Йодная композиция для определения содержания остаточного крахмала в овощах и фруктах
IODINE COMPOSITION FOR DETERMINING CONTENT OF RESIDUAL STARCH IN VEGETABLES AND FRUITS

Предполагаемое изобретение относится к биотехнологии пищевых продуктов и может быть использовано при сборе, закладке и хранении плодов в местах производства и потребления продукции. В частности, изобретение относится к композициям йодных растворов, используемых при проведении качественных цветных реакций при определении остаточного содержания крахмала во фруктах и овощах.
Самым распространенным фруктом в нашей стране являются яблоки. Основным фактором, определяющей успех длительного хранения  яблок, является правильное определение времени наступления т.н. "съемной зрелости" плодов, предназначенных под закладку. Если сбор плодов происходит ранее оптимального срока, то это значит, что яблоки еще не закончили свой рост, и храниться они тоже не будут. В процессе созревания яблок происходит уменьшение твердости и увеличение показателей по сухим растворимым веществам (это в основном сахара) и уменьшение содержания крахмала. Различные сорта яблок обладают различной способностью дозревания после снятия с ветки. Однако, в независимости от сорта яблок, можно различить несколько стадий зрелости плодов: съемную, техническую, потребительскую и физиологическую.
В состоянии съемной  степени зрелости плоды накопили значительное количество питательных веществ и обладают способностью к осуществлению дыхания и дозреванию после съема с дерева. В них наступает стабилизация обменных процессов, а некоторые гидролитические процессы усиливаются (начало распада крахмала). Именно такие плоды наиболее пригодны для длительного хранения.
Срок наступления съёмной зрелости зависит от суммы активных температур и суммы эффективных температур в течение срока вегетации растения. Применительно к яблокам, наступление съёмной зрелости плодов можно довольно точно определить лабораторными методами (использование пенетрометра, рефрактометрия, йодокрахмальная проба, измерение концентрации эндогенного этилена в семечковой камере плода и т.п.). Однако именно йодкрахмальная проба является на практике наиболее распространенным методом определения зрелости плода. Разработаны соответствующие цветовые таблицы окраса среза яблока в зависимости от его зрелости, причем условно зрелость оценивают в баллах от 1 до 10, и каждому сорту соответствует какое-то определенное количество баллов, оптимальное для этого сорта. (см., например, /2/.)  Простота и доступность такого метода снискала ему огромную популярность, такой тест может сделать любой садовод или агроном независимо от масштабов хозяйства.
Для определения степени зрелости по йодокрахмальной пробе собранные яблоки разрезают пополам поперечно и по две половинке погружают срезом вниз на 1-2 минуты в свежеприготовленный йодный раствор, налитый в подходящую емкость (см., например, /1/). Практикуют также метод опрыскивания половинок яблок йодным раствором (/4/).
Однако само приготовления приготовление подходящих к использованию йодных растворов сопряжено с определенными трудностями.
Так, в /2/ описано приготовление свежеприготовленного йодного раствора путем растирания в фарфоровой ступке 1 грамма металлического йода с 4 граммами йодистого калия с последующим растворением полученной смеси в 1 литре воды. Недостатком известного технического решения является необходимость частого приготовления свежего раствора йода, поскольку он теряет свои свойства со временем, и окраска на срезе яблок становится не четкой.
В другом известном техническом решении /3/ приводится несколько иной состав йодного раствора для проведения качественных цветных реакций на крахмал: 15 грамм йодистого калия и 5 грамм кристаллического йода на 500 мл воды. Недостатки у такого состава такие же, как и в /2/.
В техническом решении, принятом за прототип /4/, приводятся следующий состав и методика изготовления и использования йодного раствора:
Для изготовления концентрата йодного раствора используют йод металлический по ГОСТ 4159, квалификации ч. д. а. (чистый для анализов) и калий йодистый по ГОСТ 4232, квалификации ч. д. а.
Для приготовления раствора йода с концентрацией 0,05 моль/л 12,7 г йода и 40,0 г йодида калия помещают в мерную колбу вместимостью 1000 мл, добавляют около 50 мл воды, содержимое колбы перемешивают до полного растворения кристаллов йода и йодида калия, после чего объем содержимого в колбе доводят водой до метки.
Для проведения качественной цветной реакции используют раствор йода молярной концентрации 0,01 моль/л. Для этого полученный выше концентрат раствора йода разбавляют по объему точно в пять раз для получения раствора йода требуемой концентрации. Для этого 10 мл полученного концентрированного раствора переносят пипеткой в мерную колбу вместимостью 50 мл, объем содержимого в колбе доводят водой до метки.
Полученные растворы йода хранят в сосудах из темного стекла. Срок годности концентрированного раствора йода молярной концентрации С = 0,05 моль/литр — 3 месяца, раствора йода молярной концентрации С = 0,01 моль/л — две недели.
Недостатком известного технического решения является малая стабильность используемых йодных растворов, как в концентрированном виде, так и в виде рабочего йодного раствора, что приводит к необходимости часто готовить новый йодный раствор. Между тем, сам металлический йод – исходное вещество – нестабилен во времени, он частично испаряется, и хранить его долго – также большая проблема. Кроме того, он не всегда доступен. Это является основным препятствием для изготовления йодных составов для определения остаточного содержания крахмала в промышленных масштабах. Поэтому важным представляется создание возможности сохранять приготовленный йодный раствор как можно дольше.
Задачей настоящего изобретения является создание стабильного йодного раствора – концентрата и/или конечного рабочего раствора, способного в течение длительного времени сохранять свои свойства при хранении в обычных условиях комнатной температуре и такого же эффективного для обнаружения различных концентраций остаточного крахмала в продуктах.
Задача решается заявленной йодной композицией для проведения качественных цветных реакций по определению остаточного содержания крахмала в овощах и фруктах, содержащей в виде водного раствора элементарный йод и йодистый калий, отличающейся тем, что композиция дополнительно содержит этиловый и/или изопропиловый спирт и/или глицерин, либо любые их смеси, полиэтиленоксид  молекулярной массы 400-40000 и сульфат натрия и/или калия при массовом соотношении компонентов йод : йодистый калий : этиловый и/или изопропиловый спирты  и/или глицерин : полиэтиленоксид : сульфат натрия и/или калия, равном 1 : 0,2-10 : 2-25 : 0,0005-0,05 : 0,005 – 0,05.
Заявленная йодная композиция оказывается неожиданно стабильна при комнатной температуре и проявляет такую же эффективность при определении остаточного крахмала в плодах и овощах, как и известная композиция.
Заявленное техническое решение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1.
Композицию готовят, сначала перетирая в фарфоровой ступке металлическим пестиком 20 грамм металлического йода, 65 граммов йодистого калия, 0,15 грамм полиэтиленоксида со средней молекулярной массой 25000 и 0,2 грамма сульфата натрия, получившуюся смесь переносят в мерную колбу объемом 1000 мл, добавляют 300 мл дистиллированной воды и 200 грамм этилового 96% спирта и интенсивно перемешивают с помощью магнитной мешалки и магнитного размешивателя. После растворения всех компонентов смеси дистиллированной водой доводят уровень раствора до метки и вновь интенсивно перемешивают. Получают 1000 мл концентрата йодного раствора, который далее делят на две равные части. Первую часть помещают в банку из темного стекла, закрывают крышкой и оставляют в темной кладовке на длительное хранение. Вторую часть используют для приготовления рабочего раствора йода. Для этого отбирают из концентрата 30 мл и разбавляют его в 20 раз дистиллированной водой. Массовое соотношение йод : йодистый калий : этиловый  спирт : полиэтиленоксид : сульфат натрия в концентрированном и в рабочем йодных растворах составляет 1: 3,25 : 10 : 0,0075 : 0,01.
Параллельно изготавливают концентрированный и рабочий растворы йода по прототипу, используя 12,7 г йода и 40,0 г йодида калия. Так же, как в прототипе, реактивы помещают в мерную колбу вместимостью 1000 мл, добавляют около 50 мл воды, содержимое колбы перемешивают до полного растворения кристаллов йода и йодида калия, после чего объем содержимого в колбе доводят водой до метки. Часть концентрата оставляют на хранение в закрытой крышкой банке из темного стекла в темной кладовке.
Для проведения качественной цветной реакции используют раствор йода молярной концентрации 0,01 моль/л. Для этого полученный выше концентрат раствора йода разбавляют по объему точно в пять раз для получения раствора йода требуемой концентрации. Для этого 10 мл полученного концентрированного раствора переносят пипеткой в мерную колбу вместимостью 50 мл, объем содержимого в колбе доводят водой до метки.
Полученные рабочие растворы используют для проведения качественных цветных реакций на крахмал на яблоках сортов «Флорина», «Джонаголд» и Ренет Симиренко», на грушах «Дюшес» и на клубнях картофеля. Для этого исследуемые плоды разрезают на половинки и наносят рабочие йодные растворы методом распыления с помощью спрей-флакона. Как оказалось, оба раствора показывают одинаково четкую картину, проявляющуюся при обрызгивании срезов плодов, причем картинка, получаемая при использовании раствора по настоящему техническому решению, проявляется даже быстрее – всего за 5-10 секунд после разбрызгивания.
Рабочие растворы по настоящему техническому решению и по прототипу также помещают в банки из темного стекла, закрывают крышкой и размещают в темной кладовке.
Впоследствии и концентраты, и рабочие растворы периодически извлекают из кладовки и проверяют на возможность использования для цветной реакции обнаружения крахмала с частотой один раз в месяц. Как оказалось, рабочий раствор, изготовленный по прототипу, приходит в негодность через месяц после хранения – картинка окрашивания крахмала перестает проявляться. Концентрат по прототипу перестает работать к исходу четвертого месяца хранения. В то же время, и рабочий раствор, и концентрат рабочего раствора, изготовленные по примеру 1 в рамках настоящего технического решения, продолжают оставаться работоспособными 24 месяца со дня изготовления, после чего эксперимент прекращают.
Пример 2.
Концентрат йодного раствора изготавливают по примеру 1, но используют при тех же соотношениях компонентов изопропиловый спирт вместо этилового, полиэтиленоксид с молекулярной массой 400 и сульфат калия вместо сульфата натрия. В результате рабочий раствор работоспособен 21 месяц с даты изготовления, концентрат – более 24 месяцев.
Составы йодных композиций и результаты их испытаний по примерам 1-8 сведены в Таблицу.
Таблица
Составы и результаты испытаний йодных композиций для проведения качественных цветных реакций на содержание крахмала в овощах и фруктах.
№ примера
Полиэтиленоксид, средняя молекулярная масса
Спирт или глицерин
Сульфат калия или натрия
Массовое соотношение йод : йодистый калий : этиловый и/или изопропиловый спирты  и/или глицерин : полиэтиленоксид : сульфат натрия и/или калия
Время работоспо-собности композиций, месяцев
1
25000
Этанол
Сульфат натрия
1: 3,25 : 10 : 0,0075 : 0,01.
Более 24
2
400
Изопро-панол
Сульфат калия
1: 3,25 : 10 : 0,0075 : 0,01.
Рабочий раствор – 21, концентрат – более 24
3
20000
Глицерин
Смесь сульфата натрия с сульфа-том калия, 2:1
1: 0,2 : 10 : 0,0075 : 0,01.
Рабочий раствор – 18, концентрат –  22
4
20000
Смесь этанола с глицери-ном, 2:1
Сульфат натрия
1: 10 : 10 : 0,0075 : 0,01.
Рабочий раствор – 20, концентрат –  23
5
20000
Смесь этанола с глицери-ном, 1:2
Сульфат натрия
1: 3,25 : 2 : 0,0075 : 0,01.
Рабочий раствор – 23, концентрат – более 24
6
20000
Смесь изопропа-нола с глицери-ном, 1:1
Сульфат натрия
1: 3,25 : 25 : 0,0075 : 0,01.
Рабочий раствор – 17, концентрат –  21
7
20000
Смесь этанола с изопро-панолом с глице-рином, 1:1:1
Сульфат натрия
1: 3,25 : 10 : 0,0005 : 0,01.
Рабочий раствор – 16, концентрат – 19
8
40000
Этанол
Сульфат калия
1: 3,25 : 10 : 0,0075 : 0,01.
Рабочий раствор – 22, концентрат – более 24
9
20000
Этанол
Сульфат натрия
1: 3,25 : 10 : 0,05 : 0,01.
Рабочий раствор – 21, концентрат – более 24
10
20000
Этанол
Сульфат калия
1: 3,25 : 10 : 0,0075 : 0,005.
Рабочий раствор – 17, концентрат –  20
11
20000
Этанол
Сульфат натрия
1: 3,25 : 10 : 0,0075 : 0,05.
Рабочий раствор – 15, концентрат – 18
Как следует из данных Таблицы, соблюдение заявленных условий состава йодной композиции позволяет достигнуть большой степени ее стабильности - более двух лет в случае изготовления концентрированных растворов, что позволяет производить такой состав в коммерческих масштабах промышленным методом и избавляет от необходимости очень часто изготавливать свежий раствор. Дополнительным преимуществом заявленного технического решения является возможность длительного хранения как концентратов, так и рабочих (разбавленных) йодных растворов для проведения качественных цветных реакций на остаточное содержание крахмала.
Источники информации
1. Причко Т.Г. Уборка, хранение и товарная обработка яблок. Рекомендации. Краснодар, 2015 г.
2. https://www.fresh-forma.ru/ru/articles.html?layout=edit&id=31
3. Шештанов Г. А., Куцева И. К. Определение съёмной зрелости яблок // Юный ученый. — 2017. — №1. — С. 115-117.
4. Текст ГОСТ Р 54347-2011 Продукты переработки фруктов и овощей. Качественный метод выявления присутствия крахмала в томатопродуктах (прототип).