Оборудование для определения химического состава продуктов

Эффективность промышленного производства пищевых продуктов и кормов, их питательная ценность в значительной степени связана с точным знанием химического состава и свойств. Химические превращения происходят в зерне во время его созревания, хранения, прорастания и порчи, а также при переработке зерна на мукомольных и крупяных заводах, изготовлении хлеба, макарон и других изделий. Знание химического состава позволяет оценить питательную ценность продуктов и, если необходимо, ее скорректировать использованием различных биологически активных веществ, что представля­ет исключительную важность с точки зрения сбалансированного рациональ­ного питания человека и животных.

Широко известны базовые системы и классические методы определения основных химических веществ в зерне (сырье) и продуктах: протеин/белок, жир, клетчатка. Это стандартизированные методы Къельдаля, Сокслета, Веенде. Однако химические анализы, проводимые на этих системах, занимают зна­чительное время, требуют применения дорогостоящих и вредных для здоровья реактивов.

В связи с нехваткой квалифицированных кадров и хорошо оборудованных лабораторий на предприятиях в широкую аналитическую практику внедряет­ся метод, основанный на измерении спектра испытуемого образца в ближней инфракрасной области, так называемая БИК-спектроскопия. Метод БИК-спектроскопии позволяет точно определять спектр, а значит химический состав и свойства образца, проводить одновременное определение содержания про­теина, влаги, жира, клетчатки, золы и других составляющих образца.

Метод БИК-спектроскопии реализован в приборах, называемых ИК-анализаторами.

В БИК-спектроскопии существует два основных способа измерения: изме­рение спектра отражения света от поверхности образца и измерение спектра поглощения образцом. К ближней инфракрасной области относят диапазон спектра от 750 до 2500 нм. Длинноволновая часть ближней инфракрасной об­ласти (1100-2500 нм) обычно используется для измерения отражения, а корот­коволновая (800-1100 нм) - для измерения поглощения. Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Основное преимущество измерения способом поглощения заключается в том, что анализ не требует специаль­ной пробоподготовки образца - тонкого измельчения. Спектр отражения в большой степени зависит от однородности частиц образца по размерам, т.е. требуется его предварительный размол.

Коротковолновая часть ближней инфракрасной области спектра более удобна и в чисто техническом отношении. В качестве источников излучения света здесь можно использовать инфракрасные светодиоды, срок работы которых исчисляется десятками лет по сравнению с традиционными галогенными лампами. Светодиоды имеют очень малые размеры и могут быть скомпонованы в небольшой матрице, что обеспечивает небольшие размеры оптической части прибора. Это позволяет конструировать компактные переносные ИК- анализаторы на батарейном питании. В коротковолновой части ближней инф­ракрасной области могут использоваться более дешевая волоконная оптика и с. тинные световоды. Используемая область спектра безопасна как для опера-рэра, так и для анализируемой пробы.

Метод БИК-спектроскопии позволяет проводить анализы в автоматическомм режиме с достаточно высокой степенью точности, без использования каких-либо реактивов и расходных материалов, в производственных условиях даже малоквалифицированным персоналом.

Системы определения азота/протеина. В основу большинства из них положен метод сжигания. Образец после предварительной обработки сжигается в специальной камере в чистом кислороде, после чего анализируются полученные газы на наличие азота.

Системы приборов для определения жира используются для быстрой и безопасной экстракции растворимых жиров из пищевых, кормовых и других продуктов. Метод основан на извлечении сырого жира из продукта растворителем, последующем удалении растворителя, высушивании и взвешивании извлеченного жира. Эти системы можно использовать для выделения жирорастворимых витаминов (А, Д, Е).

Для определения сахара, крахмала и клетчатки в лабораторных условиях используются рефрактометры и поляриметры.

Рефрактометр предназначен для не­посредственного измерения показателя преломления жидких и твердых веществ, их средней дисперсии и для определения концентрации растворов.

Рефрактометр применяется в хими­ко-аналитических лабораториях производственных предприятий и научно-ис­следовательских институтов различных областей народного хозяйства.

Работа рефрактометра основана на методе определения показателя преломления исследуемого вещества по оп­ределенному углу преломления или пол­ного внутреннего отражения.

Поляриметр предназначен для измерения угла вращения плоскости поляризации светового луча активными прозрачными жид костями и однородными растворами (например, растворами сахара и крахмала). По изменению угла вращения плоскости поляризации можно судить о концентрации оптически активных веществ в растворе.

Применяется в лабораториях комбикормовой, хлебопекарной и кондитерской промышленности.

Муфельные печи используются для определения минеральных веществ. Муфельная печь включает камеру обжига, состоящую из теплоизоляторов и керамического муфеля, в пазы которого уложены специальные нагреватели, а также дверцы. На камеру обжига надет кожух, закрывающий внутренние элементы печи. Температура в рабочей камере достигает 1150 ^оС. Часто муфельные печи оборудуются конвективной вытяжкой продуктов сжигания.

ИК - анализаторы позволяют на основе точного измерения спектра образ­ца рассчитывать содержание протеина, влаги, жира, клетчатки, золы и дру­гих химических веществ одновременно.

ИК - спектроскопия относится к так называемым вторичным аналитическим методам. Это означает, что прежде чем проводить анализ по этому ме­тоду необходимо рассчитать коэффициенты, связывающие состав и свой­ства образца с его спектром. Процедуру определения таких коэффициентов и набор полученных значений называют калибровкой ИК - анализатора. Для калибровки необходимо иметь спектры и данные о составе представительного количества образцов (калибровочных образцов). Поскольку независимые данные о составе можно получить только путем химического анализа, калибров­ка ИК - анализатора представляет собой сложную и трудоемкую процедуру. Следовательно, точность анализа напрямую связана с характеристиками самого прибора и проведенной калибровкой.

Вне зависимости от применяемого способа измерения инфракрасные ана­лизаторы - ИК-анализаторы - включают обычно следующие основные блоки:

- источник излучения

- спектральный селектор (набор светофильтров, монохроматор или ин­терферометр)

- кювету для образца

- приемник излучения (фотоприемник)

- усилитель первичного сигнала

- аналого-цифровой преобразователь

- встроенный микропроцессор

- дисплей, печатающее устройство для выдачи результатов анализа. Процесс инфракрасного анализа обычно сводится к заполнению кюветы

исследуемым материалом, установке ее в измерительную камеру прибора и получению результата в окончательном цифровом виде в требуемых едини­цах измерения. При этом одновременно может быть установлено содержание целого ряда компонентов или свойств исследуемого объекта, на определение которых предварительно отградуирован прибор.

Существующие ИК - анализаторы могут быть использованы как в составе стационарной или передвижной лаборатории, так и в полевых условиях.

Конструкции ИК - анализаторов различны, они в значительной степени определяют их стоимость и аналитические возможности.