Стол за општа технологија на храна проф
Стол за општа технологија на храна проф. Д-р. К.-Х. Енгелски семинарски документи (В. Вајс) А 280 nm 250 nm 220 nm
Хемија за храна семинар Валтер Вајс зимски семестар 2011/12 Анализа на хемија на храна: Неопходност, практични барања, методи, подготовка на тест и следење, подготовка на примерок, просечен примерок, статистичка евалуација, одредување грешка на минерални материи (согорување), содржина на вода и одредување на сува материја, анализа на протеини и аминокиселини, анализа на јаглени хидрати, анализа на масти; Спектар на масни киселини) Ензимски анализи Оптички методи (УВ/Вис фотометрија) Брзи методи (тест ленти, рефлекмометрија) Техники за хроматографско раздвојување (TLC, GC, HPLC) Примери за примена 2
Методи 1) Класични, претежно влажни-хемиски процеси претежно гравиметриски/титриметриски (мерење: многу прецизно!) Често: официјален метод (арбитража или референтен метод) за итни случаи (на пр. Ако не успее автоматски анализатор) ниски трошоци за аквизиција и уреди често се користат за калибрација на брзи методи Недостатоци/ограничувања: претежно може да се утврдат само збирни параметри (маснотии, протеини и сл.), Кои трудат и одземаат многу време, голема потрошувачка на хемикалии; Отстранување отпад (скапо) 2.) Методи за брза идентификација на пр. Мерење на густина или волумен; Рефрактометрија; Тест стапчиња (стапче за натопи); Рефлектометрија; TLC (полу-квантитативна) брза, ефтина -> за рутинска анализа, најмногу за контрола на процесот при производство на LM, идеална за откривање на надминување или паѓање под граничната вредност или за избор на примероци од анализа Недостаток: помалку прецизни од референтните методи 3) Инструментални (делумно или целосно автоматизирани) методи на HPLC, GC, FT-IR, NMR, ензимски анализи, ELISA zt истовремено утврдување на неколку параметри (маснотии, шеќер, протеини; на пр. користење на Milkoscan или Winescan) претежно многу брзо; делумно исто така многу прецизни недостатоци високи трошоци за аквизиција (уред) потребна е честа калибрација комплицирана проценка 4
Пример: метод за утврдување на густина, пикнометар (метод на референца, гравиметриски) флексуларен осцилатор (инструментална анализа, целосно автоматизиран) хидрометар (брз метод, волуметриски) 5
Репрезентативен примерок/просечен примерок од леб од сирење: хомогенизирајте сегмент (парче торта) Млеко млеко: креми нагоре -> внимателно измешајте (избегнувајте влез на воздух, инаку промена на густината!) Колбас; храна од зеленчук: отстранете ги неисхранетите делови (кожа, кора)! 7-ми
Определување минерали (пепел) Главно се користат два методи: сува согорување влажна (влажна) минерализација 1) сува пепел за согорување = остаток што останува по целосно согорување на органската супстанција (= претежно минерали; можеби и песок!) Метод на работа: раствор од порцелан или платина обработете ја и измерете ја тежината на примерокот во јагленово сад од порцелан/платина со IR радијатор + горилник Бунсен, а потоа изгорете ја органската материја во печката за пригушување на приближно 520-550 C; Потребно време: 2-3 часа Температура: 550 C испарливи! (-> Загуби на сол!) По целосно согорување: Оставете садот да се олади во десикаторот и измерете го Претежно: Додавање на акцелератори на реакција (помагала за согорување) на пр. H 2 O 2, Mg ацетат Ацетат на магнезиум: - формирање пероксид -> носач на кислород - термичко распаѓање -> оток -> зголемување на површината -> подобар пристап до воздух -> побрзо согорување на органската супстанција Недостаток: Mg ацетат не гори остаток -> празен тест со Mg ацетат задолжително ограничување Не е погодно за одредување на високо испарливи метали (особено за токсични елементи во трагови, на пример, како соединенија на Hg, Cd, Pb), бидејќи загубите се превисоки -> во овој случај: извршете влажна минерализација 8
2) Влажна (влажна) минерализација (влажна согорување) При влажна (влажна) минерализација, аналитот се третира со испарливи оксидирачки агенси на топлина сè додека не се распадне целата органска материја. Обично во сад за варење под притисок или под рефлуксно ладење -> загубите во голема мера се избегнуваат Оксидирачки агенси: конц. Сулфурна киселина + азотна киселина Перхлорна киселина (60%) 65% азотна киселина (HNO 3) поретко: 50% водород пероксид (H 2 O 2) Главно поле на примена: Подготовка на примерок за определување на многу испарливи (особено токсични) елементи во трагови. Крајно квантитативно определување: со помош на спектроскопија на атомска апсорпција (AAS ) Апарат за рефлукс на небулизатор Принцип на изворот на AAS-линијата (шуплива катодна ламба) Детектор на монохроматор Сад за варење под притисок Пламен без примерок Пламен со солен примерок Континуиран, како и спектар на емисии и апсорпција 9
Предности релативно ефтин (кабинет за сушење, вага, алуминиумски садови, морски песок) паралелен метод (истовремена анализа на неколку десетици примероци) релативно мал напор добра репродуктивност на вредностите -> често пропишани како референтен метод (официјален метод) Недостатоци долго трошење на време (3-4 ч) други Исто така, евидентирани се испарливи супстанции (алкохоли, есенцијални масла). Всушност, не е утврдена содржината на вода, туку загубата при сушење -> доколку е потребно, се препорачува калибрација со метод на хемиска одредување вода (на пр. според Карл Фишер) Распаѓање или хемиски реакции (на пр. Реакција на Мејлард) Варијанта: Ормар за вакуумско сушење на 70 C 2) Инфрацрвено сушење Предности побрзо од методот на кабинетот за сушење (10-30 мин) може да се автоматизираат во комбинација со интегрирани скали; Он-лајн мерења Недостатоци Применете го примерокот само во тенок слој Калибрација со референтен метод (на пр. Сушење морско песок или метод Карл Фишер) потребни области на примена Брз метод, особено за време на производство на храна, на пр. за производи од месо, фен за сушење со риба 3) Сушење со микробранова печка Предност: потребно е многу малку време (5-10 мин.) Недостатоци: слично на сушење со микробранова печка за сушење со IR 12
4) Азеотропна дестилација Принцип: Водата содржана во храната се дестилира од примерокот за анализа со хидрофобна течност (хаулер), обично толуен или ксилен. По кондензација во градуирана цевка, волуменот на одвоената вода може да се прочита. Поволна употреба на можни големи количини на примероци -> идеална за нехомогена храна (на пример кисела зелка) или високо-масни, високо слатки примероци (на пр. Креми) Недостаток релативно непрецизен, бидејќи мерење на волумен кондензатор на кондензатор на вода со скала плоча за греење на трактор 5) Посебни методи за одредување на додавање на вода 5.1. ) Принцип: Точката на замрзнување на растворот (на пр. Млеко) се подигнува со додавање вода -> откривање/квантифицирање на разредувањето Предности во принцип многу прецизни; најдобриот метод може да се автоматизира со млеко (во овој случај исто така многу брз) Недостаток потребно е многу точно мерење на температурата (со млеко: приближно 10% криоскоп за додавање вода; 30 примероци на час 13
5.2 Други методи за откривање на додавање вода Мерење на густината (пикнометар, хидрометар, флексуларен осцилатор) Рефрактометрија (на пр. Рефракција на серумот во млекото) Принцип: Индекс на густина или рефракција на раствор се менува кога се додава вода. Промената е (во одредени граници) пропорционална на количината на додадена вода Предност: многу брзо мерење (исклучок: пикнометар) Забелешка: потребна е точна контрола на температурата, бидејќи волуменот (мерењето) е силно зависен од температурата! РЕЗИМЕ: Одредување вода - Зошто? Доказ за фалсификување или разредување (млеко!) Рок на траење на еден прехранбен производ зависи од содржината на вода (поточно: од неговата активност на вода) (-> микроорганизми; ензимски активности) + Маснотии + протеини + пепел), под услов да нема големи количини на други компоненти во храната (на пр. Диетални влакна) 14
Анализа на протеини и аминокиселини Протеините се состојат од аминокиселини; нивната содржина на азот варира само во тесни граници (N 15-18%; ø 16%) други извори на азот во храната обично се занемарлив Од овие причини, содржината на протеини во храната обично се одредува според неговата содржина на азот.Во пракса, два методи: а) според Кјелдал б) според методот Думас според Кјелдал конц. H 2 SO 4 + кат. + T H 3 BO4 4 HCl + NaOH Поедноставена претстава! Примерокот е направен со конц. Сулфурна киселина се вари оксидативно во присуство на катализатор (претежно бакар сулфат). Дополнително додавање на K 2 SO 4 за зголемување на точката на вриење (приближно 370 C!) -> протеински азот се претвора во амониум сулфат: конц. Катализатор на протеин азот H 2 SO 4 (NH 4) 2 SO 4, T Откако ќе заврши варењето на храната: Оставете ја колбата да се олади (!). По додавањето на дист. Вишок вода и NaOH (проверете ја алкалната реакција!) Се ослободува од амониум сулфат [(NH 4) 2 SO 4] амонијак (NH 3) (силната база NaOH ја поместува слабата основа NH 3 од нејзината сол) и преку дестилација на пареа во кисел приемник (претежно борна киселина) претеран (NH 4) 2 SO 4 + 2 NaOH 2 H 2 O + 2NH 3 + Na 2 SO 4 15
Ладилникот NH 3 се врзува со борна киселина (слаба киселина) во приемникот: H 3 BO 3 + NH 3 (NH 4) H 2 BO 3 (поедноставена претстава) Количината на врзан амонијак (NH 3) се определува со титрација со 0,1 М Хлороводородна киселина (HCl) (титрација на поместување) одредува (NH 4) H 2 BO 3 + HCl NH 4 Cl + H 3 BO 3 (поедноставена претстава) NaOH вишок Кjелдал колба H 3 BO 3 Дестилација на пареа Потрошувачката на HCl може да биде Пресметајте ја содржината на азот N во примерокот, а од тоа содржината на суров протеин P со помош на LM или специфичен за протеинот фактор F (Kjeldahl фактор) (обично 6,25): Храна LM/специфичен за протеините фактор F млеко 6,38 месо, риба, јајце 6, 25 latелатин 5,55 Ореви 5,40 P = N x F Пример: N содржина (јајце) = 2,0% содржина на протеин = (2,0 x 6,25)% = 12,5% 16
Апаратска опрема Кјелдал - оригинален апарат Конвенционален апарат за паралелни анализи Целосно автоматски апарат за повеќе анализи 17
Одредување на азот според принципот Думас Целосно оксидирање на органскиот материјал во примерокот преку согорување во кислородна атмосфера на температура од 900 C - 1000 C. Гасовите од согорување (CO 2, H 2 O, NO x и N 2 се пренесуваат преку врел бакар за да се додаде кислород отстранете ги и претворете ги постојните азотни оксиди (NO x) во азот (N 2) Резултирачката мешавина на гас се пренесува преку замка CO 2/H 2 O Останатиот N 2 е волуметриски (традиционален метод) или - во целосно автоматски уреди - со помош на детектор за топлинска спроводливост а содржината на протеини се одредува од количината на азот со употреба на формула за конверзија. Структура на апаратот (принцип) О 2 CO 2 N 2 CuO + CuO Cu супстанција на мрежата приближно 900 CN 2 OO 2Cu + 2NO 2CuO + N 2 50% KOH Предности во споредба со Кјелдал Метод Екстремно кратко време на анализа (само 3-5 мин по примерок) Не се потребни агресивни хемикалии Висок степен на автоматизација Идеално за сериски анализи Недостатоци Висока инва инвестициски трошоци; Покрај тоа, потребни се гасови со висока чистота, како додаток на амино (протеински) азот, други азотни соединенија (на пр. Азотни соединенија (Р-НО 2)) исто така за индивидуални анализи: Методот на Кјелдал поевтин 19
Автоматско одредување на азот според Dumas Probe Helium O 2 - снабдувач со печка кондензатор за вода бакар TCD GC детектор на колони CuO CO 2 - отстранување 20
Специјални методи за утврдување на протеини и аминокиселини Примери: Методи за одредување на колориметриско-фотометриски протеини (на пр. Според Лоури или Брадфорд) Титрација на формол Определување хидроксипролин (сврзно ткиво) Метод на врзување на боја според принцип на Брадфорд: Во присуство на протеини и кисела pH -> промена на максималната апсорпција на CBB 250 G од 465 nm до 595 nm (црвено-виолетова) -> фотометриска одредување Крива на калибрација Coomassie Brilliant Blue 250 G Област на примена: Главно во клиничка хемија и биохемија; поретко при анализа на храна (претходно: одредување на содржината на протеини во млекото) Титрација на формол За резиме снимање на слободни аминокиселини, на пр. во овошен сок Бројот на формулата означува количина од 0,1 M раствор на NaOH во ml што се користи за неутрализирање на јони H + што се ослободуваат кога 100 ml од течната течност реагираат со воден раствор на формалдехид R-CH-COO - + 2 HCHO R-CH-COO - + H + II NH 3 + N- (CH 2 OH) 2 титрација на формалдехид на амино киселина со 0,1 M NaOH 21
Одредување на хидроксипролин (сврзно ткиво) Аминокиселината 4-хидроксипролин се јавува само во сврзно ткиво, во постојан процент од приближно 12,5%. Затоа може да се користи за да се утврди процентот на сврзното ткиво (тетивите, 'рскавицата, кожата) во месните производи. Принцип Хидроксипролин (I ) се ослободува од протеинот на сврзното ткиво со хидролиза на киселина и се оксидира до пирол (II) со хлорамин Т. Овој производ за оксидација формира производ со кондензација во црвена боја (IV) со додаден р-диметиламинобензалдехид (III), чија концентрација се одредува фотометриски на 558 nm. Вол (I) (II) (III) (IV) Реакција на бојата (види погоре) + + 6N HCl Хидролиза на киселински протеин Фотометриско мерење Прочитајте ја хип концентрацијата од кривата на калибрација 22
Тенок слој хроматографско откривање на индивидуални шеќери AV 1 V 2 A Определување на шеќерниот состав на прехранбената храна брза, лесна за употреба, ефтина и сигурна метода Големината и интензитетот на точката овозможуваат полу-квантитативна проценка на количината на индивидуални шеќери, често користена и за предизбор на примероци за понатамошни анализи Ензимско одредување на индивидуални шеќери УВ-фотометриски тестови за одредување на моносахариди (на пр. Гликоза, фруктоза), дисахариди (сахароза, лактоза, малтоза) и полисахариди (скроб, инулин) Предности: високо специфично одредување на одделни видови шеќер во мешавини 24
Се произведува принцип на определување на POZ определена количина на примерок од маснотија растворен во хлороформ/глацијална оцетна киселина помешан со калиум јодид (KI) преку реакција на оксидација со јод без хидропероксиди (I 2) (-> жолто-кафеава боја) определување на количината на I 2 произведена со титрација со натриум тиосулфат Стандарден раствор (индикатор: скроб) R 1 - CH-R 2 + 2 I + 2 H + R 1 -CH-R 2 + H 2 O + I 2 II OOH OH I 2 + 2S 2 O 3 2-2I - + S 4 О 6 2- Откривање/определување на епихидрин или малондијалдехид Понатамошна реакција или распаѓање на хидропероксидите -> алдехиди/кетони Откривање на индивидуални алдехиди на крајот од синџирот на деградација (особено епихидрин и малондијалдехид) се одвива преку реакција на боја (колку е поинтензивна бојата, толку е повеќе алдехид е достапно) или со помош на HPLC + 2 малондиалдехид (е тавтомеричен до епихидриналдехид) 2-тиобарбитуринска киселина во боја/флуоресцентна кондензациска продукција + + + 32
Подготвеноста за оксидација на POZ масло/маснотија овозможува само ограничени изјави за стабилноста на складирање на маслото, бидејќи содржината на радикални чистачи (на пр. Токофероли, витамин Е) исто така игра важна улога (овие радикални чистачи ја инхибираат автоксидацијата) Забрзување на автоксидацијата по консумирање на овие антиоксиданти -> мерење подготвеност да се оксидира по складирање на покачена температура со одредување на POZ или со помош на Rancimat. Одредување на стабилноста на оксидација на маснотии/масла со помош на Rancimat. Пренесување на проток на воздух низ примерокот на 50 220 C (во зависност од маснотијата/маслото) Производите на испарлива оксидација (вклучително и испарливи киселини) се со префрлен во проток на воздух во мерен сад со раствор за апсорпција и потоа квантифициран со мерење на спроводливост 120 C 110 C мерна сонда 100 C блок за греење сад за реакција на влез во воздухот масло/маст блок за греење (50-200 C) мерна ќелија со раствор за апсорпција (вода) Rancimat: шематска структура 0 5 h Време на индукција 10 h 15 h на 120 C 3 h 110 C 6 h 100 C 12 h Време на индукција на автоксидација во зависност од оптоварувањето на температурата на маснотија/масло Апарат за мерење на спроводливост Ранцимат Време на индукција Време 33