Методы анализа сырья и пищевых продуктов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский государственный технический университет»

Методы анализа сырья и пищевых продуктов

Электронный курс лекций

(в авторской редакции)

для специальности 200503 (072000) - Стандартизация и сертификация

Ставрополь, 2006



УДК

ББК

Ф

Рецензенты:

Куликова В.В, к.т.н., доцент

Коллектив авторов:

Н.П. Салаткова, к.т.н.

Ю.И.Куликов, к.т.н., доцент

В.И. Прокопенко, к.т.н., доцент

Электронный учебный курс подготовлен в соответствии с требованиями основной образовательной программе по дисциплине «Методы анализа сырья и пищевых продуктов». Электронный курс лекций содержит основной материал по изучению дисциплины, вопросы для повторения тем, методические указания к лабораторным занятиям.

В электронном учебном курсе доступность изложения материала сочетается с полнотой освещения вопросов по контролю качества пищевых продуктов, организации контроля на производстве с использованием основных методов анализа, применяемых в пищевой промышленности.

Курс рассчитан на студентов всех форм обучения, его информационной содержание достаточно для изучения дисциплины в объеме, предусмотренном стандартами ВПО.



Содержание

Введение к курсу лекций

1 Организация контроля качества на пищевом предприятии

1.1 Лаборатория - контролирующий орган за качеством на предприятии

1.2 Организация контроля на предприятии: общие положения, правила отбора проб, входной контроль, контроль готовой продукции

2 Понятие о методах анализа сырья и продуктов питания

2.1 Объемные методы анализа. Титрование как метод количественного определения вещества: прямое, косвенное и обратное

3 Физические методы анализа

3.1 Методы гравиметрического (весового) анализа

3.2 Потенциометрические методы анализа

3.3 Кондуктометрические методы анализа

3.4 Рефрактометрические методы анализа

4 Колориметрические и спектрофотометрические методы анализа

4.1 Количественный колориметрический анализ. Принцип фотометрического определения веществ

4.2 Нефелометрия. Флуоресценция. Фотографический атомно-эмиссионный спектральный анализ. Атомно-абсорбционная спектроскопия

5 Поляриметрический и полярографический методы анализа

5.1 Поляриметрический метод анализа. Виды поляриметров

5.2 Полярографический методы анализа. Виды количественного полярографического метода: расчетный метод, калибровочного графика, стандартных растворов и метод добавок

6 Радиометрический метод анализа

6.1 Радиоактивность и активность веществ. Понятие «поглощенная и экспозиционная доза». Приборы для определения радиологического заражения пищевых продуктов и воздуха

7 Хроматографические методы анализа

7.1 Классификация хроматографических методов анализа

7.2 Адсорбционная хроматография

7.3 Распределительная хроматография: на бумаге, в тонком слое, газожидкостная и ионообменная

7.4 Проникающая и аффинная хроматография

Литература



Введение

Уровень промышленного развития страны характеризуется не только объемом производства и ассортиментом выпускаемой продукции, но также показателями ее качества.

Качество продукции регламентируется едиными требованиями, предъявляемыми к данному виду продукции на основе действующей нормативной и технической документации. Технические регламенты и стандарты, а также правила, нормы, рекомендации помогают осуществлению организационных, технологических, экономических и других мероприятий, направленных на повышение качества продукции.

В этой связи необходимо повысить уровень контроля продукции, перейдя от выборочного контроля качества материалов и продукции к сплошному. Если выборочный контроль может реализоваться на базе разрушающих испытаний ограниченного количества продукции, то сплошной возможен только на основе применения неразрушающих методов, т.е. методов, не нарушающих пригодности продукции к использованию. Методы неразрушающего контроля предусматривают выявление дефектов пищевой продукции без ее повреждения. Это достигается путем использования физических методов, связанных с воздействием на объект контроля различных веществ, физических полей, или же регистрацией этих полей, имитируемых самим контролируемым объектом, а также многими другими методами анализа.

В данном электронном учебном курсе лекций рассматриваются существующие методы анализа для контроля качества сырья и готовой продукции при ее производстве и реализации. В соответствии с программой дисциплины изложены химические, физико-химические и физические методы анализа сырья, полуфабрикатов и готовой продукции пищевой промышленности.



1 Организация контроля качества на пищевом предприятии

Проблема качества никогда не теряет своей актуальности, она, по существу, постоянна. В условиях рыночных отношений стабильная производственно-экономическая деятельность предприятий пищевой отрасли агропромышленного комплекса непосредственно связана с решением таких задач, как повышение качества выпускаемой продукции, организация контроля качества на основе использования современных достижений науки и техники, выбор рациональных путей использования сырья, снижение себестоимости.

Понятие «контроль качества на предприятии» охватывает следующие стороны контроля на предприятии, направленные на обеспечение выпуска продукции характеризованного качества:

- входной контроль сырья, компонентов, материалов;

- производственный контроль;

- приемочный контроль готовой продукции;

- микробиологический контроль сырья, компонентов, производства и готовой продукции;

- контроль тары и упаковки на предприятии;

- контроль санитарного состояния предприятия;

- метрологический контроль производства.

Контроль качества компонентов, материалов, сырья и готовой продукции возлагается на работников лаборатории.

(1) Аттестация лабораторий - комплексная проверка и оценка метрологического обеспечения и общего уровня проводимых лабораторией работ с учетом ее специфики.

(2) Метрологическая служба предприятия - структура, выполняющая организацию работ по метрологическому обеспечению на предприятии.

(3) Поверка средств измерений - это комплекс работ для установления их пригодности к применению.

(1) Выборка это определенное количество пищевых продуктов, отбираемое за один прием от каждой единицы упаковки ящика, клетки, бочки или штабеля неупакованной продукции, для составления исходного образца.

(2) Выборочный контроль - контроль не каждого из изготовленных изделий, а исследование определенным образом подготовленной пробы, состав которой должен отражать качество всей продукции в целом.

(3) Единичный показатель качества продукции это показатель, относящийся только к одному из ее свойств.

(4) Исходный образец - совокупность отдельных выборок, отобранных от однородной партии.

(5) Многоступенчатый и последовательный контроль - контроль, при котором решение о возможности отправки партии продукции принимают по результатам контроля одной или более выборок.

(6) Навеска - часть пробы, предназначенная для определения отдельных показателей качества пищевых продуктов.

(7) Однородная партия это определенное количество пищевых продуктов одного вида и сорта, в таре одного типа и размера, одной даты и смены выработки, изготовленное одним предприятием, предназначенное к одновременной сдаче, приемке, осмотру и качественной оценке.

(8) Одноступенчатый контроль - решение о приемке или забраковке партии принимают по результатам контроля только одной выборки или пробы.

(9) Преднамеренная выборка - выборка, организованная таким образом, чтобы была достигнута вероятность отбора дефектных образцов.

(10) Приемочный контроль - это проверка качества продукции, осуществляемая по окончании производственного процесса и при передаче продукции от поставщика к потребителю, либо по окончании отдельных этапов технологического процесса и при передаче полуфабриката одним производственным участком другому.

(11) Проба это часть среднего образца, подготовленная соответствующим образом для проведения лабораторных испытаний.

(12) Случайная выборка - выборка, при которой все изделия выборки будут иметь равные шансы попасть в число испытуемых.

(13) Сплошной приемочный контроль - контроль, при котором подвергается анализу каждое изготовленное изделие, применяется только тогда, когда он не приводит к утрате потребительских свойств контролируемой продукции.

(14) Средний образец это часть исходного образца, выделенная для проведения лабораторных испытаний.

1 Организация контроля качества на пищевом предприятии

1.1 Лаборатория - контролирующий орган за качеством на предприятии

На пищевом предприятии и в контролирующих качество продукции организациях весьма важная роль принадлежит лаборатории, поскольку она является контролирующим органом и основная ее задача обеспечение выпуска стандартной продукции высокого качества. В обязанности лаборатории входит:

- осуществление контроля за качеством сырья, полуфабрикатов и вспомогательных материалов, поступающих на предприятие, а также хранящихся на складах (входной контроль);

- проведение анализов на промежуточных стадиях производственного процесса для проверки правильности соблюдения технологических параметров, предупреждение брака готовой продукции (промежуточный контроль);

- контроль качества готовой продукции и установление соответствия показателям, нормируемым стандартами.

Функции лаборатории:

- проведение экспериментальных работ, направленных на повышение качества продукции и совершенствование методов контроля;

- изыскание путей снижения количества отходов и их рационального использования, участие во внедрении малоотходных и безотходных технологических схем;

- выявление причин допущенного брака и осуществление мероприятий по его сокращению;

- контроль качества питьевой воды, тары;

- контроль за санитарным состоянием производства, соблюдением правил личной гигиены всеми работающими на предприятии, за соблюдением инструкций по санитарно-техническому контролю;

Результаты контроля производства на всех его этапах фиксируются в соответствующих журналах. В журналах не допускаются помарки, исправления. Они должны быть прошнурованы, страницы пронумерованы; на последней странице ставится печать и подпись руководителя предприятия.

Приведем примеры применения и заполнения типовых форм по контролю производства пищевой продукции.

Форма К-1 «Журнал контроля качества поступающего сырья». На каждый вид сырья в журнале отводится отдельный лист. Журнал заполняется лаборантом.

Форма К-2 «Журнал контроля качества вспомогательных материалов и тары». Заполняется по результатам проверки качества каждой поступающей на предприятие партии вспомогательных материалов и тары (сахар, соль, специи, крупы, крышки, тара стеклянная и жестяная, полимерные материалы и др.) в соответствии с требованиями, изложенными в соответствующих стандартах. Журнал заполняется сотрудником, производившим анализ.

Форма К-11 «Лабораторный журнал контроля качества готовой продукции». Заполняется по результатам технических, физико-химических исследований и органолептической оценки качества готовой продукции. Анализ готовой продукции производится по тем показателям, которые предусматриваются нормативно-техническими документами на исследуемые продукты. Используемые методы анализа должны быть стандартизованы. На каждый вид продукции отводится в журнале отдельный лист. Заполняется журнал старшим химиком или химиком-аналитиком.

Форма К-13 «Журнал дегустации». В журнал заносят результаты выборочной органолептической оценки всех видов продукции. Органолептическая оценка производится дегустационной комиссией под председательством директора или главного инженера предприятия. Состав дегустационной комиссии утверждается приказом по предприятию. После заполнения журнала соответствующую страницу подписывают все участвующие в дегустации. Журнал заполняется секретарем дегустационной комиссии.

Лабораторию, как правило, размещают в специально оборудованном помещении с изолированным входом и, по возможности, вблизи обслуживаемых ею цехов.

Температуру воздуха в лаборатории желательно поддерживать в пределах 18-20°С, что соответствует температуре, принятой для проведения большинства анализов.

Большое значение имеет оборудование лаборатории, наличие необходимой мебели, приборов, а также внешнее ее оформление. Мебель и оборудование должны размещаться удобно и рационально как с точки зрения удобства работы, так и с позиций требований техники безопасности.

Лаборатория должна иметь:

- аппараты для нагревания, выпаривания, перегонки и высушивания (испарители, электропечи, сушильные шкафы и термостаты, бани различных конструкций и др.);

- аппаратуру для ведения процессов при повышенных температурах (реакторы, автоклавы и др.);

- оборудование для дробления, измельчения, рассева и перемешивания (ступки, мельницы, сита лабораторные, мешалки, встряхивающие аппараты и др.);

- устройства для охлаждения веществ и материалов (бытовые холодильники, криостаты, сосуды Дьюара и др.);

- оборудование для создания вакуума и давления (механические и струйные вакуумные насосы, компрессоры и др.);

- оборудование для получения и применения газов;

- дистилляторы;

- источники электрического тока и его преобразования (батарея, трансформаторы и др.);

- источники света и оптические устройства.

Большинство работ, выполняемых в лаборатории, связано с использованием веществ, оказывающих вредное воздействие на организм человека, и сложного оборудования. Несоблюдение мер предосторожности и правил техники безопасности может привести к травмам, взрывам, пожару и пр.

При любых травмах после оказания первой помощи к пострадавшему следует немедленно вызвать врача или скорую помощь.

Сотрудники, работающие в химических лабораториях, должны получать специальное питание молоко. Профилактический ежедневный прием этих продуктов позволяет полностью исключить вредное влияние на организм химических веществ.

В каждом помещении, где проводятся химические или физико-химические исследования, должен быть ответственный за соблюдение правил техники безопасности.

В настоящее время Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование) установил общий порядок организации и проведения аттестации лабораторий (1). Аттестация представляет собой комплексную проверку и оценку метрологического обеспечения и общего уровня проводимых работ с учетом их специфики.

Аттестацию проводят ведомственные метрологические службы с участием представителей территориальных органов Ростехрегулирования с целью обеспечения единства и достоверности измерений химического состава и физико-химических свойств сырья, материалов, полуфабрикатов и готовой продукции промышленных предприятий. Задачей аттестации являются изучение, анализ, оценка и официальное подтверждение наличия в лаборатории необходимых условий для проведения всех работ, входящих в круг обязанностей данной лаборатории.

Существует два вида аттестации: первичная для всех действующих и вновь создаваемых лабораторий и периодическая проводимая не реже 1 раза в 5 лет.

При отрицательном результате аттестации службы Ростехрегулирования назначают срок повторной аттестации.

После проведения всех работ по аттестации лаборатории составляется акт, утверждаемый главным метрологом вышестоящей организации, ответственной за ее проведение. На основе акта выдается свидетельство о наличии в лаборатории необходимых условий для выполнения достоверного контроля качества продукции. В нем отмечается срок его действия.

Важной формой государственного надзора за измерительной техникой является поверка средств измерений (3), которая устанавливает их метрологическую пригодность. Обязательной государственной поверке подлежат средства измерения, применяемые при учете материальных ценностей, взаимных расчетах и в торговле, а также те средства измерений, использование которых связано с охраной здоровья трудящихся и техникой безопасности. Обязательной государственной поверке подлежат весоизмерительные приборы, расходомеры, счетчики электроэнергии, нефтепродуктов, воды, газа.

Аттестация испытательного оборудования проводится с целью определения нормированных характеристик по степени точности выдаваемых замеров и установления пригодности их к эксплуатации.

В функции метрологической службы предприятия (2) (объединения) входят организация поверки средств измерений, а также контроль за соблюдением правил их эксплуатации. От хорошей организации этой службы зависят результаты проводимых измерений, анализов, контроля производства.

1.2 Организация контроля на предприятии: общие положения, правила отбора проб, входной контроль, контроль готовой продукции

Лаборатория осуществляет контроль всех видов сырья и материалов, поступающих на предприятие. Различают входной контроль, приемочный, сплошной и выборочный, одноступенчатый, многоступенчатый и т.д.

Поступающее на предприятие сырье подвергается входному контролю. При этом определяется его качество, сортность, влажность, засоренность и другие показатели.

Затем последовательно осуществляется контроль по этапам и операциям всего технологического процесса.

Приемочный контроль (10) - это проверка качества продукции, осуществляемая по окончании производственного процесса и при передаче продукции от поставщика к потребителю, либо по окончании отдельных этапов технологического процесса и при передаче полуфабриката одним производственным участком другому. Способы приемочного контроля выбирают в зависимости от показателей, приводимых в нормативной и технической документации (ТР, ГОСТ, ГОСТ Р, ТУ). Сплошной приемочный контроль (13), при котором подвергается анализу каждое изготовленное изделие, применяется только тогда, когда он не приводит к утрате потребительских свойств контролируемой продукции.

Например: при исследовании продукции консервных заводов сплошной контроль невозможен, так как эти испытания являются разрушающими, он возможен только за качеством заполнения банок, их внешнего вида и укупорки.

О качестве готовой продукции, сырья и вспомогательных продуктов обычно судят по результатам выборочного контроля (2). Под выборочным контролем понимают контроль не каждого из изготовленных изделий, а исследование определенным образом подготовленной пробы, состав которой должен отражать качество всей продукции в целом.

Чтобы правильно понять, что собой представляет проба продукции, подготовленная к проведению анализа, необходимо расшифровать термины «однородная партия продукции», «выборка», «средний образец», «проба», «навеска» и т.д.

Однородная партия (7) это определенное количество пищевых продуктов одного вида и сорта, в таре одного типа и размера, одной даты и смены выработки, изготовленное одним предприятием, предназначенное к одновременной сдаче, приемке, осмотру и качественной оценке.

Выборка (1) это определенное количество пищевых продуктов, отбираемое за один прием от каждой единицы упаковки ящика, клетки, бочки или штабеля неупакованной продукции, для составления исходного образца.

Исходным образцом (4) называют совокупность отдельных выборок, отобранных от однородной партии.

Средний образец (14) это часть исходного образца, выделенная для проведения лабораторных испытаний.

Проба (11) это часть среднего образца, подготовленная соответствующим образом для проведения лабораторных испытаний.

Навеской (6) называется часть пробы, предназначенная для определения отдельных показателей качества пищевых продуктов.

При выборочном контроле процедура отбора образцов для испытаний зависит от того, какие показатели качества подвергаются проверке. Так, если хотят проверить безвредность продукта, т.е. контролируют микробиологические показатели, наличие токсических элементов, ядохимикатов, консервантов и пр., пробы для исследования отбираются с таким расчетом, чтобы выявить именно те образцы, которые могут оказаться недоброкачественными. В этом случае выборка является преднамеренной (9), т. е. организованной таким образом, чтобы была достигнута вероятность отбора дефектных образцов.

При контроле других показателей качества массовой доли сухих веществ, жира, кислотности и др. задача состоит в том, чтобы не допустить поступления к потребителю продукции, не отвечающей по качеству требованию стандарта. В соответствии с этим к отбираемой выборке предъявляется определенное требование она должна достаточно достоверно представлять партию продукции. Для однородной партии продукции выборка или проба тогда будет представлять партию, когда будет применен принцип случайного отбора образцов. При этом все изделия выборки будут иметь равные шансы попасть в число испытуемых. Такая выборка носит название случайной (12).

В зависимости от числа используемых выборок, представляемых для исследования, различают одноступенчатый, многоступенчатый и последовательный контроль.

При одноступенчатом контроле (8) решение о приемке или забраковке партии принимают по результатам контроля только одной выборки или пробы. Одноступенчатый контроль значительно проще других и обеспечивает оперативность получения требуемой информации о качестве продукции.

Многоступенчатый и последовательный контроль (5) довольно сложны в организации. Частный случай многоступенчатого контроля - двухступенчатый контроль, при котором решение о возможности отправки партии продукции принимают по результатам контроля одной или двух выборок. При последовательном контроле не оговаривается заранее число подлежащих отбору выборок, а необходимость отбора каждой последующей выборки зависит от результатов контроля предыдущих.

В пищевой промышленности используют обычно одноступенчатый или двухступенчатый вид контроля.

Правильный отбор пробы для проведения анализов наряду с правильным использованием принятого метода определения единичного показателя качества продукции (3) (единичный показатель качества продукции это показатель, относящийся только к одному из ее свойств - содержание хлорида натрия и т.д.) является одной из самых важных задач.

Состав подготовленной пробы должен отражать качество всей партии продукции в целом. Для составления исходного и среднего образцов необходимо брать из однородной партии продукции такое количество единиц упаковки (банок, ящиков, бочек и пр.), которое отражало бы качество всей партии. Решению этого вопроса помогают методы вариационной статистики. Практически число единиц продукции, отбираемой для приготовления исходного образца, устанавливается правилами приемки, изложенными в соответствующих стандартах.

Отбор проб продукции разной консистенций осуществляется различными предметами. Все пищевые продукты могут быть объединены в 6 групп:

- жидкие однородные материалы (пробы жидкостей отбирают специальными трубками-пробниками или насосом конструкции Бахтина (трубка с поршнем, шариковыми клапанами и сливным отводом));

- жидкие неоднородные материалы, способные расслаиваться и образовывать эмульсии (отбирают при разгрузке тары в начале, середине и конце слива или из разных слоев вскрытой единицы тары);

- материалы твердой мажущей консистенции, фасованные в крупную тару (пробы отбирают масляным щупом);

- сыпучие материалы (пробы отбирают специальным мешочным щупом из разных мест верхнего, среднего и нижнего слоев мешка);

- плоды, овощи, мелкая рыба, консервированные продукты (пробы отбирают, руководствуясь данными о количестве единиц упаковки в однородной партии);

- мясо в тушах и полутушах, крупная рыба, птица (отбирают от каждой исследуемой мясной туши и ее части целым куском массой не менее 200 г из определенных мест (у 3 тушек птицы скальпелем по 70г), для получения однородной пробы каждый образец отдельно пропускают через мясорубку с диаметром отверстии решетки 2 мм; фарш тщательно перемешивают).

Входной контроль осуществляет лаборант на сырьевой площадке. Целью входного контроля является установление доли стандартных и нестандартных плодов, видов порчи, а для некоторых продуктов (яблок, винограда) массовой доли сухих веществ.

Свежие овощи и плоды, поступающие в переработку, по качественному состоянию и упаковке должны соответствовать требованиям стандартов.

При проведении технического анализа свежих овощей и плодов принимают во внимание следующие признаки: форму, величину, окраску, степень зрелости, внутреннее строение плодов и овощей, наличие повреждений (механических, сельскохозяйственными вредителями и др.).

Порчу свежих плодов и овощей в начальной стадии можно обнаружить с помощью флуоресценции другими методами это установить практически невозможно.

Например: здоровый картофель на разрезе имеет желтую флуоресценцию, пораженный фитофторой голубую, с наличием кольцевой гнили зеленоватую, подмороженный - беловатую. Лимоны и апельсины имеют желтую флуоресценцию с голубоватым оттенком, мандарины - темно-оранжевую с фиолетовым оттенком.

При поражении плодов голубой плесенью появляется темно-синяя флуоресценция в виде пятен в местах поражения. Целесообразно организовать проверку на возможность поражения голубой плесенью плодов, имеющих механические повреждения, а также перезревших.

Качество мяса определяется его морфологическим и химическим составом, правильностью технологической обработки туш и свежестью.

Доброкачественное мясо должно быть хорошо обескровлено, не иметь сгустков крови, кровоподтеков, побитостей, поврежденных тканей, остатков внутренних органов и загрязнений содержимым желудочно-кишечного тракта. Степень свежести мяса определяется органолептическими, а также химическими и бактериологическими методами.

Качество живой рыбы характеризуется ее общим состоянием, упитанностью и размерами. Живая рыба должна быть здоровой, упитанной, с естественной блестящей окраской, без наружных повреждений и видимых признаков заболеваний.

Охлажденная рыба должна иметь естественную окраску, чистые кожные покровы без повреждений, жабры от темно-красного до розового цвета, покрытые тягучей прозрачной слизью; запах свежий, без порочащих примесей.

Мороженая рыба должна быть без каких-либо дефектов.

Свежесть рыбы может быть оценена по степени ее люминесценции:

- при сомнительной свежести появляется ярко-белое свечение с голубоватым оттенком;

- несвежая рыба дает коричневатое свечение с оранжевыми или красными пятнами.

Растительные масла в зависимости от степени очистки подразделяют на: нерафинированные; гидратированные; рафинированные и дезодорированные.

К показателям, характеризующим видовые признаки и товарные качества (свежесть, примеси других масел), относят запах, вкус, цвет, прозрачность, отстой, плотность, коэффициент преломления, кислотное и йодное числа, число омыления, наличие неомыляемых веществ.

Сахар-песок выпускают трех видов:

- мелкокристаллический (должен быть сыпучим, сухим на ощупь без посторонних примесей и комков, белого цвета с блеском, вкус сахара и его растворов сладкий, без постороннего привкуса и запаха, он должен растворяться полностью, образуя прозрачный раствор);

- рафинированный (крупные кристаллы с хорошо выраженными гранями и плоскостями);

- для промышленной переработки.

Пряности. Основное внимание следует уделять контролю условий хранения пряностей. Хранят их в плотной упаковке, не пропускающей влаги и воздуха. Их нельзя держать в помещении, где находятся другие продукты с резким или специфическим запахом. Негерметично упакованные пряности также могут передавать свой запах другим продуктам.

Поваренная соль бывает трех сортов: «Экстра» (99,7% - массовая доля хлор-иона в пересчете на сухое вещество, % не менее), высший (98,4%), первый (97,7%).

Пищевая соль должна иметь определенный для каждого сорта размер зерен, а также влажность. Химический состав всех видов пищевой соли должен быть одинаковым, причем количество примесей в пересчете на сухое вещество не должно превышать 2,5%.

Контроль качества готовой продукции проводят по комплексу физико-химических, микробиологических и органолептических показателей. В зависимости от вида выпускаемой продукции перечень контролируемых показателей различен и оговорен соответствующими стандартами.

Микробиологические исследования проводятся с целью обнаружения возбудителей пищевых отравлений и инфекционных заболеваний, а также вызывающих различные виды порчи.

Органолептической оценке подлежат все виды готовой продукции по правилам, заложенным в стандартах на исследуемые изделия.

Комплекс физико-химических показателей, подлежащих контролю, различен для разных групп пищевых продуктов: содержание влаги, величина рН, массовая доля сухих веществ, жира, хлоридов (NaCI), кислотность, массовая доля минеральных примесей, кислот, общего сахара, спирта, мякоти, наличие посторонних примесей и токсичных элементов (тяжелых металлов).

Таким образом, качество продуктов питания тесно связано с проблемой контроля. Качество сырья и готовой продукции должно соответствовать требованиям нормативной и технической документации, где изложены все технические требования к качеству сырья, правила его приемки, методы испытания, а также условия хранения, гарантии предприятия-изготовителя.

Стандартизованные методы контроля качества готовых продуктов постоянно совершенствуются, заменяются более точными и универсальными, современными. Работники лабораторий должны систематически пополнять свои знания в этой области.

1. Какова роль методов анализа в процессе получения высококачественной пищевой продукции?

2. Каковы обязанности и функции производственной лаборатории?

3. Где фиксируются результаты производственного контроля качества сырья и пищевых продуктов? Приведите примеры.

4. Каковы требования к оборудованию, использующегося в лаборатории?

5. Техника безопасности работников производственной лаборатории.

6. Что такое аттестация и аккредитация лабораторий?

7. Что такое поверка средств измерений?

8. Кто является ответственным за аттестацию лабораторного оборудования?

9. Что такое входной контроль, каковы его виды?

10. Чем отличается случайная выборка от преднамеренной?

11. В чем недостаток сплошного производственного контроля?

12. Какой чаще всего применяется контроль качества сырья и готовой продукции (одноступенчатый или многоступенчатый)?

13. Что включает в себя контроль качества готовой продукции?

14. Как правильно отбираются пробы пищевых продуктов для анализа?

15. В чем особенность проведения входного контроля различных видов пищевых групп продукции на сырьевой площадке?



2 Понятие о методах анализа сырья и продуктов питания

В России проблемы качества и все вопросы, связанные с созданием общегосударственной системы управления качеством, сегодня приобретают чрезвычайную актуальность. Экономическое возрождение России немыслимо без создания условий, обеспечивающих высокое качество и безопасность отечественных товаров, повышение их конкурентоспособности, защиту прав потребителей на внутреннем и мировом рынках. В связи с этим творческое усвоение теоретических и практических знаний специалистами в области изучения и использования методов анализа сырья и пищевых продуктов и проведения экспертизы качества является актуальной задачей, так как недооценка значения качества продукции и необходимости систематической и целенаправленной работы по его повышению приводит к потере позиций российской промышленности во многих ключевых отраслях. В решении этой задачи непосредственное участие должны принимать все предприятия и организации, специалисты промышленности, сельского хозяйства и торговли, работающие в сфере производства и реализации потребительских товаров.

Среди эффективных средств для выполнения поставленной задачи важное место занимает экспертиза качества товаров. Цель такой экспертизы - на основе тщательного анализа качества товаров определить их потребительскую ценность, т. е. социальную эффективность, полезность, удобство пользования и эстетическое совершенство, что реализуется при использовании современных методов анализа. Будучи элементом системы управления качеством товаров, экспертиза призвана стать барьером на пути к потребителю некачественных, неконкурентоспособных товаров, а также к производству и реализации опасной продукции. Всему этому способствует современные методы анализа сырья и пищевых продуктов.

(1) Косвенное титрование, или титрование заместителя - титрование, которое применяют, когда нет подходящей реакции или индикатора для прямого титрования. В этом случае используют реакцию, в которой анализируемое вещество замещают эквивалентным количеством другого вещества и затем титруют рабочим раствором.

(2) Метод объемного (титрометрического) анализа - это метод количественного определения, основанный на измерении объема реагента, требуемого для проведения реакции с определяемым веществом.

(3) Обратное титрование - титрование, которое используют в тех случаях, когда прямое титрование невозможно или когда анализируемое вещество неустойчиво. При этом берут два рабочих раствора, один из которых добавляют в избытке, а вторым титруют избыток первого.

(4) Прямое титрование наиболее распространенный и удобный прием, когда к анализируемому раствору вещества непосредственно добавляют рабочий раствор известной концентрации.

(5) Титрование - процесс постепенного добавления раствора точно известной концентрации к исследуемому раствору.

(6) Точка эквивалентности - установление конечной точки титрования.

2.1 Объемные методы анализа. Титрование как метод количественного определения вещества: прямое, косвенное и обратное

Метод объемного (титрометрического) анализа (2) это метод количественного определения, основанный на измерении объема реагента, требуемого для проведения реакции с определяемым веществом.

Объемные методы анализа основаны на протекании реакций нейтрализации, осаждения, ионного обмена, комплексообразования, окисления-восстановления и др. Они должны удовлетворять следующим условиям:

- строгое соблюдение стехиометрических соотношений между веществами реакций;

- быстрое и количественное протекание реакций;

- точное и строгое фиксирование точки эквивалентности;

- посторонние вещества в анализируемой пробе не должны вступать в реакцию с добавляемым реагентом, что может помешать титрованию.

Титрованием (5) называют процесс постепенного добавления раствора точно известной концентрации к исследуемому раствору.

Одной из основных стадий этого процесса, во многом определяющей точность объемного метода, является установление конечной точки титрования, называемой точкой эквивалентности (6). Точку эквивалентности определяют визуально по изменению цвета раствора, индикатора, появлению помутнения либо инструментальными методами кондуктометрическое, потенциометрическое титрование.

Для титрования достаточно 1-3 капель раствора индикатора массовой долей 0,1-0,5 % на 10-100 см³ анализируемого раствора.

Титрометрическое определение осуществляют прямым, косвенным и обратным титрованием.

Прямое титрование (4) наиболее распространенный и удобный прием, когда к анализируемому раствору вещества непосредственно добавляют рабочий раствор известной концентрации.

Косвенное титрование, или титрование заместителя (1), применяют, когда нет подходящей реакции или индикатора для прямого титрования. В этом случае используют реакцию, в которой анализируемое вещество замещают эквивалентным количеством другого вещества и затем титруют рабочим раствором.

Обратное титрование (3) используют в тех случаях, когда прямое титрование невозможно или когда анализируемое вещество неустойчиво. При этом берут два рабочих раствора, один из которых добавляют в избытке, а вторым титруют избыток первого.

Расчет массовой доли определяемого вещества Х (в %) через массовую концентрацию рабочего раствора ведут по формуле

Х=100 VСМ /(1000т), (2.1)

где V - объем рабочего раствора, пошедшего на титрование, см³;

С - молярная концентрация рабочего раствора, моль/дм³;

М - молекулярная эквивалентная масса определяемого вещества, г/моль;

m - масса навески анализируемого вещества, г.

1. На чем основан метод объемного анализа?

2. Какие виды титрования применяются при объемном методе анализа?



3 Физические методы анализа

Область применения физических методов в практике пищевых производств обширна и охватывает измерение массы, плотности, вязкости, электропроводности, концентрации водородных ионов, коэффициента рефракции.

(1) Вискозиметры - приборы для определения вязкости.

(2) Кинематическая вязкость - отношение динамической вязкости к плотности жидкости.

(3) Метод гравиметрического, или весового, анализа - метод количественного анализа, основанный на точном измерении массы определяемого вещества, выделенного в виде неорганических или органических соединений.

(1) Потенциометрический анализ - метод, который применяется для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (ионометрия), а также для индикации точки эквивалентности при титровании (потенциометрическое титрование).

(1) Кондуктометрическое титрование - титрование, при котором фиксируется скачкообразное изменение электропроводности в эквивалентной точке.

(2) Хронокондуктометрическое титрование - титрование, при котором рабочий титрованный раствор равномерно подается в сосуд для титрования и регистрируется зависимость: электрическая проводимость-время.

(1) Интерференция света - это наложение световых пучков, при котором они в одних местах гасят друг друга, а в других усиливают.

(2) Рефракция или явление лучепреломления - процесс, который наблюдается при переходе лучей из одной среды в другую, причем скорость распространения света в них различна.



3.1 Методы гравиметрического (весового) анализа

Метод количественного анализа, основанный на точном измерении массы определяемого вещества, выделенного в виде неорганических или органических соединений, получил название гравиметрического, или весового, анализа (3).

По способу определения различают методы выделения, методы осаждения и методы отгонки.

В первом случае определяемый компонент количественно выделяют в свободном состоянии и взвешивают на аналитических весах.

В качестве примера можно привести определение массовой доли золы в пищевых продуктах, основанное на сжигании и последующем прокаливании до постоянной массы навески в предварительно взвешенном тигле. Оставшееся в тигле содержимое взвешивают и по его массе вычисляют процентное содержание золы в пищевом продукте.

В методах осаждения определяемый компонент выделяется с помощью химических реактивов в виде малорастворимых осадков определенного химического состава. Осадок промывают, высушивают до постоянной массы и взвешивают. Так определяют SО₄^--, Cl^- и другие ионы в пищевых продуктах.

В последнем случае определяемый компонент отгоняется из анализируемой пробы в виде легколетучего соединения.

Данным способом устанавливают массовую долю влаги в пищевых продуктов, наличие в них СО₂, NН₃ и других летучих веществ.

Все модификации весового метода отличает большая точность, что позволяет их применять в арбитражных анализах. Недостатком же является большая продолжительность.

Результаты весового анализа, прежде всего, зависят от точности весов, их своевременной регулировки, погрешности разновесов.

В настоящее время в лабораторной практике широко используются аналитические весы модели АДВ-200 (аналитические демпферные воздушного торможения с предельной нагрузкой 200 г), ВЛК-500г-М (лабораторные квадрантные с предельной нагрузкой 500 г, без механизма компенсации тары) и ВЛКТ-500 г (с механизмом компенсации тары), весы лабораторные равноплечие 2 класса модели ВЛР-200 г и весы лабораторные равноплечие 3 класса модели ВЛР-1кг, а также многие виды весов электронного типа импортного и отечественного производства. Все лабораторные весы питаются от сети переменного тока через выносной понижающий трансформатор.

При работе с весами необходимо помнить, что если относительная погрешность взвешивания соизмерима с допустимой погрешностью гравиметрического анализа, то необходимо вводить поправку на неравноплечность весов. Масса навески анализируемой пробы должна быть подобрана так, чтобы массу взвешиваемого осадка можно было определить на аналитических весах с погрешностью, не превышающей допустимого значения.

Измерение плотности жидкости с помощью ареометра основано на определении силы выталкивания, действующей на погруженное в нее тело. По объему вытесненной жидкости и массе плавающего в ней ареометра определяется плотность исследуемой жидкости. На практике применяются ареометры постоянной массы и ареометры постоянного объема. Если шкала ареометра постоянной массы проградуирована в единицах плотности, то он называется денсиметром. Денсиметры для контроля плотности конкретных жидких сред носят название сахариметров, лактометров, спиртометров и т. п.

Вязкость является физическим свойством жидкости, проявляющимся при относительном движении соседних слоев. Измерение вязкости сводится к определению коэффициента вязкости с помощью закона Пуазейля для ламинарного течения по капиллярам:

Отношение динамической вязкости к плотности жидкости называется кинематической вязкостью (2).

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами (1). В лабораториях заводов наиболее часто используется вискозиметр Оствальда (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 Вискозиметр Оствальда

Порядок работы и принцип действия вискозиметров описаны в инструкциях по эксплуатации и в справочных руководствах, где даны также таблицы для учета влияния температуры и концентрации веществ на вязкость различных пищевых продуктов.

3.2 Потенциометрические методы анализа

Для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (ионометрия), а также для индикации точки эквивалентности при титровании (потенциометрическое титрование) широко применяется потенциометрический анализ (1).

Техника прямой потенциометрии следующая: два электрода из различных металлов погружают в раствор, содержащий вещества, не реагирующие с ними, и между этими электродами возникнет разность потенциалов. Разность потенциалов Е, возникающая между электродами, в общем описывается уравнением



Е = E- k lg (А_А+А_В-) +k lg (А_А+А_В-), (3.1)

где E - стандартный потенциал (величина, постоянная при данной температуре);

k = RT ln 10 / (nF),

где R - удельная газовая постоянная, кДж/(кг*К);

T - абсолютная температура, ^оС;

n- число электронов, принимаемое или отдаваемое одной молекулой определяемого вещества;

F - число Фарадея, Кл/моль.

При измерении электродвижущей силы (ЭДС) необходим электрод сравнения. Наиболее распространен в потенциометрии хлорсеребряный электрод сравнения (Ag, AgCl/KCl).

Применяются также каломельный и сурьмяный электроды. Для прямой потенциометрии (ионометрии) используют стеклянные электроды, электроды с гомогенной или гетерогенной мембраной, жидкостные, газовые электроды и ферментные.

Широкое распространение в лабораторной и заводской практике пищевых производств получил стеклянный электрод, предназначенный для измерения рН (рис. 3.2). Потенциал стеклянного электрода обусловлен обменом ионов щелочных металлов, находящихся в стекле, с ионами водорода из раствора. Диапазон измерения рН зависит от типа применяемого стеклянного электрода.

Более подробно рекомендации по определению рН в различных средах содержатся в руководствах по эксплуатации рН-метров.

В последние годы разработаны ионоселективные электроды, чувствительные к определенным катионам и анионам. Селективная мембрана в них может быть выполнена из твердых (например, стекло), жидких (органический ионообменный или нейтральный макроциклический комплексообразователь) материалов, содержать в себе иммобилизованные ферменты или микроорганизмы.

Рисунок 3.2 - Стеклянный мембранный электрод:

1 - стеклянная мембрана;

2 - внутренний раствор;

3 - внутренний электрод сравнения Ag/AgCl

Электроды двух последних типов позволяют определять концентрацию сложных органических соединений, не диссоциирующих на ионы, - витаминов, гормонов, антибиотиков.

Для проведения аналитических работ можно пользоваться отечественными рН-метрами типа рН-121, рН-125, рН-150, иономером ЭВ-74, а также зарубежных фирм Radiometr (Дания), Orion (США) и др.

При потенциометрическом титровании могут использоваться реакции кислотно-основного взаимодействия, окисления-восстановления, реакции осаждения и комплексообразования, в ходе которых изменяется концентрация потенциалопределяющих ионов.

Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности по рН. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение потенциала электрода (рис. 3.3).

Установка для проведения потенциометрического титрования приведена на рис. 3.4

Основными достоинствами рассматриваемого метода являются высокая точность, чувствительность и возможность проводить определения в более разбавленной среде, чем это позволяют визуальные индикаторные методы.

Кроме того, этим методом можно определять несколько веществ без предварительного разделения, а также исследовать мутные и окрашенные растворы. Возможна полная или частичная его автоматизация за счет подачи рабочего раствора, записи кривой титрования, отключения подачи титранта в заданный момент титрования, соответствующий точке эквивалентности.

Рисунок 3.3 - Кривые потенциометрического титрования кислоты щелочью: а - интегральная; б - дифференциальная

Рисунок 3.4 Установка для потенциометрического титрования:

1 - магнитная машина; 2 - исследуемый раствор; 3 - хролсеребряный электрод (электрод сравнения); 4 - индикаторный электрод; 5 - бюретка; 6 - потенциометр.



В настоящее время промышленность выпускает несколько типов автотитраторов (один из них БАТ-115).

3.3 Кондуктометрические методы анализа

Для возможности автоматического контроля качества пищевых продуктов исследуют электрическую проводимость веществ в различных растворителях с помощью кондуктометрического метода анализа.

Кондуктометрический метод имеет две модификации:

1. В первой используется зависимость электропроводности раствора от его концентрации для определения количественного содержания растворенного вещества. На таком принципе работают различные промышленные концентратометры.

2. Во второй модификации данные измерений электропроводности служат для контроля химических процессов, протекающих в системе.

За единицу электрической проводимости принят Сименс (См), а электрическая проводимость раствора выражается в единицах удельной (См^.м^-1) или эквивалентной q (См^.м^2.кг^.экв^-1) электрической проводимости. Удельная и эквивалентная проводимости связаны соотношением:

q = /С, (3.2)

где С - молярная концентрация раствора, кг-моль/м³.

В разбавленных растворах сильных электролитов зависимость электропроводности от концентрации выражается уравнением:

q = q₀ - A , (3.3)



где q - эквивалентная электропроводность, См^.м^2.кг^.экв^-1;

q₀ - эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении, См^.м^2.кг^.экв^-1;

А - постоянная величина.

Кондуктометрический метод используется в технохимическом контроле в вариантах прямой кондуктометрии и кондуктометрического титрования.

Точность кондуктометрических измерений позволяет применять их в автоматизированных средствах контроля качества пищевых продуктов и управления технологическими процессами в молочной, мясной, масложировой и других отраслях пищевой промышленности.

Разновидностью кондуктометрии является титрование, при котором фиксируется скачкообразное изменение электропроводности в эквивалентной точке.

При кондуктометрическом титровании (1) могут быть использованы реакции осаждения, нейтрализации, комплексообразования и др., в ходе которых достаточно заметно изменяется электрическая проводимость растворов после достижения точки эквивалентности. Точка эквивалентности в данном случае находится графическим методом (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 - Кривые кондуктометрического титрования соли, сильной и слабой кислот сильным основанием: 1 - соль; 2 - сильная кислота; 3 - слабая кислота.



При проведении кондуктометрического титрования для получения резкого излома на кривых титрования необходимо учитывать эффект разбавления. Последний можно свести к минимуму, титруя большой объем разбавленного раствора в кондуктометрической ячейке концентрированным рабочим раствором.

Кондуктометрические измерения проводятся при постоянном или переменном токе с использованием мостовых или компенсационных измерительных схем. Отечественная промышленность для этих целей выпускает реохордные мосты Р-38, Р-556, Р-577, а также кондуктометры типа «Импульс», АК-298 и др.

Другой разновидностью кондуктометрии является хронокондуктометрическое титрование (2), когда рабочий титрованный раствор равномерно подается в сосуд для титрования и регистрируется зависимость: электрическая проводимость-время. При этом на кривых появляются четкие изломы, показывающие точки эквивалентности. Этот метод заложен в конструкции промышленных автотитраторов типа БАТ-115.

3.4 Рефрактометрические методы анализа

Для контроля за различными технологическими процессами в пищевой промышленности и за качеством пищевых продуктов широкое применение нашли рефрактометрические методы анализа.

Рефракция (2) или явление лучепреломления наблюдается при переходе лучей из одной среды в другую, причем скорость распространения света в них различна.