Методы исследования свойств сырья в молочной промышленности

1. Полярография

Полярографический анализ применяют для определения белков, аминокислот, углеводов, витаминов, а также микроэлементов и следов тяжелых металлов.

Полярографический метод исследования основан на электролизе исследуемого раствора между двумя электродами с различной поверхностью. Затем устанавливается зависимость между напряжением в электролитической ячейке и возникающей в цепи силой тока. Эта зависимость, в основном, обусловливается электрохимическими свойствами ионов, находящихся в растворе, их способностью при известных условиях восстанавливаться или окисляться. Сила тока в цепи зависит от скорости окислительно-восстановительного процесса на электродах. Природа отдельных ионов характеризуется напряжением, при котором резко повышается сила тока в тот момент, когда достигается потенциал восстановления определенного иона в растворе. Повышение силы тока, измеряемое гальванометром, прямо пропорционально концентрации восстанавливаемого иона.

На рис.14 приведена принципиальная схема полярографа. Электролизер 1 представляет собой сосуд с двумя электродами: анод  2-слой ртути с большой поверхностью – и катод с очень маленькой поверхностью (капельный ртутный электрод 3, погруженный в электролит). От элемента 4 через сопротивление потенциометра 5 и зеркальный гальванометр 6 передается прилагаемая к электроду ЭДС, которая подвижным контактом увеличивается до требуемой величины (в пределах 2-4 в). По движению луча света, отраженного от зеркального гальванометра, на полупрозрачную шкалу фиксируют изменение силы поляризационного тока.

Рис.14 – Схема полярографа

 

1 – электролизер; 2 – анод; 3 – ртутный электрод; 4 – элемент; 5 – сопротивление потенциометра; 6 – зеркальный гальванометр; 7 –  подвижной контакт; 8 – осветитель; 9 – шкала.

Наблюдаемые показания гальванометра наносят в виде точек на миллиметровую бумагу и соединяют их  плавной линией. При исследовании раствора, в котором находится несколько катионов, получают кривую ступенчатого вида (рис.15). Зная потенциалы выделения отдельных металлов, по характеру кривой определяют качественное и количественное содержание их.

 

 

Рис.15 – Полярограмма раствора, содержащего ионы некоторых металлов

По высотам волн на полярограммах вычисляют содержание металла в 1 кг продукта по формуле

                                   Сх = CстVстH1V1V01000

                                           (H2V2-H1V1)WV           (30),

где Сст – концентрация стандартного раствора устанавливаемого металла, мг/см3;

      Vст – объем добавленного стандартного раствора, см3;

      V1 – объем раствора, подготовленного для первого поляро-графирования (используемый раствор+аммонийно-аммиачный фон), см3;

      Н1 – высота волны при первом полярографировании, мм;

      V0 – общий объем раствора золы, см3;

      Н2 – высота волны при втором полярографировании, мм;

        V2 – объем раствора для второго полярографирования (испытуемый раствор+стандартный раствор+аммонийно-аммиачный фон);

       V – объем раствора, взятый из общего для приготовления полярографируемого раствора, см3;

    W – навеска продукта, г.

Для молочных продуктов пригоден универсальный полярограф ПУ-1, предназначенный для качественного, количественного, а также биохимического анализов. Принцип действия основан на регистрации и последующей расшифровке полярограмм, представляющих собой зависимость тока, проходящего через электролитическую ячейку, от потенциала ртутно-капельного электрода.

Пределы измерений по кадмию 1 •10–3…5 •10–8 моль/дм3. Температура и относительная влажность воздуха 10…35 0С и 80 %.

2. Вольтамперометрия

Вольтамперометрия - высоко чувствительный метод анализа органических и неорганических веществ. Современные приборы для вольтамперометрии позволяют снизить границу измеряемых концентрацией и добиться высокой селективности по определяемому веществу. Этот метод в настоящее время довольно успешно конкурирует с широко распространёнными методами атомно-абсорбционной спектрометрии.

Вольтамперометрический метод анализа основан на использовании явления поляризации микроэлектрода, получении и интерпретации вольтамперных (поляризационных) кривых, отражающих зависимость силы тока от приложенного к рабочему электроду напряжения.

Таким образом, вольтамперометрия основана на изучении поляризационных или вольтамперных кривых (кривых зависимости силы тока отнапряжения), которые получаются, если при электролизе раствора анализируемого вещества постепенно повышать напряжение и фиксировать при этом силу тока.

В вольтамперометрии используют два электрода: рабочий поляризуемый электрод с малой поверхностью и неполяризуемый электрод сравнения.

Если в качестве рабочего выбран электрод с постоянно обновляющейся поверхностью (например, ртутный капающий электрод), то метод анализа называют полярографическим (рисунок 4.2) .

Электролиз следует проводить с использованием легкополяризуемого электрода с небольшой поверхностью, на котором происходит электровосстановление или электроокисление веществ.

Поскольку в вольтамперометрии один из электродов не поляризуется и для него потенциал остаётся постоянным, подаваемое на ячейку напряжение проявляется в изменении потенциала только рабочего электрода. Таким образом, регистрируемая вольтамперная кривая (полярограмма) отражает

электрохимический процесс, происходящий только на одном электроде.

Если в растворе присутствуют вещества, способные электрохимически восстанавливаться или окисляться, то кривая имеет форму волны. В отсутствие электрохимической реакции эта зависимость линейна.

 

1 – электролизер; 2 – ртутный  капающий электрод (катод); 3 – резервуар ртути; 4 – гальванометр; 5 - реохорд

Рисунок 4.2 – Схема полярографической установки

 

Напряжение, при котором начинается электролиз, зависит, прежде всего, от природы восстанавливающихся ионов. Оно зависит также от концентрации этих ионов в растворе, от присутствия в растворе других электролитов, а также от того, находится ли определяемый металл в виде хлорида, нитрата, аммиачного комплекса и т.д.

Полярографическая кривая выглядит следующим образом.

 

 

Рисунок 4.3 – Измерение высоты волны (а) и пика (б) на полярограмме

 

При низких значениях потенциала (А), величина которого недостаточна для того, чтобы на рабочем электроде происходила электрохимическая реакция, через ячейку проходит очень незначительный остаточный ток. При увеличении потенциала электрохимически активное вещество (называемое деполяризатором) вступает в электрохимическую реакцию на электроде и сила тока в результате этого резко возрастает (В). Это ток называется фарадеевский ток. Сила тока возрастает до некоторого предельного значения, оставаясь затем постоянной (С).

Величина Е1/2 служит качественной характеристикой полярографически активного вещества.

Количественной характеристикой анализируемого соединения в по-лярографии является величина равная высоте волны (пика), которая является

линейной функцией концентрации (рисунок б).

В вольтамперометрии с успехом применяют также твёрдые микроэлектроды, изготовляемые из благородных металлов или графита. Конструктивно твёрдые электроды удобнее и безопаснее, чем ртутные, но область их применения несколько ограниченна.

Аналитические возможности вольтамперометрического метода анализа очень широки. Метод используют для определения неорганических и органических соединений различного состава. Интервал определяемых концентраций 10-2 - 10-6М, нижний предел достигает 10-9М, при определении малых концентраций погрешность не превышает 3 %.

3.Фальсификация молока.

За последние годы ассортимент и производство молока и молочных продуктов в России значительно увеличились. На рынке находятся сотни его наименований, и многие из них активно рекламируются, поэтому соблазн подделать или увеличить объемы молока и молочной продукции всегда имеется как у реализатора, так и у производителя молочной продукции. Сегодня проблемы с проведением всесторонней экспертизы всех видов молока и молочных напитков, поступаемого на рынки России, особенно актуальны.

При проведении экспертизы молока и молочных продуктов могут достигаться следующие цели исследования:

• идентификация вида молока и молочных продуктов;
• способы фальсификации и методы их выявления.

Молоко — представляет собой слегка вязкую жидкость (матово-белого цвета или с желтоватым оттенком и специфическим запахом), образующуюся в процессе лактации теплокровных млекопитающих животных.

Экспертиза может проводиться и с целью установления способа фальсификации молока и молочных продуктов. При этом могут быть следующие способы и виды фальсификации. 

Ассортиментная фальсификация может быть сделана  следующими способами: подмена одного вида молока другим; подмена цельного молока нормализованным или даже обезжиренным; подмена одного вида молочного мороженого другим; подмена одного вида сгущенных продуктов другим. Подмена одного молока другим очень часто бывает при продаже козьего молока. Поскольку козье молоко более приближенное к женскому по содержанию бифидоактивных сахаров, то оно реализуется и по более высокой цене. А вместо козьего молока зачастую продают коровье, которое практически близко по органолептическим показателям (вкусу, цвету, запаху) к козьему.

Происходит и подмена натурального (цельного) молока нормализованным. Поскольку в натуральном молоке содержание жира может достигать 4,5 и даже 6,0%, то подмена его нормализованным 2,5%-м молоком дает солидный доход фальсификатору. И молоко продал, и сливки себе еще остались. Отличить нормализованное молоко можно только по содержанию жира и более грубо по цвету, а точнее, по желтому оттенку молока.

Очень часто происходит подмена сгущенного молока с сахаром, концентрированным или сгущенным стерилизацией молока. Ведь если в сгущенке с сахаром содержится всего 26% воды и 74% сахара и компонентов молока, то в сгущенном стерилизацией молоке содержится 73% воды и только 27% полезных для организма компонентов. И естественно, производителям выгодно вырабатывать сгущенное стерилизованное молоко и реализовывать его под видом "Сгущенки с сахаром", которая так нравится многим потребителям.

Поскольку в летний период мороженое пользуется повышенным спросом — фальсификаторы тут же вместо сливочного мороженого "подсовывают" нам молочное, ну а более оборотистые могут "втюрить" его и вместо пломбира.

Но еще более распространенная фальсификация заполонила наш рынок — это ароматическое мороженое, в котором и молока-то нет. Все сделано на ароматизаторах, красителях и стабилизаторах. И вот вместо пломбира вам подают кусок льда белого цвета взбитого с воздухом.

Качественная фальсификация молока и молочных продуктов осуществляется следующими способами: разбавление водой; пониженное содержание жира; добавление чужеродных компонентов; раскисление прокисшего молока; нарушение рецептурного состава в мороженом, сухих детских молочных смесях; несоответствие искусственных смесей женскому молоку. Ни один пищевой продукт не фальсифицируется в таких размерах, как молоко.

Чаще всего молоко разбавляют водой. По этому поводу немец Шмидт-Мильгийм сказал, что если возможно было бы собрать все количество воды, употребляемой для разбавления молока, то образовался бы маленький океан, но океан настолько значительный, что флоты всего мира могли бы совершать по этому океану увеселительные прогулки. Д. В. Каншин приводит такие данные: в 1882 г. в Париже 30% проданного молока было разбавлено водой. Ну, а у нас в России трудно встретить нефальсифицированное молоко.

Имеются следующие способы выявления этой фальсификации.

1. Смешайте молоко и  спирт в соотношении 1:2. Смесь  некоторое время взбалтывайте  и быстро вылейте на блюдце. Если молоко не разбавлено, то не позже, чем через 5— 7 секунд в жидкости появятся хлопья. Если же хлопья появятся через больший промежуток времени, то молоко разбавлено водой. И чем больше в молоке воды, тем больше времени требуется для появления хлопьев.

2. Молоко с примесью  воды дает у стенок посуды  на границе широкое синее кольцо, на ногте не образует выпуклой капли, она расплывается, и если в нем есть еще и твердые примеси (мука, мел, поташ и др.), то на ногте остается осадок.

3. Определять уровень  разбавленности молока водой можно с помощью ареометра — прибора для определения плотности жидкости. Чем выше всплывает ареометр в молоке, тем больше в нем воды. Этот способ введен и в действующий стандарт.

Снижение содержания молочного жира. Самая обыкновенная и "невинная" подделка заключается в продаже снятого молока как цельного. Снятое молоко имеет синеватый оттенок, водянистость, капля его оставляет на ногте почти незаметный водянистый след. Такое молоко почти безвкусно, и его легко можно узнать. В настоящее время молоко вместо 2,5% жирности имеет 2,2—2,3%. Также же образом идет подснятие жира и в мороженом, сливках и многих других молочных продуктах.