Пищевая химия (стр. 3 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 |
При анализе сильнокислотных продуктов (виноград, яблоки, томаты, лимоны и др.) во избежание гидролиза полисахаридов производят нейтрализацию спирта, используемого для экстракции, мелом. При анализе продуктов, относительно богатых белками и фенольными веществами (виноград, лук, листовые овощи, свёкла), фильтрат дополнительно обрабатывают нейтральным ацетатом свинца, избыток которого удаляют.
2.1.2 Определение полисахаридов (крахмала и декстринов)
Методы определения крахмала трудновоспроизводимы и плохо сопоставимы между собой. Стандартного метода определения крахмала нет. Существует два более или менее приемлемых варианта кислотного гидролиза – соляно-кислотный и гидролиз с хлорной кислотой. Все методы предусматривают следующие стадии:
1. Предварительное освобождение образцов от простых сахаров экстракцией 80 % об. спиртом.
2. Извлечение крахмала из продукта одним из способов:
– растворение сначала в холодной, потом в горячей воде;
– растворение в солевом растворе;
– растворение в растворе хлорной кислоты;
– гидролиз слабой кислотой;
– частичное расщепление предварительно клейстеризованного крахмала амилазами растительного или животного происхождения.
3. Очистка раствора крахмала от белков. Обычно для этой цели используют фосфорно-вольфрамовую кислоту, ацетат цинка, жёлтую кровяную соль, урания ацетат или другие белковые осадители.
4. Непосредственное определение количества крахмала весовым методом осаждением 90 % об. этанолом с последующей промывкой 70 % об. этанолом или йодным раствором или химическим методом после кислотного или ферментативного гидролиза по содержанию редуцирующих веществ.
2.1.3 Определение содержания сахаров
В молочных продуктах для определения содержания лактозы и сахарозы, кроме перечисленных арбитражных методов, используют рефрактометрические и поляриметрические методы. Однако их не применяют в случаях возникновения разногласий между сторонами.
Метод рефрактометрии основан на определении показателя преломления (рефракции). Показатель преломления зависит от температуры, длины волны света, при которых производят измерение, и концентрации раствора. Каждое вещество в смеси сохраняет преломляющую способность, а показатель преломления смеси представляет сумму соответствующих показателей преломления всех входящих в смесь веществ.
Определение содержания сахаров поляриметрированием. Асимметрический углеродный атом в сахарах делает их оптически активными, способными вращать плоскость поляризации. Это свойство является функцией концентрации водных растворов сахара, поэтому измеряя угол вращения L, можно определить содержание сахаров.
Характерным показателем каждого оптически активного вещества является его удельное вращение [L]д – угол вращения плоскости поляризации при 20 °С для линии Д натриевого пламени раствором, содержащим 100 г вещества в 100 см, когда луч в этом растворе проходит путь, равный 100 см. Для сахарозы [L]д равен (+66,5°), лактозы моногидрат – (+52,5°), лактозы безводной – (+55,3°). Содержание вещества в 100 см раствора рассчитывается по формуле
где L – угол вращения, град;
[L]Д – удельное вращение анализируемого вещества при температуре 20 °С;
l – длина поляризационной трубки, дм.
2.1.4 Определение пищевых волокон
Из неусвояемых углеводов отдельно определяют пектин, гемицеллюлозу и клетчатку.
Стандартного метода определения пектинов нет. Наиболее воспроизводимые методы определения пектинов включают следующие стадии:
– предварительное освобождение образцов от простейших сахаров трёхкратной экстракцией 80 % об. этиловым спиртом;
– извлечение пектинов из продуктов;
Гемицеллюлозы по химическим свойствам весьма близки к пектинам. В их состав также входят пентозы и галактуроновая кислота, однако гидролизуются они труднее. Поэтому их определяют после удаления пектинов тёплой водой (после удаления простых сахаров). Гемицеллюлозы извлекают путём кислотного или щелочного гидролиза.
Под пищевой, или сырой, клетчаткой понимают целлюлозу с небольшой примесью лигнина и гемицеллюлоз. Для пищевых продуктов наиболее приемлемым является следующий метод.
Гидролизуют легкорастворимые углеводы смесью 80%-ной уксусной и концентрированной азотной кислот в соотношении 10:1 в течение 0,5…2 ч. Остаток фильтруют через предварительно взвешенный асбестовый фильтр, промывают, высушивают и взвешивают. Для ускорения гидролиза к вышеуказанной смеси кислот добавляют небольшое количество хлорной кислоты.
Для количественного определения «пищевых волокон», т. е. суммы всех неусвояемых углеводов в основном используются ферментативные методы, основанные на гидролизе белков, а затем крахмала (или наоборот) с помощью ферментативных препаратов, имитирующих расщепление этих групп соединений в желудочно-кишечном тракте человека. Оставшийся «непереварившийся» остаток принимают за пищевые волокна. В свою очередь, их делят на нерастворимые в спирте (грубые) и растворимые в нём (неструктурированные, или мягкие) волокна.
2.2 Качественные реакции на углеводы
Цель работы: изучение классификации, строения и свойств углеводов растительного сырья и продуктов. Освоение методов определения углеводов.
Объекты исследования: сахар, мёд, сок, молоко, крахмал.
2.2.1 Качественные реакции моносахаридов
Задание для выполнения: провести качественные реакции моносахаридов – реакцию Троммера; реакцию Фелинга; реакцию Барфеда; реакцию Селиванова.
Моносахариды, благодаря наличию свободной кетонной или альдегидной группировки, способны окисляться до соответствующих кислот, одновременно восстанавливая соли металлов. Это свойство используется для ряда качественных и количественных реакций.
Принцип реакции: растворы гексоз, например, глюкозы и фруктозы, в щелочной среде восстанавливают при нагревании оксид меди (II) в гемиоксид меди, а сами окисляются до альдоновых кислот. Эту реакцию для глюкозы в общем виде можно представить уравнениями:
Материалы и реактивы: раствор глюкозы (5%-ный ), 5%-ный раствор гидроксида натрия, 5%-ный раствор сульфата меди.
Оборудование: стеклянные палочки, пробирки, пипетки градуировочные, капельницы, штатив для пробирок, горелка.
Порядок выполнения работы: в пробирку к 3 см3 раствора глюкозы (исследуемого вещества) добавляют растворы гидроксида натрия
(1 см3) и сульфата меди (5 капель). Выпадает осадок гидроксида меди (II), который при перемешивании или встряхивании пробирки растворяется, и раствор приобретает голубой цвет. При его осторожном нагревании в пламени горелки до кипения наблюдается выпадение жёлтого осадка гидроксида меди (I) или красного осадка гемиоксида меди.
Принцип реакции: в реактиве Фелинга ионы меди (II) находятся в виде комплексного соединения с тартратами. Механизм реакции гексоз (и всех редуцирующих углеводов) с реактивом Фелинга такой же, как и в реакции Троммера. Преимуществом реактива Фелинга является то, что медь при избытке реактива не выпадает в виде окиси меди (II). Дисахариды и полисахариды взаимодействуют с реактивом Фелинга после кипячения с минеральными кислотами.
Материалы и реактивы: раствор глюкозы (5%-ный); реактив Фелинга, который состоит из двух растворов. Для приготовления первого раствора 200 г сегнетовой соли и 150 г гидроксида натрия растворяют в дистиллированной воде и доводят объём до 1. Для приготовления второго раствора 40 г перекристаллизованного сульфида меди растворяют в дистиллированной воде до объёма 1. Равные объёмы первого и второго растворов смешивают перед работой.
Оборудование: стеклянные палочки, пробирки, пипетки градуировочные, штатив для пробирок, горелка.
Порядок проведения работы: в пробирку вносят 1 см3 раствора глюкозы и 1 см3 реактива Фелинга. Смесь перемешивают и нагревают в пламени горелки до кипения. Наблюдают образование красного осадка гемиоксида меди.
2.2.1.3 Реакция Барфеда (реакция с уксуснокислой медью)
Принцип реакции: гексозы в реакции с ацетатом меди приводят к образованию гемиоксида меди. Суммарное уравнение реакции для глюкозы имеет вид:
Эта реакция протекает в среде со значением рН, близким к нейтральному (7,0). В этих условиях редуцирующие дисахариды не окисляются, что дает возможность отличить их от моносахаридов.
Материалы и реактивы: раствор глюкозы (5%-ный ), реактив Барфеда (13,3 г ацетата меди растворяют в 200 см3 горячей воды с температурой 70 °С. Смесь фильтруют и к фильтрату добавляют 1,9 см3 ледяной уксусной кислоты).
Оборудование: стеклянные палочки, пипетки, штатив с пробирками, горелка.
Порядок выполнения работы: в пробирку вносят 1 см3 раствора глюкозы и 1 см3 реактива Барфеда. Смесь перемешивают и осторожно нагревают в пламени горелки до кипения.
Наблюдают образование красного осадка гемиоксида меди.
2.2.1.4 Реакция Селиванова на кетозы
Принцип реакции: при нагревании фруктозы или других кетоз с соляной кислотой образуется оксиметилфурфурол. Уравнение реакции для фруктозы имеет вид:
Оксиметилфурфурол с резорцином образуют соединение (продукт конденсации), окрашенное в вишнёво-красный цвет.
Материалы и реактивы: кристаллический резорцин, 5%-ный раствор фруктозы, 25%-ный раствор соляной кислоты.
Оборудование: стеклянные палочки, пробирки, пипетки градуировочные, штатив для пробирок, баня водяная, термометр лабораторный, лопаточка или шпатель, часы.
Порядок проведения работы: в пробирку помещают 5 см3 раствора фруктозы, 1 см3 раствора соляной кислоты и несколько кристаллов резорцина.
Смесь нагревают на водяной бане в течение 5…10 мин при температуре 80 °С до появления вишнёво-красного цвета.
2.2.2 Качественные реакции дисахаридов
Задание для выполнения: определить восстанавливающую способность лактозы и мальтозы. Определить восстанавливающую способность у сахарозы и провести гидролиз сахарозы.
Редуцирующие дисахариды (например, лактоза и мальтоза) способны окисляться до соответствующих кислот, восстанавливать соли металлов, участвуя в реакциях, характерных для моносахаридов. Однако нередуцирующие дисахариды (например, сахароза) в такие реакции не вступают. Наиболее широко для обнаружения подобных дисахаридов используют методы, в основе которых лежит гидролиз дисахаридов до моносахаридов с последующим обнаружением продуктов гидролиза – моносахаридов.
2.2.2.1 Восстанавливающая способность лактозы и мальтозы
Принцип реакции: благодаря наличию свободной альдегидной группы в молекуле лактозы (в остатке глюкозы) и мальтозы (у второго остатка глюкозы) эти дисахариды обладают редуцирующими свойствами и способны участвовать в реакциях восстановления, в частности, мальтоза и лактоза дают положительную реакцию Троммера.
Материалы и реактивы: растворы лактозы, мальтозы, гидроксида натрия и сульфата меди (5%-ные).
Оборудование: стеклянные палочки, пипетки, капельницы, штатив с пробирками, горелка.
Порядок выполнения работы: в одну пробирку наливают 2 см3 раствора лактозы, а в другую – 2 см3 раствора мальтозы.
В обе пробирки затем вносят по 1 см3 раствора гидроксида натрия и по 5 капель раствора сульфата меди. Пробирки осторожно нагревают в пламени горелки.
Наблюдают образование красного осадка закиси меди.
2.2.2.2 Определение восстанавливающей способности у сахарозы и гидролиз сахарозы
Принцип реакции: в молекуле сахарозы связь между остатками глюкозы и фруктозы образуется за счёт двух гликозидных гидроксилов. Сахароза не обладает восстановительными свойствами и дает отрицательную реакцию Троммера.
После гидролиза сахарозы (кипячение в присутствии концентрированной соляной кислоты) образуются моносахариды, которые можно обнаружить с помощью реакции Троммера, а фруктозу – и по реакции Селиванова (см. п. 2.2.1.4).
Материалы и реактивы: концентрированная соляная кислота, 25%-ный раствор соляной кислоты, 5%-ные растворы сахарозы, гидроксида натрия и сульфата меди, кристаллический резорцин.
Оборудование: стеклянные палочки, пробирки, пипетки градуировочные, капельницы, штатив для пробирок, водяная баня, термометр лабораторный, часы.
Порядок проведения работы: в две пробирки наливают по 6 см3 раствора сахарозы. В одну из них добавляют также 2 капли концентрированной соляной кислоты и нагревают на кипящей водяной бане при температуре 100 °С в течение 15 мин. Вторая пробирка содержит контрольный раствор сахарозы. Затем берут ещё две пробирки и в одну из них вносят 3 см3 нейтрализованного гидролизата сахарозы, а в другую – 3 см3 контрольного раствора сахарозы. К содержимому этих пробирок добавляют по 1 см3 раствора гидроксида натрия и по 5 капель раствора сульфата меди. Затем нагревают на водяной бане до кипения (проводят реакцию Троммера). Отмечают образование красного осадка закиси меди в пробирке, содержащей гидролизат (положительная реакция Троммера), и отсутствие такового в контрольной пробе (отрицательная реакция Троммера).
С оставшимися 3 см3 гидролизата сахарозы и контрольного раствора сахарозы проводят реакцию Селиванова на обнаружение фруктозы. С этой целью в обе пробирки добавляют по 1 см3 раствора соляной кислоты и несколько кристаллов резорцина. Содержимое пробирок нагревают на водяной бане в течение 5…10 мин при температуре
80 °С. В пробирке, содержащей гидролизат сахарозы, наблюдают появление вишнёво-красного окрашивания (положительная реакция Селиванова) и отсутствие такого окрашивания в контрольной пробе.
2.2.3 Качественные реакции полисахаридов
Задание для выполнения: провести реакцию крахмала и гликогена с йодом. Провести гидролиз крахмала и целлюлозы.
Полисахариды отличаются друг от друга химической природой повторяющихся моносахаридных единиц, степенью разветвления и длиной цепи. Полисахариды не содержат свободных редуцирующих групп, поэтому они не обладают восстанавливающей способностью. Полный гидролиз полисахаридов в присутствии кислот или специфических ферментов приводит к образованию моносахаридов, обладающих редуцирующими свойствами.
2.2.3.1 Реакция крахмала и гликогена с йодом
Принцип реакции: при взаимодействии крахмала и гликогена с йодом образуются комплексные адсорбционные соединения, окрашенные в реакции с крахмалом в синий цвет, а с гликогеном – в красно-бурый цвет. Различие в цвете комплексов обусловлено химической структурой крахмала и гликогена. При нагревании окраска исчезает, но появляется опять при охлаждении, что свидетельствует об образовании нестойких комплексов крахмала и гликогена с йодом. Обесцвечивание происходит также при добавлении гидроксида натрия или калия. Исчезновение окраски при нагревании и добавлении щелочи обусловлено тем, что в образовании комплексов принимает участие молекулярный йод, а не иодит-ионы.
Материалы и реактивы: реактив Люголя (1 г йода и 2 г йодистого калия растворяют в 15 см3 дистиллированной воды и затем разводят водой до объёма 300 см3), 0,1%-ные растворы крахмала и гликогена, 10%-ный раствор гидроксида натрия.
Оборудование: стеклянные палочки, пробирки, пипетки, капельницы, штатив для пробирок, водяная баня.
Порядок проведения работы: в одну пробирку помещают 2 см3 раствора крахмала, в другую – 2 см3 раствора гликогена.
Затем в обе пробирки вносят по 1…2 капли раствора Люголя. Содержимое пробирок перемешивают. Наблюдают образование синего окрашивания в пробирке с крахмалом и красно-бурого – с гликогеном.
Затем из каждой пробирки по 1 см3 жидкостей переносят в две другие пробирки, куда добавляют по 1 см3 раствора гидроксида натрия. Наблюдают обесцвечивание в каждой пробирке.
Смеси, оставшиеся в пробирках, где первоначально возникла окраска, нагревают на водяной бане. Наблюдают исчезновение окрашивания, которое вновь появляется при охлаждении.
2.2.3.2 Гидролиз крахмала
Принцип реакции: при нагревании раствора крахмала с минеральными кислотами происходит гидролиз крахмала с образованием глюкозы, которую можно обнаружить характерными реакциями на моносахариды, в частности, реакцией Троммера.
Материалы и реактивы: концентрированная соляная кислота, 1%-ный раствор крахмала, 15%-ный раствор гидроксида натрия,
1%-ный раствор сульфата меди.
Оборудование: стеклянные палочки, пробирки, пипетки градуировочные, капельницы, штатив для пробирок, водяная баня, часы.
Порядок проведения работы: в две пробирки помещают по 5 см3 раствора крахмала. В одну из них вносят также 2…3 капли концентрированной соляной кислоты и кипятят на водяной бане 15 мин. Вторая пробирка является контрольной.
Затем в обе пробирки приливают по 2 см3 15%-ного раствора гидроксида натрия и по 5 капель раствора сульфата меди и нагревают (проделывают реакцию Троммера).
В пробирке, где проводился гидролиз крахмала соляной кислотой при нагревании, наблюдают образование красного осадка гемиоксида меди (реакция Троммера положительная), а в контрольной пробирке такой осадок не образуется (реакция Троммера отрицательная).
2.2.3.3 Гидролиз целлюлозы
Принцип реакции: гидролиз клетчатки минеральными кислотами проходит значительно медленнее, чем крахмала. Если же клетчатку предварительно обработать 80%-ным раствором серной кислоты, то процесс гидролиза клетчатки значительно ускоряется.
Материалы и реактивы: целлюлоза или вата (источник целлюлозы), 3%-ный и 80%-ный растворы серной кислоты, реактив Фелинга и Барфеда (см. п. 2.2.1).
Оборудование: стеклянные палочки, пробирки, капельницы, пипетки градуировочные, водяная баня, часы.
Порядок проведения работы: небольшое количество ваты (100…200 мг) помещают в пробирку, заливают 3%-ным раствором серной кислоты и кипятят на водяной бане 10 мин. После нейтрализации содержимое пробирки разделяют на две части.
В другой пробирке то же количество ваты предварительно обрабатывают небольшим количеством (примерно 0,5 см3) 80%-ного раствора серной кислоты до полного растворения, затем разбавляют водой до объёма 1 см3 и кипятят на водяной бане в течение 5 мин. После нейтрализации содержимое пробирки делят также на две части.
С одной частью смесей, содержащих обработанную и необработанную вату, проводят реакцию Фелинга (добавляют по 1 см3 раствора Фелинга и после перемешивания нагревают до кипения), а с другой частью этих смесей – реакцию Барфеда (добавляют по 1 см3 раствора Барфеда и после перемешивания нагревают до кипения).
В пробирках, где находилась необработанная серной кислотой вата, наблюдается отсутствие осадка красного цвета (отрицательные реакции Фелинга и Барфеда).
В пробирках, содержащих предварительно обработанную вату, возникает красный осадок гемиоксида меди (положительные реакции Фелинга и Барфеда), что свидетельствует об образовании глюкозы.
2.2.4 Обсуждение результатов работы
Результаты исследования оформить по типу в таблицы 6. По полученным результатам экспериментов сделать вывод о содержании углеводов в исследуемых объектах.
Таблица 6 – Содержание углеводов в пищевых продуктах