Методы исследования свойств сырья и продуктов питания

9.Методы химического  исследования. Химические и инструментальные  методы анализа примесных, микро-  и ультрамикросоставляющие сырья  и пищевых продуктов. Хроматографические методы. Системы автоматизированного анализа.

Химические методы анализа

Совокупность методов качеств. и количеств. анализа веществ, осн. на применении хим. реакций.

Kачественные X. м. a. включают  использование реакций обнаружения,  характерных для неорганич. ионов  в растворах и для функциональных  групп органич. соединений. Эти  реакции обычно сопровождаются изменением окраски раствора, образованием осадков или выделением газообразных продуктов. B зависимости от количества анализируемого вещества различают макроанализ (1-0,1 г), полумикроанализ (0,1-0,01 г), микроанализ (0,01-0,001 г) и ультрамикрохим. (0,0001 г) анализ.

K количественным X. м. a. обычно  относят "классические" методы: гравиметрию, титриметрию  c визуальной  индикацией конечной точки титрования, Седиментационный анализ и газоволюмометрию.

Газоволюмометрия (газовый  объёмный анализ) основана на избирательной абсорбции составных частей газовой смеси в сосудах, заполненных тем или иным поглотителем, c последующим измерением уменьшения объёма газа c помощью бюретки. Tак, диоксид углерода поглощают раствором гидроксида калия, кислород - раствором пирогаллола, монооксид углерода - аммиачным раствором хлорида меди. Газоволюмометрия относится к экспрессным методам анализа. Oна широко используется для определения карбонатов в г. п. и минералах.         

X. м. a. широко используют  для анализа руд, г. п., минералов и др. материалов при определении в них компонентов c содержанием от десятых долей до неск. десятков процента. X. м.a. характеризуются высокой точностью (погрешность анализа обычно составляет десятые доли процента). Oднако эти методы постепенно вытесняются более экспрессными физ.-хим. и физ. методами анализа.

Хроматографические  методы анализа. Хроматография

Хроматография (от греч. chroma, chromatos - цвет, краска), физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную. Хроматографический анализ является критерием однородности вещества: если каким-либо хроматографическим способом анализируемое вещество не разделилось, то его считают однородным (без примесей).

Принципиальным  отличием хроматографических методов  от других физико-химических методов  анализа является возможность разделения близких по свойствам веществ. После  разделения компоненты анализируемой  смеси можно идентифицировать (установить природу) и количественно определять (массу, концентрацию) любыми химическими, физическими и физико-химическими методами.

История метода:

Хроматографический  метод анализа был впервые  применён русским учёным-ботаником Михаилом Семеновичем Цветом в 1900 году. Он использовал колонку, заполненную карбонатом кальция для разделения пигментов растительного происхождения. Первое сообщение о разработке метода хроматографии было сделано Цветом 30 декабря 1901 года на XI Съезде естествоиспытателей и врачей в С.-Петербурге. Первая печатная работа по хроматографии была опубликована в 1903 году, в журнале Труды Варшавского общества естествоиспытателей. Впервые терминхроматография появился в двух печатных работах Цвета в 1906 году, опубликованных в немецком журнале Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft. В 1907 году Цвет демонстрирует Немецкому Ботаническому обществу образец хроматографа — прибора для осуществления процесса хроматографии. В 1910-1930 годы метод был незаслуженно забыт и практически не развивался. В 1952 году Дж. Мартину и Р. Синджу была присуждена Нобелевская премия по химии за создание метода распределительной хроматографии. С середины 20 века и до наших дней хроматография интенсивно развивалась и стала одним из наиболее широко применяемых методов анализа.

Хроматография широко применяется в лабораториях и в промышленности для качественного и количественного анализа многокомпонентных систем, контроля производства, особенно в связи с автоматизацией многих процессов, а также для препаративного (в т. ч. промышленного) выделения индивидуальных веществ (например, благородных металлов), разделения редких и рассеянных элементов.

В некоторых  случаях для идентификации веществ  используется хроматография в сочетании  с другими физико-химическими и физическими методами, например с масс-спектрометрией, ИК-, УФ-спектроскопией и др. Для расшифровки хроматограмм и выбора условий опыта применяют ЭВМ.

Основные достоинства  хроматографического анализа:

• экспрессность; высокая эффективность; возможность автоматизации и получение объективной информации;
• сочетание с другими физико-химическими методами;
• широкий интервал концентраций соединений;
• возможность изучения физико-химических свойств соединений;
• осуществление проведения качественного и количественного анализа;
• применение для контроля и автоматического регулирования технологических процессов.

В зависимости  от природы взаимодействия, обусловливающего распределение компонентов между  элюентом и неподвижной фазой, различают  следующие основные виды хроматографии -адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную (молекулярно-ситовую) и осадочную.

29. Содержание  основных микроэлементов в пищевых  продуктах и методы определения главных токсикантов из них.

Токсины (от греческого toxikоn - яд), вещества бактериального, растительного или животного происхождения, способные угнетать физиологические функции, что приводит к заболеванию или гибели животных и человека. Токсины при попадании в организм вызывают образование антител. (Молекулярная масса токсина свыше 4-5 тыс.; низкомолекулярные вещества не иммуногены.) Токсины входят в состав ядов змей, скорпионов, пауков и др. ядовитых животных, ряда ядовитых растений.

Наиболее распространенные и изученные бактериальные токсины (их известно несколько сотен) подразделяются на экзотоксины и эндотоксины. Экзотоксины выделяются бактериями в процессе их жизнедеятельности в окружающую среду и обладают специфическим действием на организм (к таким токсинам относятся нейротоксины, цитотоксины). Некоторые микроорганизмы выделяют очень сильные токсины, вызывающие ботулизм, столбняк, дифтерию, пищевые токсикоинфекции и др. Эндотоксины высвобождаются после гибели бактерий и представляют собой нормальные продукты их метаболизма (например, ферменты). Такие токсины нарушают у животных и человека обмен аминов биогенных.

Токсины различают  и по типу действия на организм. Нейротоксины действуют на различные этапы  передачи нервного импульса. Так, некоторые  бактериальные токсины нарушают проводимость нервных волокон. Тайпотоксин и b-бунгаротоксин действуют на пресинаптическую мембрану, подавляя выделение медиатора ацетилхолина, кобротоксин и др. Токсины этого класса (их известно несколько десятков; для 30 из них установлена аминокислотная последовательность) блокируют ацетилхолиновый рецептор постсинаптической мембраны. Цитотоксины обладают высокой поверхностной активностью и разрушают биологические мембраны. Такие токсины часто встречаются в ядах змей; по строению они близки нейротоксинам змей, но отличаются от них функционально важными аминокислотами. Цитотоксины могут вызывать лизис (разрушение) клеток крови. Токсины-ингибиторы подавляют активность определенных ферментов и нарушают таким образом процессы обмена веществ. Токсины-ферменты (протеазы, нуклеазы, гиалуронидазы, фосфолипазы и др.) разрушают (гидролизуют) важные компоненты организма - нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и др. Применение токсинов ограничено получением из них анатоксинов; нейротоксины используют в качестве избирательно действующих агентов при электрофизиологических и клинических исследованиях механизмов передачи возбуждения в нервной системе. Часто термин "Токсины" неправильно распространяют на природные небелковые вещества, нарушающие те или иные функции организма.

Следующую группу токсинов составляют пищевые токсины. Многие люди даже не подозревают, насколько вредным может оказаться неправильное питание, зашлаковывающие организм. Если спиртные напитки мы пьем далеко не каждый день, то пищу мы употребляем ежедневно. То есть и вредные вещества мы употребляем ежедневно. Недаром древняя пословица гласит: «Я есть то, что я ем». В целом ряде случаев нежелательными для организма продуктами оказываются сладости, мучные изделия, жаренная и жирная пища. Вредными или атерогенными являются избыточные животные жиры: сало, сливочное масло, домашняя сметана, а также кокосовое масло, поскольку они способствуют отложению холестериновых бляшек на стенках сосудов.

Одна из разновидностей токсинов – митотоксины.

Микотоксины - от греч. mykes-гриб и toxikon-яд, токсичные продукты жизнедеятельности микроскопических (плесневых) грибов.

Известно более 250 видов грибов, продуцирующих несколько  сотен микотоксинов. Многие из них  обладают мутагенными (в том числе  канцерогенными) свойствами. Среди  микотоксинов, представляющих опасность для здоровья человека и животных, наиболее распространены афлатоксины (формула I и II), трихотеценовые микотоксины, или трихотецены (III-IV), охратоксины (V), патулин (VI), зеараленон и зеараленол (VII). Большинство микотоксинов – кристаллические вещества (см. таблицу), термически стабильны, хорошо растворимые в органических растворителях. Микотоксины (за исключением охратоксинов) достаточно устойчивы к действию кислот, разрушаются щелочами с образованием нетоксичных или малотоксичных соединений. Биосинтез микротоксинов включает обычно стадию конденсации 1 молекулы ацетил-кофермента А с тремя и более молекулами малонил-кофермента А.

Определение микотоксинов при их совместном присутствии  в пищевых продуктах 

Одно из ведущих  мест в ряду приоритетных загрязнителей пищевых продуктов принадлежит микотоксинам. В настоящее время известно более 250 различных микроскопических грибов, продуцирующих более 100 токсичных метаболитов. Микотоксины образуются в цепи последовательных ферментных реакций, протекающих по механизмам поликонденсации, окисления-восстановления, алкилирования, галогенизации. Особое внимание к проблеме загрязнения пищевых продуктов микотоксинами обусловлено широкой распространенностью их продуцентов в природе и способностью поражать пищевые продукты на любом этапе их производства. Цель настоящей работы - модификация имеющихся методик тонкослойной хроматографии (ТСХ) для исследований микотоксинов.

Для совместного  определения афлатоксина В1, зеараленона, Т-2 токсина и дезоксиниваленола, содержащихся в одних и тех же продуктах, предложено использовать смесь ацетонитрила и раствора хлорида калия с массовой долей 4% в соотношении 9:1. При разделении микотоксинов на хроматографических пластинках «Силуфол» с силикагелевым покрытием хроматографирование проводилось смесью растворителей гексан : ацетон (1:1). При этом величины Rf: для афлатоксина В1 – 0,45%, , для зеараленона – 0,75%, для Т-2 токсина – 0,4%, для дезоксиниваленола 0,42%. В отдельных случаях предложено использование подтверждающих тестов – спиртовый раствор хлорида алюминия для зеараленона и водный раствор азотной кислоты для всех остальных, при этом флуоресценция зеараленона меняется с зеленоватой на ярко-голубую, а остальных с оттенков голубого и синего на ярко-желтую. Такой подход позволил ускорить выдачу результата и экономно расходовать реактивы и хроматографические пластинки.

69. Определение  фосфора фотоколориметрическим  методом. Сущность метода, реакции  и расчет результатов анализа.

Метод основан на удалении кремнезема из золы с последующим восстановлением 2-водным хлоридом олова (II) желтой комплексной аммониевой соли молибденовофосфорной кислоты и определении оптической плотности полученного синего комплексного фосфорномолибденового раствора.

Аппаратура, реактивы и растворы

Фотоколориметр.

Электрошкаф сушильный  лабораторный, обеспечивающий устойчивую равномерную температуру нагрева 200°С.

Весы лабораторные с  погрешностью взвешивания 0,0002 г.

Баня песчаная.

Тигель платиновый с  крышкой вместимостью около 30 см.

Ступка агатовая или  из вольфрамового сплава.

Колбы 2-100-2, 2-1000-2 по ГОСТ 1770.

Фильтр плотный.

Кислота азотная по ГОСТ 4461.

Кислота фтороводородная  по ГОСТ 10484, раствор массовой концентрации 0,4 г/см.

Кислота серная по ГОСТ 4204, растворы массовой концентрации 0,1 и 0,2 г/см.

Кислота хлороводородная  по ГОСТ 3118, раствор массовой концентрации 0,2 г/см.

Аммоний молибденовокислый  по ГОСТ 3765, раствор массовой концентрации 0,05 г/см в растворе серной кислоты с массовой долей 10 %.

Натрий пиросернокислый, раствор массовой концентрации 0,04 г/см.

Олово (II) хлорид 2-водное, стандартный раствор, готовят следующим образом: растворяют 40 г 2-водного хлорида олова (II) в 20 см хлороводородной кислоты, а затем разбавляют 100 см воды. Раствор следует хранить в сосуде из темного стекла. Олово (II) хлорид, рабочий раствор, готовят следующим образом: 2,5 см стандартного раствора растворяют в 100 см 3 дистиллированной воды. Раствор готовят в день определения.

Калия дигидрофосфат  по ГОСТ 4198, основной раствор, готовят следующим образом: 4,3936 г предварительно высушенного в течение 1 ч при температуре 110°С фосфата калия растворяют в воде в мерной колбе, вместимостью 1000 см, доводят водой до метки и перемешивают. 1 см этого раствора соответствует 0,0001 г фосфора. Калия дигидрофосфат, стандартный рабочий раствор, готовят следующим образом: 10 см основного раствора дигидрофосфата калия разбавляют водой в мерной колбе вместимостью 100 см. 1см этого раствора соответствует 0,0001 г фосфора.

Все применяемые реактивы должны иметь степень чистоты ч.д.а.

Для приготовления растворов  и проведения определения следует применять дистиллированную воду по ГОСТ 6709. Проведение испытания

В зависимости от предполагаемой массовой доли фосфора отбирают две навески массой 0,05 г каждая при массовой доле фосфора в золе свыше 0,5 % и 0,1 г - при массовой доле фосфора до 0,5 %.

Взвешивание проводят с  погрешностью не более 0,0002 г.

Для приготовления раствора пробы навеску золы помещают в платиновый тигель, добавляют 2 см азотной кислоты и 1 см раствора фтороводородной кислоты. Тигель закрывают крышкой, помещают на песчаную баню и выпаривают его содержимое до получения сухого остатка при температуре около 100°С, избегая кипения. Вновь добавляют 2 см азотной кислоты и 1 см раствора фтороводородной кислоты и повторяют выпаривание. Затем добавляют 5 см азотной кислоты и вновь выпаривают. Во время выпаривания тигель должен быть закрыт крышкой. Выпаривание проводят до прекращения выделения паров. Не следует пересушивать содержимое. К сухому остатку добавляют 5 см раствора серной кислоты массовой концентрации 0,2 г/см , смывая ею стенки тигля, и оставляют до растворения примерно на 5 мин. Затем добавляют в тигель 15 см воды и фильтруют его содержимое через плотный фильтр в колбу вместимостью 100 см, промывая малыми порциями воды. К фильтрату добавляют 2 см раствора пиросернокислого натрия, раствор кипятят до исчезновения запаха диоксида серы. Затем раствор охлаждают, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см и доводят водой до метки.

Построение градуировочного графика

Для этого в мерные колбы, вместимостью 100 см каждая, последовательно отбирают 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0 см стандартного рабочего раствора дигидрофосфата калия, что соответствует 0,0001; 0,0002; 0,0003; 0,0004; 0,0005; 0,0006; 0,0007; 0,0008; 0,0009; 0,001 г фосфора, разбавляют водой до метки и перемешивают. В другие десять мерных колб вместимостью 100 см каждая отбирают по 20 см подготовленных стандартных растворов, придерживаясь очередности и тщательно перемешивая, добавляют 10 см раствора серной кислоты массовой концентрации 0,2 г/см, 35 см воды, 10 см раствора молибденовокислого аммония и 2 см рабочего раствора 2-водного хлорида олова (II). Содержимое колб доводят водой до метки, перемешивают. Измерение необходимо проводить через 15-20 мин после окрашивания раствора. Одновременно таким же способом готовят раствор сравнения (раствор контрольного опыта), составленный из примененных для определения реактивов, не содержащих стандартного раствора.

Определение оптической плотности проводят на фотоколориметре с красным светофильтром (λ = 700 нм) в кюветах с толщиной поглощающего слоя 20 мм. В качестве фона применяют раствор сравнения. По полученным десяти результатам оптической плотности строят градуировочный график, отмечая на оси абсцисс с делением 0,0001 г массовую долю фосфора в граммах, а на оси ординат - соответствующие им значения оптической плотности.

Для определения каждой точки градуировочного графика рассчитывают среднюю величину оптической плотности из трех параллельных определений. Градуировочный график следует составлять один раз в 5 мес., а также при изменении реактивов или приборов.

В мерную колбу вместимостью 100 см вводят пипеткой 20см раствора испытуемой пробы. При испытании угля или кокса с большой массовой долей фосфора отбирают такое количество раствора пробы, чтобы он содержал не более чем 0,0002 г фосфора. Затем определение проводят. Определение оптической плотности испытуемой пробы проводят аналогично построению градуировочного графика. Массовую долю фосфора в проверяемой пробе отсчитывают по градуировочному графику.

Обработка результатов

Фотоколориметрический метод Б.

Сущность метода

Метод основан на озолении навески угля и кокса, обработке золы смесью серной и азотной кислот, отделении кремнезема фильтрованием и определении в фильтрате массовой доли фосфора путем измерения оптической плотности полученного синего молибденовофосфорного раствора.

Аппаратура, реактивы и  растворы

Печь муфельная с  терморегулятором, обеспечивающая нагрев до 1000 °С. Печь должна иметь отверстия в задней стенке для обеспечения свободной циркуляции воздуха и для установки термопары.

Весы с погрешностью взвешивания не более 0,0002 г.

Шкаф сушильный с  электрическим обогревом, с отверстиями для естественной вентиляции, с устойчивой температурой нагрева до 110°С.

Термопара с гальванометром для измерения температуры до 1000°С.

Фотоколориметр.

Плитка электрическая  или горелка газовая.

Баня водяная.

Фильтр плотный.

Лодочки фарфоровые ЛЗ 3 по ГОСТ 9147.

Стакан В-1-100 ТХС по ГОСТ 25336.

Колбы 1-50-2, 1-100-2, 1-500-2, 1-1000-2 по ГОСТ 1770.

Пипетки 2-1-1, 2-1-2, 2-1-5, 2-1-10, 2-1-25 по ГОСТ 29227.

Бюретки 1-2-10-0,05, 1-2-25-0,1 по ГОСТ 29251.

Цилиндры 1-10, 1-100 по ГОСТ 1770.

Кислота серная по ГОСТ 4204, х. ч., раствор молярной концентрации эквивалента с (1/2 H2SO4) = 6 моль/дм

Концентрацию раствора проверяют титрованием раствором гидроксида натрия в присутствии индикатора метилового оранжевого. Метиловый оранжевый. Кислота азотная по ГОСТ 4461, х.ч.