РН-потенциометрический контроль углеводов и пектинов (полиолов)

В 3-ю группу входят экстракты, действующие преимущественно на грамположительную микрофлору, в данном случае - экстракт укропа.

Экстракты гвоздики и мяты при совместном их действии обладают аддитивностью. Задержка роста микроорганизмов при применении смеси этих экстрактов более выражена, чем при действии каждого в отдельности.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о наличии наибольших антимикробных свойств у СО2-эктрактов из мяты и гвоздики. Кроме того, возможно совместное их использование в составе БАД и функциональных продуктов питания, при котором они проявляют синергетические свойства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Багирян Э.А., Кузнецова С.Ю. Повышение биологиче-ской активности пищевых продуктов с помощью СО2-экстрактов // Пищевая пром-сть. - 1999. - № 8. - С. 43.

2. Попова В.А., Кладий А.Г. СО2-экстракты делают в Белгороде / Там же. - 1995. - № 8. - С. 36.

3. ГОСТ 14618.3-78. Методы определения кислот, ангид -ридов кислот и сложных эфиров.

4. ГОСТ 14618.11-78. Методы определения растворимо -сти, летучих веществ и примесей.

5. Султанович Ю.А., Колесник Г.Б., Королева Н.И. Методика определения жирнокислотного состава липидов. - М., 1984. -8 с.

6. Ермаков А.И., Арасимович В.В. Методы биохимического исследования растений. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 430 с.

7. Прокопчук А.Ф., Ханин М.Л., Перова Т.В. Фитонцидные свойства веществ, извлеченных из растительного сырья жидкой СО2 и использование их в народном хозяйстве // Тр. КНИИПП. -Краснодар, 1981. - С. 166-173.

Кафедра технологии жиров, косметики и экспертизы товаров

Поступила 12.04.06 г.

543.257.3:641.13:664.292

РН-ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙКОНТРОЛЬ УГЛЕВОДОВ И ПЕКТИНОВ

О.Е. РУВИНСКИЙ, Е.И. БАРАНОВА, Н.Ю. НИКИТИНА,

Н.М. ПРИВАЛОВА

Кубанский государственный технологический университет

В системах Ма2В4О-моносахариды (глюкоза, фруктоза) величина равновесного потенциометрического сигнала ДрН-концентрация сахаров в испытуемом растворе Сх в основном определяется концентрацией тетрабората натрия Стб и практически не зависит от ионной силы, создаваемой как самим реагентом, так и добавкой инертного электролита (КС1, №С104). Так, в водном растворе 0,1 моль/дм3 №2В407 потенциометрический сигнал ДрН для различных моносахаридов, заметно отличающихся по устойчивости образованных боратных комплексов (глюкоза, фруктоза), фактически совпадает в пределах точности потенциометрического измерения рН в широком интервале Сх, при этом наблюдалась прямо пропорциональная зависимость между ДрН и Сх . Этот эффект частично имеет место и для более разбавленных растворов тетрабората натрия, но протяженность линейного участка ДрН-Сх гораздо короче, чем для раствора 1,1 моль/дм3 тетрабората натрия.

В работе [1] получено общее уравнение [Н+] / [Н+]о = 10ДрН = 4 Стб / [2 Стб - С - 1/р1 +

+

описывающее влияние концентраций Стб, Сх и константы устойчивости полиолоборатного комплекса В8- на потенциометрический сигнал ДрН.

В настоящем исследовании определяли суммарное содержание как индивидуальных моносахаридов, так и соответствующих групп в пектиновой цепочке. Потенциометрические измерения проводили с помощью цифрового иономера И-130 с использованием серийно выпускаемых стеклянного и хлоридсеребряного электродов. При первом погружении электродов в растворы реагента постоянное значение потенциометрического сигнала устанавливалось за 5-15 с. Равновесное значение рН в данных системах регистрировалось в основном за 60-180 с. Использование в расчетах разностной величины потенциометрического сигнала

ДрН = рН0 - рНх

позволило существенно уменьшить возможное влияние диффузного потенциала и коэффициента активности ионов водорода.

Для построения градуировочной зависимости по модельным растворам глюкозы (фруктозы) готовится серия растворов с концентрацией глюкозы (фруктозы) 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 г/100 см3.

Водный раствор тетрабората натрия 20 мл 0,01 М помещают в потенциометрическую ячейку и измеряют рН0. При постоянном перемешивании в ячейку вводят 5 мл раствора п-й концентрации глюкозы (фруктозы), измеряют рНх. По разнице рН0 и рНх находят разностное значение потенциометрического сигнала ДрН. По полученным результатам строят калибровочную зависимость ДрН от концентрации глюкозы (фруктозы), линейный участок обрабатывают методом наименьших квадратов.

Аналогично строится градуировочная зависимость при использовании 5 • 10-3 М водно-этанольного (50% об.) раствора тетрабората натрия

Для определения сахаров в растворах образцов исследуемых пектинов берут навеску пектина 0,5 г вно -сят в мерную колбу на 100 мл, смачивают спиртом, растворяют в дистиллированной воде, объем доводят до метки. Раствор пектина нейтрализуют концентрированным раствором гидроксида натрия до рН приблизительно от 6,8 до 7,0. В потенциометрическую ячейку помещают 20 мл 0,01 М раствора тетрабората натрия, фиксируют рН0. Затем вводят 5 см раствора исследуемого пектина, измеряют рНх. Рассчитывают разностное значение потенциометрического сигнала, по калибровочным графикам находят содержание моносахаридов в испытуемом растворе.

Аналогично можно найти содержание сахаров по градуировочному графику, построенному при использовании 5 • 10-3 М водно-этанольного (50% об.) раствора тетрабората натрия.

В данном эксперименте использовалась автоматическая регистрация потенциометрического сигнала с помощью ЭВМ, совмещенной с цифровым иономером И-130. Это позволило зафиксировать аналитический сигнал (рН) уже по прошествии 1 с с момента начала реакции. Значение рН фиксировалось каждую секунду в течение первых 5 с и далее каждые 5 с. Равновесное значение потенциометрического сигнала в системе тетраборат натрия-моносахарид у станавливало сь в основном за время 60-80 с. В расчетах и при построении кинетических кривых использовалось разностное значение потенциометрического сигнала ДрН, что позволило исключить инерционность прибора.

Для измерения кинетических кривых по модельным растворам глюкозы (фруктозы) готовится серия растворов с концентрацией глюкозы (фруктозы) 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 г/100 мл.

Водный раствор тетрабората натрия 20 мл 0,01 М помещают в потенциометрическую ячейку, фиксируют рН0. При постоянном перемешивании в ячейку вводят 5 мл раствора п-й концентрации глюкозы (фруктозы), одновременно включая автоматическую регистрацию. По полученным значениям рНх находят разностную величину ДрН и строят кинетическую кривую ДрН -х, с.

Аналогично получают кинетическую кривую, используя 5 • 10-3 М водно-этанольный (50% об.) раствор тетрабората натрия.

Для исследования кинетики взаимодействия пектинов с тетраборатом натрия в водной и водно-этаноль-ной средах 20 мл 0,01 М водного раствора тетрабората натрия помещают в потенциометрическую ячейку, фиксируют рН0. При постоянном перемешивании в ячейку вводят 5 мл 0,5 г/100 мл предварительно нейтрализованного до значения рН от 6,8 до 7,2 раствора анализируемого пектина, одновременно включая автоматическую регистрацию аналитического сигнала. По полученным значениям рНх находят разностную величину потенциометрического сигнала ДрН и строят ки-

нетическую кривую ДрН-х, с. Аналогично исследуют поведение анализируемых пектинов в водно-этаноль-ном (50% об.) 5 • 10-3 М растворе тетрабората натрия.

В дополнение к изложенному можно также обратить внимание на результаты алкалиметрического потенциометрического титрования (после растворения через стадию набухания) образцов яблочного и свекловичного пектинов. Указанный подход может быть использован для качественной идентификации пищевых пектинов. Были найдены следующие количества карбоксильных групп (моль/дм3) в исследуемых пектинах для соответственно трех времен набухания (2, 50 и 98 ч):

для яблочного пектина (8,14 ± 0,004) • 10-3, (7,89 ± ± 0,001) • 10-3 и (8,04 ± 0,01) • 10-3;

для свекловичного пектина (1,15 ± 0,01) • 10-2 , (1,06 ± 0,004) • 10-2 и (1,13 ± 0,002) • 10-2.

Действительно, если по содержанию титруемых карбоксильных групп исследуемые пектины не слишком отличаются друг от друга, то четко проявляется дифференциация их эффективной кислотности, оцениваемая по значению рН в точке полунейтрализации

рН1/2.

Значения эффективной (суммарной) константы ки -слотной диссоциации пектинов рН12 » рКаэф составили: для яблочного пектина 3,53 ± 0,03, для свекловичного 4,15 ± 0,15.

Для определения содержания сахаристых веществ в пектинах рассматривали две модели: глюкоза и фруктоза. Исследовали поведение пектинов как в водном, так и в водно-этанольном (50% об.) растворах тетрабората натрия. Количество сахаристых веществ рассчитывали по уравнению, выведенному по методу наименьших квадратов, учитывая разную величину потенциометрического сигнала ДрН для модельных растворов данных моносахаридов. В случае применения водного раствора тетрабората натрия 0,01 М были получены уравнения:

для глюкозы ДрН = 0,181 С* - 0,008; для фруктозы ДрН = 0,383 С* + 0,005.

Для водно-этанолъного (50% об.) раствора тетрабо-ратат натрия 5 • 10-3 М:

для глюкозы ДрН = 0,462 С* - 0,025; для фруктозы ДрН = 1,059 С*.

Видно, что в присутствии смешанного растворителя значение разностного потенциометрического сигнала ДрН больше в 2,6 раза для глюкозы и 2,8 раза для фруктозы, чем в водном растворе тетрабората натрия. Подобный эффект органического растворителя в бо-ратном растворе обусловлен структурными изменениями смешанного растворителя, облегчающими взаимодействие между боратными анионами и дипольны-ми молекулами моносахаридов.

Линейный участок градуировочных зависимостей в случае глюкозы составил от 0,0 до 0,3 г/100 мл как в 0,01 М водном, так и в 5 • 10-3 М водно-этанольном (50% об.) растворах тетрабората натрия; в случае же фруктозы - от 0,0 до 4,0 г/100 мл и от 0,0 до 3,0 г/100 мл

в водном и водно-этанольном растворах тетрабората натрия при тех же значениях концентраций соответственно. Результаты определения содержания сахаристых веществ в образцах исследуемых пектинов при использовании в качестве модели фруктозы приведены в табл. 1. Использовать в качестве модельного вещества глюкозу при определении полиолов в данных пектинах нельзя, потому что получаются некорректные результаты, данные очень завышены. По-видимому, в пектиновой цепи преобладают в большей степени фруктозоподобные фрагменты, чем глюкозоподобные.

Таблица 1

Таблица 2

Пектин Содержание сахаристых веществ, %

Водный раствор Ка2В407 Водно-этанольный раствор Ка2В407

Яблочный А8-401 67,0 ± 1,4 67,0 ± 1,5

Яблочный 56,8 ± 0,1 56,7 ± 0,1

Свекловичный 89,3 ± 1,3 89,2 ± 1,3

Цитрусовый 08-401 83,0 ± 1,2 83,1 ± 1,1

Содержание полиолов, %

Пектин Водный раствор Ка2В40у Водно-этанольный раствор Ка2В40у

Яблочный А8-401 67,8 ± 0,6 67,3 ± 0,5

Яблочный 62,5 ± 0,5 60,1 ± 0,4

Свекловичный 89,2 ± 0,9 88,7 ± 0,2

Цитрусовый 08-401 83,9 ± 0,3 81,9 ± 0,9

Для изучения кинетики взаимодействия модельных веществ и анализируемых пектинов с тетраборатом натрия в водных и водно-этанольных растворах были по -строены кинетические зависимости ДрН-т с помощью автоматической регистрации, осуществляемой за счет совмещения цифрового иономера И-130 с ЭВМ. Равновесное значение аналитического сигнала (рН, ДрН) достигается за 7-10 с в зависимости от состава растворителя (водный и водно-этанольный растворы).

Из полученных зависимостей ДрН-С были рассчитаны константы устойчивости полиолоборатных комплексов р1 для глюкозо- и фруктозоборатных комплексов в водном и водно-этанольном (50% об.) растворах соответственно: для глюкозы - 89,2 ± 1,8 и 256,9 ± 3,2; для фруктозы - 590,5 ± 4,8 и 3350,5 ± 4,8.

Константы устойчивости глюкозо- и фруктозоборатного комплекса в водных растворах удовлетворительно согласуются с литературными данными; для водно-этанольных (50% об.) растворов константы устойчивости вышеуказанных комплексов получены впервые.

Для случая водного раствора и тетрабората натрия 0,01 М были получены зависимости У0 = / (^ С), где У0 - начальная скорость реакции, С5 - концентрация моносахарида в ячейке:

для глюкозы ^ У0 = 0,86 ^ С/ + 0,23;

для фруктозы ^ V = 0,94 ^ С/ + 2,06.

Для случая водно-этанольного (50% об.) раствора тетрабората натрия 5 • 10-3 М:

для глюкозы ^ У0 = 1,01 ^ С/ + 0,10;

для фруктозы ^ V = 0,99 ^ С/ + 1,9.

Как и в случае моносахаридов, для растворов анализируемых пектинов были найдены начальные скорости реакций и по уравнениям, описывающим зависимость ^ ¥0 = / (^ С/), определено содержание полиолов (табл. 2).

Исходя из у словия У0 = к^ С*, были найдены эффективные константы скоростей реакций при разных концентрациях моносахарида £. Эффективные константы скоростей реакций взаимодействия моносахаридов с тетраборатом натрия в водном и водно-этанольном (50% об.) растворах соответственно: для глюкозы -3,03 ± 0,05 и 9,21 ± 0,12; для фруктозы - 13,3 ± 0,3 и 72,6 ± 0,3 л/(моль • с).

Как и в случае моносахаридов, используя начальные скорости реакций, определили эффективные константы скоростей реакций в системах Ма2Б407-пектин (табл. 3).

Таблица 3

Пектин

Эффективные константы с коросте й реакций

Водный раствор

^2В407

Водно-этанольный раствор Ка2В407

Яблочный А8-401 Яблочный Свекловичный Цитрусовый 08-401

12.1 ± 0,5 12,0 ± 1,2

12.2 ± 0,4

12.2 ± 0,5

78.4 ± 0,2

78.4 ± 0,4

78.0 ± 0,2

78.1 ± 0,5

Эффективные константы скоростей реакций в системах Ма2В407-пектин близки к эффективным константам скоростей реакций в системах №2В407-фрук-тоза, что является еще одним доказательством присутствия в исследуемых пектинах фруктозоподобного компонента.

В случае применения интегрального метода анализа кинетических данных экспериментальные зависимости ДрН-т удовлетворительно описываются кинематическим уравнением для обратимой реакции второго порядка. Используя модель

А\ + А2 ^ В,

можно провести расчет эффективной константы скорости реакции по точкам кривизны кинетической зависимости

1п

х х '-х

х' х - х

= (х '-х)кт

где х- текущая концентрация продукта реакции; х" - равновесная концентрация продукта.

х = [5^]т = 2 Стб

х" = 2 Стб

х + х' = [А:]0 + [А2]0 + 1/Кр/в = 2 Стб + С + 1/р.

Исходя из данной модели, были получены значения эффективных констант скоростей реакций взаимодействия моносахаридов с тетраборатом натрия в водном и водно-этанольном (50% об.) растворах соответственно: для глюкозы - 3,2 + 0,1 и 9,2 + 0,4; для фруктозы -13,3 + 0,1 и 73,1 + 2,4 л/(моль • с).

Метрологическое исследование разработанной рИ-потенциометрической методики определения сахаров (моносахаридов, активных полиольных группировок пектинов) проведено [2] на основе требований и положений ГОСТ Р 8.5б3. В результате установлено, что данная МВИ обладает следующими метрологическими характеристиками при определении сахаров в диапазоне 2,0 - 200 г/дм3 (P = 0,95):

A = 0,0б C;

Иезначима

Характеристика погрешности, %: относительная погрешность случайная составляющая погрешности систематическая составляющая погрешности Норматив оперативного контроля, %: воспроизводимости Д (для двух

результатов измерений, т = 2) 8

сходимости d (для двух результатов параллельных определений, п = 2) 7

внешнего контроля погрешности 6

внутрилабораторного контроля

погрешности ^ = 0,90) 5

Обработка и представление результатов определения сахаров (сахаристости) в жидких пищевых средах, в первую очередь, в продуктах переработки винограда, производится следующим образом: вычисляют среднее арифметическое результатов двух определений (С, г/дм3); рассчитывают допускаемое расхождение между двумя параллельными определениями (сі, г/дм3) в условиях сходимости (ГОСТ Р ИСО 5725-1) по формуле

d = 0,07 С;

рассчитывают абсолютную погрешность А, г/дм3:

определяют допускаемое расхождение между двумя результатами анализа Д, г/дм3, в условиях воспроизводимости (ГОСТ Р 5725-1) по формуле

Д = 0,08 C.

Значения нормативов внешнего и внутреннего контроля находят умножением С на коэффициенты 0,06 и 0,05 соответственно.

Таким образом установлено, что закономерности изменения разностного рН-потенциометрического сигнала (ДрН) в концентрированном растворе реагента - тетрабората натрия в основном определяются буферным кислотно-основным действием боратных систем и в меньшей степени зависят от устойчивости образующихся полиолборатных комплексов. Предложенная для этих взаимодействий математическая модель хорошо согласуется с экспериментальными данными. Показана возможность экспрессного определения суммарного содержания всех полиолов (в том числе активных полиольных групп в пищевых пектинах) при достижении равновесного аналитического сигнала за 30-60 с на основе линейной градуировочной характеристики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Процай Н.М. Потенциометрия и полярография реакций моносахаридов в боратных растворах: Дис. ... канд. хим. наук. -Краснодар: КПИ, 1988. - 195 с.

2. МУ 08-47/081 (по реестру метрологической службы). Методика: количественный химический анализ вина, виноматериа-лов, продуктов переработки винограда на содержание массовой кон -центрации инвертного сахара и сухих виноградных вин на содержа -ние массовой концентрации остаточного сахара потенциометр иче -ским методом / О.Е. Рувинский, Н.М. Привалова, Н.М. Мордвинова и др. - Томск, 1997.

Кафедра стандартизации, сертификации и аналитического контроля

Поступила 18.05.06 г.