,01 н раствора тиосульфата натрия; т — навеска жира, г. Определить степень порчи жира, сравнив результаты анализа данными табл. 1.По результатам анализа сделать заключение о качестве исследуемых жиров, оценить степень их окислительной порчи, результаты оформить в виде таблицы (табл. 4). Таблица 4 Экспериментальные данные о качестве жиров Показатели жира Номер образца 1 2 3 4 Кислотное число, К.ч, мг/г Содержание свободных жирных кислот, Тжк, % Число омыления, Ч.о, мг/г Содержание триацилглицеринов, ТТАГ % Средняя молекулярная масса триацилглицеринов, МТАГ Средняя молекулярная масса жирных кислот, МЖК Эфирное число, Э.ч, мг/г Процентное содержание жирных кислот, ТЖК, % Перекисное число, П.ч, г/100 г Йодное число, Й.ч, г/100 г ТЕМА УГЛЕВОДЫ. Углеводы являются основным макронутриентом пищевых продуктов, на их долю приходится 60...80% калорийности пищевого рациона. Помимо энергетической, углеводы выполняют в организме человека и пластическую функцию. Среднестатистический здоровый человек должен потреблять в сутки 300...500г углеводов, а люди с повышенной физической и умственной нагрузкой — до 700 г. При недостатке углеводов в организме появляется слабость, головокружение, головная боль, чувство голода, сонливости и т. д. Избыток углеводов депонируется в виде жира. По усвояемости организмом человека углеводы подразделяются на усвояемые и неусвояемые. К усвояемым углеводам относятся моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), некоторые дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) и полисахариды (крахмал, декстрины). Дисахариды и усвояемые полисахариды в пищеварительном тракте гидролизуется пищеварительными ферментами до моноз, среди которых главную роль играет глюкоза. Из усвояемых сахаров первостепенное значение принадлежит сахарозе, которая широко используется в производстве разнообразной пищевой продукции. Из полисахаридов основным пищевым компонентом является крахмал. Организм человека не усваивает целлюлозу, гемицеллюлозы, пектин. Моносахариды и олигосахариды определяют такие свойства пищевых продуктов, как сладость, гидрофильность, связывание ароматических веществ; полисахариды — текстуру и качество продуктов питания. 16 Лабораторная работа №5 Выделение пектина и исследование его свойств. Цель работы: провести экстракцию и качественный анализ растворимого пектина. Реактивы; 0,1 н раствор гидроксида натрия; 1 н раствор уксусной кислоты, 1 % раствор ацетата свинца; растворы Фелинга 1 и Фелинга II; пектинсодержащее сырье. Посуда и приборы: конические колбы объемом 100 мл; стеклянные воронки; капельницы; фильтровальная бумага; пробирки; пипетки; баня; центрифуга; термостат. Пектиновые вещества (ПВ) представляют собой полимерные соединения с молекулярной массой от 10...100 тысяч дальтон, широко ценные в растениях. Они являются важным углеводным компонентом клеточной стенки и межклеточного пространства растения. В растительных клетках находятся две основные формы ПВ: пектин растворимый (гидропектин) и нерастворимый — протопектин. Протопектин представляет собой прочный комплекс с целлюлозой. Основной остов молекулы пектина построен из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных между собой а(1-4)-гликозидными связями, частично метоксилированных по шестому углеродному атому. Степень этерификации пектинов составляет 37...90%. Они представляют собой растворимые коллоидные вещества, обладающие водопоглощающей способностью. По физико-химическим свойствам ПВ в зависимости от их растворимости и степени метоксилирования галактуроновой кислоты делятся на: ♦ пектовую кислоту — это полностью деметоксилированная полигалактуроновая кислота, малорастворимая в воде; ♦ пектиновую кислоту — высокомолекулярная полигалактуроновая кислота, часть карбоксильных групп которой этерифицированы метиловым спиртом, хорошо растворимая в воде; ♦ пектаты — соли пектовой кислоты; ♦ пектины — водорастворимые вещества, свободные от целлюлозы и состоящие из полигалактуроновой кислоты, карбоксильные группы которой в различной степени метоксилированы и нейтрализованы ионами кальция; ♦ пектинаты — соли пектинов; ♦ пектиновые вещества — физические смеси пектинов соответствующими веществами (пентозанами и гексозанами); ♦ протопектин — условное название соединений, характеризующихся в основном нерастворимостью в воде и способностью при осторожном гидролизе образовывать пектиновые кислоты. Состоит из сети пектиновых цепей, образованных в результате соединения ионов многовалентных металлов с неэтерифицированными карбоксильными группами, с помощью эфирных мостиков с фосфорной кислотой. Наибольшее количество ПВ находится в плодах и корнеплодах. Они предохраняют их от высыхания, влияют положительно на засухоустойчивость и обеспечивают тургур. При созревании и xранении плодов нерастворимые формы пектина переходят в растворимые. Растворимые ПВ содержатся в клеточном соке. Получают ПВ из яблочных выжимок, свеклы, корзинок подсолнечника, цитрусовых других отходов переработки растительного сырья. Номенклатура пектинов основана на степени метоксилированных карбоксильных 17 групп полигалактуроновой цепи. В зависимости количества метоксильных групп и степени полимеризации различают высоко- (этерифицировано более 50 % карбоксильных групп) низкоэтерифицированные (этерифицировано менее 50% карбоксильных групп) пектины. Высокоэтерифицированные пектины способны образовывать гели в присутствии кислот и сахара при соблюдении определенного соотношения. Низкоэтерифицированные пектины способны образовывать гели лишь в присутствии ионов кальция. На этом основа их использование в качестве студнеобразующего вещества в кондитерской и консервной промышленности для производства мармелада, пастилы, желе и джемов, а также в хлебопечении, сыроделии. Ход анализа Выделение растворимого пектина. К 40 г свежеразмолотого на миксере пектинсодержащего материала (яблоки, сахарная свекла, морковь, лимонные корки) добавить 40 мл теплой воды (не выше 5°С), поместить в термостат и выдержать при периодическом встряхивании и температуре 40 °С в течение 30 мин. Полученный раствор пектина отфильтровать, к осадку повторно добавить 25 мл теплой воды и повторить экстракцию. Новую порцию экстракта отфильтровать, фильтраты объединить. Доказать нередуцирующие свойства пектинов с помощью реактива Фелинга. Для этого к 5 - 6 каплям раствора растворимого пектина добавить 5 - 6 капель смеси растворов Фелинга I и Фелинга II до образования легкой неисчезающей мути и погреть на кипящей водяной бане 2 - 3мин. Объяснить изменение окраски анализируемого раствора, написать уравнение реакции. Щелочной гидролиз по эфирной и гликозидной связям. Щелочной гидролиз растворимого пектина по сложноэфирной связи ведут при комнатной температуре. Для этого в коническую колбу внести 5 мл раствора растворимого пектина и прилить 20 мл 0,1 н раствора гидроксида натрия. Раствор оставить на 30 мин для достижения полноты реакции (написать уравнение реакции образования пектата натрия). Приблизительно 2 мл раствора щелочного гидролизата поместить на 30 мин в кипящую водяную баню для прохождения гидролиза по гликозидным связям до образования галактуроновой кислоты. Доказать восстанавливающие свойства галактуроновой кислоты с помощью реактива Фелинга. Написать уравнение реакций. Качественная реакция на пектин. К оставшемуся от предыдущего опыта щелочному гидролизату растворимого пектина прилить 5 мл 1 н раствора уксусной кислоты и перевести пектат натрия в свободную пектовую (полигалактуроновую) кислоту, добавить 1 мл 1 % раствора ацетата свинца и нагреть на кипящей водяной бане. При наличии полигалактоуроновой кислоты наблюдается образование кирпично-красного осадка пектата свинца. Написать уравнение реакции. 18 Лабораторная работа №6 Определение массовой доли влаги в пищевых продуктах Цель работы: освоить способ определения влажности путем высушивания; определить массовую долю сухих веществ в исследуемом продукте. Посуда и приборы: бюксы объемом 10 мл; пипетки; марля; аналитические весы; сушильный шкаф; эксикатор с осушителем. Влажность определяется как массовая доля воды (в г) в 1 г сухого вещества и обычно выражается в процентах. Содержание влаги в пищевых продуктах меняется в широких пределах (%): С удалением влаги существенно изменяются природные свойства продукта. На устойчивость продукта при хранении влияет соотношение свободной и связанной влаги. Общая влажность не характеризует количество связанной и свободной воды. Фрукты, овощи ............................................. 70...95 Пиво, соки ..................................................... 87...90 Яйца ............................................................... 70...80 Молоко коровье ............................................ 85...89 Мясо ............................................................... 60...75 Сыр................................................................. 37...40 Хлеб ............................................................... 35...50 Джем .............................................................. 28...35 Кекс ................................................................ 20...28 Мука ............................................................ 14,5...15 Крахмал ......................................................... 13...20 Мед................................................................. 10...20 Масло ............................................................. 16...18 Печенье .............................................................6...9 Карамель ...........................................................7...8 Шоколад ............................................................5...7 Сухое молоко....................................................4...7 Яичный порошок ........................................... 4...8,5 Свободная влага достаточно легко удаляется из продукта в процессе сушки, сгущения, замораживания, она способна вступать в различные взаимодействия. Так, например, при высоком содержании влаги во фруктах и овощах 70...95 %, большая часть влаги легко удаляется — это свободная вода, однако 5... 10% влаги достаточно прочно связаны и ее удаление затруднительно. В семенах растений, например, пшеницы при влажности 14 %, при высушивании около 10 % воды достаточно прочно удерживается и удаление ее затруднительно. Считается, что в процессе высушивания клеточные мембран раны становятся слабопроницаемыми для воды при низкой влажности. Низкая проницаемость клеточных мембран семян растений, вероятно, определяет и сохранение в них количества воды, заметно превышающего его равновесное значение при относительной влажности среды. Связанная вода замерзает при температуре ниже нуля, не растворяет солей и Сахаров, не удаляется при сушке, выпаривании, замораживании, недоступна микроорганизмам, в ней не протекают биохимические процессы. Эту воду называют неудаляемой. 19 Различают, по крайней мере, три категории связывания. Самое прочное связывание — это «органически связанная» вода. Обычно, это малая часть воды, которая находится или в составе химических гидратов, или, например, входит в состав глобулы белка, и ее удаление ведет фактически к деструкции макромолекулы. Следующая степень связывания — это близлежащая влага, которая образует монослой вокруг неводного компонента. Это вода, которая сильно взаимодействует с гидрофильными группами неводного компонента, и вода в микрокапилярах. Она обладает свойствами переохлажденной воды, не замерзает при -40 "С, имеет существенно меньшую молекулярную подвижность по сравнению с чистой водой. Далее к монослою примыкает мультислой. Это менее прочно связанная влага, но она еще достаточно тесно связана с неводным компонентом. Представляет собой несколько слоев, связанных с гидрофильными группами неводного компонента. По свойствам занимает промежуточное положение между монослоем близлежащей воды и свободной водой. Обладает свойствами переохлажденной воды, но менее четко выраженными. И, наконец, в пищевых продуктах имеется еще одна категория воды, которая по Fennema отнесена к свободной влаге. Это вода, Удерживаемая макромолекулярной матрицей, например, гели пектина, агар-агара и крахмала. Водопоглощающая способность пектина может составлять от 60 до 150 г воды на 1 г пектина. Структура этой воды пока не ясна. Она достаточно легко удаляется из продукта при высушивании и превращается в лед при охлаждении, хотя точка замерзания несколько ниже по сравнению с чистой водой, но эта вода не выделяется из пищевого продукта при механическом усилии. Свободное истечение ее затруднено макромолекулярной матрицей. Именно эта вода существенно влияет на качество пищевых продуктов, в частности, при хранении гелей происходит снижение их качества из-за потери этой воды (синерезиса). Любой материал может быть высушен только до равновесной влажности. При этом удаляемая влага обусловливает влажность материала выше его равновесной влажности, а неудаляемая — ниже его равновесной влажности. Влажность продукта чаще всего определяется по потере массы при сушке. Высушивание может быть осуществлено в сушильном шкафу. В зависимости от природы продукта высушивание можно проводить одним из следующих способов: ♦ высушивание до постоянной массы при температуре 105 °С; ♦ ускоренная сушка при 130 °С в течение 0,5...1,5ч; ♦ вакуум-сушка при 60 °С с пропусканием сухого воздуха над образцом; ♦ лиофильная сушка под вакуумом при низких температурах с последующим удалением остатков влаги высушиванием в вакуум-эксикаторе над осушителем. Процесс высушивания можно ускорить с помощью инфракрасного или микроволнового излучения. Недостатком метода высушивания является некоторая его неточность, так как в процессе высушивания удаляются и другие легколетучие вещества. Возможно также протекание химических реакций с соединениями, термически неустойчивыми или активными к действию кислорода и воды при нагревании. Поэтому высушивание производят неоднократно до постоянной массы высушиваемого материала. Для определения влажности разработан ряд методов, основанных на физико20 химических свойствах воды: определение диэлектрических свойств и теплоемкости, применение ядерно-магнитного резонанса, использование специфических химических реакций (метод Фишера) и др. Ход анализа Определение влажности продукта методом высушивания до поcтоянной массы. На дно бюкса с крышкой (вместимостью 10 мл) поле жить два кружочка марли, высушить в сушильном шкафу при температуре 105 °С в течение одного часа, охладить в эксикаторе на осушителем и взвесить на аналитических весах с точностью 0,001г. Внести в бюкс 3...5 г исследуемого продукта, закрыть крышкой и взвесить. Твердые продукты следует предварительно измельчить, жидкие упарить на водяной бане до сухого остатка. Поместить бюкс с открытой крышкой в сушильный шкаф при температуре 105 0С. Спустя час охладить бюкс в эксикаторе и взвесить. Последующие высушивания и взвешивания повторять до постоянного веса бюкса l навеской. Расхождение между параллельными определениями должно превышать 0,001 г. Взвешивание производить при закрытой крышке бюкса. Массовую долю сухих веществ (СВ, %) вычислить по формуле СВ=100(m1-m2)/m1-m0 где m1 — масса бюкса с навеской исследуемого продукта до высушивания, г; m2 — масса бюкса с навеской исследуемого продукта после высушивания, г; m0 – масса бюкса с марлевыми кружочками, г; 100 — коэффициент пересчета в проценты. Массовую долю влаги (W, %) рассчитать по формуле W= 100 - СВ. Лабораторная работа №7 Определение жесткости воды Цель работы: оценить качество питьевой воды на основе данных о ее жесткости, рассчитать концентрации ионов кальция и магния. Реактивы: аммиачно-аммонийный буферный раствор (рН = 9,3); буферный раствор (для определения магниевой жесткости); смесь эриохрома черного Т с хлоридом натрия; 0,1 н раствор трилона Б; 5 % раствор оксалата аммония; 1 % раствор гидрохлорида гидроксиламина; 1 % раствор сульфата натрия. Посуда и приборы: колбы для титрования; мерные цилиндры; пипетки; воронки; бюретки. Свойства продуктов, их вкус, цвет, стойкость при хранении во многом зависят от качества используемой в технологическом процессе воды. Она должна отвечать высоким органолептическим показателям: быть прозрачной, бесцветной, не иметь привкусов, запахов, не содержать вредных минеральных и органических примесей и патогенных микроорганизмов. В ней должно содержаться минимальное количество продуктов распада органических азотистых веществ и неорганических примесей. Общее содержание солей в питьевой воде — минерализация — весьма важный фактор нормальной жизнедеятельности человеческого организма. Сухой остаток воды, обусловленный общим содержанием в ней минеральных солей, должен быть не более 500...850мг/л. 21 Окисляемость воды характеризует наличие органических веществ (гуминов, продуктов распада белка), солей железаII), нитритов и сульфидов, она не должна превышать 6 мг 02/л. Важным показателем при оценке воды для практического использования является жесткость, которая обусловлена растворенными в ней солями кальция и магния. Общая жесткость слагается из временной и постоянной жесткости и характеризует концентрацию в воде катионов кальция и магния: Ж0 = Жв + Жп Временная, или карбонатная жесткость обусловливается присутствием бикарбонатов кальция Са(НС03)2 и магния Mg(HC03)2 и устраняется кипячением воды. При кипячении бикарбонаты переходят в нерастворимые или труднорастворимые карбонаты с выделением диоксида углерода по уравнению: Са(НС03)2 = СаС03 + С02 + Н20 Под постоянной (некарбонатной) жесткостью понимают содержание в воде прочих солей кальция и магния (сульфаты, хлориды, фосфаты, силикаты), она не устраняется кипячением. Жесткость воды выражают в мг-экв растворимых солей кальция и магния в 1л воды. 1 мг-экв жесткости соответствует 20,04 мг ионе кальция и 12,16мг ионов магния. Следовательно: Жо = Жса + ЖMg = Соли, обуславливающие жесткость, не являются вредными, они делают воду непригодной для использования в технологическом процессе приготовления пищи. В жесткой воде пищевые продукты плохо развариваются, она оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения. Вода с повышенной карбонатной жесткостью непригодна для технологических нужд. Природные воды по жесткости классифицируются следующим образом (в мг-экв Са2+/л или мг-экв Mg2+/л): очень мягкая 0...1,5; мягкая 1,5...3,0; средняя 3...6; жесткая 6...9; очень жесткая — более 9. Допустимой жесткостью для хозяйственно-питьевого водоснабжения считается жесткость не более 7 мг-экв/л. Использование жесткой воды в пищевой промышленности ведет к ухудшению качества готовых продуктов, вызывает выпадение солей при хранении, образование подтеков на поверхностях их п. Жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения. По нормам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), оптимальная жесткость воды составляет 1,0...2,0мг-экв/л). Гигиенические требования к чистоте питьевой воды и централизованных систем водоснабжения определяются санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.1074—01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водопользования» Под общей жесткостью питьевой воды понимают сумму содержащихся в воде бикарбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых кислот, вступающих в реакцию с соляной кислотой с образованием хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Для определения жесткости воды используют титриметрические методы с применением комплексонов, способных связывать ионы 22 кальция и магния. Комплексонометрический метод определения жесткости воды основан на образовании устойчивых и хорошо растворимых в воде внутрикомплексных соединений катионов металлов с натриевой солью этилендиамин тетрауксусной кислоты (трилон Б) в щелочной среде. Первоначально ионы кальция или магния образуют комплекс с индикатором (мурексидом или эриохромом черным Т), в процессе титрования его вытесняют трилоном Б, который образует устойчивые внутримолекулярные комплексы с металлами с изменением окраски раствора. После определения общей жесткости соли кальция осаждают оксалатом аммония в виде оксалата кальция и в фильтрате определяют магниевую жесткость. СаС12 + (NH4)2C2О4 СаС2О4 + 2NH4C1 Кальциевую жесткость рассчитывают по разности между общей и магниевой жесткостью. Ход анализа Определение общей жесткости воды. В колбу для титрования внести 100 мл отфильтрованной анализируемой воды (суммарное содержание кальция и магния не должно превышать 0,005 моль/мл), добавить 5 мл буферного раствора, 5...7 капель металлоиндикатора; (эриохром черный Т) или приблизительно 0,1 г его сухой смеси Й хлоридом натрия. Полученный раствор оттитровать 0,1 н растворов трилона Б до перехода красной окраски раствора в синюю. Нечеткое изменение окраски раствора в эквивалентной точке; указывает на присутствие солей меди и цинка. Для устранения их мешающего влияния повторить испытания, добавив к анализируемой пробе воды 1...2 мл 1 % раствора сульфата натрия. На присутствие солей марганца в воде указывает постепенное обесцвечивание (изменение окраски до серого цвета) анализируемой пробы после добавления буферного раствора и индикатора. Для устранения их мешающего влияния повторить испытания, добавив к исследуемой пробе воды 5 капель 1 % раствора гидрохлорида гидроксиламина. Общую жесткость (Ж0, мг-экв/л) рассчитать по формуле Ж0=0,1 V1· 1000/ V где V — объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование, мл; 0,1 — нормальность раствора трилона Б; V— объем анализируемой пробы, мл; 1000 — коэффициент пересчета. Кальциевую жесткость (Ж Са, мг-экв/л) вычислить по формуле Ж Са = Жo — Ж Mg Рассчитать концентрации ионов кальция ([ССа], мг/л) и магния ([Смg], мг/л) [ССа] = 20,04 ·Ж Са; [CMg] = 12,16· Жмg где 20,4; 12,16 — мг-эквиваленты ионов кальция и магния. Результаты эксперимента оформить в виде таблицы (табл. 5). 23 Наименован ие пробы Концентрация, мг/л Са+2 Мg+2 Жесткость, мг – экв /л общая кальциева магниев я ая Определение кальциевой и магниевой жесткости воды. В плоскодонную колбу внести 10... 100 мл исследуемой воды, 1 мл специального буферного раствора и 10...15 мл 5% раствора оксалата аммония. Выпавший осадок оксалата кальция отфильтровать через беззольныйJ фильтр в колбу для титрования, осадок на фильтре промыть дистиллированной водой. К фильтрату добавить 5 мл аммонийно-аммиачного буферного раствора (рН 9,3), 5...7 капель раствора индикатора (или сухой смеси) и оттитровать 0,1 н раствором трилона Б. Магниевую жесткость (Жмg, мгэкв/л) рассчитать по формуле 'Ж мg=0,1 V2· 1000/ V где V2 — объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование фильтрата после осаждения оксалата кальция, мл; 0,1 — нормальность раствора трилона Б; V— объем пробы взятой на анализ, мл; 1000 — коэффициент пересчета. ТЕМА III МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА Минеральные вещества являются составной частью структурных элементов клеток и тканей, и без них существование человека невозможно. Они участвуют в важнейших обменных процессах водно-солевом, кислотно-щелочном, во многих ферментативных реакциях. Обычно минеральные элементы делят на две группы: макроэлементы, к которым относят: кальций, фосфор, магний, натрий, калий, хлор, сера, и микроэлементы — железо, цинк, медь, кобальт, барий, йод, фтор и др., содержание которых невелико. Некоторые из микроэлементов (цинк, свинец, кадмий, медь, железо и др.) относятся к токсичным, содержание их в пище, превышающее предельно допустимые концентрации (ПДК), может привести к отравлениям и заболеваниям человека. Содержание минеральных веществ в пищевых продуктах зависит от природы исходного сырья и технологии получения. В среднем в съедобной части продуктов питания содержится около 1% минеральных веществ (0,7... 1,5 %). Их количество: увеличивается при добавлении в продукты поваренной соли (1,5...3,0%). При переработке пищевого сырья происходит снижение содержания минеральных веществ. В растительных продуктах они теряются с отходами при приготовлении круп и муки. При очистке овощей и картофеля теряется до 10...30 % минеральных веществ. Мясные продукты, рыба и птица теряют такие макроэлементы, как кальций и фосфор, при отделении костей. При тепловой обработке теряется в зависимости от технологии от 5 до 30 %. 24 Лабораторная работа №8 Определение массовой доли золы в пищевых продуктах Цель работы: определить общее содержание минеральных веществ в пищевом продукте. Реактивы: 90 % раствор этанола; 0,1 н раствор соляной кислоты; 0,1. 2 н растворы гидроксида натрия; 1 % спиртовой раствор фенолфталеина; индикаторная смесь мурексида; 0,1 н раствор трилона Б. Посуда и приборы: мерные цилиндры; муфельная печь; сушильный шкаф; аналитические весы; тигли для прокаливания; электроплитка; пипетки; бюретки; эксикатор с осушителем; часовые стекла; конические колбы для титрования. Количественное представление о содержании минеральных веществ дает массовая доля образующейся при сжигании продукта золы. Для многих продуктов зольность — нормируемый показатель. Ход анализа Определение зольности. В заранее прокаленный при температуре 500 "С и охлажденный тигель внести 5...25 г анализируемого продукта. Жидкие продукты следует предварительно упарить на водяной бане до сухого остатка. Затем высушить в сушильном шкафу (100... 120 °С) и осторожно обуглить на электрической плитке. Обугленный продукт прокалить в муфельной печи при температуре 450 °С. При прокаливании не допускать воспламенения и разбрызгивания. После прокаливания тигель охладить в эксикаторе над осушителем и взвесить. Озоление вести до получения постоянной массы золы. Ускорить озоление можно, добавив к охлажденному зольному остатку 1...2мл 90% этилового спирта. Полученный сухой остаток дополнительно прокалить в муфельной печи до полного озоления пробы, постепенно повышая нагрев до 450...500°С. Массовую долю золы (3, %) в исследуемом материале рассчитать по формуле где т1— масса тигля с исследуемым продуктом, г; тг — масса тигля с золой, г; т0 — масса тигля, г; 100 — коэффициент пересчета в проценты. Относительное расхождение массовой доли золы при параллельных опытах не должно превышать 5 %. Определение щелочности. В тигель с золой добавить 25 мл 0,1/; раствора соляной кислоты для нейтрализации золы, покрыть тигель часовым стеклом и прокипятить 1 мин. Полученный раствор количественно перенести в колбу для титрования. Остаток непрореагировавшей соляной кислоты оттитровать 0,1 н раствором гидроксида натрия в присутствии фенолфталеина (в качестве индикатора) до перехода окраски раствора в розовый цвет. Щелочность золы (Хщ, %), которая определяется как количество миллилитров 0,1 н раствора соляной кислоты, пошедшей на взаимодействие с соединениями золы 100 г пробы, рассчитать по формуле 25 Хщ= 100 V1- V2/m где— V1 объем 0,1 н раствора соляной кислоты, взятой на анализ, мл; V2 — объем 0,1 н раствора гидроксида натрия, пошедшего на титрование, мл; т — масса исследуемого материала, г; 100 — коэффициент пересчета в проценты. Лабораторная работа №9 Макроэлементы. Определение массовой доли кальция и магния в пищевых продуктах Цель работы: освоить комплексонометрический метод определения массовой доли кальция и магния в продуктах питания. Реактивы: сухая индикаторная смесь эриохрома черного Т; сухая индикаторная смесь мурексида; раствор метиленового красного; 0,005 н раствор трилона Б; аммиачно-аммонийная буферная смесь (рН 9,3); 2 н, 10 % растворы гидроксида натрия; 2 % раствор сульфата натрия; 25 % соляная кислота. Посуда и приборы: аналитические весы; муфель; электроплитка; водяная баня; пипетки; бюретки; мерные цилиндры; воронки; конические колбы для титрования. Кальций — трудноусвояемый элемент, его соединения, поступающие с пищей, практически не растворимы. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений, и лишь желчные кислоты обеспечивают всасывание кальция. Ассимиляция кальция тканями зависит не только от содержания его в продуктах, но и от соотношения с жирами, магнием, фосфором, белками. Наиболее благоприятное соотношение кальция и фосфора в продуктах питания составляет 1:1,2... 1,5, кальция и магния —1:0,25...0,3. Избыток фосфора приводит к вымыванию кальция из костей, повышению нагрузки на почки, снижает усвоение железа. Избыток магния сказывается отрицательно на всасывании кальция. Трудность соблюдения такого соотношения обусловлена тем, что большинство продуктов питания богаче фосфором, чем кальцием. Соотношение кальций: фосфор в мясе — 1:20, яйцах —1:4; картофеле — 1:5, хлебе и хлебобулочных изделиях — 1:5. Хорошая сбалансированность кальция и фосфора в плодах и овощах (1:1), но кальция в них содержится немного, тем более, что отрицательно на всасывание кальция влияют фитин и щавелевая кислота, содержащиеся в растительных продуктах. Избыток кальция может привести к кальцинозу почек, аорты и других органов. Избыток фосфора нарушает солевой обмен, тормозит всасывание кальция в кишечнике, способствует формированию сдвигов на уровне клеток при нервноэмоциональных реакциях. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена может вызвать ряд заболеваний: рахит, остеопороз и др. Комплексонометрический метод определения массовой доли кальция и магния в продуктах питания основан на способности последних к комплексообразованию с трилоном Б в щелочной среде. Точку эквивалентности фиксируют с помощью металлохромного индикатора (мурексид, хромоген). Метод основан на минерализации пробы с последующим титрованием раствора минерализата трилоном Б в щелочной среде. 26 Ход анализа Подготовка исследуемого материала (минерализация). В заранее прокаленный при температуре 500 °С и охлажденный тигель внести 5...25 г анализируемого продукта. Минерализацию пробы вести логично методике, приведенной для определения зольности ( см. пред. лаб.раб). В тигель с золой добавить 5 мл 25 % раствора соляной кислоты покрыть часовым стеклом и поместить в кипящую водяную баню растворения осадка. Полученный раствор отфильтровать через озоленный фильтр в мерную колбу вместимостью 50 мл, ополоснуть тигель и фильтр дистиллированной водой и довести объем до метки дистиллированной водой. Мерным цилиндром отобрать 10 мл ф1У трата в плоскодонную колбу объемом 100 мл и нейтрализовать его 2н раствором гидроксида натрия в присутствии метилового красного перехода окраски раствора в желтый цвет. Определение массовой доли кальция и магния. В плоскодонную колбу объемом 250 мл внести 100 мл дистиллированной воды, 2 мл 2% раствора сульфата натрия, 5 мл аммиачно-буферного раствора (рН9,3), 0,04 г (на кончике шпателя) сухой смеси эриохрома черно Т с хлоридом натрия и перемешать. По 50 мл полученного раствора сине-голубого или зелено-голубого цвета отобрать мерным цилиндром в две колбы для титрования. В первую колбу внести 2 мл нейтрализованного раствора золы (опытный образец), при этом раствор должен приобрести винно-красную окраску. Через 2 мин содержимое колбы оттитровать 0,005 н раствором трилона Б до перехода окраски в сине-голубую или зелено-голубую. В качестве контроля использовать раствор во второй колбе. Суммарную массовую долю солей кальция и магния в исследуемой пробе рассчитать (Мс, мг %) по формуле Мc=0,1 V0 - Vк/ mV где V0 — объем 0,005 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование опытного образца, мл; Vк — объем 0,005 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование контрольного образца, мл; V— объем нейтрализованного фильтрата, взятого для титрования, мл; т — масса навески исследуемого образца, г; 0,1 — количество кальция, соответствующее 1 мл 0,005 н раствора трилона Б, мг; 50 — общий объем фильтрата, мл; 100 — коэффициент пересчета в проценты. Определение массовой доли кальция. В плоскодонную колбу объемом 250мл внести 100 мл дистиллированной воды, 2мл 10% раствора гидроксида натрия, 0,04 г (на кончике шпателя) сухой смеси мурексида с хлоридом натрия и перемешать. По 50 мл полученного раствора лилового цвета отобрать мерным цилиндром в две колбы для титрования. В первую колбу внести 2 мл нейтрализованного раствора золы (опытный образец), при этом раствор должен приобрести малиново-красный цвет. Через 2 мин содержимое колбы оттитровать 0,005 и раствором трилона Б до перехода окраски в лиловую. В качестве контроля использовать раствор во второй колбе. Массовую долю солей кальция в исследуемой пробе рассчитать (МСа, мг %) по формуле 27 Мса= где V0 — объем 0,005 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование опытного образца в присутствии мурексида, мл; VK — объем 0,005 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование контрольного образца в присутствии мурексида, мл; К— объем нейтрализованного фильтрата, взятого для титрование, мл; т — масса навески исследуемого образца, г; 0,1— количество кальция, соответствующее 1 мл 0,005 н раствора трилона Б, мг; 50 — общий объем фильтрата, мл; 100 — коэффициент пересчета в проценты. Определение массовое доли магния. Определение массовой доли магния (Ммg%, мг%) сводится к вычислению разности между суммарным содержанием солей кальция и магния и содержанием солей кальция по формуле Ммg=MС — МСа ТЕМА IV ВИТАМИНЫ Витамины — группа низкомолекулярных органических соединений различной химической природы, объединенных по признаку: абсолютной необходимости для осуществления жизненно важных биохимических процессов человека, животных, некоторых растений микроорганизмов. Всего известно более 30 групп веществ, которые могут быть отнесены к витаминам. Обычно витамины делят на жирорастворимые (A, D, Е, К, Q, F) и водорастворимые (В15 В2, В6, РР,С, В3ит.д.). Природные соединения, не являющиеся витаминами, но лег" превращающиеся в них в организме, называются провитаминам. Такими примерами являются каротины и витамин А, стерины витамин D. Витамины являются незаменимым фактором питания, на и долю приходится 0,1...0,2 г суточного рациона. Длительный недостаток тех или иных витаминов ведет к различным заболеваниям (гиповитаминозы, авитаминозы). Вплоть до конца XX века полагали, что такие болезни, как цинга, бери-бери, пеллагра и рахит, которые современная медицина классифицирует как последствия дефицита витаминов, вызываются неизвестными инфекциями или ядами. Избыточное систематическое потребление некоторых жирорастворимых витаминов (A, D и др.) также нежелательно и может вызвать гипервитаминоз. Лабораторная работа №10 Водорастворимые витамины. Определение массовой доли витамина С Цель работы: освоить титриметрический метод анализа витамина С в пищевых продуктах. Реактивы: 3%, 6% растворы метафосфорной кислоты; 0,001 н раствор дихлорфенолиндофенолята натрия; 0,01% раствор витамина С. Посуда и приборы: мерные колбы вместимостью 50, 100 мл; пипетки; бюретки; фарфоровые ступки с пестиком; аналитические весы; колбы для титрования; воронки. По химическому строению витамин С, или аскорбиновая кислота (АК) является улактоном 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты. Аскорбиновая кислота легко 28 окисляется, и часть ее в продуктах питания может присутствовать в окисленной форме — дегидроаскорбиновой кислоты (ДАК). Обе формы обладают витаминной активностью. Накопление дегидроаскорбиновой кислоты происходит при кулинарной обработке и хранении пищевого сырья. В пищевых продуктах, подвергшихся измельчению, длительной тепловой обработке и хранению, соотношение АК: ДАК соответствует 1:1, в консервированных продуктах —1:2. Витамин С не синтезируется в организме человека и не может запасаться, поэтому должен постоянно поступать с пищей. Основным источником его являются растения (ягоды рябины и смородины, цитрусовые, капуста, шиповник, перец, хрен). Потребность взрослого человека в витамине С составляет 50... 150 мг в сутки и зависит от его состояния. В организме человека АК участвует в синтезе коллагена, активации и продуцировании жизненно необходимых веществ, увеличивает адсорбцию железа из кишечного тракта; он обладает детоксикационными и антиоксидантными свойствами. Авитаминоз С приводит к снижению иммунитета, повреждению костей и особенно зубов, разрушаются стенки капилляров, разрыхляются и кровоточат десны. Метод количественного определения аскорбиновой кислоты основан на способности АК восстанавливать окислительно-восстановительный индикатор — натриевую соль 2,6-дихлорфенолиндофенола — до лейкоформы с образованием ДАК: Данный метод не выявляет другой формы витамина ДАК, поэтому результаты получаются заниженными. Экстракцию аскорбиновой кислоты можно проводить растворами уксусной, щавелевой, соляной кислот. Наиболее эффективным экстрагентом является метафосфорная кислота, которая способна, инактивировать аскорбатоксидазу и осаждать белки. Навеску исследуемого материала берут в зависимости от предполагаемого содержания витамина С. Сухой шиповник, хвоя, лук — 1 г, лимон 5 г, капуста — 4 г, картофель — 10 г. 29 Ход анализа Определение массовой доли витамина С. Навеску исследуемого материала растереть в фарфоровой ступке в 30...50 мл 6 % раствора метафосфорной кислоты и количественно перенести в мерную колбу вместимостью 100 мл с помощью 3% раствора метафосфорной кислоты. Объем жидкости в колбе довести до метки 3 % раствором метафосфорной кислоты. Содержимое колбы перемешать, выдержать 15 мин и отфильтровать через складчатый фильтр. В колбу для титрования отмерить 5 мл фильтрата и оттитровать 0,001 н раствором 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия до появления устойчивого слабо-розового окрашивания, не исчезающего в течение 1мин. Содержание аскорбиновой кислоты (Сс, мг%) рассчитать по формуле Cc = где V— объем 0,001 н раствора 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия, пошедшего на титрование анализируемой пробы, мл; К— общий объем экстракта, 100 мл; К2 — объем экстракта, взятого на титрование, 10 мл; 0,088 — титр раствора 0,001 н 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия, мг/мл; к — поправочный коэффициент к титру 0,001 н раствора 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия; т — масса навески исследуемого материала, г; 100 — коэффициент пересчета на 100 г продукта. Тема V. Пищевая ценность продуктов питания Важную роль в понимании биохимических процессов пищеварения, предупреждения и лечения некоторых болезней при разработке новых полноценных продуктов питания имеют данные об их энергетической и пищевой ценности. Эти показатели должны также учитываться при составлении сбалансированных рационов питания для различного контингента населения. Поэтому в соответствии с современными требованиями этикирования энергетическая и пищевая ценность пищевых продуктов обязательно должны указываться на упаковке готовых продуктов питания. Энергетическая ценность характеризует ту долю энергии, которая может высвободиться из пищевых продуктов в процессе биологического окисления и использоваться для обеспечения физиологических функций организма. Зная химический состав пищевых продуктов, можно рассчитать энергетическую ценность по формуле Э = 4,0Б + 9,0Ж+ 4,0У + k ККИС, где Э — энергетическая ценность пищевого продукта, ккал /100 г; Б — масса белка в 100 г продукта, г; Ж— масса жира в 100 г продукта, г; У— масса углеводов в J 00 г продукта, г; Kкис— массовая доля органической кислоты в 100 г продукта, г; 4,0; 9,0; 4,0; к — коэффициенты энергетической ценности соответственно белков, жиров, углеводов и органических кислот, входящих в состав продукта, ккал/г (табл.6). Суточная физиологическая потребность человека в энергии зависит от многих факторов: образа жизни, физической активности, климата, пола и возраста. Для 30 России общая потребность среднего жителя в энергии составляет 2500 ккал в сутки (или 25...35 ккал/кг массы тела). Таблица 6 Коэффициенты энергетической ценности основных нутриентов продуктов питания Пищевые вещества Коэффициент энергетической ценности, ккал/г Белки 4,0 Жиры 9,0 Углеводы «по разности» 4,0 Сумма монои 3,8 Крахмал, определенный 4,1 дисахаридов Клетчатка 0,0 экспериментально Органические кислоты: уксусная 3,5 яблочная 2,4 молочная 3,6 лимонная 2,5 Она слагается из энергетических затрат на поддержание физиологических процессов, выполнение социальных функций и может быть рассчитана по формуле ПЭ = ВОО·КФА, где ПЭ — потребность организма в энергии, ккал/ сут; BOO — величина основного обмена, ккал/сут; КФА — коэффициент физической активности (1 ...7,9). Важнейшей частью затрат энергии являются энергозатраты на основной обмен (около 60...70 %). Эта минимальная энергия, необходимая для осуществления дыхания, кровообращения, работы желез внутренней секреции и других жизненно важных процессов, измеряется у человека в состоянии полного физического покоя. При нормальном телосложении BOO соответствует 1 ккал/ч на 1 кг массы тела у мужчин, 0,9 ккал/ч — у женщин и зависит от возраста, роста человека. Уравнение Харриса — Бенедикта позволяет рассчитать BOO у мужчин, начиная с 10-летнего возраста и женщин любого возраста: BOO = 66, 5 +13, 5 Масса (кг) + 5, 0 • Рост (см) - 6, 75 • Возраст (лет) Биологическая ценность обусловлена главным образом наличием незаменимых факторов питания, не синтезируемых в организме или синтезируемых в ограниченном количестве и с малой скоростью, и определяется как процент удовлетворения суточной физиологической потребности человека в незаменимых аминокислотах. Пищевая ценность — понятие, отражающее всю полноту полезных свойств пищевого продукта, включая степень обеспечения физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах, энергии, и органолептические свойства. Расчетная физиологическая потребность в основных пищевых веществах и энергии приведена в табл. 6 и составлена для условного «среднего» человека с учетом «Норм физиологической потребности в пищевых веществах и энергии» (1991 г.) и рекомендаций ВОЗ. 31 Таблица 7 Расчетная физиологическая потребность человека в основных пищевых веществах и энергии Пищевое вещество Суточная потребность 1,5 1,8 Витамины: В,, мг В2, мг РР (на ниациновый эквивалент), мг В6, мг Вс, мкг 20 2,0 200 В12, мкг D, мкг А (на ретиноловый эквивалент), мкг Е (на токофероловый эквивалент), мкг С, мг 3 5 1000 10 70 Белки, г Жиры, г В том числе: насыщенные жирные кислоты, г полиненасыщенные жирные кислоты, г холестерин, мг Усвояемые углеводы, г В том числе сахара (сахароза), г Пищевые волокна, г Органические кислоты, г Минеральные вещества, мг: натрий кальций фосфор калий магний железо цинк йод Энергетическая ценность, ккал/100 г 1Допустимое 32 потребление согласно ВОЗ. 75 83 251 11 3001 65 50 30 2 2400 (не более пищевой соли)1 1000 1000 3500 400 14 15 0,15 2500 6,15 г Лабораторная работа №11,12 Аминокислотный скор Цель работы: освоить методы определения биологической ценности продуктов расчетным путем. Каждый живой организм синтезирует свои белки, обусловленные генетическим кодом, сформированным в процессе эволюции. Отсутствие хотя бы одной аминокислоты (АК) вызывает отрицательный азотистый баланс, нарушение деятельности нервной системы, остановку роста. Нехватка одной аминокислоты приводит к неполному усвоению других. Если в данном белке все незаменимые аминокислоты (НАК) находятся в необходимых пропорциях, то биологическая ценность такого белка равна 100. Для полностью перевариваемых белков с неполным содержанием аминокислоты или белков с полным содержанием АК, но не полностью перевариваемых, это значение будет ниже 100. Если белок характеризуется низкой биологической ценностью (содержит неполный набор НАК), то он должен присутствовать в рационе в большом количестве, чтобы обеспечить физиологические потребности в НАК, содержащихся в белке в минимальном количестве. При этом остальные аминокислоты будут поступать в организм в излишнем количестве, превышающем потребности. Лишние АК будут подвергаться в печени дезаминированию и превращаться в гликоген или жир. По биологической ценности белки можно разделить на четыре группы: 1. Белки, обладающие алиментарной специфичностью (куриное яйцо, свежее и сквашенное молоко). По биологической ценности эти белки уступают белкам мяса, рыбы, сои, но организм человека способен выправлять соотношение НАК (аминограмму) этих белков за счет фонда НАК. 2. Белки говядины, рыбы, сои, рапса отличаются наилучшей аминограммой и соответственно наибольшей биологической ценностью. Однако их аминограмма не идеальна, и организм человека неспособен ее компенсировать. 3.Белки зерновых обладают худшим балансом НАК. 4.Неполноценные белки, в некоторых из них отсутствуют НАК (желатин и гемоглобин). Для биологической оценки исследуемого белка его сравнивают с эталонным белком. В качестве эталонного белка использовали грудное молоко, казеин, цельное яйцо и другие. В 1973 г. решением Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ, или WFO) и Всемирной продовольственной организации (ВПО, или FAO) введен показатель биологической ценности пищевых белков — аминокислотный скор (АКС) (С %) : Ci = Пищевая ценность любого белка сравнивается с эталонным (абстрактным) белком, АКС которого сбалансирован и идеально соответствует потребностям человеческого организма в каждой НАК (табл. 8) 33 Таблица 8. Рекомендуемая суточная потребность человека в НАК Незаменимые ФАО/ВОЗ аминокислоты (1985 мг/г Взро мг/кг массы Дети Дети г.),Подбелка12 ростки слые 2...5 лет 10... тела лет Валин 50 35 25 13 10 Изолейцин 40 28 28 13 10 Лейцин 70 66 44 19 14 Лизин 55 58 44 16 12 Метинин + 35 25 22 17 13 Фенилаланин 60 63 22 19 14 цистин Треонин 40 34 28 9 7 + тирозин Триптофан 10 11 9 5 3,5 При расчете AKС содержание аминокислоты в конкретном белке выражается в процентном отношении к ее содержанию в эталоне. Аминокислота, АКС которой имеет самое низкое значение, называется первой лимитирующей кислотой. Эта аминокислота будет определять степень использования данного белка. В основу данного аналитического расчета биологической ценности белка положена гипотеза о доминирующем влиянии первой лимитирующей аминокислоты. Другой метод определения биологической ценности белков заключается в определении индекса незаменимых аминокислот (ИНАК): Помимо химических методов определения биологической ценности применяют биологические методы с использованием микроорганизмов и животных. Основные показатели — привес за определенное время, расход белка и энергии на единицу привеса, коэффициент перевариваемое и отложения азота в теле, доступности аминокислот. Показатель, определяемый отношением привеса животных (в кг) к количеству потребляемого белка (в г), разработан П. Осборном и назван коэффициентом эффективности белка (КЭБ). Для сравнения используют контрольную группу животных со стандартным белком казеином в количестве, обеспечивающем в рационе 10% белка. В опытах на крысах эффективность казеинового белка составляет 2,5. Каждый из методов имеет недостатки. В соответствии с АКС наименьшей биологической ценностью обладают белки зерновых (пшеницы), первая лимитирующая АК — лизин, вторая — треонин; белки кукурузы — первая лимитирующая кислота — лизин, вторая — триптофан. Более того, лизин, входящий в состав белков, при термообработке теряется, подвергается реакции меланоидинооброзования. Белки кукурузы содержат мало лизина, но достаточно триптофана, тогда как белки бобовых богаты лизином, но содержат мало триптофана. Смесь бобов и кукурузы содержит достаточно НАК. Примером такого же удачного сочетания может служить хлеб и молоко, рис с соевым соусом, кукурузные хлопья с молоком. В качестве исходных данных для расчета биологической ценности используют экспериментальные данные аминокислотного состава продуктов питания. Расчет АКС. Расчет АКС (С,-, %) ведут для каждой НАК по следующей формуле: 34 Где Аi, — содержание незаменимой 1-й аминокислоты в 1 г исследуемого белка, мг/г; Аэ— содержание i-й аминокислоты в 1 г «эталонного» белка, мг/г; 100 — коэффициент пересчета в проценты. Лимитирующей НАК считается та кислота, чей аминокислотный скор наименьший. По величине КРАС оценивают биологическую ценность (БЦ, %) белоксодержащего продукта: БЦ = 100 - КРАС. При оценке биологической ценности многокомпонентных продуктов учитывают не только содержание всех незаменимых аминокислот, но и комплекс показателей, рекомендуемых Н. Н. Липатовым: минимальный скор, коэффициент рациональности аминокислотного состава, показатель сопоставимой избыточности. Коэффициент утилитарности является численной характеристикой, отражающей сбалансированность НАК по отношению к эталону. Расчет ведут по формуле где Cmin— минимальный скор НАК оцениваемого белка по отношению к эталонному белку, доли ед. Расчет показателя сопоставимой избыточности содержания НАК (σ, мг/г белка эталона). Общее количество незаменимых аминокислот в белке оцениваемого продукта, которое из-за взаимонесбалансированности по отношению к эталону не может быть утилизировано организмом, служит для оценки сбалансированности состава НАК по показателю «сопоставимой избыточности». Данный показатель характеризует суммарную массу НАК, не используемых на анаболические нужды, в таком количестве оцениваемого продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемому содержанию 1 г белка эталона, и расчет ведут по формуле: Задание. Провести полный расчет биологической ценности продукта исходя из его аминокислотного состава (табл. 8) в соответствии с вариантом, предложенным преподавателем. Пример расчета АКС. По данным табл. 31, в 100 г молока (содержание белка — 3,2 г) присутствует 83 мг метионина, 26 мг цистеина, в сумме 109 мг метионина + цистеина. Тогда 1 г молочного белка содержит метионина и цистеина В 1 г эталонного белка содержится 35 мг метионина и цистеина, следовательно, АКС для метионина: 35 Таблица 9 Биологическая ценность продуктов питания и содержание в них АК (мг/100 г) Содержание незаменимых аминокислот Пищевые продукты Молоко Говядина Куры Треска Яйцо (белок) Картофель Соя Мука: пшеничная ржаная Крупа: рисовая гречневая Лимитирую щие аминокислот ы Бело к, % Иле Лей Лиз Мет Цис Фен Тир Тре Трп Вал 3,2 21,6 18,2 16,0 189 939 693 700 261 1742 1588 1500 50 273 126 210 191 1148 877 900 11,1 2,0 34,9 628 917 683 413 277 673 397 483 86 128 135 26 5 97 5 98 90 97 1810 2670 2090 20 50 160 1060 1390 169 28 450 735 122 2090 10,3 10,7 430 400 806 6 250 90 360 153 200 150 210 500 250 311 600 290 320 100 130 471 52 0 7,0 12,6 330 460 620 745 160 137 320 330 370 290 240 592 430 400 100 180 420 590 283 1624 1412 1300 260 530 83 588 471 500 26 310 224 200 175 904 744 800 184 800 641 600 153 875 885 900 перв вторая ая Результаты расчетов оформить в виде таблицы (табл. 10). Таблица 10 Биологическая ценность исследуемого белка Содержание, мг/г белка Аминокислоты в эталонном в белке исследуемо м белке Изолейцин Лейцин Лизин Метионин+цистеин Фенилаланин+тирозин Треонин Триптофан В алии Всего 40 70 55 35 60 40 10 50 360 36 АКС, % КРАС, % БЦ, % Rс σ Приложения Приложение 1. Основные правила безопасности при работе в лаборатории Работа в химической лаборатории требует строгого соблюдения Чистоты и порядка. Лаборатория должна размещаться в хорошо освещенном помещении, иметь приточно-вытяжную вентиляцию. При работе в химической лаборатории каждый студент должен соблюдать следующие правила: ♦ иметь в лаборатории постоянное место работы и работать в халате; ♦ готовить рабочее место перед началом работы и не загромождать его в процессе работы; ♦ проверять чистоту и целостность посуды, исправность приборов до начала работы; ♦ проводить эксперимент в соответствии с инструкцией; ♦ нельзя пробовать на вкус или неосторожно нюхать какие-либо вещества, пить воду из химической посуды; ♦ при нагревании веществ или реакционных смесей разогрев вести осторожно, держать пробирку не рукой, а пользоваться держателем, правильно держать колбу или пробирку (отверстие должно быть направлено от себя и окружающих); ♦ работу с концентрированными щелочами и кислотами вести аккуратно и под тягой, не сливать их в канализацию без предварительного разведения; ♦ работу с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) вести под тягой и вдали от нагревательных приборов; ♦ при попадании кислоты на кожу необходимо быстро промыть пораженный участок большим количеством воды и обработать слабым раствором соды; ♦ при попадании на кожу щелочи необходимо промыть пораженный участок большим количеством воды и обработать раствором борной или уксусной кислоты; ♦ при загорании спирта, эфира и других легковоспламеняющихся жидкостей не тушить огонь водой, а воспользоваться песком; ♦ по окончании работы привести рабочее место в порядок, сдать его учебному инженеру и вымыть руки; ♦ не курить и не применять пищу в лаборатории. Приложение 2. Подготовка препаратов Нейтрализованный раствор формальдегида. К 10 мл раствора формальдегида (37...40%) добавить 5 капель 0,1 % спиртового раствора фенолфталеина. Полученный раствор оттитровать по каплям 0,1 н раствором едкого натрия до слаборозовой окраски. Насыщенный раствор йодида калия. К 14,4 г йодида калия добавить 10 мл воды. 0,5 % раствора белка. Отделить яичный белок от желтка и хорошо его взбить. Смешать с десятикратным объемом воды при встряхивании. Отфильтровать полученный раствор через двойной слой марли, помещенной на воронку. Фильтрат представляет собой 0,5 % раствор альбуминовой фракции яичного белка. Основной раствор солода. К 5 г солода добавить 10 мл фосфатного буфера с рН 4,7 и 90 мл дистиллированной воды. Выдержать при 30 °С в течение часа, затем 37 отфильтровать. Для проведения анализа использовать рабочий раствор, который готовят из основного путем разбавления. Для этого 4 мл основного раствора внести в мерную колбу объемом 50 мл и довести объем до метки дистиллированной водой. Основной раствор йода. 0,5 г йода и 5 г йодида калия растворить в малом количестве (5...7 мл) дистиллированной воды в бюксе с притертой крышкой. Содержимое осторожно перемешать при плотно закрытой крышке бокса. Раствор количественно перенести в мерную колбу вместимостью 200 мл и объем жидкости довести дистиллированной водой при 20 °С до метки. Рабочий раствор йода. В мерную колбу объемом 100 мл внести 4 мл основного раствора йода и 96 мл 0,1 н раствора соляной кислоты. 0,01% спиртовой раствор 2,6-дихлорхинонхлоримида. В мерную колбу вместимостью 100 мл внести 0,01 г 2,6-дихлорхинонхлоримида и довести объем до метки 96 % раствором этилового спирта. 2% раствор тетрабората натрия (буры). В плоскодонную колбу вместимостью 200 мл взвесить 2 г буры (Na2B407 • 10Н2О) и добавить 98 г дистиллированной воды. 0,01% спиртовой раствор бутилгидроксианизола (БОА). В мерную колбу вместимостью 200 мл внести 0,02 г бутилгидроксианизола и добавить 50 мл 96 % этилового спирта. После полного растворения навески полученный раствор довести до метки этиловым спиртом. 0,1% раствор крахмала. 0,1 г картофельного крахмала взвесить в мерную колбу объемом 100 мл. Добавить 25 мл дистиллированной воды и клейстеризовать раствор на кипящей водяной бане. Раствор охладить. Объем жидкости довести до метки. Картофельный сок. Измельчить клубень картофеля на терке и отжать полученную кашицу через двойной слой марли. 1 н раствор едкого натрия. В мерной колбе вместимостью 100 мл растворить 4 г гидроксида натрия в 50 мл свежекипяченой дистиллированной воде. Раствор охладить и довести объем полученного раствора дистиллированной водой до метки. 2 н раствор едкого натрия. В мерной колбе вместимостью 100 мл растворить 8 г гидроксида натрия в 50 мл свежекипяченой дистиллированной воды. Раствор охладить и довести объем полученного раствора дистиллированной водой до метки. 0,001 н раствор 2,6-дихлорфенолиндофенола (молярная масса эквивалента 267). В мерной колбе вместимостью 500 мл растворить 0,1335 г 2,6дихлорфенолиндофенола в 200 мл свежекипяченой и охлажденной дистиллированной воды, добавить 10 капель 0,01 н раствора гидроксида натрия и перемешать до полного растворения осадка. Раствор охладить, довести полученный раствор до метки свежекипяченой дистиллированной водой и отфильтровать в темную склянку. Реактив хранить не более одной недели при температуре 6 °С. 0,001 н раствор 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия (молярная масса эквивалента 290). В колбе вместимостью 500 мл растворить 0,1450 г натриевой соли 2,6-дихлорфенолиндофенола в 200 мл свежекипяченой горячей дистиллированной воды и отфильтровать в мерную колбу вместимостью 500 мл. Раствор охладить, довести полученный раствор до метки свежекипяченой дистиллированной водой. Реактив хранить не более недели при температуре 6 °С. Определение титра раствора 2,6-дихпорфенолиндофенолята натрия. В две конические колбы для титрования налить по 9 мл ЭД растворов метафосфорной 38 кислоты (или 2% соляной кислоты) 1мл 0,01% раствора витамина С (0,1мг/мл). Быстро оттитруют, 0,001 н раствором 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия до перехода окраски раствора из бесцветной в светло-розовую окраску, неисчезающую в течение 30 с. Аналогичным образом оттитровать 10 мл 3% раствора метафосфорной кислоты (контрольный опыт). Титр раствора (Т, мг/мл) рассчитать по формуле где 0,1 — концентрация рабочего раствора витамина С (0,1 мг/мл); 1,0 — объем взятого на анализ раствора витамина С, мл; V— объем 0,001 н раствора 2, 6-дихлорфенолиндофенолята натрия, пошедшего на титрование 0,01 % раствора витамина С, мл; Vк — объем 0,001 н раствора 2, 6-дихлорфенолиндофенолята натрия, пошедшего на титрование 3 % раствора метафосфорной кислоты, мл. 0,01 % раствор витамина С. Навеску витамина С (0,1 г) растворить в 30...50 мл 3 % раствора метафосфорной кислоты в мерной' колбе вместимостью 100 мл и довести объем раствора до метки тем же раствором. 10 мл основного раствора витамина С разбавить в десять раз. Раствор готовить непосредственно перед определением. 2 % раствор соляной кислоты. В мерной колбе вместимостью 500 мл развести 23 мл соляной кислоты (плотностью 1,185 г/мл) в 300 мл дистиллированной воды и довести полученный объем до метки дистиллированной водой. 0,1 н раствор трилона Б. В мерной колбе вместимостью 1 л растворить в небольшом объеме дистиллированной воды навеску (18,62 г) трилона Б (натриевой соли этилендиамина тетрауксусной кислоты), и довести объем до метки дистиллированной водой. Аммиачно-аммонийный буферный раствор (рН 9,3) для определения, общей жесткости воды. В мерной колбе вместимостью 1л в 100 мл 20 % раствора аммиака растворить 20 г хлорида аммония и довести объем до метки дистиллированной водой. Буферный раствор (для определения магниевой жесткости). В мерной колбе вместимостью 1л растворить 67,5 г хлорида аммония в 570 мл 25 % раствора аммиака и довести объем до метки дистиллированной водой. Индикатор эриохром Т. В фарфоровой ступке растереть 12,5 г хлорида натрия и 0,25 г эриохрома Т. Индикаторная смесь мурексида. В фарфоровой ступке растереть 12,5 г хлорида натрия и 0,25 г мурексида. Полученный порошок хранить в стеклянной посуде с притертой пробкой. Стандартный раствор дихромата калия. Навеску калия дихромата 0,18 г количественно перенести в мерную колбу вместимостью 500 мл и растворить в небольшом объеме дистиллированной воды. Полученный объем довести дистиллированной водой до метки. Срок хранения раствора — 1 месяц. 0,1 н раствор хлорида кальция для определения кальция в молоке. Навеску карбоната кальция (5,005 г) поместить в термостойкий стакан, добавить 5 мл концентрированной соляной кислоты до прекращения бурного выделения 39 углекислого газа. В стакан добавить 100... 150 мл дистиллированной воды и нагреть содержимое стакана на кипящей водяной бане, охладить. Остывший прозрачный раствор количественно перенести в мерную колбу вместимостью 1000 мл и довести объем дистиллированной водой до метки. Щелочной раствор для определения жира в молоке. В фарфоровой ступке осторожно в 30 мл дистиллированной воды растереть 3 г гидроксида натрия. В стакане растворить 4 г безводного карбоната натрия в 30 мл нагретой до 65...70°С дистиллированной воде. Во втором стакане в 20...25 мл воды растворить 7,5 г хлорида натрия. Растворы перелить в мерную колбу вместимостью 100 мл, охладить и довести объем раствора дистиллированной водой до метки. Список литературы 1. Гамаюрова В.С. Пищевая химия. Лабораторный практикум : Рекомендовано Умо в качестве учебного пособия для вузов по спец."Технология продовольственных продуктов"/ В.С. Гамаюрова, Л.Э. Ржечицкая. -СПб.: ГИОРД, 2006.-136 c. 2. Пищевая химия : Рекомендовано МоРФ в качестве учебника для вузов по напр."Технология продуктов питания","Пищевая инженерия"/ А.П. Нечаев, С.Е. Траубенберг, А.А. Кочеткова. -4-е изд.,испр. и доп. -СПб.: ГИОРД, 2007.-640 40
