Фізичні та хімічні властивості цукру і методи їх дослідження
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТОРГОВЕЛЬНО-
ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра інженерно-технічних дисциплін
Кафедра товарознавства та експертизи продовольчих товарів
КУРСОВА РОБОТА
з фізичних і хімічних методів дослідження
сировини і матеріалів на тему
“Фізичні та хімічні властивості цукру і методи їх
дослідження”
студентки 1 курсу 5 групи
товарознавчого факультету
Зьомби Руслани Анатоліївни
Наукові керівники: професор Найденко В.І. та доцент Федоренко П.В.
КИЇВ 2005
ЗМІСТ
Вступ
Розділ 1. Огляд літератури
- Класифікація
- Цукор-пісок...................
.............................. .............................. 4 - Цукор-рафінад.................
.............................. ...........................5
Розділ 2. Фізичні властивості цукру і методи дослідження
2.1. Фізичні властивості
цукру.........................
2.2. Фізичні методи дослідження
2.2.1. Поляриметричний
метод дослідження цукру.......
2.2.2. Методи визначення електропровідності............
Розділ 3. Хімічні властивості цукру та методи їх дослідження
3.1. Хімічні властивості...........
3.2. Хімічний метод
дослідження...................
Зміст використаної літератури....................
Вступ
Цукор є джерелом енергії, яка потрібна для життєдіяльності людини, цінним смаковим продуктом, консервантом. Він легко і швидко застосовується клітинами організму, необхідний для нормального функціонування печінки, мозку, живлення м'язів, особливо серцевого. Споживання цукру повинно бути в розумних межах і становити 10-30 % загальної кількості калорій (при середній 15-20%). Для людей, зайнятих важкою фізичною працею, спортом, добове споживання цукру може досягати 100-120 г. Часте використання цукру і солодощів у значній кількості призводить до систематичного перезбудження ісулярного апарату підшлункової залози, може бути причиною його розладу, значно підвищує ризик розвитку діабету, а також карієсу зубів, гіпертонії, атеросклерозу.
У більшості розвинутих країнах промислове споживання цукру становить більше половини всього обсягу його використання, а у Франції, ФРН, Японії досягає 65-80 %. Цукрова промисловість в Україні є найбільшою серед харчових галузей, що переробляють сільськогосподарську сировину.
Понад третини світового виробництва цукру направляється на зовнішній ринок. Світова торгівля цукром здійснюється як на основі укладення спеціальних угод, так і на “вільному” світовому ринку, частка якого за останні роки становила 70-80 % обсягу торгівлі цукром.
Розділ 1 Огляд літератури
1.1. Класифікація
Цукор може бути у двох видах: цукор-пісок і цукор-рафінад.
1.1.1. Цукор-пісок
Технологічна схема
виробництва цукру-піску
Дифузійний сік містить,крім сахарози, значну кількість розчиних нецукрів. Найпростішим і найдешевшим способом очищення є обробка дифузійного соку вапном (дефекація) з наступним виділенням надлишку останього вуглекислим газом (сатурація). Під час попередньої дефекації (0,25-0,3% СаО) відбувається коагуляція колоїдних речовин, реакції нейтралізації, зсідання солей деяких кислот, утворення напівсахарату кальцію. При основній дефекації (2-2,5 % СаО) намагаються розкласти аміди кислот, солей амонію, редукуючих і пектинових речовин, провести омилення жиру. З підвищенням лужності утворюється менше барвників за рахунок редукуючих цукрів і аміносполук.
Сатурація забезпечує перетворення гідроксиду кальцією в карбонат кальцію, який випадає в осад. На додатково зарядженій поверхні свіжоутворених кристалів СаСО3 адсорбуються різні нецукри, які несуть негативний заряд.
Сульфітація - це обробка цукрових розчинів діоксидом сірки SO2. В основному сульфітують фільтрований сік другої сатурації і суміш сиропу з клеровкою. Мета сульфітації - знебарвлення барвників шляхом їх відновлення і перетворення в лейкоз’єднання, блокування карбонільних груп, альдегідів і кетонів для запобігання утворенню барвників.
Одержаний білий цукор має певний відтінок, зумовлений в основному продуктами меланоїдиноутворення і фенолвмістимих комплексів. Колір цукру певною мірою залежить від розмірів кристалів.Дрібні кристали мають більшу відображаючу можливість, а тому вони здаються білішими.
Густина кристалів сахарози - 1,5879 г/см3, температура плавлення - 188 0С. Насипна маса цукру-піску - близько 850-900 кг/м3,розміри кристалів - від 0.2 до 2,5 мм.
Цукор-пісок повинен бути сипучим, а в цукрі-піску промислової переробки допускаються грудки, що розсипаються при легкому надавлювані. Розчин має бути прозорим, без будь-яких нерозчинних осадів, механічних або інших побічних домішок. Смак передбачено солодкий, без сторонніх присмаків і запаху як у сухому цукрі, так і в його водному розчині (10 г цукру-піску у 100 см3 дистильованої води). Колір цукру-піску повинен бути білим, в цукрі для промислової переробки допускається жовтуватий відтінок.
Цукор-пісок відрізняється від цукру-піску для промислової переробки за мінімальною масовою часткою сахарози відповідно 99,75 і 99,55 %, граничною масовою часткою редукуючих речовин 0,050 і 0,065, золи- 0,04 і 0,05, вологи 0,14 і 0,15%. Кольоровість цукрру-піску донускається до 0,8 умовних одиниць або 104 одиниці оптичної густини, а цукру-піску для промислової переробки відповідно 1,5 і 195.
В цукрі-піску встановлені допустимі рівні ртуті, міді, свинцю, кадмію, цинку, миш’яку, а також пестицидів.
1.1.2. Цукор-рафінад
Цукор-рафінад відрізняється від цукру-піску більшою чистотою. Вміст домішок в ньому не більш як 0,1 %. Основною сировиною для виробництва цукру-рафінаду є цукор-пісок, а на деяких заводах також рідкий цукор 2-го сорту чи тростинний цукорсирець.
Цукоровий сироп фільтрують і піддають адсорбційному очищенню. Для надання кристалам рафінованого цукру-піску світло-голубого відтінку (1,5 г речовини на 2 т утфелю).
Загущення сиропу проводять при якомога більш високому розрідженні у ваккум-апараті. Кристали цукру у перенасиченому цукровому розчині заводять за допомогою тонко подрібненої рафінадної пудри. Утворені кристали відділяють від міжкристального відтоку і пробілюють клерсом (насичений розчин цукру у воді). Міцність цукру-рафінаду залежить від кількості клерсу, що залишився на поверхні кристалів цукру.
Цукор-рафінад випускають
у вигляді цукру-піску
Цукор-пісок рафінований
Рафінадну пудру виробляють у вигляді тонко подрібнених кристалів розміром не більш як 0,2 мм.
Сахарозу для шампанського випускають кристалами розміром від 1,0 до 2,5 мм.
1.2. Хімічний склад цукру
У цукрі-піску нормується у перерахунках на суху речовину мінімальна масова частка сахарози, яка становить 99,75 %, максимальна масова частка редукуючих речовин – 0,05 %, золи – 0,03, вологи – 0,14% і кольоровість не вище за 0,8 умовних одиниць.
Цукор-пісок рафінований
Цукор-сирець містить 92-97 % сахарози, 0,4-2 % редукуючих речовин, 0,4-0,6 % золи і в невеликій кількості інші речовини. Кольоровість його досягає 30-80 од.
Розділ 2. Фізичні властивості цукру і методи дослідження
2.1. Фізичні властивості цукру
Масова частка вологи цукру-піску, упакованого у м’які спеціалізовані контейнери, а також призначеного для тривалого зберігання, при відвантажені повинна бути не вищою за 0,1 %.
Визначають також запах сухого цукру і його водного розчину. Для цього ними заповнюють на 3/4 об’єму чисті скляні банки з притертими пробками без будь-якого сторонього запаху. Потім банки закривають пробками, притримують 1 год при температурі (20+2) 0С і відразу після відкривання продки запах на рівні краю банки.
Для визначення частоти розчину 10 г цукру розчиняють, перемішують скляною паличкою, у 100 см3 дистильованої води,температура якої (70+10) 0С у склянці з гладкими прозорими стінками. Прозорість розчину встановлюють у світлі, що проходить. Наявність нерозчиних домішок зумовлює матову поверхню кристалів цукру-піску і каламуть розчинів.
Обмежується вміст токсичних елементів і пестицидів у цукрі-піску і цукрі-рафінаді, що на повинен перевищувати допустимі рівні, встановлені відповідно до медико-біологічних вимог і санітарних норм якості продовольчої сировини і харчових продуктів.
Для визначення чистоти розчину 10 г цукру розчиняють, перемішуючи скляною паличкою, 100 см3 дистильованої води, температура якої (70+10) 0С у склянці з гладкими прозорими стінками. Прозорість розчину встановлюють у світлі, що проходить. Наявність нерозчинних домішок зумовлює матову поверхню кристалів цукру-піску і каламуть розчинів.
2.2. Фізичні методи дослідження
2.2.1. Поляриметричний метод дослідження цукру
Метод визначення сахарози
Цей стандарт поширюється на цукор-пісок, цукор-рафінад, цукор-сирець і установлює метод визначення сахарози.
Вимоги цього стандарту є обов’язковими.
Підготовка до випробування
1. Приготування свинцевого оцту
300 г ацетату свинцю Pb(CH3COO)2 *3H2O розтирають у порцеляновій ступці з 100 г оксиду свинцю PbO та 100 см3 дистильованої води. Порцелянову ступку з сумішшю вміщують на киплячу водяну банню і нагрівають,перемішуючи, до того часу, поки початково жовта маса не набуде білого чи біло-рожевого кольору.Потім під час перемішування, додають частинами 300 см3 гарячої дистильованої води і переводять суміш у бутель.Операцію повторяють кілька разів.залежно від місткості бутля.Заповнений бутель залишають у теплому місті на 2-5 днів, зрідка перемішуючи розчин дерев’яною паличкою.
Після освітлення розчин фільтрують.Відфільтрований розчин зберігають у щільно закоркованих бутлях.
Свинцевий оцет повинен мати сильнолужну реакцію на лакмус і слабколужну на фенолфталеїн.
Густина розчину повинна бути ρ20 =1205-1240 кг/м3 ,вміст свинцю в перахункау на PbO повинен складати (100 + 2) кг/м3 .
Приготовлений розчин свинцевого оцту не повинен стикатися з діоксидом вуглецю(СО2).
2. Приготування розчину соновного сульфату алюмінію
До 122 г основного сульфату алюмінію додають 1000 см3 дистильованої води, залишають на добу і потім ретельно перемішують.
3. Перед початком вимірювання необхідно перевірити шкалу цукрометра за допомогою кварцової пластинки з відомим значенням поляризації для даного джерела світла.Вимірювання проводять за температури (20,0 +0,5) 0С.Якщо вимірювання за цієї температури неможливо провести, значення поляризації світла кварцової пластинки « Z t » обчислюють за формулою:
де 0,00014 - постійне число;
Z20 - значення поляризації світла кварцової пластини за темтератури 20 0С;
t-температура вимірювання, 0С.
У разі використання цукрометра з кварцовим компенсаційним клином температуру його та пластини, а також показання цукрометра при встановленій трубці не визначають.
Проведення випробування
1.У нейзільберовій чашці зважують 26 г цукру з похибкою + 0,001 г (цукор-рафінад попередньо швидко подрібнюють у порцеляновій ступці), розчиняють невеликими порціями дистильованої води і лійкою переводять у чисту суху мірну колбу місткістю 100 см3 .Цукор розчинюють легким обертанням колби.
Досліджуючи цукор-сирець в розчин у мірній колбі додають краплями свинцевий оцет (не більше 4 см3 ) до того часу, поки не випаде осад чи 5-10 см3 розчину основного сульфату алюмінію.
Потім у колбу додають дистильовану воду (обов’язково обполіскуючи шийку колби) у такому об’ємі, щоб рівень розчину не достигав 200 мм до мітки.
Колбу з розчином вміщують у термостат на 15 хв для досягнення температури (20,0 + 0,1) 0С.
Внутрішні стінки шийки колби до мітки обсушують фільтрувальним папером. Піну, що уторилася на поверхні розчину, видаляють краплею етилового ефіру.Розчин доливають дистильованою водою до мітки піпеткою з тонким кінчиком чи шприцом для ін’єкції. Колбу накривають невеликим годиниковим склом і витримують протягом 30 хв, потім закривають чистою пробкою і вміст її ретельно перемішують легким обертанням.
За необхідності розчин фільтрують через подвійний паперовий фільтр, накриваючи фільтровану лійку годинниковим склом, щоб уникнути випаровування і зміни концентрації розчину. Перші 10 см3 фільтрату зливають. Фільтрування здійснюють за тією самою температури, за якої проводять поляризацію.
У разі використання основного сульфату алюмінію вміст колби виливають у сухий чистий стакан, додають 1,5-2,0 г активного вугілля, перемішують скляною паличкою протягом 30 с і фільтрують через подвійний паперовий фільтр. Фільтрування здійснюють згідно з попередніми вказівками.
2. Поляриметричну кювету обполіскують відфільтрованим розчином і наповнюють так, щоб не утворились бульбушки повітря. Накривне скло не повинно сильно притискатися головкою кювети, щоб запобігти утворенню напруги, яка може вплинути на оптичне обертання розчину.
Поляриметричну кювету з розчином вміщують у камеру цукрометра і підмикають до термостата, в якому підтримується температура (20,0+0,1) 0С.
Проводять п’ять вимірювань з похибкою, яка дорівнює точності приладу, і обчислюють середнє арифметичне значення. У разі використання поляриметричної кювети довжиною 100 мм середнє арифметичне значення відліку за шкалою цукрометра подвоюють.
3. У разі використання автоматичного поляриметра випробування проводять аналогічно з попередніми вказівками з додатковим проведенням:
- зважування пустої мірної колби з похибкою +0,001 г;
- зважування мірної колби з розчином цукру з похибкою +0,001 г після 30 хв вистоювання;
- зняття показань поляриметра в разі пустого відділення для поляримертичної кювети;
- зняття показань поляриметра в разі встановленої пустої чистої і сухої поляриметричної кювети;
- визначення температури кварцової пластинки;
- зняття показань поляриметра в разі встановленої кварцової пластинки.
4. У разі використання автоматичного поляриметра поляризацію визначають з урахуванням поправок на температуру та об’єм.
4.1 Поляризацію, скориговану на температуру Пt , 0Z («цукрових» градусів), обчислюють за формулою:
де П - показанная поляриметра в разі встановленої поляриметричної кювети з розчином, 0Z;
Y - покозання поляриметра в разі встановленої пустої(без розчину) поляриметричної кювети, 0Z;
Q - показання поляриметра в разі встановленої кварцової пластини, 0Z;
Х - показання поляриметра в разі пустого відділення поляриметричної кювети, 0Z;
Q1 - паспортні дані кварцової пластини;
tp - температура кварцової пластини, 0С;
20 - температура повітря за нормальних умов.
4.2. Поправку за об’єм визначення визначають таким чином. Обчислюють масу розчину mv, г, без поправки на зважування у повітрі за формулою:
де m2 – маса мірної колби з розчином, г;
m1 – маса пустої мірної колби, г.
Одержаний результат переводять в об’єм за таблицею, наведеною у додатку.
Поправку на об’єм знаходять за таблицею, наведеною у додатку.
Приклад.Нехай за таблицею визначають V=100,060 см3 і поправку, яка дорівнює + 0,060 0Z.
4.3. Дійсну поляризацію ПД, 0Z, визначають за формулою:
де Пt - поляризація,скоригована на тампературу, 0Z;
Пv - поправка на об’єм, 0Z.
Обчислення проводять з точністю до 0,01 0Z.
Опрацювання результатів
1. Масова частка сахарози Р, %, обчислюють за формулами:
- у разі використання цукрометрів з клиновою компенсацією
- у разі використання цукрометрів з компенсатором, що обертаються
де Рt - середнє арифметичне значення вдліків за шкалою цукрометра за температури вимірювання;
0.000611; 0.000467 – коефіцієнти;
t - температура розчину під час вимірювання, 0С;
20 - температура повітря за нормальних умов, 0С.
2. Масова частка сахарози Р1, %, у перерахунку на суху речовину обчислюють за формулою
де Р - результат вимірювання, %;
W - масова частка вологи в цукрі, %.
3.За кінцевий результат випробування приймають середнє арифметичне результатів двох паралельних визначень, допустима розбіжність між якими не повина перевищувати 0,05 % масової частки сахарози.
Додаток 1.
m, г |
V, см3 |
Поправка, 0Z |
m, г |
V, см3 |
Поправка, 0Z |
109,457 |
99,800 |
-0,200 |
109,657 |
100,000 |
+0 |
109,467 |
99,810 |
-0,190 |
109,667 |
100,010 |
+0,010 |
109,477 |
99,820 |
-0,180 |
109,677 |
100,020 |
+0,020 |
109,487 |
99,830 |
-0,170 |
109,687 |
100,030 |
+0,030 |
109,497 |
99,840 |
-0,160 |
109,697 |
100,040 |
+0,040 |
109,507 |
99,850 |
-0,150 |
109,707 |
100,050 |
+0,050 |
109,517 |
99,860 |
-0,140 |
109,717 |
100,060 |
+0,060 |
109,527 |
99,870 |
-0,130 |
109,727 |
100,070 |
+0,070 |
109,537 |
99,880 |
-0,120 |
109,737 |
100,080 |
+0,080 |
109,547 |
99,890 |
-0,110 |
109,747 |
100,090 |
+0,090 |
109,557 |
99,900 |
-0,100 |
109,757 |
100,100 |
+0,10 |
109,567 |
99,910 |
-0,090 |
109,767 |
100,110 |
+0,110 |
109,577 |
99,920 |
-0,080 |
109,777 |
100,120 |
+0,120 |
109,587 |
99,930 |
-0,070 |
109,787 |
100,130 |
+0,130 |
109,597 |
99,940 |
-0,060 |
109,797 |
100,140 |
+0,014 |
109,607 |
99,50 |
-0,050 |
109,807 |
100,150 |
+0,015 |
109,617 |
99,960 |
-0,040 |
109,817 |
100,160 |
+0,160 |
109,627 |
99,970 |
-0,030 |
109,827 |
100,170 |
+0,170 |
109,637 |
99,980 |
-0,020 |
109,837 |
100,180 |
+0,180 |
109,647 |
99,990 |
-0,010 |
109,847 |
100,190 |
+0,190 |
109,657 |
100,00 |
+0 |
109,857 |
100,200 |
+0,200 |
2.2.2. Метод визначення електопровідності
Проведення випробування
Для визначення електропровідності потрібно визначити L для розчину KCl відомої концентрацї. Зовнішній вигляд приладу можна побачити на додатку 2.
Перед початком роботи прилад вмикають в ждерело зміного струму 220 В частотою 50 Гц. Для виконання вимірювання прилад вмикають в джерело за допомогою вимикача 1. Перемикач ставлять у положення “підготовка”, при цьому струм не буде проходити через комірку.
Декадні перемикачі 3 ставлять так, щоб показники були на 0.
Перемикач 4 вимірювального діапазону ставимо на потрібний інтервал електропровідності.
Вимірювальну комірку заповнюють розчином, ставлять в термостат і з’єднують з приладом за допомогою кабеля. Перемикач 2 виду роботи ставлять на “вимірювання”, при цьому стрілка гальванометра 5 відхиляється від нулевого показника.
За допомогою декадних перемикачів 3 міст врівнюється, стрілка гальванометра повертається в початкове положення. Натискуючи перемикач 6 точного відліку закінчують точне врівнювання за допомогою останього декадного перемикача.
На декадних перемикачах виходить чотиризначне число, яке потрібно домножити на множник, що показує перемикач 4. Після множення знайшли електропровідність в сіменсах на сантиметр.
Розділ 3. Хімічні властивості цукру і методи їх дослідження
3.1. Хімічні властивості
Для того, щоб визначити вміст сахарози цукрі, потрібно цукор розчинити у воді.
Визначення концентрації сахарози в розчині
Фотоколориметричне визначення вуглеводнів основне на здатність деяких вуглеводів у кислому середовищі утворювати комплексну сполуку темно-синього з фосфорномолібеновою кислотою. При гідролізі сахарози утворюється D-глюкоза і D-фруктоза. Під дією фосфорномолібенової кислоти на гідролізат сахарози глюкоза утворює забарвлений комплекс, а фруктоза – ні. Тому можна виявити глюкозу в присутності фруктози в розчинах.
Підготовка до випробування
- Підготувати водяну баню.
- Мірні колби місткістю 50 мл.
- Сахарозу – 0,4 н. Розчину, H3PO4 – 0,3 н. розчину.
- Фосфорномолібенова кислота H3[P(Mo3O10)] – 1%-ний розчин.
- Фотоелектроколориметр КФК-2МП.
Проведення випробування
- Ознайомитися з інструкцією до фотоелектроколориметра;
- Приготувати 0,4 н. розчину сахарози;
3. У 5 мірних колбах місткістю 50 мл налит по 2 мл 3 н. H3PO4 і по 3 мл 1%-ного розчину фосфорномолібденової кислоти і прилити 0,4 н. розчину сахарози в кількості: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 мл відповідно.
4. Колби помістити в киплячу водяну баню і витримати 20 хв. Після охолодження в кожну колбу долити дистильовану воду до позначки.
5. Виміряти оптичну густину
6. Побудувати калібрувальний
7.Відповідно до п. 3-4 одержати
синю комнлексну сполуку в
розчині сахарози невідомої
Визначення концентрації в сиропі
Метод оснований на вимірювані кута обертання площини поляризації світла водними розчинами сахарози і визначенні вмісту сахарози за калібрувальним графіком.
Підготовка до випробування
- Поляриметр.
- Хімічні стакани об’ємом 50 мл.
- Піпетка на 10 мл.
- Сахароза.
- Цукровий сироп для аналізу.
Проведення виконання
1. Приготувати серію стандартних розчинів сахарози з масовою часткою 5, 10, 15, 20 і 25% об’ємом 50 мл.
2.Ознайомитися з інструкцією щодо роботи на поляриметрі заданого типу.
3.Заповнити поляриметричну
трубку довжиною 10 см стандартним
розчином найменшої
4. Ввімкнути освітлювач, встановити максимум освітлення і нульову точку на приладі.
5. Помістити трубку в прилад і, спостерігаючи в окуляр, обертанням аналізатора на певний кут, добитися однакового освітлення оптичних полів і заміряти кут обертання площини поляризації. Провести 2-3 заміри, розрахувати середньоарифметичне всіх вимірювань. Такі ж операції провести із стандартними розчинами інших концентрацій.
6. За результатами вимірів побудувати калібрувальний графік, відклавши на осі абсцис процентний всіст сазарози, а на осі ординат –кут обертання поляризації світла.
7. Прозорий сироп з
невідомою концентрацією
Визначення кислотності
Для цукрового виробництва велике значення має визначення реакції середовища, так як від неї залежить хімічна реакція, в тому числі розклад сахарози, радукуючих речовин, амідів і т.д.
Підготовка до випробовування
В цукровому виробництві рН винзачають в наступних напівпродуктах без попередньої підготовки проби: дифузійний сік, сік попередньої дефекації, соки 1 і 2 сатурації, сульфатний сік, сироп, меляс.