Spośród najbardziej powszechnych zastosowań hydrokoloidów można wymienić:

Transkrypt

1 Wstęp 1) OZNACZENIE LEPKOŚCI ROZTWORÓW WYBRANYCH HYDROKOLOIDÓW ZA POMOCĄ LEPKOŚCIOMIERZA BROOKFIELDA We współczesnym przemyśle spożywczym stosuje się bardzo wiele czynników umożliwiających sterowanie zagęszczaniem bądź żelowaniem produktu. Substancje takie to najczęściej biopolimery o różnej masie cząsteczkowej, rozpuszczalne w wodzie lub tworzące w niej zawiesinę. Związki takie zwiększają lepkość roztworów lub tworzą żele, często również wykazując właściwości emulgujące i stabilizujące. Stosuje się je w celu zapobiegnięcia retrogradacji, stabilizacji emulsji, lepszego związania wody oraz ukształtowania odpowiedniej tekstury produktu. W zależności od pochodzenia można je podzielić na: I. Naturalne: a. Wydzieliny roślin, np. guma arabska, tragakant, karaja, tara. b. Składnik roślin wyższych w postaci ekstraktu, np. pektyna lub wyizolowanego składnika, np. skrobia, mączka chleba świętojańskiego, c. Składniki wodorostów, np.agar, alginiany, karagen, d. Produkty pochodzenia zwierzęcego, np. żelatyna, e. Substancje wytwarzane przez drobnoustroje, jak np. dekstran, ksantan, kurdlan. II. Surowce roślinne modyfikowane metodami chemicznymi i fizycznymi, jak np. celulozy, pektyna aminowana, skrobie modyfikowane. III. Syntetyczne otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej, jak np. poli- N- winylopirolidon (PVP). Wszystkie te związki mogą pełnić jedną lub kilka istotnych ról w kształtowaniu właściwości produktu spożywczego: I. Zagęszczają - zwiększenie lepkości produktu. II. Żelują - zmiana struktury z ciekłej w stałą. III. Stabilizują - umożliwiają utrzymanie stałej struktury przez dłuższy czas. Spośród najbardziej powszechnych zastosowań hydrokoloidów można wymienić: I. 1.Zwiększenie lepkości i nadanie tekstury. II. 2.Wywołanie uczucia pełności w ustach. III. 3.Wywoływanie uczucia sytości. IV. 4.Zapobieganie retrogradacji skrobi. V. 5.Zapobieganie krystalizacji. VI. 6.Przedłużenie utrzymywania gazów w napojach. VII. 7.Wiązanie wody. Reologia (od gr. rhéos płynący) dział mechaniki zajmujący się plastycznymi deformacjami (odkształceniami) oraz płynięciem materiałów. Płyny można podzielić na taka zwane płyny newtonowskie i spełniające prawo newtona τ = ηγ = const. (gdzie τ - naprężenie styczne; η - lepkość; γ - szybkość ścianania) i na nienewtonowskie czyli takie które nie spełniają tej zależności. 1

2 γ Krzywa płynięcia płynu nie newtonowskiego γ Krzywa lepkości płynu nie newtonowskiego τ = Kγ n - równanie opisujące krzywą płynięcia η = Kγ n 1 - równanie opisujące krzywą lepkości Wykonanie oznaczenia Do wytarowanej kolby stożkowej z szeroką szyją o pojemności 300 ml z mieszadłem teflonowym odważyć dany hydrokolid (guma ksantanowa; mączka chleba świętojańskiego, guma guar) w ilości koniecznej do sporządzenia 300 ml wodnych roztworów o stężeniu 0,4% (w/v)(w przeliczeniu na suchą substancję wilgotność hydrokoloidów 10%). W tym celu do odważonych hydrokoloidów wlać 300 ml wody destylowanej, dokładnie wymieszać i zważyć. Następnie zlewkę umieścić w łaźni wodnej i ogrzewać w temperaturze 90 o C, przez 20 minut. Po zakończeniu ogrzewania roztwór ochłodzić do 20 ±1 o C (temp. pokojowa). Zlewkę osuszyć dokładnie z zewnątrz i uzupełnić wodą destylowaną do poprzedniej masy. Mieszać 5 min w temperaturze 20 ±1 o C. Wykonanie oznaczenia Roztwór hydrokoloidów przelać do zlewki niskiej na 250 ml, zanurzyć czujnik pomiarowy wizkozymetru rotacyjnego do głębokości oznaczonej wcięciem i rozpocząć pomiar lepkości. Czujnik pomiarowy (od R2 do R6 dobrać w zależności od lepkości roztworu). Lepkość zmierzyć przy prędkości obrotowej 2,5; 3; 6; 10; 20; 30; 50; 60; 100; 200 obr/min. Odczytać wynik pomiaru a na wykresie przedstawić zależność pomiędzy prędkością obrotową (szybkością ścinania) a lepkością roztworu. Do danych eksperymentalnych dopasować model potęgowy w postaci: gdzie : η - lepkość [mpas] γ - szybkość ścinania 1/s n - wskaźnik płynięcia [-] K - współczynnik konsystencji [Pas n ] η = Kγ n 1 2) OZNACZENIE KWASOWOŚCI DEKSTRYN WEDŁUG PN-71/A

3 Wstęp Kwasowość dekstryn jest jednym z kluczowych parametrów rzutujących na możliwości ich zastosowania zarówno w przemyśle spożywczym jak i poza nim. Dyskwalifikująca jest szczególnie zbyt wysoka kwasowość, będąca rezultatem błędów w trakcie procesu produkcyjnego niedokładnego usunięcia kwasów mineralnych służących do hydrolizy skrobi. W przypadku dekstryn białych kwasowość można określać przy pomocy konwencjonalnego miareczkowania alkacymetrycznego z użyciem fenoloftaleiny. Dla tej dekstryny zmiana barwy jest wyraźna i pozwala na wizualne określenie punktu końcowego. Analiza kwasowości dekstryn żółtych, ze względu na ich barwę musi jednak być prowadzona potencjometrycznie. W metodach potencjometrycznych do celów analitycznych wykorzystuje się pomiar SEM (siły elektromotorycznej) ogniwa zbudowanego z elektrody porównawczej oraz wskaźnikowej zanurzonych w badanym roztworze. Wartość SEM ogniwa zależy od potencjałów elektrod, a potencjały te są zależne od stężenia jonów (oksoniowych) w badanym roztworze. W ramach ćwiczenia wykonać analizę komercyjnych dekstryny białej oraz żółtej. Otrzymane wartości porównać z danymi producenta. Wykonanie oznaczenia dla dekstryn białych Do kolby stożkowej o pojemności 250 ml odważyć na wadze technicznej 25±0.01 g badanej dekstryny i dodać 100 ml wody destylowanej wolnej od dwutlenku węgla. Następnie dodać 10 kropli roztworu fenoloftaleiny, wymieszać i szybko miareczkować 0,1 mol/l roztworem wodorotlenku sodowego przy ciągłym energicznym mieszaniu. Miareczkowanie jest zakończone, gdy powstałe wyraźnie różowe zabarwienie roztworu utrzyma się przez 1 min. Wykonanie oznaczenia dla dekstryn żółtych i żółtopodobnych Do zlewki o pojemności 150 ml odważyć na wadze technicznej 10±0.01 g badanej dekstryny i dodać 100 ml wody destylowanej wolnej od dwutlenku węgla. Po dokładnym wymieszaniu i rozpuszczeniu próbki miareczkować potencjometrycznie 0,1 mol/l roztworem wodorotlenku sodowego przy ciągłym mieszaniu. Miareczkowanie jest zakończone, gdy pehametr wykaże wartość ph=8,3. Kwasowość badanych dekstryny obliczyć w stopniach kwasowości (czyli w mililitrach 1 mol/l roztworu NaOH na 100 g produktu). Za wynik przyjąć średnią arytmetyczną wyników dwóch równoległych oznaczeń nieróżniących się więcej niż o 0,1 ml. Wynik podawać z dokładnością do 0,1 ml. 3) BADANIE PROCESU HYDROLIZY ENZYMATYCZNEJ SKROBI RÓŻNEGO POCHODZENIA BOTANICZNEGO Wstęp Skrobia, jako biopolimer zbudowany z powtarzających się jednostek glukozowych ulega, podobnie jak dwucukry i inne oligosacharydy, reakcjom hydrolizy. Pod nazwą tą rozumie się rozpad wiązania glikozydowego w środowisku wodnym w obecności katalizatorów 3

4 kwasowych (hydroliza kwasowa) lub enzymatycznych (hydroliza enzymatyczna), połączony dodatkowo z przyłączeniem cząsteczki wody do każdego zhydrolizowanego wiązania. Enzymy stosowane do hydrolizy skrobi podzielić można na 5 grup: endoamylazy, egzoamylazy, enzymy usuwające rozgałęzienia, izomerazy oraz glikozylotransferazy cyklodekstryn. a. Przygotowanie roztworu analitycznego Do 20 wialek na 7ml pobrać po 1 ml roztworu DNS. b. Badanie procesu hydrolizy enzymatycznej skrobi ziemniaczanej W dwóch kolbkach stożkowych o pojemności 200ml odważyć po 200mg skrobi ziemniaczanej w przeliczeniu na sucha masę (wilgotność skrobi 11%). Dodać po 60ml roztworu buforowego o ph = 5.2. Obie kolbki umieścić pod chłodnicami zwrotnymi, doprowadzić do wrzenia, a po jego osiągnięciu całość gotować 15min (uważając żeby skrobia dobrze kleikowała i się nie przypaliła). Po zakończeniu ogrzewania zawartość kolbek ochłodzić do temperatury 45 o C. Kolbki umieścić w łaźni wodnej z wytrząsaniem ustawionej na temperaturę 45 C Dodać po 0.3ml roztworu enzymu (do jednej kolbki roztwór glukoamylazy a do drugiej α-amylazy). Wraz z dodaniem enzymu rozpocząć pomiar czasu procesów. Zaraz po dodaniu enzymu z każdej kolbki pobrać próbki zerowe (czas t= 0min) w ilości po 0,25ml (pobrać przy pomocy pipety automatycznej). Próbki umieścić w wialkach z DNS. Kolejne próbki pobierać w odstępach czasowych zgodnie z poniższą tabelą w sposób analogiczny jak dla próbki po czasie zero. Dodatkowo przygotować także próbkę na zero analityczne (do wialki na 7ml dodać 1 ml roztworu DNS oraz 0,25ml wody destylowanej). 4

5 ID Czas pobrania próbki, min Po zakończeniu reakcji wszystkie wialki (20 + zero analityczne) dokładnie zakręcić i ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej przez 10min. Po zakończeniu ogrzewania ochłodzić, dodać po 2,75mL wody i zmierzyć absorbancję przy długości fali λ = 540nm (względem zera analitycznego). c. Opracowanie wyników a) Otrzymane absorbancję przeliczyć na stężenie glukozy zgodnie z krzywą kalibracyjną dostarczoną przez prowadzącego. b) Wykreślić wykresy zależności stężenia glukozy od czasu dla obu układów enzymatycznych. c) Określić początkową szybkość reakcji obu procesów jako tangens nachylenia prostoliniowej części otrzymanej funkcji nieliniowej. d) Obliczyć końcowy stopień hydrolizy jako ilość glukozy powstającej po 60min w całej mieszaninie reakcyjnej (na 60ml) w stosunku do naważki skrobi z uwzględnieniem suchej masy. e) Porównać oba procesy. 4) OZNACZANIE ZAWARTOŚCI CUKRÓW REDUKUJĄCYCH WEDŁUG PN-71/A W trakcie depolimeryzacji skrobi z niewielkiej ilości długich łańcuchów (amylozy) lub rozgałęzionych cząsteczek amylopektyny powstają krótsze fragmenty dekstryny (Rysunek 2). W skrajnym przypadku możemy skrobię zdepolimeryzować do jej monomeru, czyli 5

6 glukozy. Każda ingerencja prowadząco do zmniejszenia długości łańcuchów powoduje jednak zwiększenie ilości końców redukujących, czyli takich, które posiadają wolna grupę aldehydową. Dzięki temu, wykorzystując znane reakcje wykrywania cukrów redukujących, można śledzić postęp hydrolizy. Rysunek 1. Dekstrynizacja skrobi Ilościową miarą postępu hydrolizy jest równoważnik glukozowy (DE), czyli ilość wiązań glikozydowych, które uległy hydrolizie (oznaczonych na drodze określenia zmian redukcyjności) do całkowitej ilości wiązań glikozydowych obecnych w 100g materiału (skrobi) wyjściowego. W praktyce wielkość te określa się na podstawie zawartości (masy) cukrów redukujących przeliczonych na glukozę w stosunku do ilości (masy) materiału wyjściowego: DE = m glukozy m skrobi (w przelicz.na suchą masę) 100% Zasada oznaczenia zawartości grup redukujących polega na jodometrycznym oznaczeniu nadmiaru miedzi, która nie przereagowała z cukrami w reakcji redoks. Niezredukowaną ilość miedzi ustala się na podstawie równoważnej ilości jodu wydzielonego z jodku potasowego, który należy odmiareczkować tiosiarczanem sodowym. Reakcje chemiczne przebiegające umożliwiające przeprowadzenie analizy obejmują: 1. Utlenianie wolnych grup karbonylowych cukrów redukujących do odpowiednich grup karboksylowych przy pomocy jonów miedzi (II). Jony te redukują się w trakcie reakcji do jonów Cu (I). 6

7 utlenianie +1 C O H Cu +3 O OH - C OH + 2Cu + + H 2 O Rysunek 2. Utlenianie grup redukujących sacharydów 2. Nadmiar miedzi (II) ulega reakcji z jonami jodkowymi utleniając je do wolnego jodu: 3. Wolny jod w reakcji redoks redukuje się do jonów jodkowych a tiosiarczan sodu utlenia do czterotionianu + + 2Cu 2I - I 2 2Cu I 2 2S 2 O 3 2- redukcja 2I - S 4 O 6 2- Rysunek 3. Dodatkowe reakcje redoks przebiegające podczas analizy cukrów redukujących Na podstawie tych reakcji stwierdzić można, że masa cukrów redukujących (wolnych grup - CHO) w próbce jest związana z ilością jonów miedzi na odpowiednim stopniu utlenienia (Rysunek 3): m R.S. = n CHO M Glu = M Glu 2 = M Glu + 2 W rzeczywistości stosunek molowy reagentów w tej reakcji odbiega od stechiometrycznego i wynosi nie 1:2 ale 1:5,58. Sytuacje tę należy uwzględnić przy obliczeniach! Ponieważ jednak w trakcie analizy stosuje się nadmiar Cu w rzeczywistości ilość tych cukrów można obliczyć znając ilość moli Cu(I). Możemy ją obliczyć znając ilość miedzi dodanej jako odczynniki Fehlinga oraz określając nieprzereagowaną ilość Cu : z Fehlinga = przereagowane + nadmiarowe przereagowane = z Fehlinga nadmiarowe Ze stechiometrii reakcji (Rysunek 3) wynika, że: przereagowane = + Z reakcji przedstawionych na Rysunku 4 wynika, że: = n S2 O 3 2 7

8 Co umożliwia proste określenie ilości miedzi (II): przereagowane = z Fehlinga nadmiarowe przereagowane = C 0 S2 O 3 2 V 0 S2 O 3 2 C S 2 O 3 2 V S2 O 3 2 Gdzie indeks 0 oznacza dane dla próby zerowej. Dodatkowo, ponieważ stężenie tiosiarczanu w próbie zerowej i właściwej jest takie samo, równanie ulega uproszczeniu: przereagowane = C S 2 O 3 2 (V 0S2 O 3 2 V S 2 O 3 2 ) Obliczenie ilości przereagowanej miedzi(ii) daje informacje o ilości cukrów redukujących. Z danych doświadczalnych wynika jednak, że reakcja redoks z Rysunku nr 3 przebiega w sposób niestechiometryczny. Empiryczne dane wskazują, że 1mmol Cu jest w stanie utlenić jedynie 0,148mmol glukozy. Czyli, reakcja nie przebiega w stosunku stechiometrycznym 1:2 a 1:5,58. Niestechiometryczność reakcji należy wziąć pod uwagę wykonując ostateczne obliczenia liczby moli cukrów redukujących W ramach ćwiczeń określić DE wybranego, komercyjnego syropu skrobiowego. Otrzymane wyniki porównać z danymi producenta. Wykonanie analizy W zlewce o pojemności 50 cm 3 odważyć na wadze analitycznej około 2,5g ± 0,01mg badanego produktu (syrop skrobiowy) i rozpuścić w wodzie destylowanej. Roztwór syropu skrobiowego przenieść następnie ilościowo do kolby miarowej o pojemności 250 cm 3. Kolbę uzupełnić wodą destylowaną do kreski i wymieszać. Do kolby stożkowej o pojemności 300 cm 3 odmierzyć 10 cm 3 roztworu Fehlinga I, 10 cm 3 roztworu Fehlinga II, dodać pipetą 10 cm 3 roztworu badanego produktu i 20 cm 3 wody destylowanej. Po wymieszaniu zawartość kolby ogrzewać, tak, aby ciecz zawrzała po upływie 3 minut od momentu rozpoczęcia ogrzewania i gotować przez 2 minuty, sprawdzając czas na stoperze. Roztwór ochłodzić w bieżącej wodzie do temperatury około 20 o C, dodać 3g jodku potasowego, 10 cm 3 kwasu siarkowego i miareczkować 0,05 mol/l roztworem tiosiarczanu sodowego. Gdy ciecz osiągnie barwę jasnożółtą, dodać 5 cm 3 roztworu skrobi rozpuszczalnej i miareczkować do zaniku powstałej niebieskiej barwy. Równolegle wykonać próbę zerową, biorąc zamiast 10 cm 3 badanego roztworu taką samą ilość wody destylowanej. Z różnicy między ilością tiosiarczanu zużytego w próbie zerowej i we właściwym oznaczaniu określić ilość substancji redukujących, wyrażonych, jako glukoza. Za wynik przyjąć średnią arytmetyczną z dwóch równoległych oznaczeń nieróżniących się więcej niż o 0,2 cm 3 roztworu tiosiarczanu sodowego. Wynik należy podawać z dokładnością do 0,1 %. 8

9 WYCIĄG Z KART CHARAKTERYSTYKI SUBSTANCJI NIEBEZPIECZNYCH UŻYWANYCH W TRAKCIE ĆWICZEŃ Roztwór jodu w KI OZNAKOWANIE ZGODNE Z DYREKTYWAMI UE Produkt nie wymaga oznakowania zgodnie z dyrektywami UE lub odpowiadającymi im przepisami krajowymi. WSKAZANIA RYZYKA DLA LUDZI I ŚRODOWISKA Substancja lub mieszanina nie stwarza zagrożenia zgodnie z dyrektywami 67/548/EWG lub 1999/45/WE PIERWSZA POMOC W przypadku wdychania Jeżeli osoba poszkodowana oddycha, przenieść na świeże powietrze. Jeśli poszkodowany nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie W przypadku kontaktu ze skórą Zmyć mydłem i dużą ilością wody. W przypadku połknięcia Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Roztwór NaOH i HCl OZNAKOWANIE ZGODNE Z DYREKTYWAMI UE Znaki ostrzegawcze: C Produkt żrący Klasyfikacja: R35 Powoduje poważne oparzenia. WSKAZANIA RYZYKA DLA LUDZI I ŚRODOWISKA Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na oczy i skórę. PIERWSZA POMOC W przypadku kontaktu ze skórą Zmyć dużą ilością wody. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Przemywać dokładnie dużą ilością wody przynajmniej przez 15 minut i skonsultować się z lekarzem. Można przepłukać oczy roztworem kwasu bornego. W przypadku połknięcia Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Roztwór tiosiarczanu sodu OZNAKOWANIE ZGODNE Z DYREKTYWAMI UE Produkt nie wymaga oznakowania zgodnie z dyrektywami UE lub odpowiadającymi im przepisami krajowymi. WSKAZANIA RYZYKA DLA LUDZI I ŚRODOWISKA Substancja lub mieszanina nie stwarza zagrożenia zgodnie z dyrektywami 67/548/EWG lub 1999/45/WE PIERWSZA POMOC W przypadku wdychania W razie narażenia droga oddechowa zapewnić dostęp świeżego powietrza. W razie trudności w oddychaniu wezwać lekarza. W przypadku kontaktu ze skórą W przypadku zanieczyszczenia natychmiast umyć skórę mydłem i dużymi ilościami wody. W przypadku zanieczyszczenia oczu Płukać dużymi ilościami wody przez co najmniej 15 minut. Zapewnić właściwe przepłukanie rozwierając powieki palcami. Wezwać lekarza. W przypadku połknięcia W razie połknięcia wyplukać usta wodą, o ile poszkodowany jest przytomny. Wezwać lekarza. 9

10 Siarczan (VI) miedzi (II) OZNAKOWANIE ZGODNE Z DYREKTYWAMI UE Znaki ostrzegawcze: Xn - Produkt szkodliwy N - Produkt niebezpieczny dla środowiska Klasyfikacja: R22 - Działa szkodliwie po połknięciu. R36/38 - Działa drażniąco na oczy i skórę. R50/53 - Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. WSKAZANIA RYZYKA DLA LUDZI I ŚRODOWISKA Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na oczy i skórę. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. PIERWSZA POMOC W przypadku kontaktu ze skórą Zmyć mydłem i dużą ilością wody. Zasięgnąć porady medycznej. W przypadku kontaktu z oczami Przemywać dokładnie dużą ilością wody przynajmniej przez 15 minut i skonsultować się z lekarzem. W przypadku połknięcia Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. Zasięgnąć porady medycznej. Winian sodowo-potasowy OZNAKOWANIE ZGODNE Z DYREKTYWAMI UE Produkt nie wymaga oznakowania zgodnie z dyrektywami UE lub odpowiadającymi im przepisami krajowymi. WSKAZANIA RYZYKA DLA LUDZI I ŚRODOWISKA Ta substancja nie została sklasyfikowana jako niebezpieczna zgodnie z dyrektywą 67/548/EWG. PIERWSZA POMOC W przypadku wdychania Jeżeli osoba poszkodowana oddycha, przenieść na świeże powietrze. Jeśli poszkodowany nie oddycha, zastosować sztuczne oddychanie W przypadku kontaktu ze skórą Zmyć mydłem i dużą ilością wody. W przypadku kontaktu z oczami Zapobiegawczo przemyć oczy wodą. W przypadku połknięcia Nieprzytomnej osobie nigdy nie podawać nic doustnie. Wypłukać usta wodą. 10