Лабораторная работа № 7 определение массовой доли липидов

Цель: овладение методами количественного определения массовой доли липидов и проведение сравнительного анализа полученных данных.

Задание:

1. Определить содержание массовой доли липидов в представленных образцах сырья и пищевых продуктов различными количественными методами.

2. Провести математическую обработку полученных данных.

3. Провести сравнительный анализ полученных данных, представленных в виде сводной таблицы.

4. Сделать заключение о проделанной работе.

Теоретические сведения

Жиры представляют собой основную группу органических соединений, выделенных в класс липидов. Помимо жиров, к липидам относятся жироподобные вещества — воски, стероиды, фосфолипиды и др., объединенные под общим названием липоидов. Липиды чрезвычайно широко распространены в природе. Они участвуют в построении клеточных структур животных и растительных тканей, в биохимических процессах, протекающих на клеточном уровне. Липиды легко образуют многочисленные комплексы с белками, углеводами и другими органическими соединениями, которые выполняют важные физиологические функции — обеспечивают окислительно-восстановительные процессы на клеточном уровне, принимают участие в биосинтезе белков, обеспечивают одностороннюю проницаемость и перенос веществ через клеточные мембраны, принимают участие в высшей нервной деятельности и т. д.

Жиры являются самыми распространенными соединениями класса липидов. По химическому строению — это триглицериды — сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта — глицерина. В состав природных триглицеридов в различных сочетаниях входят десятки органических кислот, отличающиеся числом углеродных атомов в молекуле, наличием или отсутствием двойных связей, содержанием оксигрупп в углеводородном радикале и т. д., что и определяет многообразие природных жиров.

В больших количествах в состав жиров входят олеиновая и пальмитиновая кислоты, за что их называют главными жирными кислотами.

Жиры животного и растительного происхождения существенно отличаются.

Животные жиры более богаты по набору высших жирных кислот, в их состав входят кислоты с числом углеродных атомов от 20 до 24, причем преобладают насыщенные жирные кислоты.

В составе растительных жиров преобладают ненасыщенные жирные кислоты — олеиновая, линолевая, линоленовая, а из предельных в значительных количествах содержится лишь пальмитиновая кислота.

Характер входящих в состав жира высших жирных кислот и определяет его физические свойства. Если в составе триглицерида преобладают насыщенные жирные кислоты с высокой температурой плавления, то и триглицерид — твердый (бараний жир, говяжий жир и др.), если же в его составе в основном ненасыщенные жирные кислоты—при обычных условиях это жир жидкий (растительные масла).

Жиры, окисляясь в организме, обеспечивают его энергией: при распаде 1 г жира до диоксида углерода и воды выделяется 38,9*10³—40,0*10³ Дж, тогда как при распаде 1 г углеводов или белков всего 17,1*10³ Дж.

За счет энергетической ценности жиров, входящих в состав пищевого рациона, организм человека покрывает до 30% расходуемой энергии.

Пищевая ценность жиров определяется их составом, усвояемостью и наличием в них так называемой нежировой фракции — жирорастворимых витаминов, фосфатидов, стеринов и др.

Общим свойством липидов является их нерастворимость в воде, но хорошая растворимость в органических растворителях — бензоле, бензине, петролейном эфире, серном эфире, ацетоне, хлороформе, сероуглероде, метиловом и этиловом спирте и т. д. На этом свойстве и основаны почти все методы количественного определения жира. В качестве растворителя чаще всего употребляют этиловый (серный) или петролейный эфиры. При экстрагировании эфиром, помимо жиров, одновременно из навески продукта извлекается все, что растворяется в эфире. Из жироподобных веществ извлекаются воски, стерины, свободные жирные кислоты и др. Если же эфир недостаточно чист и содержит примеси спирта, ацетона, влаги, то в него могут переходить вещества, не относящиеся к классу липидов — смолы, спирты, красящие веще­ства, сахара, альдегиды, кетоны. Если в навеске продукта содержались эфирные масла, они тоже перейдут и вытяжку.

Вещества, извлекаемые с помощью растворителя из навески продукта, условно называют сырой жир. Так как состав сырого жира в значительной степени зависит от чистоты растворителя, перед использованием растворитель очищают от воды и спирта, а испытуемый материал обрабатывают холодной водой для удаления сахаров и затем высушивают.

Существует четыре группы методов количественного определения сырого жира.

К первой группе относятся методы, которые позволяют практически полностью извлекать жир из навески путем многократного его экстрагирования растворителем в специальном аппарате. Из полученной вытяжки отгоняют растворитель, а остаток высушивают и взвешивают (метод Сокслета).

Вторая группа методов предусматривает извлечение жира из навески испытуемого вещества путем настаивания с растворителем в колбе с притертой пробкой в течение определенного времени. Раствор фильтруют, растворитель отгоняют, остаток высушивают и взвешивают.

В третьей группе методов навеску продукта обрабатывают через повторную экстракцию растворителем до полного удаления жира из нее. Обезжиренный остаток испытуемого вещества высушивают, взвешивают и по разнице массы до и после экстракции находят содержание жира в продукте (метод Рушковского).

В четвертой группе методов навеску продукта обрабатывают растворителем с высоким коэффициентом преломления (бром-нафталин-α и др.) для извлечения из нее жира. Смесь фильтруют, фильтрат наносят на призму рефрактометра и определяют коэффициент преломления раствора жира в растворителе. Зная коэффициент преломления чистого растворителя, рассчитывают содержание жира в продукте (рефрактометрические методы определения жира).

Порядок выполнения работы

Порядок определения жира арбитражным методом по обезжиренному остатку

Сущность метода: метод основан на экстракции жира из исследуемого продукта серным или петролейным эфиром в экстракционном аппарате Сокслета и последующем весовом определении количества жира по разности между навеской исследуемого вещества до экстракции и после экстракции.

Проведение испытаний

Приготовление навески: Тщательно измельченную пробу перемешивают и, не давая отслоиться жиру, быстро отбирают с точностью до 0,0001 г навеску около 5 г в небольшую фарфоровую чашку или часовое стекло, помещают в сушильный шкаф и высушивают в течение 3-4 ч при температуре 100-105°C. Высушенную навеску количественно переносят на заранее высушенный прямоугольный пакет из фильтровальной бумаги размером 6x7 см.

Чашку или часовое стекло протирают небольшим кусочком ваты, смоченной эфиром, и эту вату присоединяют к навеске на фильтровальной бумаге.

Затем фильтровальную бумагу с навеской завертывают в виде патрона. Для предотвращения возможных потерь пакеты завертывают в несколько больший кусок предварительно высушенной фильтровальной бумаги размером 7x8 см так, чтобы линии загиба обоих пакетов не совпадали.

Бумажный пакет с навеской и ваткой помещают в высокую бюксу или на часовое стекло, высушивают для удаления эфира в сушильном шкафу в течение 10-15 мин. и после охлаждения в эксикаторе взвешивают с точностью до 0,0001 г.

Экстрагирование: Экстрагирование жира проводят в экстракционном аппарате Сокслета. Приготовленные таким образом несколько пакетов с отметкой графитным карандашом на каждом помещают в экстрактор аппарата и подвергают экстрагированию петролейным или этиловым эфиром. Эфир должен быть предварительно очищен от перекисей, высушен хлористым кальцием или сернокислым натрием и перегнан. Количество эфира, вливаемого в экстрактор аппарата, должно быть достаточным, чтобы он по сифонной трубке переливался в колбу-приемник. Нагревание ведут на электрической водяной или песочной бане. Кипение должно быть равномерным, так чтобы за 1 час происходило 10-15 сливаний эфира. При соблюдении этих условия полная экстракция жира из навески заканчивается через 4-5 часов. Для определения конца экстрагирования на часовое стекло наносят каплю растворителя, стекающего из экстрактора, и если на стекле после испарения эфира не остается жирового пятна, экстрагирование считают законченным.

При перерыве в работе пакеты в экстракторе должны оставаться погруженными в эфир.

После полного извлечения жира пакеты вынимают из экстрактора, помещают в бюксы или на часовые стекла, на которых пакеты взвешивались до экстракции, и высушивают сначала 20-30 мин. в вытяжном шкафу для удаления эфира, а затем 1,5 - 2,0 ч в сушильном шкафу при температуре 100-105°C и взвешивают с точностью до 0,0001 г.

Расчетная формула:

где:

m - масса навески продукта, г;

m₁ - масса пакета с сухой навеской и с кусочком ваты до экстрагирования, г;

m₂ - масса пакета с сухой навеской и с кусочком ваты после экстрагирования, г.

Взвешивание производят с точностью до 0,0001 г. За конечный результат испытаний принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, рассчитанное с точностью до 0,1%. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 0,5% при содержании жира до 12%; 1% - при содержании жира от 12,1 до 20%; 1,9% - при содержании жира от 20,1 до 30%.

При расчете содержания жира в 1 г порции блюда (изделия) в числитель вместо 100 подставляют массу порции (изделия) с учетом упаривания или добавления воды.

Порядок определения жира рефрактометрическим методом (ускоренный метод)

Сущность метода: метод основан на извлечении жира из навески изделия растворителем, определении коэффициентов преломления растворителя (растворитель альфа-бромнафталин (монобромнафталин) с показателем преломления около 1,66 или альфа-хлорнафталин с показателем преломления около 1,63) и раствора жира и вычислении его процентного содержания в изделии по соответствующей формуле и предназначен для определения содержания жира в мучных кулинарных, сдобных булочных, мучных кондитерских полуфабрикатах и изделиях, овощных полуфабрикатах.

Подготовка прибора: Проверка нулевой точки рефрактометра. Перед началом работы с рефрактометром проверяют нулевую точку прибора при помощи дистиллированной воды. Для этого 1-2 капли дистиллированной воды помещают между призмами, затем окуляр шкалы и окуляр зрительной трубы устанавливают так, чтобы визирные линии были четко видны.

Визирную линию окуляра шкалы устанавливают на 1,3339 (показатель преломления дистиллированной воды при +20°C) и в зрительную трубу наблюдают границу светотени по отношению к точке пересечения двух взаимно перпендикулярных визирных линий. При помощи специального ключа и винта ставят границу светотени на точку пересечения визирных линий, устанавливая прибор на нуль.

Проведение испытания. В фарфоровую ступку с прокаленным песком (1-2г) отвешивают гомогенизированную пробу, величина которой равна: при содержании жира более 30% - 0,5гр.; от 20 до 30% - 0,75гр; от 10 до 20% - 1,0гр; от 5 до 10% - 1,5гр.; менее 5% - 2-5гр. Пробу подсушивают на песочной бане до полного испарения влаги, охлаждают в эксикаторе, измельчают и берут навеску 2 г. Пробы с содержанием влаги менее 12% исследуют без предварительного подсушивания.

Навеску растирают пестиком 2-3 мин., затем калиброванной пипеткой приливают 2см3 растворителя и вновь все растирают в течение 3 мин., а затем фильтруют содержимое через бумажный фильтр в пробирку. Фильтрат перемешивают стеклянной палочкой, 2 капли фильтрата наносят на призму рефрактометра, предварительно протерев призмы спиртом, термостатируют 2-3 мин. и отсчитывают показатель преломления. Одновременно отмечают температуру с точностью до 0,1°C. Определение повторяют 2-3 раза, беря за результат среднее арифметическое.

Во избежание испарения растворителя продолжительность фильтрации и определение показателя преломления должны быть не более 30 мин.

Коэффициент преломления приводят к 20°C с внесением температурной поправки (табл. 23).

Таблица 23 - Поправка при рефрактометрическом определении показателя преломления жира и смеси жиров для температур от 15 до 35⁰С

Поправку на температуру можно не вводить, если одновременно с исследуемой пробой (т.е. при одинаковой температуре) определять коэффициент преломления чистого растворителя. Температурные поправки на коэффициент преломления монобром- или монохлорнафталина и раствора жира в нем практически одинаковы, поэтому разность коэффициентов преломления растворителя и жира при одной и той же температуре равна разности коэффициентов преломления их, определенных при 20°C.

Расчетная формула:

где:

Vр - объем растворителя, взятый для извлечения жира, см3;

- плотность жира при 20°C, кг/м3;

Пр - показатель преломления растворителя;

Прж - показатель преломления раствора жира в растворителе;

Пж - показатель преломления жира (табл. );

m - масса навески продукта, г.

Массовую долю жира (Х ) в процентах в пересчете на сухое вещество вычисляют по формуле:

где W - массовая доля влаги в исследуемом продукте, %.

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, вычисленное с точностью до 0,01. Предел возможных значений погрешности измерений 0,5% (Р = 0,95).

Примечания:

1. При вычислении массовой доли жира пользуются показателями преломления и плотности жиров (табл. 24).

Таблица 24 - Показатели преломления и плотности жиров при 20⁰С

2. Если в исследуемом продукте находится смесь жиров, то показатель преломления и плотность допускается определять расчетным путем.

Показатель преломления смеси жиров допускается также определять экстрагированием жира из исследуемого продукта следующим образом: 5 - 10г измельченного продукта смешивают с 15 – 20см³ этилового или петролейного эфира, хлороформа или четыреххлористого углерода, взбалтывают в течение 10 мин., вытяжку профильтровывают в колбу, растворитель полностью отгоняют, остаток подсушивают в сушильном шкафу при температуре 100 - 105°C в течение 30 мин. и определяют показатель преломления смеси жиров с учетом поправки на температуру.

3. Для неизвестных жира и смеси жиров плотность принимают равной 930 кг/м³.

4. Если исследуемый продукт содержит более 5% воды, то ступку с навеской помещают в сушильный шкаф и подсушивают навеску при температуре 100 - 105°C в течение 30 мин., затем в ступку, после ее охлаждения до комнатной температуры, приливают микропипеткой растворитель.

5. При хорошем растирании навески с растворителем в ступке, когда смесь перенесена на фильтр, разрешается стекающие из воронки капли раствора жира в растворителе наносить на призму рефрактометра, не дожидаясь, когда профильтруется вся смесь.

Порядок определения жира кислотным методом

Сущность метода:

Метод распространяется на молоко и молочные продукты, кроме молочных консервов и сухих молочных продуктов и основан на выделении жира из молоко и молочных продуктов под действием концентрированной серной кислоты и изоамилового спирта с последующим центрифугированием и измерением объема выделившегося жира в градуированной части жиромера.

Для выделения жира из молочного продукта необходимо разрушить адсорбионные оболочки вокруг жировых шариков. С этой целью приливают серную кислоту, переводящую казеинат кальция в растворимое комплексное соединение казеината с серной кислотой по уравнению

Изоамиловый спирт уменьшает поверхностное натяжение жировых шариков, ускоряя удаление с них липопротеиновых оболочек, вступает в реакцию с серной кислотой, образуя сложный эфир, растворимый в серной кислоте по уравнению

Проведение испытаний:

В сухой жиромер (рис.10), стараясь не смачивать горлышко, вносят цилиндром 10см³ серной кислоты плотностью 1,81-1,82г/см³. Затем отмеривают необходимое количество исследуемого продукта (табл. 25). Далее приливают 1см³ изоамилового спирта. Необходимо соблюдать указанную последовательность внесения жидкостей, так как если нарушать ее и внести вначале молоко, то образующийся в узкой части прибора сгустки свернувшегося белка затрудняют определение. Смешивание кислоты и молока приводят к сильному нагреванию смеси, поэтому необходимо держать жиромер в момент его заполнения реактивами в штативе.

Рисунок 10 – Бутирометр (жиромер)

Таблица 25 - Условия проведения измерений

Жиромер закрывают пробкой, переворачивают несколько раз до полного растворения белков, обернув его при этом полотенцем или поддерживая пробку указательным пальцем. Затем помещают жиромеры в водяную баню с температурой 65±2⁰С на 5 минут пробками вниз, после чего вставляют симметрично в гнезда центрифуги. В случае нечетного числа вставляют жиромеров добавляют еще один, заполненный водой. Жиромеры должны размещаться градуировочной частью к центру (в горизонтальной центрифуге), либо кверху (в вертикальной размещенных патронах). Длительность центрифугирования 5 минут при частоте вращения 1000-1200 об/мин.

Во время центрифугирования температура смеси в жиромерах снижается, а так как шкала жиромера отградуирована при температуре 65⁰С, то после центрифугирования их снова помещают в водяную баню с температурой 65⁰С на 5 минут. Затем, сохраняя вертикальное положении прибора, вынимают их из воды, вытирают полотенцем, поддерживая пробку, и производят отсчет содержания жира.

При отсчете жиромер держат вертикально, граница жира должна находится на уровне глаза. Движением пробки вверх и вниз устанавливают нижнюю границу столбика жира на целом делении шкалы жиромера и от него ведут отсчет до нижней точки мениска верхней части столбика жира. Граница раздела жира и кислоты должна быть четкой, а столбик жира прозрачным.

При наличии кольца (пробки) буроватого или темно-желтого цвета, а также различных примесей в жировом столбике анализ повторяют.

Показания жиромера соответствует содержанию жира с молоке в %. Объем десяти малых делений шкалы молочного жиромера соответствует 1% жира в продукте. Отсчет жира проводят с точностью до 0,1%. Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,1% жира.

Контрольные вопросы

1. На чем основаны методы определения жира?

2. Как устроен аппарат Сокслета?

3. Какие вещества применяются для экстрагирования жира из навески продукта?

4. Что входит в понятие «сырой жир»?

5. В заключается кислотный метод определения жира?