Катедра по Общи хранителни технологии проф. Д-р К.-Х. Документи за семинар на Engel (W. Weiss) 280 nm 250 nm 220 nm

Катедра по Общи хранителни технологии проф. Д-р К.-Х. Документи за семинар на Engel (W. Weiss) A 280 nm 250 nm 220 nm

Семинар по химия на храните Walter Weiss зимен семестър 2011/12 Анализ на хранителната химия: Необходимост, практически изисквания, методи, подготовка на теста и последващи действия, подготовка на пробата, средна проба, статистическа оценка, определяне на грешки на минерални вещества (изгаряне), определяне на съдържанието на вода и сухо вещество, анализ на протеини и аминокиселини, анализ на въглехидрати, анализ на мазнините (съдържание на мазнини; ключови фигури; Спектър на мастни киселини) Ензимни анализи Оптични методи (UV/Vis фотометрия) Бързи методи (тест ленти, рефлектометрия) Техники за хроматографско разделяне (TLC, GC, HPLC) Примери за приложение 2

Методи 1) Класически, предимно мокрохимични процеси, предимно гравиметрични/титриметрични (претегляне: много прецизно!) Често: официален метод (арбитражен или референтен метод) за спешни случаи (напр. Ако автоматичен анализатор не успее) за калибриране на бързи методи често се използват ниски разходи за придобиване и устройства Недостатъци/ограничения: предимно могат да се определят само параметри на сумата (мазнини, протеини и др.), Трудоемки и отнемащи време, висока консумация на химикали; Изхвърляне на отпадъци (скъпо) 2.) Методи за бързо идентифициране напр. Измерване на плътността или обема; Рефрактометрия; Тестови пръчки (пръчка за потапяне); Рефлектометрия; TLC (полуколичествен) бърз, евтин -> за рутинен анализ, най-вече за контрол на процеса по време на производството на LM, идеален за откриване на превишаване или спадане на гранична стойност или за предварителен избор на анализи на проби Недостатък: по-малко точни от референтните методи 3) Инструментални (частично или напълно автоматизирани) HPLC методи, GC, FT-IR, NMR, ензимни анализи, ELISA zt едновременно определяне на няколко параметъра (мазнини, захар, протеини; напр. използване на Milkoscan или Winescan) най-вече много бързо; отчасти също много точни недостатъци високи разходи за придобиване (устройство) изисква се често калибриране сложна оценка 4

Пример: метод за определяне на плътността пикнометър (референтен метод, гравиметричен) огъващ осцилатор (инструментален анализ, напълно автоматизиран) хидрометър (бърз метод, обемно) 5

Представителна проба/средна проба хляб със сирене: хомогенизира сегмент (парче торта) Мляко Мляко: кремове -> разбъркайте внимателно (избягвайте навлизането на въздух, в противен случай промяната в плътността!) Наденица; растителна храна: отстранете негодни за консумация части (кожа, кора)! 7-ми

Определяне на минерали (пепел) Използвани са главно два метода: сухо изгаряне мокра (влажна) минерализация 1) сухо изгаряне пепел = остатък (= предимно минерали; вероятно и пясък!) Порцеланов или платинен тигел метод на работа отгрява се и се претегля претеглянето на пробата в овъгляването на порцелан/платина в тигел с IR радиатор + горелка на Бунзен, след което органичното вещество се изгаря в муфелната пещ при приблизително 520-550 С; Необходимо време: 2-3 часа Температура: 550 C летлив! (-> Загуби на сол!) След пълно изгаряне: Оставете тигела да се охлади в ексикатора и го претеглете. Предимно: Добавяне на реакционни ускорители (помощни средства за изгаряне) напр. H 2 O 2, Mg ацетат. изисква се ограничение Не е подходящ за определяне на силно летливи метали (особено за токсични микроелементи, например As, Hg, Cd, Pb съединения), тъй като прекалено високите загуби -> в този случай: извършете влажна минерализация 8

2) Мокра (влажна) минерализация (мокро изгаряне) При влажна (влажна) минерализация аналитът се обработва с летливи окислители в топлината, докато цялата органична материя се разложи. Обикновено в съд за смилане под налягане или при кипене под обратен хладник -> загубите се избягват до голяма степен Окислители: конц. Сярна киселина + азотна киселина Перхлорна киселина (60%) 65% азотна киселина (HNO 3) по-рядко: 50% водороден пероксид (H 2 O 2) Основно приложение: Приготвяне на пробата за определяне на силно летливи (особено токсични) микроелементи. Действително количествено определяне: чрез атомно-абсорбционна спектроскопия (AAS ) Апарат за обратен хладник с пулверизатор Принцип на линейния източник на AAS (куха катодна лампа) Монохроматор Детектор Съд за смилане под налягане Пламък без проба Пламък със солена проба Непрекъснато, както и спектър на емисия и абсорбция 9

Предимства относително евтин (шкаф за сушене, везни, алуминиеви съдове, морски пясък) паралелен метод (едновременен анализ на няколко дузини проби) относително малко усилия добра възпроизводимост на стойностите -> често предписван като референтен метод (официален метод) Недостатъци дълъг разход на време (3-4 часа) други летливи вещества (алкохоли, етерични масла) също се записват. Всъщност не се определя съдържанието на вода, а загубата при сушене -> ако е необходимо, се препоръчва калибриране с химичен метод за определяне на водата (например според Карл Фишер) Разлагане или химични реакции (напр. Реакция на Maillard) Вариант: Вакуумно сушилно шкафче при 70 C 2) Инфрачервено сушене Предимствата по-бързи от метода на сушилния шкаф (10-30 минути) могат да бъдат автоматизирани в комбинация с интегрирани везни; Онлайн измерване Недостатъци Нанесете само тънък слой от пробата Необходимо е калибриране чрез референтен метод (напр. Морски пясък за сушене или метод на Карл Фишер) Области на приложение Бърз метод, особено по време на производството на LM напр. за месни продукти, риба IR сушилня 3) Микровълнова сушене Предимство: много малко време е необходимо (5-10 минути) Недостатъци: подобно на IR сушене микровълнова сушилня 12

4) Принцип на азеотропна дестилация: Водата, съдържаща се в храната, се дестилира от пробата за анализ с хидрофобна течност (теглич), обикновено толуен или ксилол. След кондензация в градуирана тръба може да се отчете обемът на отделената вода. Възможност за предимство при използване на големи количества проби -> идеални за нехомогенни храни (напр. Кисело зеле) или високомаслени, силно вискозни проби (напр. Кремове) Недостатък сравнително неточен, тъй като измерване на обема на обратен хладник кондензирана кондензирана вода с мащаб на нагревателна плоча на трактора ) Принцип: Точката на замръзване на разтвор (напр. Мляко) се повишава чрез добавяне на вода -> откриване/количествено определяне на разреждането Предимства по принцип много точни; най-добрият метод за мляко може да бъде автоматизиран (в този случай също много бързо) Недостатък: изисква се много точно измерване на температурата (за мляко: около 10% криоскоп с добавяне на вода; 30 проби/час

5.2 Други методи за откриване на добавяне на вода Измерване на плътността (пикнометър, хидрометър, огъващ осцилатор) Рефрактометрия (напр. Серумна рефракция в млякото) Принцип: Плътността или индексът на пречупване на разтвора се променят при добавяне на вода. Промяната е (в определени граници) пропорционална на количеството добавена вода Предимство: много бързо измерване (изключение: пикнометър) Забележка: изисква се точен контрол на температурата, тъй като обемът (измерването) е силно зависим от температурата! РЕЗЮМЕ: Определяне на водата - Защо? Доказателство за фалшифициране или разреждане (мляко!) Срокът на годност на храната зависи от съдържанието на вода (по-точно: от нейната водна активност) (-> микроорганизми; ензимни дейности) + Мазнини + протеини + пепел), при условие че в храната няма големи количества други компоненти (напр. Диетични фибри) 14

Анализ на протеини и аминокиселини Протеините се състоят от аминокиселини; тяхното съдържание на азот се колебае само в тесни граници (N 15-18%; ø 16%) други източници на азот в храната обикновено са незначително Поради тези причини съдържанието на протеини в храната обикновено се определя от съдържанието на азот.На практика два метода: а) по Кьелдал б) по метод на Дюма по Келдал конц. H 2 SO 4 + Кат. + T H 3 BO4 4 HCl + NaOH Опростено представяне! Пробата се прави с конц. Сярната киселина се смила окислително в присъствието на катализатор (най-вече меден сулфат). Освен това добавяне на K 2 SO 4 за повишаване на точката на кипене (приблизително 370 C!) -> протеиновият азот се превръща в амониев сулфат: конц. H 2 SO 4 протеинов азот (NH 4) 2 SO 4 катализатор, T След като разграждането завърши: Оставете колбата да се охлади (!). След добавяне на dist. Излишъкът от вода и NaOH (проверете алкалната реакция!) Се освобождава от амониевия сулфат [(NH 4) 2 SO 4] амоняк (NH 3) (силната основа NaOH измества слабата основа NH 3 от нейната сол) и се превръща в парна дестилация кисела оригинална (предимно борна киселина) преувеличена (NH 4) 2 SO 4 + 2 NaOH 2 H 2 O + 2NH 3 + Na 2 SO 4 15

Охладителят NH 3 е свързан с борната киселина (слаба киселина) в приемника: H 3 BO 3 + NH 3 (NH 4) H 2 BO 3 (опростено представяне) Количеството на свързания амоняк (NH 3) се определя чрез титруване с 0.1 M Определя се солна киселина (HCl) (титруване на изместване) (NH 4) H 2 BO 3 + HCl NH 4 Cl + H 3 BO 3 (опростено представяне) NaOH излишък колба на Kjeldahl H 3 BO 3 Дестилация на пара Разходът на HCl може да бъде Изчислете съдържанието на азот N в пробата и от това съдържанието на суров протеин P с помощта на LM или специфичен за протеина фактор F (фактор на Kjeldahl) (обикновено 6,25): Храна LM/специфичен за протеина фактор F мляко 6,38 месо, риба, яйце 6, 25 Желатин 5,55 Ядки 5,40 P = N x F Пример: N съдържание (яйце) = 2,0% съдържание на протеин = (2,0 x 6,25)% = 12,5% 16

Апаратурно оборудване Kjeldahl - оригинален апарат Конвенционален апарат за паралелни анализи Напълно автоматичен апарат за множество анализи 17

Определяне на азот съгласно принципа на Дюма Пълно окисляване на органичния материал в пробата чрез изгаряне в кислородна атмосфера при температури 900 C - 1000 C. Изгорелите газове (CO 2, H 2 O, NO x и N 2 се прекарват през гореща мед, за да се добави кислород премахване и превръщане на съществуващите азотни оксиди (NO x) в азот (N 2) Получената газова смес се прекарва през уловител на CO 2 -/H 2 O Останалият N 2 е обемна (традиционния метод) или - в напълно автоматични устройства - с помощта на детектор за топлопроводимост и съдържанието на протеин се определя от количеството азот, като се използва формула за конверсия. Структура на апарата (принцип) O 2 CO 2 N 2 CuO + CuO Cu мрежово вещество приблизително 900 CN 2 OO 2Cu + 2NO 2CuO + N 2 50% KOH Предимства в сравнение с Kjeldahl Метод Изключително кратко време за анализ (само 3-5 минути на проба) Не се изискват агресивни химикали Висока степен на автоматизация Идеална за серийни анализи Недостатъци Висока инв инвестиционни разходи; В допълнение, газове с висока чистота, необходими в допълнение към амино (протеинов) азот, други азотни съединения (напр. Нитро съединения (R-NO 2)) също се записват за отделни анализи: методът на Kjeldahl по-евтин 19

Автоматизирано определяне на азот съгласно сондата на Dumas Helium O 2 - захранваща пещ воден кондензатор мед TCD GC колонен детектор CuO CO 2 - отстраняване 20

Специални методи за определяне на протеини и аминокиселини Примери: Колориметрично-фотометрични методи за определяне на протеини (напр. Според Lowry или Bradford) Формол титруване Определяне на хидроксипролин (съединителна тъкан) Метод на свързване на багрилото съгласно принципа на Брадфорд: В присъствието на протеини и киселинна стойност на pH -> изместване на максимума на абсорбция на CBB 250 G от 465 nm до 595 nm (червено-виолетово) -> фотометрично определяне Калибрационна крива Coomassie Brilliant Blue 250 G Област на приложение: Основно в клиничната химия и биохимията; по-рядко при анализ на храни (преди това: определяне на съдържанието на протеини в млякото) Титриране на Формол За обобщеното записване на свободни аминокиселини, напр. в плодов сок Формуларният номер обозначава количеството 0,1 M разтвор на NaOH в ml, което се използва за неутрализиране на Н + йони, които се отделят, когато 100 ml от тестовата течност реагират с воден разтвор на формалдехид R-CH-COO - + 2 HCHO R-CH-COO - + H + II NH 3 + N- (CH 2 OH) 2 титруване на аминокиселина формалдехид с 0,1 М NaOH 21

Определяне на хидроксипролин (съединителна тъкан) Аминокиселината 4-хидроксипролин се среща само в съединителната тъкан, в постоянен дял от около 12,5%. Следователно може да се използва за определяне на дела на съединителната тъкан (сухожилия, хрущяли, кожа) в месните продукти. Принцип Хидроксипролин (I. ) се освобождава от протеина на съединителната тъкан чрез киселинна хидролиза и се окислява до пирол (II) от хлорамин Т. Този продукт на окисление образува червено оцветен кондензен продукт (IV) с добавен р-диметиламинобензалдехид (III), чиято концентрация се определя фотометрично при 558 nm. Вол. (I) (II) (III) (IV) Цветна реакция (виж по-горе) + + 6N HCl Киселинен протеин хидролиза Фотометрично измерване Отчетете концентрацията на хип от калибрационната крива 22

Тънкослойна хроматографска детекция на отделни захари AV 1 V 2 A Определяне на захарния състав на даден хранителен продукт, бърз, лесен за използване, евтин и надежден метод Размерът и интензитетът на петна позволяват полуколичествена оценка на количеството на отделните захари, често използвани и за предварителна селекция на проби за по-нататъшни анализи Ензимно определяне на отделните захари UV фотометрични тестове за определяне на монозахариди (напр. Глюкоза, фруктоза), дизахариди (захароза, лактоза, малтоза) и полизахариди (нишесте, инулин) Предимства: високо специфично определяне на отделните видове захар в смеси 24

Принцип на определяне на POZ се произвежда определено количество мастна проба, разтворена в хлороформ/ледена оцетна киселина, смесена с калиев йодид (KI) чрез окислително-редукционна реакция с хидропероксиди, свободен йод (I 2), определяне на количеството I 2, получено чрез титруване с натриев тиосулфат Стандартен разтвор (индикатор: нишесте) 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 O 6 2- Откриване/определяне на епихидрин или малондиалдехид По-нататъшна реакция или разлагане на хидропероксидите -> алдехиди/кетони Откриването на отделни алдехиди в края на деградационната верига (особено епихидрин и малондиалдехид) се осъществява чрез цветна реакция (колкото по-интензивен е цветът, толкова повече алдехид наличен) или с помощта на HPLC + 2 малондиалдехид (е тавтомерен към епихидриналдехид) 2-тиобарбитурова киселина оцветен/флуоресцентен кондензен продукт + + + 32

Готовността за окисление на масло/мазнина POZ позволява само ограничени изявления относно стабилността на съхранение на масло, тъй като съдържанието на радикални чистачи (напр. Токофероли, витамин Е) също играе важна роля (тези радикални инхибитори инхибират автоокислението) Ускоряване на автоокислението след консумация на тези антиоксиданти -> измерване готовността за окисляване след съхранение при повишена температура чрез определяне на POZ или с помощта на Rancimat. Определяне на окислителната стабилност на мазнините/маслата чрез Rancimat. Пропускане на въздушен поток през пробата при 50 220 C (в зависимост от мазнината/маслото) Летливите продукти на окислението (включително летливите киселини) са с прехвърля се във въздушния поток в измервателен съд с абсорбционен разтвор и след това се определя количествено чрез измерване на проводимостта 120 C 110 C измервателна сонда 100 C входящ въздух реакционен съд масло/мазнина проба нагревателен блок (50-200 C) измервателна клетка с абсорбиращ разтвор (вода) 10 h 15 h индукционно време при 120 C 3 h 110 C 6 h 100 C 12 h Индукционни времена на автоокисление в зависимост от температурното натоварване на мазнина/масло Проводимост Ранцимат измервателен уред Време на индукция 33