СПОСОБ АНАЛИЗА РЕДУЦИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
METHOD OF ANALYSING REDUCING SUBSTANCES

Изобретение относится к способу определения редуцирующих веществ и может быть использовано в кондитерском, карамельном и сахаропаточном производстве.
Содержание редуцирующих веществ в карамели строго регламентировано и составляет не более 20% для неподкисленной карамели, не более 23% для карамели с введением кислоты свыше 0,6% и не более 32% для изделий с лактозой [ГОСТ 6477-88 Карамель. Общие технические условия.]. Избыток редуцирующих сахаров может привести к адсорбции влаги из воздуха и отсыреванию продукта. Недостаток редуцирующих веществ вызывает кристаллизацию сахарозы внутри изделия, что сказывается на его качестве при длительном хранении.
По количеству редуцирующих веществ судят о степени гидролиза крахмала в сахаропаточном производстве, именно этот показатель главным образом определяет вид продукта: для патоки низкоосахаренной содержание редуцирующих веществ составляет 26-35%, для карамельной кислотной и карамельной ферментативной - 36-44%, для мальтозной - 38% и более, для высокоосахаренной - 45% и более [ГОСТ Р 52060-2003 Патока крахмальная. Общие технические условия].
Известны способы, основанные на определении содержания редуцирующих веществ, основанные на титриметрическом определении оксида меди (I), выделяющегося в результате восстановления двухвалентной меди редуцирующими веществами. Главным недостатком данных методов является субъективность в определении конца титрования, а также необходимость в заместительном титровании, что повышает трудоемкость метода, а также значительно сказывается на погрешности измерения [ГОСТ 5903-89. Изделия кондитерские. Методы определения сахара. - С.131-141].
Аналогом изобретения является фотоколориметрический метод, основанный на обесцвечивании раствора гексацианоферрата (феррицианида) (III) калия в ходе реакции с редуцирующими веществами. О количестве редуцирующих веществ судят по остатку феррицианида после проведения реакции. Остаток феррицианида определяют по оптической плотности в кюветах с толщиной слоя 10 мм и со светофильтром, имеющим длину волны 440 нм относительно холостой пробы [ГОСТ 5903-89. Изделия кондитерские. Методы определения сахара. - С.144-147].
К недостаткам данного способа можно отнести:
1) использование феррицианида калия для окисления редуцирующих веществ, который по сравнению с раствором Фелинга значительно окисляет сахарозу;
2) при кипячении раствора происходит его концентрирование за счет интенсивного испарения влаги, в результате чего возникает повышение оптической плотности, вызывающее несистематическую погрешность параллельных опытов (невозможно добиться одинаковых быстроты нагрева, интенсивности кипения, быстроты остывания);
3) градуировочный график не подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, поэтому данный метод не может гарантировать достоверного результата - рис.1.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ, основанный на фотоколориметрировании медно-щелочного раствора (раствор Фелинга) после реакции с редуцирующими веществами. В пробирку вносят раствор сульфата меди, щелочной раствор сегнетовой соли, раствор желтой кровяной соли и исследуемый раствор. После пробирку нагревают на кипящей водяной бане в течение 3 минут, по истечении которых смесь фотометрируют на фотоколориметре при 670 нм относительно дистиллированной воды в кюветах с толщиной рабочего слоя 1 см. Параллельно проводят холостой опыт без нагревания. Содержание редуцирующих веществ определяют по уравнению для калибровочного графика [RU 2366931 C1 от 05.03.2008].
Недостатками данного способа являются:
1) при выдерживании раствора на кипящей водяной бане происходит изменение его концентрации за счет интенсивного испарения влаги, в результате чего возникает повышение оптической плотности, вызывающее несистематическую погрешность измерений;
2) отсутствие поправки на частичное окисление нередуцирующих углеводов (например, сахарозы) реактивом Фелинга - рис.2, что крайне необходимо учитывать при анализе кондитерских изделий;
3) недостаточное время выдерживания на кипящей водяной бане - 3 минуты: за это время редуцирующие вещества не успевают прореагировать полностью, происходит изменение оптической плотности, что также вносит погрешность в определение - рис.3.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности и воспроизводимости анализа.
Технический результат достигается тем, что окисление редуцирующих веществ соединениями меди (II) в щелочной среде при нагревании на кипящей водяной бане в течение 10 минут, доведение объема охлажденного раствора до определенного значения, определение оптической плотности при длине волны 670 нм, введение поправки на частичное окисление нередуцирующих углеводов, которую вычитают из показания оптической плотности, и оценку концентрации редуцирующих веществ по калибровочному графику.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
4
2
Реактивы: раствор I: 34,66 г CuSO·5HO в 1 л раствора; раствор II: 70 г NaOH, 173 г сегнетовой соли (калий натрий виннокислый) и 4 г желтой кровяной соли г в 1 л. Возможно приготовление раствора II без желтой кровяной соли, в этом случае необходима фильтрация или центрифугирование перед снятием оптической плотности исследуемого раствора.
Методика эксперимента
В мерную колбу вместимостью 25 мл вносят пипеткой по 5 мл растворов I и II и исследуемый раствор до 10 мл (стандартный раствор редуцирующего сахара), выдерживают 10 мин на кипящей водяной бане, охлаждают до комнатной температуры и доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают (центрифугируют/фильтруют) и снимают показания оптической плотности при 670 нм относительно холостой пробы (по 5 мл растворов I и II, объем доведен до 25 мл), используя кювету шириной 10 мм. Значение оптической плотности берут по модулю.
В случае если в исследуемом растворе содержатся нередуцирующие углеводы, например сахарозу (условно можно рассчитать как разность между общим сахаром и редуцирующими веществами) в значительных количествах, делают поправку по таблице.
Поправка на нередуцирующие углеводы при определении содержания редуцирующих веществ
Масса нередуцирующих углеводов, вносимая с анализируемым раствором, мг
Поправка (вычесть из показания оптической плотности)
40-50
0,005
50-65
0,010
65-100
0,020
более 110
0,035
Содержание редуцирующих веществ в пересчете на массу глюкозы находят по калибровочному графику, предварительно построенному для стандартного раствора глюкозы концентрацией 2 г/л - рис.4, или непосредственно по предложенному уравнению:
где m - содержание редуцирующих веществ в пересчете на массу глюкозы, мг; А - значение оптической плотности с учетом поправки.
Процентное содержание редуцирующих веществ в изделии находят по формуле:
где М - масса навески изделия, г; V - объем мерной колбы, в которой растворена навеска, мл; ν - объем раствора, взятый для анализа, мл.
Пример 1
1 г карамели (образец 1) растворяют в мерной колбе на 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 4, 6 и 8 мл, что соответствует 40, 60 и 80 мг изделия. Принимая влажность карамели 3% и содержание нередуцирующих углеводов 80% от сухого вещества, необходимо сделать поправку по табл. на показание оптической плотности во 2-ом случае на 0,005 и в 3-ем на 0,010.
Результаты сведены в таблицу.
v
А
А (с поправкой)
m
ω<sub>ред</sub>
Среднее ± стандартное отклонение
4
0,342
0,342
9,948
24,87
25,27±0,36
6
0,512
0,507
15,221
25,37
8
0,669
0,659
20,458
25,57
Пример 2
1 г карамели (образец 2) растворяют в мерной колбе на 100 мл. Далее, как Пример 1.
v
А
А (с поправкой)
m
ω<sub>ред</sub>
Среднее ± стандартное отклонение
4
0,244
0,244
7,019
17,55
17,43±0,16
6
0,360
0,355
10,350
17,25
8
0,480
0,470
14,002
17,50
Пример 3
1 г карамели, приготовленной в лабораторных условиях увариванием сахарного сиропа с патокой 1:1 до температуры 140°C, растворяют в мерной колбе на 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 2, 4, 6, 8 и 10 мл, что соответствует 20, 40, 60, 80 и 100 мг изделия. Для 3 определения принимаем поправку 0,005, для 4 - 0,010, для 5 - 0,020.
v
А
А (с поправкой)
m
ω<sub>ред</sub>
Среднее ± Стандартное отклонение
2
0,125
0,125
3,67
18,32
18,26±0,05
4
0,254
0,254
7,31
18,28
6
0,379
0,374
10,94
18,23
8
0,497
0,487
14,56
18,20
10
0,607
0,597
18,28
18,28
Пример 4
1 г патоки растворяют в мерной колбе на 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 2, 4, 5 и 6 мл, что соответствует 20, 40, 50 и 60 мг изделия. Принимая влажность патоки 22% и содержание нередуцирующих углеводов 70% от сухих веществ, поправку ни в одном случае делать не нужно (60*0,78*0,7<40).
v
А
А (с поправкой)
m
ω<sub>ред</sub>
Среднее ± стандартное отклонение
2
0,226
0,226
6,50
32,49
32,87±0,53
4
0,439
0,439
13,00
32,49
5
0,543
0,543
16,43
32,86
6
0,651
0,651
20,17
33,62
Пример 5
Анализ хлеба на общий сахар. После кислотного гидролиза и нейтрализации водной вытяжки 6 г навески хлеба раствор доводят до 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 2, 4, 6 и 8 мл, что соответствует 120, 240, 360 и 480 мг изделия. Поправку вносить не нужно.
v
А
А (с поправкой)
m
ω<sub>ред</sub>
Среднее ± стандартное отклонение
2
0,079
0,079
2,43
2,02
2,03±0,03
4
0,165
0,165
4,77
1,99
6
0,255
0,255
7,34
2,04
8
0,339
0,339
9,86
2,05
Предлагаемый способ отличается очень высокой воспроизводимостью и точностью по сравнению с аналогами.