Определение жирно-кислотного состава сыров методом газовой хроматографии

Содержание

1. Введение

2. Литературный обзор

2.1. Определение понятия «сыр»

2.2. Классификация сыров

2.3. Пищевая ценность

2.4. Основные процессы производства сыров

2.5. Молочный жир

2.6. Физико - химические показатели

2.7. Оценка качества сыров

2.8. Хроматографический метод анализа

3. Практическая часть

3.2. Аппаратура, материалы, реактивы

3.3. Подготовка к измерению

3.4. Проведение измерения

3.5. Обработка результатов

3.6. Результаты

Выводы

Список используемой литература

1. Введение

В последние годы на российском потребительском рынке удельный вес фальсифицированных продуктов питания резко возрос. По данным контрольных органов, в стране ежегодно из-за несоответствия ассортиментной принадлежности или качества бракуется до 50 - 60 % всей подвергшейся контролю пищевой продукции. Вся она относится к фальсифицированной. Под фальсификацией принято понимать обман покупателей путем изменения одной или нескольких характеристик товара для получения незаконной прибыли. В зависимости от основополагающих характеристик товара различают фальсификацию: ассортиментную, по качеству количеству, стоимостную и информационную. Наиболее распространены первые два вида фальсификации. Любой вид фальсификации обязательно сопровождается стоимостной и информационной фальсификацией.

Молочные продукты относятся к числу наиболее часто фальсифицируемых товаров, уступая в этом отношении сомнительные лавры «первенства» лишь алкогольным напиткам. По частоте фальсификации первое место занимает сливочное масло, второе место - молоко, сливки, третье - сметана и творог. Четвертое - сыры.

Ассортиментная фальсификация сыров связана одновременно с качественной. Из-за низкого качества сырья, нарушения технологии производства отечественные сыры иногда не имеют выраженных идентификационных признаков, свойственных именно этому типу или наименованию. В соответствии с требованиями гигиены питания в последние годы в развитых странах большое внимание уделяется проблеме снижения содержания жира в сыре. Простое снижение содержания жира вызывает ухудшение органолептических показателей, а, следовательно, и снижение конкурентоспособности сыров на пищевом рынке. Пути решения этой проблемы -- модификация технологии (увеличение влажности сыров, использование заменителей или имитаторов жира, изменение состава заквасок). Часть жира молока может быть заменена растительными жирами, что снижает содержание холестерина в сыре.

2. Литературный обзор

2.1 Определение понятия «сыр»

Из-за большого количества разнообразных видов сыров понятие «сыр» с трудом поддается определению. Этим фактом объясняется отсутствие общепринятого определения. Приведем пример: «сыр -- это сгусток, достижение путем ферментации молока с последующим отделением сыворотки от коагулята для получения более плотной массы». Такое определение не применимо в отношении сывороточного, кисломолочного, сливочного и других видов сыра, при производстве которых используются новейшие технологии (например, ультрафильтрация или обратный осмос).

В «Кодексе основных принципов», разработанном Организацией ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства дано следующее определение: «Сыр -- это свежий или выдержанный продукт, получаемый путем обезвоживания сгустка после коагуляции молока, сливок, обезжиренного или частично обезжиренного молока, пахты или их комбинации». Это определение не подходит для сывороточного сыра и других разновидностей сыров, изготовленных с использованием новейших технологий. В связи с этим было предложено специальное определение для сывороточного сыра: «Сывороточный сыр -- это продукт, получаемый путем концентрирования или коагуляции сыворотки с добавлением или без добавления молока или молочного жира».

Несмотря на то, что, согласно международным соглашениям, в название сыра стали включаться сведения о его происхождении, составе и другие подробности, подобные определения не могут считаться удовлетворительными, поскольку производитель сыра должен располагать более подробной информацией о типе молока, способах производства и о возможности реализации готового продукта.

2.2 Классификация сыров

По мнению российских ученых, основой классификации сыров могут быть: тип основного сырья, способ свертывания молока, участвующая в производстве сыра микрофлора, главные показатели химического состава и принципиальные особенности технологии.

По типу основного сырья сыры делят на натуральные, вырабатываемые из коровьего, овечьего, козьего, буйволиного молока, и плавленые, основным сырьем для которых являются натуральные сыры. Натуральные и плавленые сыры очень отличаются друг от друга, поэтому каждая группа имеет свою классификацию.

Тип свертывания молока придает специфические особенности сыру. В сыроделии используют четыре типа свертывания молока: сычужное, кислотное, сычужно-кислотное, термокислотное. Продукты кислотного свертывания, вырабатываемые с отделением сгустка от сыворотки, в международной практике считают сырами, так как они представляют белково-жировые концентраты молока. Однако в них казеин в основном находится в нативном виде, и в сычужных сырах большая часть казеина расщеплена. Кислотное свертывание молока происходит при низком рН -- 4,6--4,7; что в сильной степени влияет на состав сгустка, в частности на содержание в нем Са, Р, молочной кислоты, и делает невозможными в сгустке процессы, которые протекают при созревании сычужных сыров.

При сычужно-кислотном свертывании с использованием небольших доз молокосвертывающих ферментов уровень рН повышается до 5,0--5,3, но тип свертывания ближе к кислотному, чем к сычужному. В этом случае сычужный фермент добавляется для повышения плотности сгустка и уменьшения потерь казеина.

Термокислотное свертывание молока (нагревание подкисленного молока до высоких температур происходит при более высоком рН, чем при кислотном свертывании) обусловливает получение продукта со специфическими свойствами, которые резко отличаются от свойств сычужных и кисломолочных сыров.

Основную роль в формировании специфических органолептических свойств сыров играют используемые микроорганизмы. Используются мезофильные или термофильные бактерии. Они образуют ферменты, сбраживающие молочный сахар, повышают кислотность и снижают окислительно-восстановительный потенциал до определенного уровня, т.е. создают условия, при которых в продукте протекают биохимические и микробиологические процессы.

Кроме молочнокислых бактерий, в производстве различных групп сыров используют и другие микроорганизмы, придающие специфические свойства продуктам. В зависимости от состава микрофлоры сыры можно разделить на вырабатываемые:

- при участии только мезофильных молочнокислых бактерий;

- с использованием мезофильных и термофильных молочнокислых и пропионовокислых бактерий;

- с использованием плесневых грибов;

- с применением микрофлоры поверхностной слизи;

- с использованием бифидобактерий (или ацидофильной палочки)

- без непосредственного участия микроорганизмов (сывороточные, сливочные).

В классификации сыров используют содержание влаги и жира. Наилучшими вкусовыми свойствами обладают сыры, содержащие 45--50% жира в сухом веществе.

Влага сыра. В ходе изготовления сыра контролируется влажность несозревшего сыра, а поддержание необходимой влажности внутри сырохранилища помогает контролировать уровень влаги в конечном продукте. Вода в сыре находится в различных состояниях:

связанная влага, которая интегрирована в структуру компонента сырной массы, например, белка;

вода, которая удерживается в контакте с частицами (капиллярами) сгустка, так называемая гигроскопическая влага;

свободная влага, которая свободно перемещается внутри сгустка и выступает в качестве растворителя.

Классификация сыров (по технологии производства)

Класс	Основные представители
1. Твердые сычужные (влажность более 48%)	Пармезан (Италия), Советский, Альпийский (Австрия), Костромской, Чеддер, Российский.
2. Полутвердые сычужные. Влага 44 - 46 %. Рисунок угловатый, неправильный. Вкус острый, аммиачный. Самопресующиеся.	Пикантный, Латвийский, Тильзит (Германия), Брик (США) и др.
3. Мягкие сычужные сыры (влага 46 - 82%), в основном самопресующиеся.	Любительский, Кембридж, Коттедж, Останкинский.
4. Плавленые (вторично переработанное сырье).	Орбита, Хохланд.

2.3 Пищевая ценность

По концентрации основных веществ молока сыры можно рассматривать как ценнейшие белково-кальциевые молочные концентраты, отличающиеся высокой биологической ценностью и легкой усвояемостью.

Сыры являются важным источником биологического белка (23--27%), жира (27--30%), усвояемого кальция (в 100г. продукта 700--1000 мг), фосфора (400--600 мг), витаминов А (0,2--0,3 мг), В₂ (0,4--0,5 мг), С (2--5 мг). По белковому потенциалу 100г. сыра соответствует не менее чем 150г. мяса. По содержанию кальция 100г. сыра полностью удовлетворяет суточную потребность в нем организма. Отношение кальция и фосфора в сырах наиболее благоприятное для их усвоения. Белки сыра усваиваются на 98,5%, жиры -- на 96% Хорошему усвоению содействует гидролиз белков при созревании до более простых соединений, в основном растворимых

Сыры обладают высокой калорийностью, в зависимости от содержания жира и белка она составляет от 2500 до 4000 ккал на 1кг. сыра. Минеральных веществ в сыре около 4%.

Сыры имеют богатую вкусовую гамму, особенности запаха, консистенции, что позволяет каждому любителю подобрать себе сыр по вкусу. Но рекомендуемая суточная норма его потребления составляет только 18г., так как он возбуждает нервную систему из-за большого содержания экстрактивных веществ. Сыры можно рекомендовать как холодную закуску, компонент для приготовления первых и вторых блюд, можно использовать как десерт.

2.4 Основные процессы производства сыров

Созревание молока связано с развитием молочнокислого брожения.

Используются два способа созревания молока:

свежее молоко собирают в танки и выдерживают 10-- 15 ч при температуре 8--10*С, после чего перерабатывают на сыр;

созревание пастеризованного молока с внесением бактериальных заквасок.

Созревание молока обеспечивает продолжение молочнокислого брожения в процессе обработки сгустка и на первой стадии созревания. В 1 мл молока, подготовленного для производства сыра, перед свертыванием должно быть примерно от 3 до 15 млн молочнокислых бактерий.

Нормализацию молока проводят по жиру с тем, чтобы получить сыр необходимой жирности.

Пастеризация. Все сыры, кроме Швейцарского, вырабатывают из пастеризованного молока. Для сохранения технологических свойств, приобретенных им при созревании, пастеризация производится при температуре не выше 71-- 72°С в течение 20 с. При этом режиме погибают не все микроорганизмы. Следовательно, для выработки сыров необходимо использовать молоко с минимальным содержанием посторонней микрофлоры.

Внесение химикатов. При обсеменении сырого молока газообразующими бактериями (группа кишечной палочки) хорошие результаты получаются при внесении в него калийной селитры -- KNO.,. Применение ее предотвращает вспучивание сыров. Перед заквашиванием на 100 л молока прибавляют до 30 г селитры в виде раствора.

Для повышения свертываемост молока в присутствии сычужного фермента вносят раствор хлористого кальция.

Подкрашивание молока обычно производят в зимний период, чтобы придать сырному тесту характерную желтую окраску. Применяют водорастворимую краску "аннато. Свертывание молока производят в сырных ваннах различной емкости, оборудованных мешалками. Ванны используют двустенные, чтобы при необходимости можно было применять нагревание горячей водой. Сущность свертывания молока сычужным ферментом состоит в том, что сначала фермент превращает основной белок молока -- казеин -- в параказеин, а затем катализирует образование сгустка из параказеина.

Обработка сгустка проводится с целью удаления сыворотки и уменьшения объема сгустка. Сначала сгусток дробят механическими ножами для получения сырного зерна Размер его от 3 до 6 мм в зависимости от вида сыра. Чем меньше влаги должно быть в сыре, тем мельче по размеру получаемое зерно. Выделение влаги из сырного зерна происходит за счет синерезиса, т. е. самопроизвольного сжатия зерна и выталкивания влаги. Сырное зерно тщательно вымешивают, отводят из ванны сыворотку и производят второе нагревание сырного зерна.

Второе нагревание содействует обсушке сырного зерна, так как проводят его практически при прекращении отделения сыворотки из сгустка.

Воздействие более высоких температур приводит к излишнему обезвоживанию, пересушиванию сырного зерна, полученного продукта с грубой консистенцией и невыраженным слабым ароматом.

В процессе такой обработки сырное зерно приобретает упругость и клейкость, становится готовым к формованию сыра.

Формование сыра осуществляется для придания ему определенной формы и удаления излишней сыворотки. Его осуществляют двумя способами: из пласта и наливом сырного зерна в формы.

При формовании первым способом осевшее сырое зерно благодаря своей клейкости образует пласт. Его слегка подпрессовывают для придания большей связности и режут на куски, которые помещают в металлические формы. На поверхность сырной массы раскладывают казеиновые или пластмассовые цифры, обозначающие число и месяц наработки сыра, обертывают головки миткалевыми салфетками и в формах направляют на прессование.

Прессование сыров проводят при помощи гидравлических, пневматических или механических прессов (рис. 3) С постоянно увеличивающейся нагрузкой. Выделяющаяся при прессовании сыворотка стекает по концам миткалевых салфеток, которые выпускают из металлических форм. Отпрессованный сыр имеет вид сплошного монолита заданной формы и хорошо обсушенную поверхность. Посол сыра можно производить в зерне или в рассоле. В зерне солят сыры с невысоким содержанием соли, например Российский (1,3--1.8%). Соль вносят в сырное зерно после удаления основной массы сыворотки, затем формуют сыр наливом. Это операция осуществляется в потоке.

Для твердых сыров с высоким содержанием соли (до 3,5%) более приемлем посол в рассоле. Сыры размещают на этажерках в контейнерах и опускают в бассейны с циркулирующим рассолом. Концентрация поваренной соли в рассоле 1 составляет 18--19%. Продолжительность посола зависит от 1 размера головок сыра. В толщу сыра соль диффундирует! медленно, что важно для развития внутри головок сыра 1 молочнокислого брожения. При посоле в зерне это условие не выполняется.

Под действием соли поверхностный слой сырной массы! уплотняется, на головках образуется плотная корочка.

После посола сыры переводят в помещения для созревания.

Созревание сыра -- это совокупность сложных биохимических процессов, в результате которых сыр приобретает специфические свойства зрелого продукта.

Созревание сыров проходит в подвалах или других помещениях со специально созданным температурно-влажностным режимом. И температура, и относительная влажность воздуха должны способствовать протеканию ферментативных процессов и препятствовать чрезмерной усушке I сыра.

Относительная влажность воздуха в первый месяц созревания твердых сычужных сыров должна составлять 85--I 90%, температура 13--15°С. В этих условиях активно^: продолжается молочнокислое брожение, нарастающая активная кислотность сырной массы содействует подавлению I посторонней микрофлоры и предупреждает раннее вспучивание сыров.

Затем сыры переводят в помещения с температурой 10--12°С и относительной влажностью 80--85%, для дображивания и выдерживают до полного созревания. Продолжительность созревания колеблется от 2 до 6 мес, для быстросозревающих сыров -- 1 мес. Она зависит от влажности сырной массы, активности сычужного фермента и закваски молочнокислых бактерий. На протяжении всего процесса получения сыра, начиная с момента внесения в молоко закваски молочнокислых (бактерий, молочный сахар превращается в молочную кислоту). Уменьшают выход молочной кислоты ароматобразующие бактерии, если они входят в состав закваски. Ароматобразующие бактерии из части молочного сахара образуют эфиры, спирты, некоторые карбонильные соединения, углекислоту, участвующие в образовании рисунка сыра. Спустя 14--15 дней с начала созревания молочный сахар в сыре уже не обнаруживается. Поскольку он является основным субстратом питания бактерий, процесс его расщепления влечет гибель клеток бактерий. Накапливающаяся молочная кислота от параказеина отщепляет кальций, что может сказаться на консистенции сыра, обусловить ее грубость. Молочная кислота частично преобразуется в пропионовую, уксусную и другие соединения.

I Ферментативный гидролиз параказеина происходит при рН 6--6,5. В нем участвует не только сычужный фермент, но и внутриклеточные ферменты погибших молочнокислых бактерий. Параказеин под их воздействием последовательно распадается на более простые соединения:

параказеин > альбумозы > пептоны > полипептиды > пептиды > дипептиды > аминокислоты.

Глубина распада белков, превращения их в растворимые соединения (пептоны, полипептиды и др.) зависит от условий, в которых проходит созревание сыра. Полнозрелые сыры получаются, если образуются конечные продукты распада белка -- низкомолекулярные пептиды и аминокислоты. Полнозрелые сыры за этот счет приобретают высокие органолептические свойства, особенно вкус и аромат. За время созревания Голландского сыра в нем распадается до 10% казеина, а количество водорастворимых белков увеличивается в 5 раз.

Для предохранения сыров от высыхания, образования плесени и других дефектов, повреждения вредителями их I поверхность покрывают парафином марки А. Поскольку парафин крошится, трескается, для большей прочности и эластичности в него вводят полиэтилен. Пленки экономят до 7% сырной массы. Для предохранения сыров от плесневения пленки с внутренней поверхности могут обрабатывать сорбиновой кислотой. Как ингибитор развития плесени сорбиновая кислота уже длительное время применяется в пищевой промышленности. Перед отделкой поверхности на твердые сычужные сыры ставят маркировку в виде штампа определенной формы.

2.5 Молочный жир

Жир молока является источником компонентов, которые частично ответственны за вкус и запах¹, а также за консистенцию зрелого сыра. Эти свойства будут зависеть не только от разновидности сыра, но и от состава и физических характеристик самого жира. Сыр, выработанный без жира, обычно высыхает и приобретает твердую консистенцию, а когда он молодой, то обладает мягким вкусом и не развивает типичный «сырный» вкус. Между тем даже 1% жира в молоке придает сыру, основной вкус которого не бывает при отсутствии жира.

Установлено, что обезжиренное (сепарированное) вручную молоко содержит от 1 до 1,75% жира; некоторые виды сыров вырабатываются из такого типа молока. Механически сепарированное молоко (0,1-0,2% жира) используется для получения сырной массы, которая обычно не имеет сильного кисломолочного вкуса (например, творог), или приобретает вкус добавляемых ингредиентов (например, сыр коттедж с травами или со сливками).

Жир в молоке присутствует в виде водной суспензии² маленьких жировых шариков, диаметр которых зависит от породы животного и для коровьего молока составляет от 0.1 - 22 м км в диаметре. Способность жира встраиваться в сгусток связано не только с количеством жира, но и с его составом, а также с составом окружающей жировые шарики оболочки. Например, состав жира влияет на его температуру плавления, что может вызывать отделение жидкого жира при обработке сгустка. Молочный жир представляет собой сложный эфир глицерина и трех жирных кислот, т. е. являются триглицеридами, образующими несколько кристаллических форм. Теоретически жирные кислоты могут образовывать огромное количество триглицеридов (около 200 000), поэтому молочный жир плавится при температуре 28-33 ⁰С и отвердевает (застывает) при 19-24 ⁰С.

Основную массу сыров вырабатывают на основе свертывания молока сычужным ферментом. Потребительские свойства сыров зависят от качества используемого молока, технологического процесса, соблюдения его параметров, защитной обработки поверхности сыра, соблюдение санитарных норм и других факторов.

Молоко является основным сырьем в производстве сыров. Пригодность молока для сыроделия определяют по органолептическим и физико-химическим показателям, по составу микрофлоры. Молоко признается сыропригодным, если оно имеет:

- хороший вкус, запах, цвет, консистенцию;

- нормальное содержание и свойства составных частей, в частности белка, жира и солей;

- полезную для выработки сыра микрофлору;

- хорошую свертываемость. Из молока, содержащего 1кг казеина, образуется до 2,5кг сыра, в то время как из молока, содержащего 1кг жира -- лишь 1,1кг сыра. Жирность сыра зависит от соотношения между содержанием жира и казеина в молоке. Определение этого соотношения в молоке обязательно при переработке молока на сыр.Особенно важные показатели сыропригодности молока -- свертываемость его под действием сычужного фермента и состав микрофлоры. Роль сычужного фермента в производстве сыров: он должен вызывать свертывание белков молока; при созревании он вызывает ферментативное расщепление белков сыра -- протеазы, гидролаза.

2.6 Физико-химические показатели

1. Молоко должно быть соответствующего качества и типа (коровье, овечье, козье) и имеющее определенный состав (содержание сухого вещества, жира, белка.

2. Красящие вещества: использование разрешенных красителей может быть вызвано рыночной необходимостью.

3. Добавка химических соединений: в состав некоторых рецептур включены хлорид кальция, гидроксид кальция, фосфаты, натриевые или калийные нитраты/нитриты или обесцвечивающие вещества; уровень таких веществ может быть опасным.

4. Температура, до которой должны нагреваться сырное зерно и сыворотка, воздействует на степень роста микроорганизмов закваски. На выживаемость микроорганизмов.

5. Поваренная соль: в рецептуре должны содержаться сведения о количестве соли, а также о продолжительности посолки сыра (включая уровень рН и кислотности во время посолки): при посолке сухой солью и при посолке погружением в рассол; о размере кристаллов сухой соли и о температуре, которая должна поддерживаться во время посолки. Применение соли а) замедляет рост микроорганизмов и поэтому снижает уровень кислотности; б) оказывает помощь при синерезисе сырной массы во время формования и/или прессования и в) придает особый вкус конечному продукту.

6. Формование сыра: сырной массе придается определенная форма, свойственная данному виду сыра, для чего используются металлические, пластиковые или деревянные формы. В некоторых случаях форма придается сыру в ручную. Механическое прессование с помощью груза или винтового/гидравлического пресса способствует окончательному удалению сыворотки, а также формированию структуры и формы сыра.

Добавки,разрешенныезаконодательством. Включение в состав сыра тех или иных ингредиентов обычно регулируется законодательством каждой страны. Тем не менее комитет ФАО/ВОЗ выпустил перечень ингредиентов (который регулярно пересматривается), разрешенных к использованию в любом установленном количестве:

хлорид натрия;

пероксид водорода и каталаза;

молочная кислота;

хлорофилл (в том числе медный хлорофилл);

лимонная кислота;

рибофлавин;

фосфорная кислота;

пимарицин (противогрибковый);

пропионовая кислота.

Ключевые слова в данном контексте -- «установленное количество», а не «любое количество». В Великобритании обычно употребляют выражение quantum satis (достаточное количество). Другие ингредиенты имеют ограничения к использованию.

2.7 Оценка качества сыров

Отбор образцов сыра для оценки их качества и подготовку их для анализа проводят в соответствии с действующим стандартом.

Щуп для отбора образцов вводят в сыр на глубину 6-- 8 см (на 3/4 длины щупа), чтобы в пробе были все слои сыра. Затем щуп поворачивают и вынимают вместе со столбиком сыра. По вынутой пробе оценивают рисунок, консистенцию, цвет, вкус и запах сырного теста. По окончании оценки верхнюю часть столбика размером 1,5--2 см аккуратно вставляют в отверстие, которое должно быть тщательно заделано (запарафинировано) во избежание порчи сыра.

Оценку качества сыра по органолептическим показателям производят по 100-балльной системе:

вкус и запах -- 45

консистенция -- 25

рисунок -- 10

цвет теста -- 5;

внешний вид -- 10;

упаковка и маркировка -- 5.

I Сыр относится к высшему сорту, если общее число баллов 87--100, по вкусу и запаху -- не менее 37; к первому сорту, если число баллов 75--86.

Сыры, получившие менее 75 баллов или по составу не соответствующие требованиям стандарта, не реализуют, их направляют на переработку.

2.8Хроматографический метод анализа

В основу общепринятых классификаций многочисленных хроматографических методов положены следующие признаки: агрегатное состояние подвижной фаз, механизм взаимодействия сорбент-сорбат, форма слоя сорбента (техника выполнения), цель хроматографирования. По агрегатному состоянию фаз хроматографию разделяют на газовую и жидкостную. Газовая хроматография включает газожидкостную и газотвердофазную, жидкостная - жидкостно - жидкостную, жидкостно - твердофазную и жидкостно - гелевую. Первое слово в названии метода характеризует агрегатное состояние подвижной фазы, второе - неподвижной.

Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы, называют эльюентом, а подвижную фазу, выходящую из колонки и содержащую разделенные компоненты, - элюатом. В элюате тем или иным способом определяют содержание компонентов. Разделение разделяемых веществ в виде отдельных полос (зон) вдоль колонки представляет собой внутреннюю хроматограмму. Графическое изображение распределения веществ в элюате называют хроматограммой. По способу получения хроматограмм различают элюентную, вытеснительную и фронтальную хроматографии.

Хроматографическое разделение осуществляют в приборах - хроматографах. В современных хроматографах широко применяют микропроцессоры и ЭВМ. Основной узел хроматографа - колонка. Колонки бывают металлические, стеклянные и пластиковые. Количество вещества, выходящего из колонки, регистрируют с помощью детектора, а самописец записывает на диаграммной ленте сигналы детектора - хроматограмму.

Хроматография позволяет не только разделять компоненты смеси, но и определять качественный и количественный составы, поскольку положение хроматографического пика на хроматограмме для данной хроматографичсеской системы характеризует природу вещества, а площадь, ограниченная этой кривой и нулевой линией детектора (хроматографический пик), пропорциональна количеству данного вещества, прошедшего через детектор.

Газовая хроматография

Газовая хроматография - метод распределения летучих соединений. Подвижной фазой служит инертный газ (газ - носитель), протекающий через неподвижную фазу, обладающую большой подвижностью. В качестве подвижной фазы используют водород, гелий, азот, аргон, углекислый газ. Газ - носитель не взаимодействует с разделяемыми веществами и неподвижной фазой.

В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы различают два вида газовой хроматографии - газоадсорбционную (неподвижная фаза - твердый носитель: силикагель, уголь, оксид алюминия) и гакзожидкостную (неподвижная фаза - жидкость, нанесенная на инертный носитель).

Процесс разделения основан на различии в летучести и растворимости (или адсорбируемости) разделяемых компонентов. Через хроматографическую колонку быстрее движется тот компонент, растворимость которого в неподвижной фазе меньше, а летучесть (упругость пара) при данной температуре больше.

Газохроматографическим методом могут быть проанализированы газообразные, жидкие и твердые вещества с молекулярной массой меньше 400, удовлетворяющие определенным требованиям, главные из которых - летучесть, термостабильность, инертность и легкость получения. Для быстрого и полного разделения достаточно, чтобы упругость пар была 1 - 4 мм при рабочей температуре колонки. Более летучим считается вещество, упругость паров которого выше. Количественный анализ можно провести только в том случае, если вещество термостойко, т.е. испаряется в дозаторе воспроизводимо и элюируется без разложения. При разложении вещества на хроматограмме появляются ложные пики, относящиеся к прдуктам разложения. Вещество не должно образовывать устойчивых сольватов при растворении в неподвижной жидкой фазе и реагировать с материалами, из которых изготовлены детали хроматографа. Желательно работать с соединениями, легко получить с количественным выходом. ГХ широко используют как серийный метод анализа органических соединений. Этим методом можно также определять почти все элементы периодической системы в виде летучих комплексов.

3. Практическая часть

Аппаратура, материалы, реактивы

Хроматограф газовый лабораторный с пламенно-ионизационным детектором и программированием температуры, термостатом на температуры не ниже 200 ⁰ С, с испарителем на температуры не ниже 300 ⁰ С.

Колонка газохроматографическая из нержавеющей стали или стеклянная длиной 1,5 - 2 м, внутренним диаметром 2 -4 мм.

Микроскоп отсчетный типа МПБ-2 или лупа измерительная по ГОСТ 17435.

Устройство интегрирующее.

Микрошприц МЩ-10 вместимостью 10 мм³ или «Газохром 101» вместимостью 1 мм³.

Секундомер (1) или (2).

Весы лабораторные по ГОСТ 24104 3-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 1000 г.

Шпатель.

Пипетка 1(2,3) - 1(2) - 1(2) - 1; 1(2,3) - 1(2) по ГОСТ 29227, ГОСТ 29228.

Пробирка П - 4 - 10 - 14/23 ХС по ГОСТ 25336.

Цилиндр 1 - 250 или 3 - 250 по ГОСТ 1770.

Воронка лабораторная В - 25 - 38 ХС или В - 36 - 50 ХС по ГОСТ 25336.

Колба 2 - 25 - 2 по ГОСТ 1770.

Колба К - 1 - 1000 - 29/32 ТС по ГОСТ 25336.

Холодильник ХШ - 1 - 400 - 29/32 ХС по ГОСТ 25336.

Стаканчик для взвешивания СВ - 19/9 по ГОСТ 25336.

Перегонный аппарат:

Колба К - 1 - 500 - 29/32 ТС по ГОСТ 25336.

Насадка Н - 1 - 29/32 - 14/23 ТС по ГОСТ 25336.

Холодильник ХПТ - 1 - 100 - 14/23 ТС по ГОСТ 25336.

Аллонж АИО - 29/32 - 14/23 - 60 или АКП - 29/32 по ГОСТ 25336.

Термометр жидкостный стеклянный по ГОСТ 28498 и нормативному документу с интервалом температур 0 - 100 ⁰С и ценой деления 0,5 ⁰С.

Баня водяная.

Бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026.

Наполнители для колонок: хроматон N - AW, обработанный 10% реаплекса 400 или карбовакса 20М или наполнитель аналогичного качества.

Водород технический марки А по ГОСТ 3022 или водород электролизный от генератора водорода типа СГН - 2.

Воздух класса 0 по ГОСТ 17433.

Газы-носители: азот газообразный по ГОСТ 9293 ос. Ч., гелий сжатый, аргон газообразный по ГОСТ 10157.

Натрий металлический по ГОСТ 3273 или метилат натрия.

Окись кальция по ГОСТ 8677, ч.д.а.

Гексан для хроматографии (3).

Метанол - яд по ГОСТ 6995, х.ч, или спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300 с последующим получением абсолютного сухого метилового или этилового спирта и метиловых или этиловых эфиров жирных кислот.

Допускается применение другой аппаратуры или реактивов, по качеству и характеристикам не уступающих перечисленным выше.

3.1 Подготовка к измерению

Приготовление абсолютного метанола

В колбу вместимостью 500 см³ взвешивают (30±1) г окиси кальция, добавляют 250 см³ метанола и кипятят с холодильником типа ХШ (обратным) в течение 6 - 8 ч. Затее метанол перегоняют в перегонном аппарате при температуре 64,7 ⁰С.

Приготовление раствора метилата натрия в метаноле концентрации 2 моль/дм³

Взвешивают 2,7 г метилата натрия или 1,15 металлического натрия в стаканчик для взвешивания. Результат записывают в граммах до второго десятичного знака.

В мерную колбу вместимостью 25 см³ наливают 10 - 12 см³ абсолютного метанола, в него высыпают навеску метилата натрия или бросают маленькими кусочками натрий. После перемешивания (растворения) раствор охлаждают до комнатной температуры и доливают абсолютным метанолом до метки. Хранят раствор в холодильнике.

Приготовление метиловых эфиров кислот: Навеску сыра массой около 25г с гексаном нагрели на водяной бане до кипения. После охлаждения раствор интенсивно перемешивали 2 мин, затем дали отстояться реакционной смеси в течении 5 мин и отфильтровали через бумажный фильтр. Раствор был готов для анализа. Провели анализ.

Подготовка хроматографа к измерению

Подключение хроматографа к сети, подготовка и установка колонок и вывод прибора на режим выполняют согласно инструкциям по монтажу и наладке хроматографа.

3.2 Проведение измерения

На хроматографе устанавливают следующие условия анализа масел, не содержащих низкомолекулярных кислот (кроме масел типа кокосового);

температура термостата колонок - 180 - 190 ⁰С;

температура испарителя - 250 ⁰С;

температура печи детекторов 200 ⁰С;

скорость потока газа - носителя (азот, аргон, гелий) - 30 - 40 см³/мин;

объем пробы - около 1 мм³ раствора метиловых эфиров кислот в гексане.

Время выхода метилолеата не более 15 мин.

Относительные объемы удерживания метиловых эфиров жирных кислот (V_r отн.), определяющие порядок выхода их из хроматографической колонки, а также обозначения жирных кислот, входящих в состав образующихся метиловых эфиров жирных кислот растительных масел, приведены ниже:

Метиловые (этиловые) эфиры кислот V_r отн.

С_14:0 Тетрадекановая (миристиновая)………………… 0,3

С_15:0 Пентадекановая………………………………….. 0,4

С_16:0 Гексадекановая (пальмитиновая) ……………….. 0,5

С_16:1 Гексадеценовая (пальмитинолеиновая) ………... 0,6

С_17:0 Гептадекановая (маргариновая) ………………… 0,7

С_17:1 Гептадеценовая (маргаринолеиновая)…………. 0,8

С_18:0 Октадекановая (стеариновая) …………………... 1,0

С_18:1 Октадеценовая (олеиновая)……………………... 1,1

С_18:2 Октадекадиеновая (линолевая)…………… 1,3 - 1,4

С_18:3 Октадекатриеновая (линоленовая) …………. 1,7 - 1,8

С_20:0 Эйкозановая (арахиновая) ………………………..1,9

С_20:1 Эйкозеновая (гондоиновая)……………………….2,1

С_20:2 Эйкозадиеновая…………………………………2,5 - 2,6

С_22:0 Докозановая (бегеновая) ……………………….. 3,6

С_22:1 Докозеновая (эруковая) ………………………….. 3,9

С_22:2 Докозадиеновая ...………………………………….4,8

С_24:0 Тетракозановая (лигноцериновая)…………………7,2

С_24:0 Тетракозеновая (нервоновая)………………………..7,7

На хроматографе устанавливают следующие условия анализа проб, содержащих низкомолекулярные жирные кислоты (С₆ - С₁₂):

Температура термостата колонок программируется от 100 до 185 ⁰С со скоростью 6 - 8 см/мин, затем изотермический анализ при 185 ⁰С;

температура испарителя - 250 ⁰С;

температура печи детекторов - 200 ⁰С;

скорость потока газа - носителя (азот, аргон, гелий) - 30 - 50 см³/мин;

объем пробы - около 1 мм³ раствора метиловых эфиров кислот в гексане.

Время выхода метилолеата 20 - 25 мин.

Порядок выхода метиловых эфиров жирных кислот:

С_6:0 Гексановая (капроновая),

С_8:0 Октановая (каприлова),

С_10:0 Декановая (каприновая),

С_12:0 Додекановая (лауриновая),

С_14:0 Тетрадекановая (миристиновая),

С_16:0 Гексадекановая (пальмитиновая),

С_18:0 Октадекановая (стеариновая),

С_18:1 Октадеценовая (олеиновая),

С_18:2 Октадекадиеновая (линолевая),

С_18:3 Октадекатриеновая (линоленовая),

С_20:0 Эйкозановая (арахиновая),

С_20:1 Эйкозеновая (гондоиновая),

С_22:0 Докозановая (бегеновая).

3.3 Обработка результатов

Расчет состава метиловых эфиров жирных кислот масла проводят методом внутренней нормализации.

Площадь пика компонента S_i мм², вычисляются по формуле

S_i =h_i a_i

где h_i - высота пика, мм;

a_i - ширина, измеренная на половине высоты, мм.

Результат измерения высоты пика записывают в целых числах, ширину пика записывают до первого десятичного знака.

Сумму площадей всех пиков на хроматограмме ?S_i принимают за 100 %.

Массовую долю каждой кислоты масла X_i вычисляют по формуле

X_i = S_i 100/?S_i

ⁱ

где S_i - площадь пика метилового эфира, мм²,

?S_i - сумма площадей всех пиков на хроматограмме, мм².

ⁱ

Вычисления проводят до второго десятичного знака с последующим округлением результата до первого десятичного знака.

За окончательный результат измерений принимают среднее арифметическое значение результатов двух последовательных измерений.

Результаты

О наличии жирных кислот в растворе свидетельствует желтоватая окраска раствора. Не получив желтоватой окраски мы все же решили провести измерение и получили следующую хроматограмму:



Рис.1. Количественный расчет - процентная нормализация

Первые четыре пика соответствуют жирным кислотам, а пятый самый большой пик соответствует неизвестному для нас веществу.

Выводы

1. Ознакомились со способом определения жирно - кислотного состава молочных продуктов методом газовой хроматографии.

2. Не удалось определить жирно - кислотный состав сыров, т.к. кипячением сыра с гексаном на водяной бане, не удается выделить жирные кислоты из объектов исследования.

Список используемой литературы

1. Скотт, Р. Производство сыра / Р. Скотт, Р.К. Робинсон, Р.А. Уилби. - СПб.: Профессия, 2005.

2. Николаев, А.М. Технология сыра / А.М. Николаев. - М.: Агропромиздат, 1985.

3. Золотов, Ю.А. Основы аналитической химии / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева. - М.: Высшая школа, 1996.