CC BY
31
чение хода ножевой рамы 2 г вызывает прямо пропорциональное возрастание и2.
Отмеченное в данном случае при возрастании /?2 и кинематических режимов кцк положительный фактор увеличение параметра К уравновешивается заметным увеличением энергозатрат на резание. Например, для резания сухарных плит сорта Сливочные с продолжительностью выдержки Г 24 ч при /?2 20 Н, 2 г 4 мм, п 1600 мин” удельная режущая способность составляет 3,8-10 см2/(Н-с), ,а при 2 г 32 мм и прочих равных условиях Кп = 14,5-Ю”3 см2/(Н-с). В то же время параметр К , как показывают расчеты, увеличивается в 3,1 раза. Качественно аналогичные результаты получены и для других объектов резания — ржаного хлеба и бисквитного полуфабриката с различными продолжительностями выдержки Т.
ВЫВОДЫ
1. Введены критерии оценки процесса скользящего резания пищевых полуфабрикатов: удельная режущая способность, удельная работа резания, коэффициент трения при резании.
2. Использование указанных критериев для анализа режимов резания машин рамного типа показывает, что увеличение хода ножевой рамы благоприятно сказывается на возрастании удельной режущей способности и снижении удельной работы резания. С другой стороны, повышение частоты двойных ходов рамы способствует более эффективной работе лезвий режущего инструмента и уменьшает потери на трение и деформирование разрезаемого материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Даурский А.Н., Мачихин Ю.А., Хамитов Р.И. Обработка пищевых продуктов резанием. — М.: Пищевая пром-сть, 1994. — 216 с.
2. Хромеенков В.М. Современное оборудование для резания продуктов и полуфабрикатов хлебопекарного и макаронного производства. — М.: ЦНИИТЭИ ВНПО ’’Зерно-продукты”, 1991. — 48 с.
3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. — М.: Паука, 1977. — 831 с.
Кафедра технологического оборудования пищевых предприятий
Поступила 10.05.2000 г.
ГО
ОС
да
зо
те
оп
ус
ле
д
ге
(с
Н'
о
ра
ло
й
..... 637.146.2:547.455.632:543.257.1
ЭКСПРЕСС-МЕТОД ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФРУКТОЗЫ В КИСЛОМОЛОЧНЫХ НАПИТКАХ С ТОПИНАМБУРОМ
О.П. ВОЛКОВА, О.Е. РУВИНСКИЙ,
Т.В. ФРАМПОЛЬСКАЯ
Кубанский государственный технологический университет
Определение содержания сахаров в пищевых продуктах, в том числе и молочных, осуществляют в основном классическими методами. Их главный недостаток — длительность, а также трудоемкость и многооперационность. В ходе анализа зачастую используется широкий набор дорогостоящих реактивов, причем реакции проходят в условиях нагревания и кипячения испытуемых растворов.
Применение электрохимических методов анализа для определения как индивидуальных сахаров, так и их смеси целесообразно с точки зрения повышения чувствительности, экспрессности и возможности автоматизации указанных методов контроля [1-5]. Новое и весьма перспективное направление в потенциометрии сахаров основано на применении в аналитических целях реакции комплексообразования моносахаридов с боратны-ми ионами в водных растворах тетрабората натрия [6-8].
Смешение раствора Na2B407 с раствором, содержащим фруктозу, приводит, как это имеет место и в случае других полиолов, к снижению величины pH исходного боратного буфера рНп и, соответственно, к увеличению параметра АрН = рН0 - pH [9]. При этом можно отметить следующее. На зависимостях АрН - Cs при постоянной концентрации тетрабората натрия (Ст/6 = const), как правило, имеется участок практически прямо пропорционального увеличения АрН с ростом концентрации фруктозы в испытуемом растворе. Чем выше концентрация реагента (Na2B407), тем больше про-
тяженность этого линеиного участка на зависимости АрН - С3 [6-8]. Для более низких значений Ст/6 (0,00125 моль/дм3) потенциометрические сигналы от действия индивидуальных моносахаридов существенно отличаются. Рассчитанные ранее значения констант скорости образования глюкозо- и фруктозо-боратных комплексов не зависят от Сг/6, а зависят только от природы моносахарида.
Согласно этому методу, измеряемый разностный рН-метрический сигнал АрН прямо пропорционален содержанию редуцирующих сахаров Сх (г/100 см3) и описывается градуировочными выражениями типа
Сх = 12,0-АрН,, (1)
Сх = 0,606'ДрН2, (2)
соответственно для инвертного сахара и фруктозы. Численные коэффициенты определяются концентрацией №2В407 и соотношением количеств сахара и реагента. Уравнения (1) и (2) в отношении численных значений коэффициентов пропорциональности прежде всего применимы для определения содержания сахаров вин и виноматериалов [9].
Рабочий диапазон концентрации сахара для количественного определения моносахаридов потенциометрическим методом в соках, виноматериалах и винах предусматривает 4-16 г/100 см, что значительно превышает содержание сахаров в молочно-овощных продуктах. В нашем случае молочные продукты комбинированы растительной составляющей в количестве 30% от массы готового продукта, при этом количество рецептурной закладки фруктозы (например, в случае сока топинамбура) составляет 0,37%. Кроме того, градуировочная зависимость в известном способе не учиты-
nF
об
пр
щ
мс
Тс
г/
нь
Фг
Цй
BBI
ана-тока-паго-й реботы
ТОТЫ
ктив-
лень-
азре-
работ-
пром-
реза-
мака-
Зерно-
учных 11 с.
257.1
симо-іений е сиг-ридов е зна-)30- и
' С,/б>
5Н0СТ-
:орци-зв Сх выра-
(1)
(2)
егозы.
ІЦЄНТ-
:ахара пении )рцио-еделе-ов [9]. ля ко-потен-іиалах 3, что в мо-
ЙОЛОЧ-ЭЙ СОТОВОГО
эй за-топи-іуиро-гчиты-
вает влияния на аналитический сигнал химического состава испытуемой пробы — кисломолочной основы. Данный сигнал представлен гликопротеидами и полиолами, наряду с глюкозой и фруктозой, вступающими во взаимодействие с раствором тетрабората натрий.
С целью выбора оптимального варианта pH и определения сахаров в продукте был испытан ряд условий:
нейтрализация аналогичного объекта в интервале pH от 7 до 9,5; десятикратное варьирование концентрации реагента от 0,00125 до 0,125 моль/дм3.
В ходе опыта пробу анализируемого образца (свежую творожную сыворотку с исходной кислотностью pH 4,37-4,40) смешивали с реагентом и осуществляли потенциометрическое измерение pH, полученного после реакцйй конечного раствора. Исходную пробу анализируемого образца предварительно обрабатывали концентрированной щелочью, например 20-30%-м раствором №ОН, в качестве реагента применяли водный раствор тетрабората натрия. Объемное соотношение анализируемого образца и реагента принимали равным 1:4.
Опытные данные по установлению конечного pH нейтрализации творожной скворотки приведены в табл. 1. Для определения Сх применяли формулы (1) и (2).
: . Таблица 1
Величина pH
рН(№2В407) сыво- ротки сыворотки после нейтрализации pH смеси ДрН
Концентраци я Ма2В407 0,125 моль/дм3
9,42 4,37 7,28 9,25 0,17
9,43 4,39 7,25 9,29 0,14
9,44 4,38 7,33 9,30 0,14
Концентрация Ыа2В407 0,00125 моль / дм5
9,15 4,37 7,28 8,55 0,6
9,16 4,38 7,20 8,49 0,67
9,17 4,41 7,16 8,40 0,77
9,18 4,38 7,24 8,53 0,65
9,19 4,46 7,37 8,65 0,54
Использование для нейтрализации исходной пробы 20-30%-го раствора гидроксида натрия обусловлено тем, что щелочь низкой концентрации при подщелачивании разбавляет раствор реагента, приводя к искажению результатов.
Как следует из табл. 1, при Ст/6 = 0,125 моль/дм3 среднее значение ДрН, 0,15, при Ст/б -= 0,00125 моль/дм3 среднее значение ДрН2 0,69. Тогда концентрация инвертного сахара Сх1 = 1,8 г/100 см3 и концентрация фруктозы Сх2 = 0,42 г/100 см3, что не соответствует справочным данным [10].
Ограничиваясь лишь определением содержания фруктозы, далее использовали реагент концентрацией 0,00125 моль/дм . В творожную сыворотку вводили различные количества чистой фруктозы и
замеряли изменение pH. Сыворотку нейтрализовали до pH 8-8,5.
Опытные данные показали, что между концентрацией фруктозы и исходной величиной pH нет закономерной зависимости; Это дает основания предполагать наличие в; сыворотке веществ, pH нейтрализации которых лежит в области pH реагента, и взаимодействие данных веществ с тетраборатом натрия.
Далее pH сыворотки повышали до величины, близкой к pH тетрабората и равной 9,0 (табл. 2), а его концентрацию снижали до 0,00125 моль/дм3. Это обусловлено тем, что фруктоза образует значительно более устойчивые комплексы с боратным ионом, чем остальные гексозы (глюкоза, галактоза и др.) и дисахариды (лактоза); в случае разбавленных концентраций раствора электролита тетрабората натрия именно фруктоза вносит наибольший вклад в выходной сигнал pH по сравнению с другими углеводами и полиолами. При более высоких концентрациях реагента чувствительность измерений аналитического сигнала снижается до уровня погрешности рН-метрических измерений: не более 0,02 pH [9]. В разбавленных растворах (0,001 —0,00125 мойь/дм Ыа2В407-ЮН20 боратг ный ион вступает во взаимодействие с фруктозой; и образует более устойчивые комплексы, чем С: глюкозой. А в более концентрированном растворе тетрабората натрия (0,125 моль/дм^) и при более высоких концентрациях фруктозы проявляются преимущественно кислотно-основные свойства буферной системы, а комплексоббразующйе свойства нивелируются [9]. ’ ;
■ Таблица 2
Концентрация фруктозы Сх, г/100 см3 РН0 pH АрН
Чистая сыворотка " Г 0.21 9,04 0,20
0,02 9,24 9,02 0,22
0,05 . ' 9,24 9,01 0,23
0,06 9,22 9,00 : 0,22
0,08 9,22 9,00 0,22
0,10 9,23 8,99 0,24
0,11 9,24 ' 8,98 0,26
0,12 9,24 8,98 0,26
0,15 9,24 8,94 0,30
0,20 9,24 8,87 0,37
0,30 9,23 8,76 ' 0,47
Характер градуировочной зависимости в разностных значениях pH (табл.2) позволил провести исследования по установлению закономерности зависимости ДрН от концентрации фруктозы (рис. 1). Далее опытно устанавливали градуировочные зависимости между концентрацией фруктозы и ДрН смеси, причем сыворотку нейтрализовали до pH, максимально близкого к pH реагента; М(Ыа2В407) = 0,00125 моль/ли0.
Как следует из таблиц и рис. 1, при смешивании чистой сыворотки с раствором реагента наблюда-
ется снижение pH смеси, которое можно интерпретировать как фоновый сигнал, что указывает на наличие в ней химических соединений, вступающих в реакцию с №2В407. В этой связи проводили потенциометрическое титрование творожной сыворотки раствором гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3.
Рис. 1
Вид кривой титрования показал, что в реакции нейтрализации участвуют очень слабые кислотные группы (рК>9), которые обусловливают фоновый разностный потенциометрический сигнал ДрН.
На соответствие фоновому сигналу в качестве модельных растворов были выбраны глицерин и лактоза, присутствующие в составе творожной сыворотки 110]. Из данных эксперимента следует, что при взаимодействии реагента с водным раствором глицерина с повышением концентрации последнего наблюдается снижение pH смеси. Однако фоновый разностный сигнал pH вызывает сравнительно большие концентрации глицерина, превышающие его содержание в молочной сыворотке.
Характер взаимодействия водного раствора лактозы с 0,00125 моль/дм3 раствора тетрабората натрия указал на пропорциональную зависимость выходного значения pH от концентрации лактозы, однако фоновый сигнал — чистой сыворотки — лежит в пределах ДрН 0,12-0,23, что соответствует 2 г лактозы в 100 см3. Это не согласуется со справочными данными, указывающими на 4,5% лактозы в творожной сыворотке.
.и:
Концентрация фруктозы. гМООсм’
Рис. 2
Видимо, фоновый сигнал обусловлен действием совокупности факторов, в том числе и белковой фракцией, протонированные аминные группы которых также вступают во взаимодействие с тетраборатом натрия, понижая pH. В этом случае началом координат на графике зависимости ДрН от
концентрации фруктозы принимается ДрН фоновое, равное 0,12-0,23.
На рис. 2 отображена зависимость ДДрН от концентрации фруктозы, ДДрН—разность ДрН образца и ДрН фоновое. График представляет собой калибровочную кривую, пропорциональную на участке концентраций фруктозы 0,05-0,5 г/100 см3, коэффициент пропорциональности b - 1,12.
Таким образом, содержание фруктозы вычисляется по формуле
Сх= 1,12 (ДрН - ДрНф), (3)
где 1,12—коэффициент пропорциональности, полученный эксперименталь-. * но и не зависящий от температуры в интервале от 15 до 27°С;
ДрН, ДрНф — разности между значениями pH растворов тетрабората натрия и его смесей с исследуемым образцом и кисломолочной основой соответственно; ДрНф для кисломолочной основы составляет 0,12-0,23.
Для подтверждения достоверности разработанного экспресс-метода нами выполнена сравнительная оценка результатов определения фруктозы, полученных известными методами, и вновь предложенным нами. Метрологические характеристики определений удовлетворяют требованиям производственного контроля.
Таким образом, закономерности изменения разностного потенциометрического сигнала ДрН в смеси разбавленного водного раствора Na2B407 (0,00125 моль/дм3) и молочной основы, в присутствии фруктозы, имеют место и подчиняются пропорциональной зависимости, а разработанный метод может быть использован на практике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фалунина З.Ф., Мелькина Г.М., Роенко Т.Ф. Методы определения сахаров, применяемые в пищевой промышленности. — М.: ЦНИИТЭПГ1, 1972. — 41 с.
2. Методы технологического и микробиологического контроля в виноделии / Под ред. Г.Г. Валуйко. — М.: Пищевая пром-сть. 1980. — 145 с.
3. Полюдек-Фабини Р., Бейрих Т. Органический анализ: Пер. с нем. — Л.: Химия, 1981. — 622 с.
4. О целесообразности унификации методов определения сахаров в пищевых продуктах / Л.А. Касилова, А.В. Пара-нич, В.А. Печко и др. // Пищевая пром-сть. — 1987. — № 4. — С. 45-47.
5. Лурье И.С., Пушкина С.В. Усовершенствование экспрессного метода определения общего сахара в объектах кондитерского производства //Экспресс-информ. АгроНИИ-ТЭИПП: Отечеств, произв. опыт. Пищевая пром-сть. — 1988. — Вып. 3. — С. 4-6.
6. А.с. 1002940 СССР. Способ количественного определения инвертного сахара в растворах / О.Е. Рувинский, М.Б. Лопатина, JI.B. Тюрина. — № 3310000/18-25; Заявл. 29.06.81; Опубл. в Б.И. — 1983. — № 9.
7. Лопатина М.Б., Рувинский О.Е. Потенциометрическое определение инвертного сахара в винах и виноматериалах // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1985. — № 4. — С. 104-107.
8. А.с. 1300375 СССР. Способ количественного определения инвертного сахара в соках, виноматериалах и винах / Р.К. Ступакова, О.Е. Рувинский. — Л» 4029102/30-13; Заявл. 25.11.85; Опубл. в Б.И. — 1987. — № 12.
9. Процай П.М. Потенциометрия и полярография реакций моносахаридов в боратных растворах: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. — Краснодар: КГ1И, 1987.
10. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. — 344 с.
Кафедра технологии консервирования
Кафедра аналитической химии
Поступила 20.09.2000 г. ■
