Общие принципы подготовки проб

Методы подготовки проб пищевых продуктов к анализу можно условно разделить на методы разделения, выделения и концентрирования компонентов, а методы анализа – на методы обнаружения компонентов и их количественного определения.

Разделение – это операция, в результате которой составные компоненты образца продукта отделяют один от другого. При этом концентрация компонентов может отличаться или не отличаться друг от друга (рис. а и б).

а б в

Абсолютное (а) и относительное (б) разделение и концентрирование (в) компонентов смеси.

Под выделением подразумевают операцию, при которой нужные компоненты продукта выделяют в самостоятельную фазу или часть фазы.

Концентрирование – операция, в результате которой повышается отношение концентрации или количества микрокомпонентов к концентрации или количеству макрокомпонента продукта (см. рис. в). Действительно, чаще всего говорят о концентрировании компонентов, присутствующих в малых или очень малых концентрациях. Концентрирование микроэлементов занимает важное место среди приемов современного анализа.

Для разделения и концентрирования обычно используют одни и те же методы: экстракцию, осаждение, сорбцию, кристаллизацию, электролиз, дистилляцию, сублимацию, флотацию и т. д.

Пример. Белки различаются по растворимости в отдельных растворителях:

- альбумины – белки с относительно небольшой молекулярной массой, хорошо растворимы в воде и в слабых солевых растворах; типичный представитель альбуминов – белок яйца – овальбумин;

- глобулины – растворяются в водных растворах солей. Распространены, входят в состав мышечных волокон, крови, молока, составляют большую часть семян бобовых и масличных культур (представитель – лактоглобулин молока);

- проламины – растворяются в 60-80%-ном растворе этилового спирта. Характерные представители - белки семян злаков.

- глютелины – растворяются только в растворах щелочей. Представители – оризенин из семян риса и глютенин клейковинных белков пшеницы.

Вариацией растворителей можно разделить смеси белков.

Выбор операций на стадии подготовки пробы зависит от решаемой задачи, природы объекта и метода анализа. Эффективность того или иного метода анализа зависит от того, насколько правильно выбраны условия, обеспечивающие количественный переход целевого компонента в одну из фаз.

Совокупность операций по отбору пробы, ее обработке и подготовке к определению, собственно измерение и математическая обработка полученных результатов представляют собой аналитический цикл.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

При прохождении светового луча через поверхность раздела двух сред он отклоняется от первоначального направления, т. е. преломляется. Величина угла отклонения зависит от концентрации и температуры вещества. Углы падения и преломления связаны соотношением, которое называется показателем преломления (рефракции). Метод измерения показателя преломления называется рефрактометрией.

Если монохроматический луч Р проходит через поверхность раздела двух сред, то луч Q проходит через вторую среду, изменяя при этом направление движения, т. е. преломляется

 

 

Схема преломления луча света, проходящего через поверхность раздела двух сред

Преломление луча света описывается законом Снеллиуса:

n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂,

где θ₁ – угол падения, град; θ₂ – угол преломления, град; n₁ и n₂ –

показатели преломления первой и второй сред.

Показатель преломления зависит от температуры и концентрации раствора, а также от длины волны проходящего света. Поэтому рефрактометрические измерения принято выполнять при температуре 20^о С.

Для измерения показателя преломления жидких веществ и растворов применяют приборы, называемые рефрактометрами. Большинство рефрактометров устроены так, что исследуемое вещество помещается между двумя призмами (двумя половинами призмы). Свет, пропущенный через призму, преломляясь или отражаясь от границы раздела сред (призма–вещество), освещает только часть шкалы, образуя достаточно резкую границу света и тени. Положение этой границы на шкале зависит от угла полного внутреннего отражения исследуемого вещества. На шкале указаны показатели преломления, соответствующие различным значениям угла полного внутреннего отражения.

Рефрактометрию широко используют для анализа содержания углеводов в пищевых продуктах, а также для определения массовой доли сухих веществ в томатопродуктах, сладкой консервной продукции, соках, патоке и т. д.

Показатель преломления характеризует чистоту, насыщенность и степень окисленности жиров. По величине показателя преломления можно судить о природе масла, его чистоте и степени окисленности.

Интервалы значений показателя преломления для некоторых пищевых жиров и масел:

подсолнечное масло – от 1,4736 до 1,4762; кукурузное масло – от 1,4720 до 1,4740; свиной жир – от 1,4536 до 1,4588.

Показатель преломления возрастает при увеличении молекулярной массы жира в результате присоединения кислорода.

Существенным недостатком рефрактометрии является испарение жидкости с поверхности измерительной призмы рефрактометра

Поляриметрия

Атомы в составе молекул некоторых веществ способны поляризоваться,

т. е. приобретать дипольный момент в электрическом поле. Поляризация атомов обусловлена смещением в молекуле атомов разного типа, что связано с несимметричным распределением электронной плотности в молекуле. Вещества, содержащие такие асимметрические атомы, обладают оптической активностью. Они способны вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через исследуемое вещество света.

Величина угла вращения зависит от концентрации вещества, поэтому поляриметрию широко применяют для измерения концентрации оптически активных веществ, например сахаров.

Если оптическая активность обусловлена особенностями молекулярного строения вещества, то она проявляется только в растворах. К таким веществам относятся сахароза, фруктоза, глюкоза, винная кислота. Для их количественного определения используют поляриметрию.

Оптическая активность вещества характеризуется удельным вращением. Под удельным вращением понимают угол поворота плоскости поляризации при прохождении поляризованного луча через раствор, в 1 мл которого содержится 1 г растворенного вещества, при толщине слоя раствора 1 дм.

Удельное вращение [σ] ²⁰_D зависит от природы исследуемого вещества и растворителя, температуры, толщины слоя исследуемого раствора, поэтому его величину измеряют при температуре 20 ºС и относят к желтой линии натрия D, указывая используемый растворитель.

Принцип работы поляриметра

 

Измерение оптической активности при помощи поляриметра: 1 — источник света, 2 — неполяризованный свет, 3 — поляризатор, 4 — поляризованный свет, 5 — кювета с раствором вещества, 6 — оптическое вращение 30°, 7 — анализатор, 8 — наблюдатель

С помощью оптических поляриметров определяют величину вращения плоскости поляризации света при прохождении его через оптически-активные среды (твёрдые вещества или растворы).

Применяется для изучения структуры и свойств вещества. Имеет прикладное применение в лабораториях пищевой, химической промышленности и других отраслях науки и производства для определения концентрации растворов оптически активных веществ, таких как сахар, глюкоза, белок, по углу вращения плоскости поляризации.