Общеепредставление о веществах, обьединяемых под названием «сахара»
Пищевыепродукты содержат главным образом дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза),моносахара (глюкоза, галактоза, фруктоза); из трисахаридов — в основномраффинозу. Для большинства продуктов нормируется суммарное содержание сахаров (общийсахар), а для некоторых веществ (карамель, патока и др.), кроме того,содержание редуцирующих сахаров, т. е. сахаров, способных легко окисляться. Всеперечисленные выше сахара (за исключением сахарозы) обладают редуцирующейспособностью. Общий сахар — это суммарное содержание сахарозы ивосстанавливающих низкомолекулярных сахаров, выраженное в процентах сахарозы. Впоследние годы термин «сахара» применяют только по отношению к моносахаридам.
Молекулярнаяинтерпретация химических — аналитически значимых — свойств сахаров
Вприроде моносахариды (монозы) распространены и имеют наибольшее значениепентозы общей формулы С5Н10О5 и гексозы общейформулы С6Н12О6, не могут гидролизоваться ипревращаться в более простые углеводы. По химическому строению моносахаридыпредставляют собой многоатомные спирты, имеющие альдегидную группу(альдегидоспирты, оксиальдегиды, альдозы — когдана конце углеродной цепи присутствует карбонильная группа) или кетоннуюгруппу (кетоспирты, оксикетоны, кетозы — когдакарбонильная группа расположена в ином другом положении). Отсюда,глюкоза и фруктоза являются функциональными изомерами. Функциональные изомерыразличаются и расположением гидроксильных групп, как это видно из сравненияструктур глюкозы и галактозы. Такие пространственные изомеры называются диастереомерами.Они различаются физическими и химическими свойствами.
/>
/>
Длямоносахаридов характерна оптическая изомерия (энантиомерия) (Э. Фишер). В ихмолекулах содержатся асимметрические (хиральные) атомы углерода (С*),находящиеся в sp3-гибридизациии связанные с четырьмя различными атомами или их группами. Энантиомеры имеютидентичные физические и химические свойства. Число оптических стереоизомеровсвязано с числом асимметрических атомов углерода формулой N= 2n. />/>В общем случае молекула с «n» хиральнымицентрами имеет 2n стереоизомеров,которые представляют собой пары зеркальных антиподов.
Вкачестве обозначения противоположных конфигураций редуцирующих сахаров содинаковыми названиями применяются буквы Dи L, которые указывают принадлежностьк двум рядам. Последний асимметрический атом углерода определяет принадлежностьк стереохимическому ряду. Гидроксильная группа справа – D– ряд; слева – L – ряд. Вприроде одни моносахариды встречаются больше в Д-конфигурации, чем в L, другиенаоборот (L-арабиноза часто встречается в растениях, тогда как D-арабинозаобнаружена только в некоторых видах бактерий).
Посколькумолекулы сахаров построены несимметрично, то для них не может быть оптическинеактивных мезоформ. Экспериментальный факт, фиксируемый поляриметром, вращенияполяризованного света вправо обозначается знаком (+); вращение влево — знаком(-). Символы знаков D(+) – и L(-)могут очень часто не совпадать.
Изображенныелинейными формулами альдозы во многом не отражают физические и химическиесвойства моносахаридов. Такие структуры возможны в растворах, и то внезначительных количествах (тысячные доли процента). Так в УФ — и ИК-спектрахмоносахаридов отсутствуют полосы поглощения, характеризующие карбонильнуюгруппу. В действительности, моносахариды с5 и более атомами углерода обычно встречаются в водном растворе в циклическихформах, в которых карбонильная группа образует ковалентную связь с атомомкислорода гидроксильных групп. А.А. Колли (русский химик-органик), предложилдля всех моносахаридов циклические структуры.
Вкарбонильной группе связь между атомами углерода и кислорода осуществляетсядвумя парами электронов. Электронное облако связи смещено к кислороду как болееэлектроотрицательному атому, в результате чего он приобретает частичныйотрицательный.заряд (δ-). В то же время карбонильный углерод в результатеоттягивания от него электронов приобретает частичный положительный заряд(δ +):
/>
Это обусловливаетбольшую реакционную способность органических соединений, содержащихкарбонильную группу: с одной стороны, атом углеродаприобретает электрофильные свойства и способен активно взаимодействовать снуклеофильными реагентами, а атом кислорода приобретает нуклеофильные свойстваи способен присоединять электрофильные реагенты и замещаться ими; с другойстороны, на атоме углерода связи С=О концевой карбонильной группы положительныйзаряд сильнее притягивает электрон от атома водорода альдегидной группы,последний становится более подвижным и легко вступает в какие-либо реакции,например, окисляется (редуцируется) при рН > 7.
Отсюда,появление пятого гидроксила, названного гликозидным, является следствием внутримолекулярнойреакции между карбонильной группой и одним из гидроксилов сахара. Известно,что взаимодействие альдегидов (кетонов) со спиртами приводит к образованиюполуацеталей (полукеталей):
/>
Насвязь между устойчивостью цикла и его строением обратил внимание немецкий химикА. Байер. В своей теории он исходил из предположения, что все циклы являютсяплоскими, а за меру устойчивости цикла принял любое отклонение валентных угловот «нормального» угла 109° 28':
/>
Такоеотклонение создает в молекуле напряжение, которое, в свою очередь, понижает ееустойчивость. Расчет дал отклонение валентного угла от нормального для четырехчленногоцикла +9°44', пятичленного 0°44', шестичленного -5° 16'.
Такжепозже было установлено, что пяти- и шестичленные циклы не находятся в однойплоскости, а принимают в пространстве определенную форму (конформацию: см. ниже— «кресло»: она устойчивее), что приводит к уменьшению углового напряжения,поэтому и к повышению устойчивости цикла.
Поэтомупри образовании циклических структур сахаров-альдозгидроксильная группа у предпоследнего (или пред-предпоследнего) реагирует сальдегидной группой, образуя пиранозный (или фуранозный) цикл, содержащийполуацетальную связь:
/>
Сахара-кетозытакже встречаются в форме α- и β-аномерных форм. В этих соединенияхгидроксильная группа у предпоследнего (или последнего) реагирует с кетогруппой,образуя фуранозный (или пиранозный) цикл, содержащий полукетальную связь:
/>
Приобразовании циклического полуацеталя сахаров появляется новый асимметрическийатом углерода (аномерный центр (С-1)).Для указания его конфигурации используют обозначения aи b.α- и β-формы моноз превращаютсядруг в друга в водном растворе, этот процесс получил название мутаротации.
Возникновениециклических структур, существование которых предвидел Колли, обусловленосоответственно явлениями d- и g- оксициклотаутомерии.
ДляD – ряда a- аномер имеет полуацетальный гидроксил внизу, b — аномер – вверху.Для L – ряда имеет местообратное отношение a — и b — аномеров.
Низкомолекулярныеолигосахариды включают в себя также вещества, именуемые «сахара». Это —дисахариды (биозы — сложные сахара общей формулы С12Н22О11)и трисахариды (триозы – сложные сахара общей формулы С18Н32О16).
Похимической структуре они представляют собой гликозиды, образованные врезультате отщепления молекулы воды от двух (биозы) или трёх (триозы)моносахаридов за счет гидроксилов по одному от каждого из них. При этом один изгидроксилов является гликозидным. Если моносахариды все являются способнымиокисляться (редуцироваться), то среди олигосахаров существуютневосстанавливающие. Если отщепление молекулы воды произошло за счетгликозидных гидроксилов всех молекул моносахаридов, то образуетсяневосстанавливающие низкомолекулярные олигосахариды. Такие сахара существуюттолько в циклических конфигурациях и не могут переходить в цепные карбонильныеформы и, следовательно, не обладают восстановительными свойствами. В частности,водные растворы их не реагируют с реактивом Фелинга, не подвергаютсямутаротации и пр.
Еслиотщепление воды произошло за счет гликозидного гидроксила только одного измоносахаридов и негликозидного гидроксила других моносахаридов, то образуетсявосстанавливающие низкомолекулярные олигосахариды, в котором один из цикловсохраняет гликозидный гидроксил, способный в водных растворах изомеризоваться,превращаясь в цепную карбонильную форму.
Невосстанавливающиеолигосахариды
/>
Восстанавливающиеолигосахариды
/>
/>
/>
Данным сахарам такжеприсуща мутаротация, и они существуют в a- и b-формах.в циклических и альдегидной таутомерных формах, находящихся в динамическомравновесии:
/>
Гликозиднаясвязь («кислородный» мостик) в молекуле олигосахаров способна очень легкоразрываться под действием атаки полярных молекул воды (гидролиз), это весьмаважная преданалитическая реакция. Происходит реакция инверсии:
/>
Спирты,содержащие в молекуле свыше трех гидроксильных групп, называют спиртами высшейатомности.
Сахарныеспиртыили спирты-полиолы являются производнымиредуцирующих сахаров. По физическим свойствам спирты высшей атомностинапоминают редуцирующие сахара — бесцветные, сладкие вещества, образующиесиропообразные растворы.
Химически эти веществав отличие от сахаров всех видов монофункциональны — не имеют карбонильнойгруппировки, а вместо нее находится группа -СН2ОН (у полиолов,образованных от альдегидоспиртов) или –СНОН (у полиолов, образованных откетоспиртов).
Такимобразом, пентозы образуют спирты-пентиты общей формулы С5Н7(ОН)5и гексозы —спирты — гекситы общей формулы С6Н8(ОН)6.
Известнымипредставителями спиртов пятиатомных является арабит и ксилит, а наиболеераспространенными шестиатомными спиртами являются сорбит, дульцит (галактит) иинозит. Так и называют эти спирты по тривиальной номенклатуре: в названияхсоответствующих редуцирующих сахаров заменяют суффикс -оза на -ит. К некоторымимеются также и технические названия. Например:
/>
Хотя их чащевсего получают искусственно (реакцией гидрирования на катализаторе никеле) ииспользуют как пищевые добавки-подсластители (ксилит, сорбит), отдельные видыплодов и овощей содержат некоторых сахарных спиртов довольно много. Так,сорбитом богаты ягоды рябины, сок вишен, слив, яблок. Галактит содержится вразличных растениях (жасмине, морских водорослях) и в дрожжах и т.д.
Втаких сахарах, а также в нередуцирующих олигосахаридах, первостепенное аналитическоезначение имеет наличие гидроксильных групп. Не имея карбонильной группы, данныевиды сахаров не способны проявлять вышеуказанных свойств редуцирующих сахаров.Атом кислорода в молекуле сахара наиболее электроотрицателен; к нему смещенаэлектронная плотность всех атомов. Следовательно, атом водорода гидроксильнойгруппы имеет большую подвижность, чем атомы водорода в радикале:
/>/>
Поэтому в химическихреакциях они могут отдавать протон, вступая в частности в реакцию замещения-алкилирования.Алкилированием называют реакции введения в молекулы органических веществалкильных или сходных по строению радикалов R.При нуклеофильном введении Rв молекулу спирта вместо атома водорода ОН-групп получают простые эфиры.
Пентитысодержатдва асимметрических атома углерода — С-2и С-4, третий атом имеетодинаковые заместители СН (ОН)СН2ОН, известны 4 стереоизомера.
Гекситысодержат четыре асимметрических атомауглерода, но число стереоизомеров меньше 16, и равно 10 благодаря особенностямстроения молекулы. Благодаря наличию одинаковых заместителей у С-2 и С-3, и,соответственно, у С-5 и С-4 молекулы некоторых стереоизомеров имеют плоскостьсимметрии, находящуюся между атомами С-3 и С-4. Поэтому образовывать оптическиестереоизомеры, отклоняя плоскость поляризованного света на поляриметре, могуттолько те представители, которые не имеют атрибутов симметрии.
Как имоносахариды, они образуют диастереоизомерные ряды (D-рибит и D-арабит).
Химическиеметоды определения сахаров
Химическиеметоды разнообразны, однако все они, как и большинство физико-химических,основаны на способности сахаров окисляться в щелочной среде, восстанавливая приэтом другие химические вещества с образованием альдоновых кислот. Количествовосстановленного другого вещества эквивалентно содержанию сахара в испытуемомрастворе. Чаще применяют методы, основанные на окислении сахаров щелочнымраствором окисного соединения меди с учетом количества восстановленной меди.Реже применяются методы, в которых используются другие окислители.
Определениевосстанавливающих сахаров по методу Бертрана.
МетодБертрана основан на способности альдегидной группы сахаров взаимодействовать среактивом Фелинга и восстанавливать окись меди до закиси меди, выпадающей ввиде осадка красного цвета:
СuSO4+ 2NaOH ¾¾®Cu(OH)2 + Na2SO4
/>
Приведеннаяреакция не является стехиометрической. Поэтому при пересчете меди на сахарпользуются эмпирическими таблицами, которые составлены при строго определенныхусловиях протекания реакции.
Реактивыи материалы: а) Реактив Фелинга
20см3 4 %-ного раствора CuSO4+ 20 см3 щелочного раствора сегнетовой соли {200 г сегнетовой солирастворяют в 500 см3 воды, 150 г едкого натра растворяют в 300 см3.Раствор щелочи осторожно приливают к раствору сегнетовой соли и доводят объемдо 1 дм3}.
б)Раствор железоаммиачных квасцов
96г квасцов растворяют в 500 см3 воды и осторожно по стенке приливают200 г (108 см3) концентрированной серной кислоты. Объем доводятводой до 1 дм3.
в)0,1 н. КМпО4
1.Перманганатный метод.
Ходработы:
1.Приготовлениевытяжки. Из среднейпробы продукта берут навеску, величина которой зависит от предполагаемогосодержания сахаров в материале. При исследовании фруктов или ягод навескасоставляет 15—50 г мезги (материала, измельченного на терке или мясорубке), варенья,повидла, джема — 7—8 г. При исследовании продуктов, содержащих крахмал(например, клубней картофеля, незрелых яблок и груш), водную вытяжку ненагревают на водяной бане, а сахара извлекают холодной водой в течение 1 ч,часто взбалтывая колбу.
Навескуколичественно переносят в мерную колбу на 250 мл, смывая ее дистиллированнойводой. Объем навески и воды в колбе не должен превышать 130—150 мл. Колбувстряхивают, затем определяют реакцию содержимого (с помощью нейтральнойлакмусовой бумаги или универсального индикатора). При исследовании фруктов иягод реакция вытяжки обычно бывает кислой, поэтому ее доводят до нейтральной(рН = 7) осторожным добавлением 15%-кого раствора углекислого ратрня (подконтролем лакмуса или универсального индикатора), после чего колбу нагревают втечение 15—20 мин, на горячей водяной бане (80°С), часто встряхивая дляперемешивания содержимого.
Колбуохлаждают и к вытяжке добавляют 7—15 мл раствора уксуснокислого свинца,взбалтывают и ставят на 5-10 мин. (для осаждения белков, пигментов, дубильныхвеществ, также обладающих восстанавливающими свойствами). Появление прозрачногослоя жидкости над осадком свидетельствует о полноте осаждения. Если полнотаосаждения не была достигнута, в колбу добавляют (каплями) еще 1—5 мл растворауксуснокислого свинца и взбалтывают. Для осаждения избытка уксуснокислогосвинца в колбу приливают 18—20 мл насыщенного раствора двузамещенногофосфорнокислого натрия, взбалтывают и оставляют на 10—12 мин. для отстаивания.Проверяют полноту осаждения свинца, для чего по стенке колбы осторожноприливают 1-—2 капли раствора фосфорнокислого натрия. Если в прозрачном слоежидкости над осадком уже не образуется мути, считают, что полнота осаждениядостигнута. Колбу доливают до метки водой, взбалтывают и содержимое еефильтруют через бумажный складчатый фильтр. В фильтрате (его называют фильтратА) определяют содержание редуцирующих сахаров. Надо так подобрать навескупродукта и разведение, чтобы концентрация сахаров в сахарном растворесоставляла 100 мг.
Быстрогоосаждения белковых, красящих и дубильных веществ (так называемых, органическихнесахаров) можно достигнуть обработкой вытяжки основным азотнокислым свинцом. К100 мл вытяжки прибавляют 3—4 мл раствора едкого натра, взбалтывают и добавляют4—6 мл раствора азотнокислого свинца. Осветление раствора происходит в течение5—7 мин. Для освобождения от избытка свинца к вытяжке, нагретой до температуры60° С, приливают 3—4 мл насыщенного раствора сернокислого натрия и нагревают наводяной бане при той же температуре 10 мин.
2.Проведение анализа: 20 см3 фильтрата А помещают в коническуюколбу на 100 см3 и добавляют 20 см3 реактива Фелинга Iи 20 см3 реактива Фелинга II.Содержимое колбы перемешивают и кипятят точно 3 минуты, время замечают смомента появления первых пузырьков. Горячую жидкость из колбы сливают нафильтрующий слой через воронку Бюхнера в колбу Бунзена при слабом отсасывании,стараясь осадок закиси меди не переносить на фильтр. Затем осадок в колбепромывают теплой водой и перерастворяют с помощью железоаммонийных квасцов(10...15см3), при этом часть сернокислого окисного железа квасцоввосстанавливается в закисное:
Cu20+ Fe2(NH4)2(SO4)4 + H2SO4= 2CuSO4 + 2FeSO4 + (NH4)2SO4+ H2O.
Далееворонку Бюхнера с фильтрующим слоем переносят в чистую колбу Бунзена исодержимое колбы небольшими порциями сливают на фильтр. Осадок на фильтреразмешивают стеклянной палочкой до полного растворения. Осадок на фильтре недолжен находиться на воздухе во избежание его окисления. Колбу и фильтрпромывают теплой дистиллированной водой два раза. Фильтрат сразу титруют 0,1 нраствором перманганата калия до появления розовой окраски (от последней капли),снова окисляющего закисное железо в окисное
2KMnO4+ 10FeSO4 + 8H2SO4 = K2SO4+ 2MnSO4 + 5Fe2 (SO4)3 + 8H2O.
Титрперманганата калия устанавливают по меди, что дает возможность сразупересчитать количество пошедшего на титрование перманганата калия наэквивалентное количество меди (1 см3 0,1 н. КМпО4соответствует 6,36 мг меди). Количество сахара, соответствующее данномуколичеству меди, находят по эмпирическим таблицам.
Количествосахара в процентах вычисляют по формуле:
/>
гдеа — количество сахара в пробе (объем v,);v — объем вытяжки, полученный изнавески; vx— пробавытяжки (в см3), взятая на определение; т — масса навескиматериала, мг.
Перманганатныйметод считается арбитражным. Существует также ускоренный—йодометрический —метод.
2.Иодометрическийметод (по Шорлю). Фильтрат А кипятят с жидкостью Фелинга(см. выше). Так как жидкость Фелинга берется в избытке, то часть меди окажетсяневосстановленной и останется в окисной форме. Чтобы определить избыточноеколичество окисной меди, в охлажденную после кипячения жидкость добавляютраствор йодистого калия и серной кислоты. Происходит реакция
2CuSO4+ 4 КJ = Cu2J2+ 2 K2SO4+ I2.
Выделившийсямолекулярный иод оттитровывают раствором тиосульфата натрия:
2Na2S2O3+ I2 = Na2S4O6 + 2NaI
Дляопределения количества двухвалентной меди, восстановленной сахаром, проводятконтрольный опыт, в котором вместо исследуемого раствора берут дистиллированнуюводу. По результату контрольного опыта определяют количество тиосульфатанатрия, эквивалентное всей двухвалентной меди, участвующей в опыте. По разностиобъемов раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование иода послевзаимодействия с KI со всейдвухвалентной медью (контрольный опыт) и той, что осталась после взаимодействияс редуцирующими сахарами, судят о количестве восстановленной сахаромдвухвалентной меди. Данный метод отличается простотой, высокой точностьюопределения и возможностью определять содержание сахара в довольно широких пределах(от 0,3 до 88,2 мг в 30 мл раствора).
Реактивы и материалы:Хлеб,нож, разделочная доска, дистиллированная вода, 15%-ный раствор ZnSO4,4%-ный раствор NaOH, 20%-ныйраствор НС1, 10%-ный раствор NaOH,индикатор метиленовый красный, 6,925%-ный раствор CuSO4,щелочной раствор сегнетовой соли, KJ,25%-ный раствор серной кислоты, 0,1 н. раствор Na2S2O3,1%-ный раствор растворимого крахмала, мерные колбы вместимостью 100, 200, 250см3, конические колбы вместимостью 200—300 см3, воронки,цилиндры вместимостью 10 см3, бюретки, водяная баня, термометры,титровальная установка, фарфоровая чашечка вместимостью 20 см3,фильтровальная бумага.
Ходработы:
Проведениеанализа: Вконическую колбу вместимостью 50 см3 вносятпипеткой 3 см3 фильтрата А, добавляют пипеткой или бюреткой точно 1см3 6,925%-го раствора сульфата меди (II)и 1 см3 щелочного раствора сегнетовой соли, в течение 2 мин доводятсмесь до кипения, кипятят ровно 2 мин, быстро охлаждают до комнатнойтемпературы, прибавляют 1 см3 30 %-ного иодида калия, 1см325%-ной серной кислоты и сразу же титруют 0,1 н. раствором тиосульфата натриядо светло-желтого окрашивания. Затем добавляют 3—4 капли 1%-го растворарастворимого крахмала (индикатор) и продолжают титрование до исчезновения синейокраски.
Проведениехолостого или контрольного опыта: Аналогично проводят контрольный опыт, вкотором вместо 3 см3 исследуемого раствора берут то же количестводистиллированной воды.
Разностьмежду величинами, полученными в контрольном опыте и при определении сахара висследуемом растворе, умноженная на поправку к титру тиосульфата натрия,показывает количество восстановленной меди, выраженное в см3 точно0,1 н. раствора тиосульфата натрия. Для пересчета количества 0,1 н. растворатиосульфата натрия, соответствующего количеству восстановленной меди, на сахар(мг сахарозы) пользуются следующими коэффициентами, установленнымиэкспериментальным путем: глюкоза — 3,3; фруктоза — 3,7; сахароза — 3,4;мальтоза — 5,4.
Наиболееточные показатели получаются в том случае, если разность результатов титрования0,1 н. раствором тиосульфата натрия в контрольном и основном опытах находится впределах 0,7—1,2 см3. При использовании вытяжек с более высокимсодержанием сахара для определения берут 1 см3 вытяжки и добавляют 2см3 дистиллированной воды.
3.Определениередуцирующих сахаров (по Лэну и Эй-Нону). В фильтрате А содержатся редуцирующие сахара(глюкоза, фруктоза и другие монозы, а также дисахариды, обладающиевосстанавливающими свойствами,— мальтоза, лактоза и др.). Хотя сахароза тожепереходит в фильтрат, но для количественного определения ее необходимоподвергнуть инверсии. Метод определения редуцирующих сахаров основан натитровании реактива Фелинга фильтратом А в присутствии метиленовой сини.Сахара, оставшиеся в небольшом избытке после восстановления окиси меди в закись,реагируют с метиленовой синью, восстанавливая ее в лейкосоединение:
/>
Могутнаблюдаться случаи, когда от прибавления метиленовой сини раствор в колбе непосинеет. Это свидетельствует о высокой концентрации редуцирующих сахаров вфильтрате А, и тогда надо его разбавить в два-три раза. Содержание сахаров виспытуемом растворе должно составлять примерно 0,1—0,25%.
Ход работы:
1.Определениетитра реактива Фелинга. Титр реактива Фелинга определяют по химическичистой сахарозе. Для установки титра реактива можно также пользоватьсясахаром-рафинадом, который предварительно выдерживают в эксикаторе надхлористым кальцием в течение 4—5 суток. На аналитических весах (с точностью до0,0001 г) отвешивают 0,55 г сахарозы. Навеску переносят в мерную колбу на 250мл и растворяют в 75 мл теплой воды. К раствору прибавляют 4 млконцентрированной соляной кислоты и производят инверсию сахарозы (в отдельнойпорции фильтрата А условия инверсии подобраны так, что гидролизуется толькоодна сахароза). Все последующие операции описаны выше (см. «Определение сахарозы»).Определяют содержание редуцирующих сахаров в растворе. Титр реактива Фелинга(по инвертиому сахару) рассчитывают по формуле
Т = 1,053 ∙ Вгк
Где к — навескасахарозы, г; В — объем раствора инвертного сахара, израсходованный натитрование 10 мл реактива Фелинга; г — объем раствора инвертного сахара вмерной колос (250 мл); 1,053 —коэффициент перевода сахарозы в инвертный сахар;
2.Проведение анализа:
2.1. Содержаниередуцирующих сахаров. В бюретку емкостью 50 мл (со стекляннымкраном) наливают фильтрат А, В коническую колбу специальными пипетками вносятпо 5 мл растворов Фелинга I и II и вливают из бюретки 15—20 мл фильтрата А.Колбу ставят на электрическую плитку и нагревают (на асбестовой сетке) так,чтобы довести до кипения за 2 мин., после чего прибавляют 4—5 капель раствораметиленовой сини и кипятят точно 2 мин. Продолжая кипячение жидкости, еетитруют из бюретки фильтратом А до исчезновения синего окрашивания и появленияоранжевого осадка закиси меди. Титровать надо быстро, чтобы в сумме жидкостькипела не более 3 мин. На дотитровывание следует расходовать не более 2—3 млфильтрата А. Если при этом расходуется более 3 мл фильтрата А, рекомендуетсяповторить определение, прибавив в колбу не 15, а уже 20 мл испытуемогораствора. Первое титрование является ориентировочным. Приблизительно установив,сколько миллилитров фильтрата А расходуется на титрование 10 мл реактиваФелинга, проводят два-три точных определения. Содержание редуцирующих сахароввычисляют по формуле:
Xi = кТ
где Т — титр реактиваФелинга (по инвертному сахару)-; к — навеска растительного материала в объемеиспытуемого раствора, израсходованном на титрование 10 мл реактива Фелинга(суммируют количество миллилитров фильтрата А, прибавленных в колбу в самомначале определения и затем затраченных иа дотитровывание).
2.2.Содержание сахарозы.В мерную колбу на 100 мл вносят 50 мл фильтрата А, добавляют 5 мл концентрированнойсоляной кислоты (пл. 1,188) и нагревают, часто взбалтывая, в течение 8 мин. наводяной бане, следя за тем, чтобы жидкость в колбе имела температуру 68—70° С(шарик термометра опущен в колбу). Затем колбу быстро охлаждают (под краном) до20° С. Охлажденную жидкость нейтрализуют углекислым натрием или 15— 20%-нымраствором едкого натра, контролируя этот процесс лакмусовой бумажкой, опущеннойв колбу. Нейтрализованную жидкость доводят водой до метки и в случаенеобходимости фильтруют. Получают фильтрат Б— инвертный сахар — смесь равныхчастей глюкозы и фруктозы, освободившихся в результате гидролитическогорасщепления сахарозы. Содержание редуцирующих сахаров в фильтрате определяют пометоду, описанному выше. Содержание сахарозы (в процентах) рассчитывают поформуле
Хг = (В — А)0,95,
где В — содержаниередуцирующих сахаров после инверсии; А — то же до инверсии (в процентах); 0,95— коэффициент перевода инвертного сахара в сахарозу.
Суммарное содержание сахаров(в процентах) Х в испытуемом растительном материале рассчитывают по формуле
Х = Xi —1+ Хг—2
где ХiиХг— содержание соответственно редуцирующих сахаров и сахарозы.
4.Методгорячего титрования. Ускоренный метод, основан наспособности редуцирующих сахаров восстанавливать в щелочном растворе окиснуюмедь в закисную. Массовую долю сахара определяют путем титрования медно-щелочногораствора фильтратом А.
Материалыи оборудование: титровальная установка, колбы на 50 мл, реактив Фелинга,электроплитка. Ход работы:
1.Проведениеанализа: В бюретку вместимостью 10 см3 наливаютисследуемый раствор. В две плоскодонные колбы вместимостью 50 см3отмеряют пипеткой по 5 см3 раствора Фелинга Iи раствора Фелинга II. Одну из колбпомещают на нагретую электроплитку, доводят медно-щелочной раствор в колбе докипения и титруют из бюретки фильтратом А со скоростью (4±1) капель в секундудо перехода синей окраски медно-щелочного раствора в желтую. Израсходованный натитрование объем в см3 стандартного раствора сахарозы отмечают побюретке.
2.Контрольноетитрование. Вторую колбу с медно-щелочным растворомпомещают на нагретую электроплитку, раствор в колбе доводят до кипения исливают в него из бюретки (85±5)% израсходованного на предварительноетитрование объема исследуемого раствора, следя за тем, чтобы кипение в колбе непрекращалось. При этом синяя окраска медно-щелочного раствора изменяется насветло-фиолетовую. Дотитрование медно-щелочного раствора исследуемым растворомпроводят со скоростью 1 капля в секунду до появления желтой окраски. Массовуюдолю сахара в исследуемом изделии (М) в пересчете на сухое вещество вычисляютпо формуле:
TV1∙100 ∙ 2 100 M=---------------------- ∙ — mV2∙ 1000 100 — W
гдеТ — титр медно-щелочного раствора по сахарозе; V1— вместимость мерной колбы, взятой для приготовления водной вытяжки, см3;m — масса навески исследуемогоизделия, г; V2— объем исследуемого раствора, израсходованный на титрование, мл; W—массовая доля влаги в исследуемом материале (ГОСТ 21094); 1000 — перевод мгсахарозы в г; 2 — двойное разведение вытяжки при проведении гидролиза сахарозы.
Физико-химическиеметоды определения сахаров
В настоящее времянаходят широкое применение физико-химические методы определения сахаров. Приэтом сахара, путем химических реакций, превращают в какое-то вещество, замеряязатем физические характеристики (цвет, адсорбируемость и пр.) Эти методыбыстрые, менее трудоемкие, а в некоторых случаях точнее химических.
Количественноеопределение сахаров в продуктах растительного происхождения с помощьюхроматографии на бумаге (по О. А. Павлюшиной)
Количественноеопределение сахаров с применением хроматографии на бумаге включает в себя следующиеосновные операции:
фиксациюрастительного материала > экстракцию сахаров и очистку вытяжки от белков идругих примесей > распределительную хроматографию сахаров на бумаге > элюациюсахаров с бумаги > определение их содержания в элюатах
Реактивы и материалы:а) Хроматографическая бумага Ленинградская «быстрая» № 1; *Filtrak* FN-4;ватман М 1 и 2; б) этанол, 96%-ный и 80%-ный; в) уксуснокислый свинец (СН3СОО)2РЬ∙ 3Н2О, 10%-ный раствор; г) сернокислый натрий, насыщенныйраствор; д) смесь н-бутанола, пиридина и воды в соотношении 6:4:3 (по объему),или смесь н-бутанола, уксусной кислоты и воды в соотношении 4:1:5 (по объему). [Еслисмеси растворителей разделяются на два слоя, то берут верхний;] е)проявители на кетозы: 1 — резорцинфосфат.
0,2 г резорцинарастворяют в 100 мл 96%-ноге этанола. Перед проявлением хроматограммы смешивают10 объемзв спиртового раствора резорцина с одним объемом ортофосфорной кислотыН3РО4 (плотность 1,75—1,82);
2— N-хлормочевина.
5 г мочевины растворяютв 100 мл 96%-ного спирта и добавляют 20 мл 2 н раствора соляной кислоты;
ж) проявители на альдозы:1 — анилинфталат
1,66 г фталевой кислотыи 0,93 г перегнанного анилина растворяют в 100 мл этилового спирта, насыщенноговодой;
2 — анилиноксалат:
0,93 г перегнанногоанилина растворяют в 50 мл 96%-ного этанола, после чего смешивают с равнымобъемом 0,2 М раствора щавелевой кислоты в этаноле (можно также брать водный0,2 М раствор щавелевой кислоты);
и) глюкоза, фруктоза,сахароза и другие сахара, 2%~ные растворы; к) другие реактивы дляколичественного определения сахаров по антроновому методу.
Ход работы:Навеску свежего растительного материала (10—-30 г) заливают (для фиксации) десятикратнымобъемом кипящего 96%-ного этанола, нагревают 2—3 мин., добавляя небольшоеколичество углекислого кальция или натрия в порошке для нейтрализации кислот(под контролем лакмуса или универсального индикатора). Зафиксированная навеска(в колбе или склянке с притертой пробкой) может храниться в течение несколькихмесяцев (в темном и прохладном месте). Фиксация спиртом является и началомэкстракции сахаров, которые частично переходят в раствор. Сахара экстрагируютгорячим (70—80 ºС) 80%-ным этанолом 3 раза по 30 мин. Перед началомэкстракции рекомендуется дополнительно растереть материал в ступке. Спирт,который служил для фиксации навески, объединяют со спиртовыми вытяжками. Послекаждой экстракции охлажденную спиртовую вытяжку центрифугируют. Объединенныеспиртовые вытяжки сгущают в вакууме до объема 3 мл. Если материал богат хлорофилломи каротиноидами, то сгущенную вытяжку несколько раз взбалтывают с петролейнымэфиром. Эфирный раствор пигментов сливают, а остатки растворителя удаляют наводяной бане при 50—60°. Сгущенную вытяжку количественно переводят в мернуюколбу на 5 или 10 мл. Для осаждения белков и других примесей прибавляют покаплям раствор уксуснокислого свинца. Проверив полноту осаждения, раствор вколбе доводят до метки, затем фильтруют или, еще лучше, центрифугируют. Дляосаждения избытки свинца, не пошедшего в реакцию, добавляют одну каплюнасыщенного раствора сернокислого натрия и снова центрифугируют или фильтруют. Нарезаютполосы хроматографической бумаги длиной 50—55 см и шириной 13—19 см или другогоразмера (в зависимости от диаметра хроматографической камеры). Бумагуразлиновывают графитовым карандашом, оставляя с одной стороны листа одну, а сдругой — две контрольные полосы шириной 2— 2,5 см. Низ хроматограммы вырезаютзубцами, что способствует равномерному скапыванию растворителя и предотвращаетнаблюдающийся иногда перекос пятен. Затем на линию старта отдельными пятнами поодному на основной части хроматограммы и на каждой из контрольных полос наносятс помощью микропипетки или капилляра определенный точный объем испытуемогораствора (например, по 0,01; 0,02 или 0,03 мл в пятно). Количество экстракта,наносимого в пятно, должно соответствовать примерно 30—50 мг сырого весаисследуемого материала в том случае, если в нем содержится 5—7 мг глюкозы,фруктозы и сахарозы на 1 г сырого веса ткани. Для установления оптимальнойконцентрации сахаров, вносимых в пятно, ставят отдельно две контрольныехроматограммы с нанесением различных объемов опытного экстракта (0,01—0,04 мл впятно). На те же полосы наносят также и метчики — растворы сахаров (по 0,004 мл2%-ных растворов). После нанесения растворов на бумагу приступают к разделениюсахаров в соответствующей смеси растворителей (н-бутанол — пиридин — вода,6:4:3; н-бутанол — уксусная кислота — вода, 4:1:5). Хроматография нисходящая.Продолжительность разделения 2—3 суток. После разделения хроматограммывысушивают в токе воздуха (в вытяжном шкафу) до полного удаления следоврастворителя. Следующей задачей является определение положения пятен наосновной части хроматограммы, так как сахара элюируют из непроявленной частибумаги. Для этого от основной хроматограммы отрезают контрольные полосы (а), (б)и (в) и опрыскивают две из них, например (а) и (б), проявителями на кетозы — резорцинфосфатом(реакцией Ф.Ф. Селиванова):
/>
или раствором N-хлормочевины:
/>
а (в) — проявителем наальдозы — анилинфталатом (анилиноксалатом):
/>
Полосу, опрыснутуюрезорцинфосфатом, прогревают 3—4 мин. в сушильном шкафу при температуре 85—95ºС.Пятна фруктозы, сахарозы, раффинозы и олигосахаридов, содержащих фруктозу,окрашиваются в интенсивно розовый цвет. При нагревании хроматограммы,опрыснутой раствором хлормочевины, в течение 5 мин. при 105 ºС пятнаальдоз принимают синее окрашивание. Полосу, обработанную раствороманилинфталата или анилиноксалата, нагревают при 105—110 ºС. При обработкехроматограммы анилинфталатом глюкоза и галактоза проявляются в течение 5 мин.при 105°С в виде желтовато-коричневых пятен; пятна пентоз вишнево-красногоцвета. Мальтоза и лактоза дают желто-коричневые пятна при нагревании в течение20 мин. при 105 ºС. При проявлении анилиноксалатом (110°С, 5—6 мин.) пятнаальдоз имеют коричневое окрашивание. Проявленные контрольные полосы (а), (б) и (в)прикладывают к основной части хроматограммы (в) и таким образом определяютположение пятен отдельных сахаров на полосе (в), не проявляя ее. Участкибумаги, содержащие не проявленные пятна глюкозы, фруктозы, сахарозы иолигосахаридов, вырезают, разрезают на маленькие кусочки («лапшу») и элюируют сахараводой три раза по 30 мин. при 60—70°. Элюаты фильтруют через маленькие бумажныефильтры, выпаривают на водяной бане до небольшого объема, снова фильтруют идоводят до определенного объема. В растворе определяют содержание сахара спомощью антронового реактива.
Определениевосстанавливающих сахаров колориметрическим методом (по И. С. Лурье)
Метод основан на взаимодействиивосстанавливающих сахаров при нагревании со стандартным щелочным растворомкрасной кровяной соли. При этом ее часть восстанавливается в желтую кровянуюсоль.
С6Н12О6+ 2K3[Fe(CN)6]+ 2KOH =СН2ОН(СНОН)4СООН + 2K4[Fe(CN)6]+ Н2О
Избытокферрицианида определяют на фотоэлектроколориметре по характерному поглощению вобласти 420...440 нм (синий светофильтр). Расчет восстанавливающих сахаровведут по калибровочной кривой. Метод удобен для серийных анализов и применим втех случаях, когда испытуемый раствор не содержит других веществ,взаимодействующих с феррицианидом, а также веществ, имеющих поглощение в даннойобласти спектра. При работе с биологическим материалом, исследуемые вытяжкибывают очень сложны по своему составу, часто опалесцируют, поэтому требуетсяопределенная подготовка образца. Метод очень удобен для изучения накоплениявосстанавливающих сахаров под действием ферментов, гидролизующих углеводы, вэкспериментах, моделирующих технологический процесс. В этом случае исследователяинтересует не абсолютное содержание восстанавливающих сахаров, а их увеличениеза счет ферментативной реакции. При этом факторы, влияющие на величинуоптической плотности, нивелируются контрольными или нулевыми замерами.
Реактивыи материалы: а) 1 %-ный раствор феррицианида (10 г в 1 дм3). б) 1,25н. раствор КОН (70 г в 1 дм3). в) 1 %-ный исходный раствор глюкозы. г)0,1 %-ный и 0,2 %-ный рабочие растворы глюкозы.
Ходработы.
1.Выполнениеанализа: В коническую колбу на 100 см3 вносят 10см3 раствора феррицианида, 5 см3 раствора щелочи и от 1до 5 см3 испытуемого раствора. Если объем пробы меньше 5 см3,то недостающее количество компенсируют водой. Колбочку прикрывают часовымстеклом и на слабом огне доводят до кипения. Кипятят ровно 1 минуту. Затем содержимоеколбочки охлаждают до комнатной температуры и измеряют оптическую плотность наФЭКе при синем светофильтре (420 нм). Количество сахара в испытуемом раствореопределяют по калибровочной кривой.
2.Построениекалибровочной кривой: Концентрацию исходного раствораглюкозы устанавливают по методу Бертрана. Для этого берут три пробы по 5 см31 %-ного раствора глюкозы, добавляют к каждой пробе по 15 см3воды и 40 см3 реактива Феллинга. Концентрацию исходного раствораглюкозы рассчитывают как среднее значение из трех параллельных определений.Точную концентрацию рабочих растворов глюкозы рассчитывают по данным анализаисходного раствора.Сухие конические колбочки на 100 см3заполняют согласно табл. 2.
/>
/>
/>
Взаполненныхколбочках проводят определение содержания глюкозы колориметрическим методом истроят калибровочную кривую в координатах «оптическая плотность — количествоглюкозы, мг».
Определениевосстанавливающих сахаров методом Шомадьи — Нельсона (предшественник методаФолина-Ву)
Колориметрическийметод Шомадьи — Нельсона основан на реакции восстанавливающих сахаров среактивом Шомадьи — Нельсона, в результате которой образуется окрашенноесоединение «молибденова синь» общего состава MonO3n-xголубогоцвета. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию восстанавливающихуглеводов, которые определяют по величинам оптических плотностей при 508 нм, покалибровочной кривой, составленной с применением модельных растворов. Методнеспецифичен, трудоемок.
Реактивы и материалы: а)Реактив Шомадьи.
a24г карбоната натрия и 12 г тартрата калия — натрия (калий натрий виннокислыйсредний) помещают в коническую колбу вместимостью 500 см3 идобавляют 250 см3 дистиллированной воды. Затем приливают 40 см310% раствора сульфата меди, перемешивают и добавляют 16 г гидрокарбоната натрия.
b.18г Na2SO4растворяют в 500 см3 горячей дистиллированной воды. Раствор кипятятв течение 40 минут для удаления СО2, затем охлаждают.
Cмешивают(a+b)в мерной колбе на 1 дм3, доводят до метки дистиллированной водой иперемешивают. В течение первых двух-трех суток хранения реактива Шомадьиоседает небольшое количество меди с примесями. Этот осадок отфильтровывают,готовый раствор хранят в темной склянке.
б)Реактив Нельсона.
a25г модибдата аммония помещают в мерную колбу на 500 см3 и растворяютв 150 см3 Н2О. Раствор перемешивают, к нему осторожнонебольшими порциями добавляют 21 см3 концентрированной H2SO4(х.ч.) при непрерывном перемешивании.
b3г гептагидрата гидроортоарсената натрия (Na2HAsO4• 7Н2О) растворяют отдельно в химическом стаканчике в 50 см3Н2О
(a+b).Получается прозрачный раствор светло-желтого цвета, его доводят до метки водойи выдерживают в термостате при 37 «С в течение 2 суток. После выдержкираствор готов к употреблению.
Ходработы.
1.Проведениеанализа: К 1 см3 испытуемого раствора добавляют 1см3 реактива Шомадьи, перемешивают и выдерживают на кипящей водянойбане в течение 15 минут:
СuSO4+ 2NaOH [гидролитический]¾¾® Cu(OH)2+ Na2SO4
/>
Затемк охлажденной смеси добавляют 1 см3 реактива Нельсона и доводятобъем до 10 см3 дистиллированной водой:
Na2HAsO4+ 15H2SO4 + 12(NH4)2MoO4[вреактивеНельсона]¾¾®(NH4)3H4[As(Mo2O7)6]+ 21(NH4)2SO4 + Na2SO4 +10H2O
2(NH4)3H4[As(Mo2O7)6]+ Cu2O ¾¾®4Mo6O17 + 2CuO +(NH4)2SO4 +2(NH4)2HAsO4 + 3H2O
Оптическуюплотность полученного раствора измеряют при 590 нм с использованием кюветы сшириной грани 5 мм.
2.Построениекалибровочной кривой. Калибровочную кривую строят послепроведения колориметрической реакции модельных растворов глюкозы сконцентрацией от 0,02 до 0,14 мг/см3. Изучаемая зависимостьвыражается прямой линией, выходящей из начала координат.
Определениефруктозы и других кетосахаров (по Мак-Рери и Слаттери)
Определениеоснованона способности кетосахаров давать вишневую окраску с резорцином в кислой среде:
/>
Реактивыи материалы:а) Спиртовойраствор резорцина
1грезорцина растворить в 1 дм3 95%-ного этанола.
б)30 %-ный раствор НС1 (не должен давать окраску с резорцином).
в)Стандартный раствор фруктозы
100мг фруктозы растворяют в 100 см3 насыщенного водяного растворабензойной кислоты.
г)Рабочий раствор фруктозы
1см3 стандартного раствора фруктозы разводят в мерной колбе на 100 см3
Ходработы.В пробирку вносят 5 см3испытуемого раствора (содержащего от 1 до 8 мг фруктозы в 100 см3раствора), 5 см3 спиртового раствора резорцина и 15 см330 %-ного раствора НСI.Содержимое пробирки перемешивают и помещают на 20 минут в водяную баню притемпературе 80 °С. Затем содержимое пробирки охлаждают до комнатной температурыи измеряют оптическую плотность на ФЭКе при 540 нм (зеленый светофильтр). Вкачестве контроля используют раствор, в котором вместо 5 см3 испытуемогораствора берется 5 см3 Н2О. Количество фруктозыопределяют по калибровочной кривой. Для этого готовят серию разведений рабочегораствора фруктозы, в каждом из которых проводят определение фруктозы поописанной выше методике. Калибровочную кривую строят в координатах: «оптическаяплотность — количество фруктозы, мг».
Газохроматографическоеопределение отдельных сахаров
Методоснован на переводе углеводов типа глюкозы, фруктозы, арабинозы, ксилозы,галактозы, сахарозы, мальтозы, лактозы, раффинозы, а также полиолов — сорбита иинозита в пищевых продуктах в триметилсилильные производные с последующей ихидентификацией на газовом хроматографе.
Аппаратура,реактивы и материалы: а) Газовый хроматограф с пламенно-ионизационнымдетектором и устройством для программирования температуры.б) Стекляннаянасадочная колонка длиной 2...3 м и диаметром З...4 мм или капиллярная колонкадлиной 25...30 м с нанесенной фазой.в) Микрошприц емкостью 1,0...10мкл.г) Роторный испаритель.д)Гексан, х.ч.е)Гексаметилдисилазан.ж) Трифторуксусная кислота или триметилхлорсилан.з) Пиридин, х.ч.,безводный.и) Ксилит, х.ч. или инозит.й) Свинец уксуснокислый,х.ч.к) Неподвижные фазы для ГЖХ SE-30,OV-17, ХЕ-60, СКТФТ-50.л) Инертныйноситель для ГЖХ: хромосорб-WDMCS, хроматон-NDMCS.
Ход работы.
1. Подготовка образцовк анализу углеводов. Для получения достоверных результатованализа необходимо учитывать содержание жира и лимонной кислоты в испытуемомобразце. Предварительно содержание этих компонентов в пищевых продуктах можнооценить по «Таблицам химического состава пищевых продуктов» и на основанииэтого выбрать один из следующих способов подготовки образца к анализу.
1.1.Продукты с низким содержанием жира (менее 1,5%).
1.1.1.Продукты с низким содержанием лимонной кислоты (менее 1,5 %).Содержание лимонной кислоты устанавливается по «Таблицам химического состава».К ним относятся соки, вина, пиво, фруктово-ягодные кондитерские изделия, мед,сиропы и др. Навеску гомогенизированной пробы продукта с высокимсодержанием сухих веществ (более 60 %) наносят на полиэтиленовую пластинку вколичестве 50… 150 мг и взвешивают на аналитических весах с точностью 0,0001г. На этой же пластинке взвешивают 5… 10 мг ксилита. Пластинку помещают вкруглодонную колбу емкостью 10...25 см3 и силилируют безобезвоживания с использованием трифторуксусной кислоты. При использованиитриметилхлорсилана содержимое колбы упаривают досуха на роторном испарителе при60 „С под вакуумом. В случае медленного упаривания в колбу добавляют 1 см3бензола. После упаривания проводят силилирование. />Жидкиепродукты отмеряют пипеткой в количестве 0,5…1,0 см3 и помещают в круглодонную колбу емкостью 10...25 см3,снабженную шлифом. Туда же на полиэтиленовой пластинке вносят навеску 5… 10мг ксилита, взвешенного с точностью 0,0001 г. Содержимое колбы упаривают досухана роторном испарителе.
1.1.2.Продукты с содержанием лимонной кислоты более 1,5 %.Для исключения наложения пика ТМС-производного лимонной кислоты наТМС-производное (3-глюкозы, лимонную кислоту осаждают уксуснокислым свинцом.Навеску средней гомогенизированной пробы продукта (свежие цитрусовые плоды,цитрусовые соки, продукты, содержащие лимонную кислоту как пищевую или консервирующуюдобавку) в количестве 1...1,5г взвешивают с точностью до 0,0001 г в коническойколбе емкостью 100 см3, приливают 30 см3 75...80 %-ногораствора этанола и экстрагируют 30 минут при температуре 60...70°С. Используютводяную баню и обратный холодильник. Экстракцию повторяют трижды, экстрактыобъединяют. Содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой. Вцентрифужную пробирку на 10 см3 вносят пипеткой 5 см3отфильтрованного экстракта, 0,5 см3 насыщенного растворауксуснокислого свинца. Осадок центрифугируют. 1 см3 надосадочнойжидкости переносят в круглодонную колбу со шлифом емкостью 10...25 см3.Туда же на полиэтиленовой пластинке вносят навеску ксилита 5… 10 мг. Содержимоеколбы упаривают на роторном испарителе при 60 “С под вакуумом.
1.2.Продукты с высоким содержанием жира (более 1,5%).
1.2.1.Продукты с содержанием лимонной кислоты менее 1,5 %(детское молочное питание, сухие молочные смеси и др.). Навеску среднейгомогенизированной пробы продукта с высоким содержанием сухих веществ (более60%) в количестве 500...1000 мг помещают в центрифужную пробирку. Туда же наполиэтиленовой пластинке вносят с точностью до 0,0001 г навеску ксилита 2...5 мг.Проводят экстракцию с 2 см3 гексана с последующимцентрифугированием. Экстракцию проводят трижды, декантируя гексановый слой.Остатки гексана высушиваются в токе азота, после чего проводят силилирование.
Пробусгущенного молока взвешивают в центрифужной пробирке и проводят обезжиривание,как описано выше, затем добавляют 20 см3 50 %-ного водного раствораэтанола, тщательно перемешивают, затем обрабатывают аналогично жидким молочнымпродуктам.
10см3 жидких молочных продуктов помещают в центрифужную пробирку,смешивают с 10 см3 96 %-ного этанола, выдерживают 30...40 минут ицентрифугируют при 4000 об/мин в течение 10 минут. 1 см3 надосадочнойжидкости помещают в круглодонную колбу, туда же на полиэтиленовой пластинкевносят 2...5 мг ксилита, содержимое упаривают насухо на роторном испарителе при60 °С, после чего проводят силилирование.
1.2.2.Продукты с содержанием лимонной кислоты более 1,5 % ихлебобулочные изделия. Навеску средней гомогенизированной пробы продукта вколичестве 10...15 г, взвешенную с точностью до 0,0001 г, помещают вцентрифужную пробирку и подвергают трижды экстракции 30 см3 гексана,объединяя гексановый слой декантированием. Осадок шпателем переносят вконическую колбу вместимостью 100 см3, тщательно смывая остатки сошпателя и пробирки 75 %-ным раствором этанола. Затем трижды экстрагируютсодержимое колбы 75 %-ным раствором этанола, подогревая колбу на водяной банепри 60 °С. Отфильтрованные экстракты объединяют и доводят дистиллированнойводой до метки в мерной колбе на 100 см3. В мерную пробирку на 10 см3вносят 5 см3 экстракта и 0,5 см3 насыщенногораствора уксуснокислого свинца. После выпадения осадка надосадочную жидкость вколичестве 1,0 см3 переносят в круглодонную колбу вместимостью10...25 см3. Туда же вносят на полиэтиленовой пластинке 2...5 мгксилита (с точностью до 0,0001 г) и содержимое колбы упаривают на роторномиспарителе при 60 °С под вакуумом, после чего проводят силилирование.
2.Силилирование сахаров.
2.1.Способ с использованием трифторуксусной кислоты. Вподготовленную навеску образца приливают 1,0 см3 пиридина(нуклеофильный катализатор), 0,9 см3 гексаметилдисилазана, 0,1 см3трифторуксусной кислоты (облегчающий алкилирование), плотно закрывают иэнергично встряхивают в течение 30 секунд. Вначале наблюдают расслоениежидкости на 2 фазы, при этом нижний слой незначителен. По мере стояния растворав течение 20...30 минут это расслоение исчезает и начинает выделяться аммиак,что указывает на успешное протекание реакции силилирования:
/>
Послепрекращения выделения аммиака раствор выдерживают 12 часов при комнатнойтемпературе или 1 час при 60 „С. Длительно сохраняющееся расслоение,исчезающее только при нагревании, говорит о том, что реакция силилированияпрошла не полностью из-за высокого содержания влаги (более 40%) или повышенногосодержания углеводов. В этом случае подготовку пробы повторяют, уменьшив приэтом навеску или увеличив время высушивания на роторном испарителе.
/>/>2.2. Способ сиспользованием триметилхлорсилана. В подготовленнуюнавеску образца приливают точно 1,0 см3 пиридина, 0,2 см3гексаметилдисилазана и 0,1 см3 триметилхлорсилана, встряхивают втечение 1 минуты и нагревают в термостате 45 минут при 60 °С:
Затемхроматографируют.
/>
Дляупрощения идентификации и количественных расчетов (если не требуется знанияаномерного состава сахаров) определение сахаров производят в видеТМС-производных сахаров. В подготовленную пробу образца добавляют 100 ггидроксиламина солянокислого, приливают 10 см3 пиридина ивыдерживают в термостате при 80 °С в течение 2 часов:
/>
Охлаждаюти далее приливают силилирующие агенты.
3. Газохроматографическийанализ.
3.1.Подготовкахроматографической колонки. Стеклянную колонку, заполненнуюготовым сорбентом (количество неподвижной фазы 3...5% от массы носителя) длиной2 м и внутренним диаметром З мм устанавливают в термостате хроматографа ипроводят термокондиционирование при продувании потоком газа-носителя (гелий,азот, водород) 2 ч при 100°С, 2 ч при 150°С, 4 ч при 200°С и 8 ч при250“С. Затем устанавливают рабочий режим: температуру колонки профаммируютот 125 до 270°С со скоростью 4 °С в 1 мин, температуру испарителя 250 °С,расход газа-носителя 40см3/мин, температура пламенно-ионизационногодетектора 250 °С, продолжают кондиционировать в течение рабочего дня.
3.2.Газохроматографическоеопределение. 1 мкл пиридинового раствора триметилсилильныхпроизводных углеводов вводят в испаритель и элюируют из колонкигазом-носителем. Идентификацию индивидуальных триметилсилильных производныхпроводят по времени удерживания триметилсилильных производных сахаров-метчикови методом добавок.
3.3. Приготовлениестандартных растворов сахаров.
3.3.1.Сахара, имеющие аномеры . Навеску ксилита и навеску определяемогосахара, взятую с точностью 0,0001 г, помещают в коническую колбу и заливаютдистиллированной водой до полного растворения углеводов. Раствор выдерживают втечение суток. Аликвотную часть раствора отбирают пипеткой, помещают вкруглодонную колбу и упаривают досуха, после чего проводят силилирование.
3.3.2.Сахара, не имеющие аномеров. Силилируются безпредварительного растворения.
Массовуюдолю отдельных сахаров (в %) в навеске продукта определяют по формуле:
/>
гдеС, — содержание отдельного сахара в навеске, %; К1 — поправочныйкоэффициент данного сахара; С — масса навески стандарта, мг; m— масса навески образца; Ас— площадь пика стандарта вотносительных единицах; Лс— площадь пика данного сахара вотносительных единицах.
Ввидутого, что альфа-лактоза и сахароза выходят на хроматограмме одним пиком,площадь пика альфа-лактозы определяют, исходя из соотношения площадей альфа- ибета-лактозы в модельном соединении лактозы. За основу берется площадь пикабета-лактозы. Площадь пика сахарозы определяют вычитанием от суммарного пикасахарозы пика альфа-лактозы, из пика бета-лактозы. За окончательный результатпринимают среднеарифметическое результатов двух параллельных определений и округляютдо трехзначной цифры.
Количественноеопределение сахаров по реакции с пикриновой кислотой (по Крезелиус – Зейферт)
При взаимодействииредуцирующих сахаров с пикриновой кислотой они окисляются до соответствующихкислот, а пикриновая кислота восстанавливается в пикраминовую, обладающую краснойили буровато-красной окраской:
/>
Метод пригоден дляколичественного определения глюкозы, галактозы, арабинозы, фруктозы, рамнозы,ксилозы, мальтозы, лактозы и крахмала. Метод быстр, но не очень точен. Ошибкаможет превышать 10-20%. В связи с этим указанный метод имеет ориентировочноезначение;
Реактивы и приборы: а)пикриновая кислота, насыщенный раствор; б) углекислый натрий, 20%-ный раствор;в) спектрофотометр.
Ход работы: К 1 млиспытуемого раствора (в котором должно содержаться ее более 3 мг редуцирующих сахаров)прибавляют 2 мл насыщенного водного раствора пикриновой кислоты и 1 мл растворауглекислого натрия, после чего пробирку переносят на 30 мин. в кипящую водянуюбаню. Охлаждают до комнатной температуры и доводят дистиллированной водой дообъема 10 мл. Оптическую плотность раствора определяют при 455 нм (синийсветофильтр). Содержание редуцирующих сахаров рассчитывают по калибровочнойкривой, составленной по стандартным растворам глюкозы как в работе«Количественное определение сахаров по антроновому методу».
Определение редуцирующегообщего сахара по реакции с 3,5-дииитросалицнловой кислотой
При взаимодействиисахаров с 3,5-динитросалициловой кислотой она восстанавливается вЗ-амино-5-нитросалицнловую:
/>
В остальном реакцияпротекает так же, как и с пикриновой кислотой.
Реактивы и приборы:а) динитросалициловый реактив:
В мерной колбе на 1 лрастворяют в дистиллированной воде 10 г 3,5-динитросалициловой кислоты, 300 гсегнетовой соли, 16 г едкого натра и доводят водой до метки. Раствор выдерживаютдва дня в темном месте, затем фильтруют в склянку оранжевого стекла и хранят втемноте;
б) спектроколориметр«Спекол» (ГДР).
Ход работы: К1 мл испытуемого раствора (где не более 2 мг редуцирующих сахаров) прибавляют 2мл динитросалицилового реактива, нагревают 5 мин. в кипящей водяной бане,охлаждают до комнатной температуры, после чего доводят до объема 25 мл.Оптическую плотность раствора определяют при 530 нм (зеленый светофильтр).
Антроновыйметод определения сахаров (по Моррису-Роэ)
Антроновыйреактив образует зеленое окрашивание со всеми растворимыми углеводами, которыев одинаковой концентрации дают окрашенные растворы практически одной и той жеоптической плотности.
/>
Этопозволяет при определении углеводов использовать калибровочную кривую, составленнуюпо глюкозе, для определения других сахаров в небольших концентрациях (до 0,2 мгв пробе). Точные результаты могут быть получены при наличии высокоочищенныххимических реактивов и соблюдении постоянной температуры.
Реактивы и материалы: а)Антроновый реактив
200 мг антронарастворяют в 100 см3 концентрированной серной кислоты (плотность1,84).
б) 0,5%-ный раствор H2SO4
2,8см3 серной кислоты, плотностью 1,84 растворяют в 1 дм3дистиллированной воды.
в)30 %-ный раствор сернокислого цинка г)15 %-ный раствор желтой кровяной соли 3-водной.
Ходработы.1 г измельченногоматериала (корнеплодов, плодов и др.) помещают в 2 мерные колбы на 100 см3.Проводят извлечение сахаров в течение часа с 80 см3 воды припериодическом перемешивании. После этого экстракт осветляют, прибавляя по 1 см3растворов сернокислого цинка и желтой кровяной соли.Берут 2 пробирки иприливают по 3 см3 антронового реактива, а затем отбирают 1 см3опытной вытяжки. В качестве контроля используют пробирки, в которых вместовытяжки добавляют 1 см3 воды.Все пробирки быстро взбалтываюти помещают в кипящую водяную баню на 7 минут. После кипячения пробирки срастворами охлаждают до комнатной температуры, определяют оптическую плот/>/>/>/>ность при 610 нмпротив контрольной пробы. По калибровочной кривой рассчитывают содержание сахаров.Расчет производят по формуле:
/>
гдеа — количество сахаров, найденное по калибровочной кривой; v— объем экстракта (см3); т — масса навески, взятой наопределение.
Определение содержанияобщего сахара в продуктах кондитерского производства
Считаетсяэкспресс-методом, основанным на окислении сахаровдихроматом калия в сильнокислой среде по общей схеме:
/>
Соединения хрома (Ш) окрашеныв сине-зеленый цвет, их количество пропорционально содержанию общего сахара ванализируемом продукте.
Реактивы и материалы:
а) Раствор сахарозы —0,004 г/см3 (стандартный раствор сахарозы).
1,0000 г сахарозывзвешивают с точностью до 0,0002 г и растворяют в мерной колбе вместимостью 250см3. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой.
б) 1 %-ный раствордихромата калия (основной реактив).
49 г дихромата калиярастворяют при нагревании в 300см3 воды, отдельно в 300 см водымедленно при перемешивании вводят 300 см3 концентрированной H2SO4и охлаждают. В мерную колбу вместимостью 1000 см3 сначала помещают раствордихромата калия, затем — серную кислоту, объем раствора доводят водой до метки,осторожно перемешивают.
в) Серная кислота —плотность 1,84 г/см3.г) 0,5 М раствор сульфата цинка.д)1 М раствор гидроксида натрия.
Ход работы.
1. Подготовка к анализу
1.1. Построениеградуировочного графика. В 6 мерных колб вместимостью 100мл вносят по 25 см раствора дихромата калия. Из бюретки последовательнодобавляют 0; 2; 4; 6; 8 и 20 см3 стандартного раствора сахарозы.Затем во все колбы из бюретки приливают дистиллированную воду до объема 50 см3,(т. е. добавляют 25, 23, 21, 19, 17 и 5 см3 воды). Получают сериирастворов, содержащих соответственно 0, 8, 16, 24, 32 и 80 мг сахарозы в 100 см3.Содержимое колбы нагревают на кипящей водяной бане 10 мин, охлаждают под струейводопроводной воды, объем растворов доводят до метки дистиллированной водой иперемешивают. Измеряют оптическую плотность полученных растворов на фотоэлектроколориметрепри длине волны 670 нм и толщине кюветы 5 см. Раствором сравнения являетсяраствор с нулевой концентрацией сахарозы. Оптическую плотность определяют вкаждом растворе не менее 3 раз. Для построения калибровочного графика вкоординатах «оптическая плотность — количество сахарозы, мг/100см3»используют среднее значение оптической плотности согласно таблице 3:
/>
1.2. Приготовлениевытяжки. Анализируемый образец измельчают в ступке. Затемготовят водную вытяжку объекта исследования. Примерные навески для различныхпищевых объектов приведены в таблице 4:
/>
Навеску с точностью до0,01 г переносят в мерную колбу вместимостью, определенной по табл. 2.5 взависимости от взятой пробы. Навеску растворяют в дистиллированной воде,нагретой до 60 град С: А. Если изделие растворяется в воде без остатка(сахарные леденцы, сиропы и др.), то полученный в стаканчике раствор охлаждаюти переносят в мерную колбу. Объем раствора доводят до метки дистиллированнойводой и хорошо перемешивают.
1.3.Отделение мешающихнесахаров: Если в изделии находятся вещества, нерастворимые вводе «мешающие несахара» — белки, жиры, пектины, крахмал и т. п., то навескупереносят в мерную колбу, смывая частицы дистиллированной водой. Объем жидкостидолжен быть примерно равен половине объема мерной колбы. Колбу с жидкостьюпомещают на водяную баню, нагретую до 60 °С (для объектов, содержащих крахмал —до 50 °С). При этой температуре выдерживают колбу в течение 15 мин,периодически перемешивая. За это время практически все сахара переходят враствор. Охладив раствор, осаждают «мешающие несахара», прибавляя к нему 5см30,5 М раствора ZnSO4и 2,5 см3 1 М раствора КОН или NaOH.Раствор доводят до метки и фильтруют.
2.Проведение анализа. В мерную колбу вместимостью 100 см3отбирают цилиндром 25 см3 раствора дихромата калия, 10 см3прозрачного фильтрата и 15 см3 воды, нагревают в течение 10 мин накипящей водяной бане, охлаждают, добавляют до метки воду, перемешивают.Полученным раствором заполняют кювету и определяют оптическую плотность также,как и при снятии градуировочного графика. По градуировочному графику находятсодержание сахарозы (мг/100см3) раствора, что соответствуетсодержанию сахарозы во взятой пробе, выраженному в мг.
Содержаниеобщего сахара X(%)в анализируемом продукте вычисляют по формуле:
/>
гдеg— содержаниеобщего сахара, найденное по градуировочному графику, мг/100 мл; V,—вместимость мерной колбы, мл; V2—объем фильтрата, взятый для реакции с дихроматом калия, мл; т —масса навески объекта исследования, г.
Физические методыопределения сахаров
Известно не очень многотаких методов. Физические методы определения сахаров основаны на измеренииявственных физических свойств сахаров специальными приборами, градуированнымипо корреляции «концентрация раствора — сила физического свойства раствора».Достоинства: простота, быстрота, отсутствие дорогостоящих реактивов ихимических превращений. Недостатки: не слишком высокая воспроизводимостьрезультатов.
Рефрактометрическийметод
Принципдействия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения припрохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления.Измерения проводят при дневном свете, или при включенном осветителе впроходящем через прозрачную исследуемую среду свете, или в отраженном свете,когда исследуемая среда существенно поглощает или рассеивает свет. Применяетсядля внутрипроизводственного контроля содержания сахара, основан на определениикоэффициента преломления сахара, извлеченного из навески после удалениянесахаров.
Реактивыи материалы.рефрактометр типа ИРФ-454, иммерсионнаяжидкость: альфа-хлор- или бромнафталин, вода дистиллированная, фильтры, пипетка,центрифуга.
Ходработы.
1.Твердые продукты. Откинуть осветительную призму. Очиститьповерхность измерительной призмы и образца. На полированную поверхность образцананести небольшую каплю иммерсионной жидкости и наложить его на измерительнуюпризму. При наложении образца и умеренном нажиме на него иммерсионная жидкостьдолжна распределяться равномерно по всей поверхности и не выступать за егокрая. Число интерференционных полос должно быть не более трех. Установкаобразца является идеальной при одноцветной окраске плоскости соприкосновенияобразца и призмы.
2.Густыепродукты, у которых трудно отделить жидкую фазу, итемноокрашенные продукты следует разбавлять дистиллированной водой не более чемв два раза. При этом измельченную навеску густого продукта массой не менее 40 гразбавить водой, выдержать не менее 15 мин в кипящей водяной бане, затем смесьохладить, взвесить и отфильтровать как указано выше. Темноокрашенные жидкиепродукты только перемешать с водой, определяя массу навески и смеси.
3.Жидкиепродукты, не содержащие большого количества взвешенныхчастиц, используют для измерения. Жидкие продукты, содержащие большоеколичество взвешенных частиц, и пюреобразные продукты следует центрифугироватьили фильтровать через несколько слоев марли, или слой ваты, или бумажныйфильтр; первые порции фильтрата отбрасывать, а остальную часть необходимоиспользовать для измерений. Далее на чистую полированную поверхностьизмерительной призмы стеклянной палочкой или пипеткой осторожно, не касаясьпризмы, нанести две-три капли жидкости. Опустить осветительную призму и прижатьее застежкой.
Измеренияпрозрачных жидкостей проводить в проходящем свете, когда он проходит черезоткрытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрытозеркалом. Измерения окрашенных и мутных проб проводить в отраженном 'свете. Дляэтого закрыть заслонку и откинуть зеркало, с помощью которого направить свет визмерительную призму, при этом темное и светлое поля меняются местами. Востальном измерения следует проводить так же, как и для прозрачных жидкостей.
Послеустановки исследуемого образца на измерительной призме навести окуляр наотчетливую видимость перекрестия. Вращением нижнегомаховика границу светотени ввести в поле зрения окуляра. Вращать верхний маховикдо исчезновения окраски граничной линии. Наблюдая в окуляр, нижним маховикомнавести границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателейпреломления снять отсчет по неподвижному вертикальному штриху призмы. Измерениянеобходимо проводить при температуре 10-40°С, используя шкалу, градуированную вединицах массовой доли сахарозы. Во время измерений температуру следует поддерживатьпостоянной в пределах 0,5 ºС. При необходимости следует включить системутермосташрования призм рефрактометра и регулировать подачу воды так, чтобывыполнялись указанные выше условия. Температуру измеряемого раствора довести дозначения, отличающегося от температуры призм не более чем на ±2°С.Необходимопроводить два параллельных измерения, принимая их среднее арифметическоезначение.
Еслипродуктразбавлен водой, то массовую долю растворимых сухих веществ в продукте Xследует вычислять по формуле:
/>
гдеа — значение массовой доли растворимых сухих веществ, полученное дляразбавленного водой продукта, %; mi- масса добавленной воды, г; Е — массовая доля не растворимых в воде сухихвеществ в продукте, %. Е ~ 5,5% — для томатной пасты с массовой долейрастворимых сухих веществ 25-30%; Е = 5,0% — для сушеного винограда; Е = 1,8% — для джемов и повидла; Е = 0 — для темноокрашенных прозрачных жидких продуктов; m- масса навески продукта, г.
Еслитемпература измерений отличается от 20 ºС, использовать поправку посправочной литературе.
Сахарометрическийметод
Дляопределения концентрации экстрактивных веществ применяют ареометры сахарометрысо шкалой 0-8, 8-16, 16-24% сухих веществ. Эти приборы представляют собойплавающий стеклянный цилиндрический сосуд, запаянный с обоих концов. Нижняячасть прибора заполнена свинцовой дробью, чтобы ареометр плавал строговертикально. Верхняя часть ареометра — сахарометра представляет собой шкалу сделениями, градуированными по растворам чистой сахарозы при температуре 20 градС. Цена деления 0,1 % мас. В чистых растворах сахарозы сахарометры показываютпроцент растворенного сахара по массе ( г в 100г). В не чистых растворах (напримерв пивном сусле) они показывают видимое содержание сухих веществ в % мас. Приотклонении температуры анализируемого раствора от 20 град С в показания сахарометравносят поправку.
Оборудованиеи материалы: испытуемое сусло, асбестовая сетка, стеклянный цилиндр с поддоном,сахарометр.
Методикавыполнения анализа: При анализе пробу сусла отбирают из сусловарочного аппаратаперед перекачкой его на охлаждение, освобождают от дробины фильтрованием черезсетку, охлаждают до 20 град С, и наливают в стеклянный цилиндр, диаметркоторого больше диаметра сахарометра в 2-3 раза. Цилиндр ставят на поддон иплавно погружают сахарометр в сусло. Сахарометр должен быть предварительноочищен и высушен. При погружении сахарометра избыток сусла вытекает из цилиндрав поддон. Отсчет концетрации экстрактивных веществ по шкале сахарометра производятчерез 2-3 мин (необходимо для выравнивания температуры сусла и сахарометра) поверхнему мениску при положении глаза на уровне сусла в цилиндре.
Поляриметрическийметод
Основанна измерении угла вращения плоскости поляризации луча света1,прошедшего через оптически активную среду. В зависимости от направлениявращения плоскости поляризации луча света бывают право- и левовращающиесоединения и среды. Например, сахароза относится к правовращающим веществам ([a]D=+ 66,50), а инвертный сахар — к левовращающим ([a]D=- 39,50).
Всахарной и крахмалопаточной промышленности наибольшее распространение получилиспециальные поляриметры-сахариметры.Пользуясь сахариметром, можноопределить содержание сахарозы в сахаросодержащих продуктах в процентах.
Материалыи реактивы.Вода дистиллированная, навескаисследуемого продукта, фильтры, химический стакан, сахариметр.
Ходработы. Перед началом работы необходимо проверить нулевоеположение прибора. Для этого вращают рукоятку кремальерной передачи и добиваютсяоднородного поля зрения в обеих его половинах.
Взвешиваютнормальную навеску продукта — 26,023 г — готовят раствор в мерной колбевместимостью 100 см3, доводят дистиллированной водой температурой 20°С до метки. В чисто вымытую и высушенную или сполоснутую исследуемым растворомтрубку через воронку заливают исследуемый раствор температурой 20 °С так, чтобыверхний мениск его выступал над краями трубки. Выдерживают некоторое время,чтобы все содержащиеся в растворе пузырьки воздуха поднялись вверх. Подъемпузырьков можно ускорить, если слегка ударять пальцами по стенке трубки. Затемзакрывают трубку покровным стеклом, надвигая его на торец трубки, как бы срезаяраствор. Навинчивают гайку, следя за тем, чтобы под стеклом не осталсявоздушный пузырек. Тщательно протерев снаружи покровные стекла, помещают трубкув камеру прибора между поляризатором и анализатором. Устанавливают освещенностьобеих половин поля зрения точно так же, как и при проверке нулевой точки. Затемпроизводят отсчет показаний с необходимой точностью как по основной шкале, таки при помощи нониуса. Прежде чем зафиксировать результат, необходимо проверить,соответствует ли найденное положение компенсатора искомому: нужно едва заметнымдвижением повернуть рукоятку сначала в одну сторону, а затем в другую. При этомпроисходит перемещение затемненной половины поля зрения с одной стороны надругую. Снова устанавливают одинаковую освещенность и фиксируют результат(отсчет производят не менее трех раз, каждый раз возвращая рукоятку в нулевоеположение, и рассчитывают среднее арифметическое трех показаний).Устанавливают, какое деление нониуса точно совпадает с любым из деленийосновной шкалы.
Этобудет α.
Известно,что оптическая активность веществ характеризуется углом удельного вращения /> (D– желтая линия натрия с длиной волны 588 нм) – устойчивой величиной углавращения плоскости поляризации света (зависящей от длины волны света итемпературы) раствором вещества при его концентрации С, котораяравняется 1 г вещества в 1 мл раствора, при толщине слоя lдм [для данного опыта искомое есть С, значение которого затем возводят впроценты]:
/>
Градусылинейной шкалы сахариметра можно перевести в градусы круговой шкалы поляриметрапри помощи следующих соотношений: градус круговой шкалы поляриметрасоответствует 2,883° линейной шкалы сахариметра. Либо наоборот: градус линейнойшкалы сахариметра равен 0,3468° круговой шкалы поляриметра.
Приборы иустройства для физико-химического определения сахаров прямо на поточных линиях
За последние годы получило развитиеспециальное приборостроение для пищевой промышленности. В связи с тем, чтосреды пищевой промышленности, а также производственные помещения, оборудование,технологические процессы обладают определенными специфическими свойствами —взрывоопасностью, вязкостью, налипанием, абразивностью и т. п. — необходимо, чтобыприменяемые приборы и средства автоматизации своими характеристикамиудовлетворяли перечисленным условиям.
Автоматическиерефрактометры широко применяются в различныхотраслях пищевой промышленности (сахарной, спиртовой, консервной, кондитерской,винодельческой) — как и обыкновенные — для определения концентрациирастворенных в жидкостях веществ. Принцип действия этих приборов основан наиспользовании зависимости показателя преломления бинарной смеси от соотношенияее компонентов. Существует несколько методов определения показателяпреломления, из которых наиболее приемлемым считается спектрометрический,основанный на использовании полного внутреннего отражения. Рефрактометрыполного внутреннего отражения могут применяться для работы с непрозрачными жидкостями,что является очень важным при контроле многих технологических сред пищевыхпроизводств. Ниже показана принципиальная схема рефрактометра типа РДА:
/>
Он основан наиспользовании полного внутреннего отражения. В трубопроводе 1, покоторому протекает анализируемая жидкость, установлена измерительная призма 2,на которую поступает поток света от источника 5,проходящий предварительно светофильтр 4 и коллиматор 3. Световойпоток, попадая на границу раздела среды и призмы, отражается от нее и идет внаправлении оптического рассеивателя 9, пройдя который, поступаетна фотоэлемент ФЭ, и зеркало 8. Поток, отраженный отзеркала, попадает на фотоэлемент ФЭ2. Сигналразбаланса, равный разности ЭДС от фотоэлементов, усиливается электроннымусилителем 6и поступает на реверсивный двигатель 7,с осью которого связано отсчетное устройство, не показанное по схеме.Двигатель 7 поворачивает зеркало 8до техпор, пока свет, направляемый на фотоэлемент ФЭ2, неуравновесит световой поток, падающий на ФЭ и тем самым неприведет систему в равновесие.
Основнаяпогрешность измерения ±0,5-1,5 % сухих веществ. Автоматические поляриметры.Ниже показана схема автоматического поляриметра длянепрерывного анализа пищевых сред:/>Луч света отисточника 8 проходит через конденсор 7 и светофильтр 6 и попадаетна поляризатор 5,откуда выходит плоскополяризованным. Затем поток поляризованного света спомощью призмы 4 направляется в кювету 3, через которуюнепрерывно протекает контролируемый раствор. После кюветы свет проходитполяроидный анализатор и магнитооптический модулятор 2и направляется на фотоприемник 1, включенный на вход электронного усилителя 13. Если оптически активные вещества отсутствуют ванализируемой жидкости, свет полностью гасится на анализаторе 2, не попадая на фотоэлемент. Появление оптически активноговещества в растворе вызывает поворот плоскости поляризации на угол,пропорциональный количеству этого вещества, и модулированный поток света падаетна фотоэлемент, благодаря чему на входе в усилитель 13 возникает сигнал разбаланса, который усиливается и приводитво вращение реверсивный двигатель 12, перемещающий через кулачок 9 поляризатор 5. Вращение происходит до тех пор, пока не будетскомпенсирован возникший поворот плоскости поляризации. Следовательно, уголповорота поляризатора 5 прямо пропорционален содержанию в анализируемом раствореоптически активного углевода. Насаженные на ось реверсивного двигателя кулачок 10 и ролик 11предназначены для передачи движения на показывающиеустройства.
По приведенной схеме работаютприборы для определения содержания сахара в сахарной свекле, продуктах,полупродуктах и отходах сахарного производства (тип САП), имеющие пределыизмерения 7-20 °S по международной сахарной шкале и предельно допустимуюпогрешность ±1°S. Специальные печатающие устройства этих приборов отбиваютсодержание сахаристых веществ на чеке, вручаемом сдатчику сахарной свеклы насвеклоприемных пунктах.
Разработаны и применяютсяполяриметры для определения кристалличности ирисных масс и некоторых другихматериалов.
Основная погрешность измерения ±0,9-1,7 % сухих веществ.
Анализаторавтоматический колориметрический— устройство контроля качественных показателей полупродуктов и готовойпродукции в процессе производства.Это анализаторсбраживаемыхуглеводов периодического действия, коротко зовущийся АГК (анализатор гексозколориметрический), предназначен для автоматического циклического измеренияконцентрации растворимых сбраживаемых углеводов (гексоз) в фильтратах зрелыхзерно-картофельных бражек в бродильных отделениях спиртовых заводов,перерабатывающих крахмалистое сырье (зерно, картофель). АГК может быть применен дляоперативного или автоматического контроля хода брожения по содержаниюсбраживаемых углеводов в бражке при автоматизации технологических процессов.Можетбыть также применен в качестве экспресс-анализатора при приготовлении пробфильтрата бражки вручную (фильтрованием) или как датчик автоматическогоконтроля содержания сбраживаемых углеводов в зрелых бражках бродильных батарейпри совместной работе с автоматическим фильтром-пробоотборником бражки типаФПА, осуществляющим циклически в заданном темпе автоматический отбор пробыбражки из бродильной батареи, ее фильтрацию и подачу в анализатор.
В основу принципа действия АГКположен антроновый метод.
Анализатор по конструктивномуисполнению представляет собой единую систему, включающую в себя рядфункциональных узлов (блоков), связанных общей функциональной схемой. Он устанавливается в бродильномотделении спирт-завода у щита автоматики или в другом хорошо освещенном месте.Диапазонизмерения концентрации растворимых сбраживаемых углеводов от 0,10 до 0,60 г на100 мл. Классточности прибора 10. Время установления показаний в каждом цикле измерения (безучета времени приготовления пробы реакционной смеси) не более 180 с. Выходнойсигнал аналоговый постоянного тока 0-5 мА. Длительность цикла не более 20 мин.
Основным достоинством АГК являетсявозможность измерения концентрациисбраживаемых углеводов (гексоз) в фильтратах бражек в присутствии сходных сними по физико-химическим свойствам несбраживаемых углеводов с исключениемвлияния последних на результат определения сбраживаемых углеводов.
Плотномеры. Единицейизмерения плотности в Международной системе (СИ) является килограмм накубический метр (кг/м3). Измерение плотности жидкости имеет большоезначение в автоматизации целого ряда процессов сахарного, масло-жирового,кондитерского, спиртового, винодельческого, пивоваренного и других производств,требующих непрерывного контроля плотности. Приборы для измерения плотностижидкостей, растворов и пульп называются плотномерами.
Принцип действия радиоизотопныхплотномеров основан на определении изменения интенсивности потока ץ-лучей после прохождения их через измеряемую среду. В качествепримера радиоизотопного плотномера может служить прибор типа ПР- 1024В,предназначенный для измерения плотности в потоке жидкостей, растворов,суспензий:
/>
Плотномер состоит из блокаисточника излучения 1,блока приемника 3, электронногосамопишущего блока 4и стабилизаторанапряжения.
Блок источника излученияпредставляет собой чугунный корпус, залитый свинцом и являющийся надежнойзащитой обслуживающего персонала от ионизирующего излучения. Внутри корпусапомещается источник ионизирующего излучения (ампула с изотопом цезия-137:период полураспада 1,5 года), который перемещают в нужное положение специальныммеханизмом.
Блок приемника в виде стальнойкоробчатой конструкции состоит из основания и корпуса, служащего для защиты отмеханических повреждений. На основании крепится плита с узлами и деталямиприемника. Электронный самопишущий блок выполнен на базе электронного мостаКСМ-3. При помощиразъемовтипа ШР осуществляется электрическое соединение электронного самопишущего блокас остальными блоками прибора. Контейнер основного источника и блок приемникакрепятся на общем контейнере, обеспечивающем их фиксированное положение.
Плотномер работает следующимобразом: поток γ-лучей от источника излучения 1, пройдячерез контролируемую среду 2,регистрируется блокомприемника 3. Вблоке приемника ץ-лучипреобразуются в электрические импульсы, которые в электронном самопишущем блокеусиливаются, формируются иподаются на вход электронного моста, шкала которого отградуирована по системеСИ.
Пределы измерения плотности500-3000 кг/м3. Основная погрешность прибора не более ±2 %. Внутреннийдиаметр трубопровода, на котором может быть установлен плотномер, 100-300 мм.