Валідація методів досліджень сировини та продуктів харчування на нешкідливість

реферат

4. Характеристика фізико-хімічних методів оцінки якості

Характеристика фізико-хімічних методів оцінки якості. Фізико-хімічні методи оцінки якості харчової продукції використовуються для визначення показників, що можуть бути проконтрольовані шляхом комплексного використання фізичних і хімічних методів.

За допомогою фізико-хімічних методів аналізу визначають зміни фізичних властивостей системи (коефіцієнт заломлення світла, поглинання світла, електричної провідності тощо), що відбуваються в результаті хімічних або електрохімічних реакцій. Інтенсивність фізичного сигналу залежить від концентрації обумовленого компонента. Найбільш поширеними фізико-хімічними методами визначаються оптичні або електричні властивості, що залежать від концентрації речовини, яку виявляють у розчині.

Розрізняють такі фізико-хімічні методи дослідження харчових продуктів: поляриметричний, рефрактометричний, електрохімічні, електрофоретичні, хроматографічні та люмінесцентні. До фізико-хімічних методів також належить і фотоколориметричний метод дослідження (різновид абсорбційного аналізу) у тому випадку, коли обумовлений компонент не має власного забарвлення і його перетворюють на забарвлений за допомогою реакцій зі специфічними фотометричними реагентами.

Поляриметричний метод дослідження харчових продуктів ґрунтується на властивості анізотропних, оптично активних речовин змінювати напрямок поляризованих променів світла під час його проходження крізь ці речовини. У поляризованого світла, пропущеного крізь шар розчину оптично активної речовини, площина поляризації виявляється поверненою під деяким кутом, який називають кутом повороту площини поляризації. Оптична активність таких речовин може бути обумовлена особливостями будови їх кристалічних сіток - у цьому випадку речовини виявляють оптичну активність тільки у твердому кристалічному стані, або особливостями будови молекул - оптична активність таких речовин можлива тільки в розчинах. Оптична активність характеризується питомим обертанням, під яким розуміють кут, на який повернеться площина поляризації під час проходження поляризованого променя крізь розчин, у 1 л якого міститься 1 г розчиненої речовини. Питоме обертання залежить від природи речовини, його температури, концентрації в розчині, а також довжини хвиль поля світла і розчинника. До речовин останньої групи належать здебільшого такі органічні речовини, як сахароза, глюкоза, фруктоза, винна кислота. Поляриметричний метод розроблено для кількісного визначення саме цієї групи речовин.

Метод широко застосовується у виробництві олії і жирів, у цукровій та інших галузях харчової промисловості.

Рефрактометричний метод полягає у вимірюванні показника заломлення (рефракції) речовин у разі переходу променя світла з одного середовища в інше. За показником заломлення судять про концентрацію речовин у розчині.

Рефрактометрію широко застосовують для оцінювання якості жирів, томат-продуктів, варення, джему й інших продуктів. Цим методом користуються також для кількісного визначення жирів, вологості, вмісту спирту в розчині ( разом із пікнометричним методом), для пофазового контролю в процесі виробництва харчових продуктів - кондитерських виробів, напоїв, деяких видів консервів тощо.

Показник заломлення залежить від температури, тому рефрактометричні вимірювання проводять при +20 °С (у разі відхилення температури від потрібної вводять відповідні температурні виправлення).

Для вимірювання показника заломлення рідких речовин і розчинів застосовують прилади, які називаються рефрактометрами.

Основні електрохімічні методи враховують визначення концентрації речовин за значенням інших параметрів. Вони полягають у вивченні тих або інших закономірностей взаємодії речовини з електричним струмом, який проходить крізь її розчин.

До електрохімічних методів належать:

Електрогравіметричний метод що полягає в електролітичному виділенні з водних розчинів металів або окислів із подальшим гравіметричним визначенням їхньої маси. Метод ґрунтується на законах електролізу, які встановлюють пропорційність між масою речовини, що виділяється на електроді, величиною струму, що пройшов крізь розчин, і хімічним еквівалентом речовини.

Кулонометричний метод аналізу також базується на законах електролізу. Однак цим методом вимірюють не речовину, яка виділяється в процесі електролізу, а величину струму для її виділення.

Залежно від умов проведення електролізу розрізняють пряму кулонометрію (коли на робочому електроді виділяється необхідна речовина) і кулонометричне титрування (коли допоміжна речовина - титрант, що кількісно взаємодіє з обумовленою речовиною і виділяється на робочому електроді).

3. Кондуктометричний метод аналізу ґрунтується на вимірюванні електричної провідності або електричного опору, які залежать від природи досліджуваної речовини, його концентрації, температури, діелектричної проникності и інших факторів.

Розрізняють пряму кондуктометрію і кондуктометричне титрування. При прямій кондуктометрії концентрацію обумовленої речовини вимірюють за її електропровідністю або електричним опором. За обмірюваною електропровідністю або опором знаходять вміст речовини за допомогою каліброваних графіків, які складаються за стандартними розчинами.

Методом кондуктометричного титрування точку еквівалентності визначають за зміною електропровідності розчину.

При оцінюванні якості харчових продуктів цей метод застосовується для визначення концентрацій окремих компонентів (вологи, жиру, амінокислот, пектинових і мінеральних речовин, алкалоїдів). З його допомогою можна контролювати якість молока, соків, напоїв, цукру, прянощів. Особливо широко використовуються кондуктометричні методи аналізу для визначення вологості та концентрації компонентів у ході технологічних процесів виробництва продуктів харчування.

4.Потенціометричний аналіз - є найзручнішим, найнадійнішим і найбільш поширеним методом визначення кислотності (рН) продукту (рН-метрія).

Розрізняють два види потенціометричного аналізу: пряма потенціометрія і потенціометричне титрування.

Пряма потенціометрія застосовується для визначення концентрації іонів з використанням залежності потенціалу електрода від складу розчину. Цей метод використовують при визначенні концентрації іонів водню (рН-метрія) та деяких інших іонів (срібла, натрію, калію, хлору тощо - іонометрія), що передбачає вимірювання електродного потенціалу, який виникає в аналізованому розчині під час опускання електродної пари. Електродний потенціал залежить від природи електроду, складу і концентрації розчину, температури.

Метод потенціометричного титрування використовують для визначення концентрації іонів в аналізованому розчині титруванням, коли точку еквівалентності визначають за різкими, стрибкоподібними змінами потенціалу вимірювального електрода. Потенціометричним титруванням користуються при контролі якості харчових продуктів для визначення загальної (титрованої) кислотності в забарвлених і непрозорих розчинах, коли не можна застосувати інші методи титрометричного аналізу.

5.Полярографічний аналіз - полягає в одержанні та дослідженні кривої залежності сили струму, що протікає крізь досліджуваний розчин, від потенціалу, який плавно зростає, прикладеного до електродів.

При визначенні якості харчових продуктів полярографія досі використовується обмежено, здебільшого, для якісного і кількісного визначення макро- і мікроелементів, амінокислот, вітамінів, для контролю глибини окисних і гідролітичних процесів, денатураційних змін білків. У виробництві харчової продукції застосовуються автоматичні полярографічні аналізатори концентрацій розчинів - концентратоміри.

Електрофоретичний метод ґрунтується на явищі електрофорезу - переміщення в електричному полі заряджених часточок колоїдного розчину або суспензії. Ці методи широко застосовуються для поділу й очищення складних сумішей речовин близької будови (препаративний електрофорез), а також для вивчення властивостей, будови і складу речовин, аналізу їхніх сумішей (аналітичний електрофорез). Так, з їх допомогою можна швидко розділяти й аналізувати (якісно і кількісно) склад білків, ферментів, антибіотиків, токсинів, полісахаридів, вітамінів та інших компонентів харчових виробництв. Тому методи електрофорезу часто використовуються для наукових досліджень; з метою ж контролю якості харчових продуктів ними користуються поки що рідко.

Разом із поляриметричним, рефрактометричним, фотоколориметричним, електрохімічним і електрофоретичним методами аналізу до найважливіших фізико-хімічних методів слід віднести хроматографію. Хроматографія є одним із найбільш ефективних та універсальних методів поділу й аналізу складних сумішей речовин. Останнім часом вона успішно застосовується для визначення якості харчових продуктів. Хроматографічні методи незамінні для оцінювання харчових продуктів, що мають дуже складний хімічний склад.

Хроматографія - це процес поділу складної суміші речовин на компоненти за допомогою сорбційних методів у динамічних умовах. Основою хроматографії всіх видів є розподіл речовини між двома фазами, що не змішуються. Одна з фаз нерухома й омивається іншою фазою, рухомою. Роль нерухомої фази виконують тверді тіла або рідини, а як рухому фазу використовують рідину або газ.

З огляду на обраний тип рухомої фази хроматографія поділяється на газову і рідинну. Залежно від агрегатного стану обох фаз розрізняють твердо-рідинну, рідинно-рідинну, газоадсорбційну і газорідинну хроматографії.

Зважаючи на види допоміжних засобів, що використовуються в хроматографічних методах, розрізняють паперову, тонкошарову і колонкову хроматографію.

Газорідинна хроматографія є найбільш важливим методом для вивчення складу жирних кислот природних жирів і олії, а також ліпідів, виділених із різних харчових продуктів. Метод газорідинної хроматографії застосовують також для визначення жиророзчинних вітамінів, вуглеводів (цукрів), аналізу гліцеридів і амінокислотного складу харчових продуктів.

Паперова хроматографія є одним із найбільш поширених видів рідинно-рідинної хроматографії. Особливість паперової хроматографії полягає в тому, що як нерухому фазу використовують воду, яку утримують волокнами спеціально фільтрованого паперу, призначеного для хроматографії. За допомогою цього методу визначають фенольний склад копчених продуктів, амінокислоти, вміст цукрів.

Тонкошарова хроматографія може розглядатися як різновид паперової хроматографії. Замість паперу в тонкошаровій хроматографії використовують скляні пластинки, на які тонким шаром наносять сорбент. Цим методом визначають фракційний склад ліпідів, вміст вітамінів, залишкових кількостей пестицидів, амінокислот, нуклеотидів, цукру, фенолу, гормонів, алкалоїдів та інших сполучень у харчових продуктах.

Колонкова хроматографія характеризується тим, що поділ речовин за цим методом відбувається в скляній, сталевій або алюмінієвій колонці спеціальної конструкції за певних умов. Розрізняють такі найбільш поширені способи поділу сумішей у колонках: розподільна (рідинно-рідинна), адсорбційна (твердо-рідинна), іонообмінна і гель-фільтраційна хроматографія.

У розподільчій колонковій хроматографії нерухомою фазою є рідина, повязана з твердим носієм. Ця різновидність методу застосовується для визначення гідрофільних сполук (амінокислот, цукрів) і ліпофільних речовин (жирних кислот, алкалоїдів).

В адсорбційній колонковій хроматографії нерухома фаза є твердою. У цьому випадку хроматографічній поділ базується на обумовленому адсорбцією розподілі компонентів між рухомою рідкою і нерухомою твердою фазами. Методом адсорбційної хроматографії користуються для поділу каротиноїдів, антоціанів, катехінів, стеринів, вітамінів, для фракціонування ліпідів і фосфоліпідів на окремі групи.

В іоннообмінній хроматографії замість звичайної адсорбції відбувається адсорбція іонів. Це найпростіший і найбільш ефективний спосіб поділу речовин, молекули яких можуть дисоціювати в розчині. За допомогою цього методу визначають жиро- і амінокислотний склад продуктів. Окремим напрямком використання методу іонообмінної хроматографії - визначення солей важких металів у молочних продуктах. Гель-фільтраційна (молекулярно-ситова) хроматографія, яка широко застосовується для поділу білків, дозволяє фракціонувати суміші речовин за розмірами їхніх молекул при використанні рівномірного високопористого неіоногенного гелю. Залежно від виду гелю хроматографію підрозділяють на гель-проникаючу (яку здійснюють на ліпофільних полімерах, що набухають в органічних розчинниках) і гель-фільтраційну (що базується на використанні гідрофільних гелів). За допомогою цих методів виконують, в основному, поділ фракцій білків харчових продуктів.

Різні види хроматографії застосовують також для ідентифікації летких компонентів природних речовин (під час аналізу аромату харчових продуктів).

Кожний із методів хроматографії є специфічним і має певні переваги. Більш повні і точні результати можна одержати, використовуючи різні види хроматографії, що взаємно доповнюють один одного.

І, нарешті, остання група фізико-хімічних методів оцінки якості харчової продукції - люмінесцентний аналіз. Люмінесценцією називається світіння атомів, іонів, молекул і більш складних часток речовини, що виникає в результаті переходу в них електронів з поверненням зі збудженого стану до нормального. Щоб речовина почала люмінесціювати, до неї необхідно ззовні підвести певну кількість енергії. Частки речовини, поглинаючи енергію, переходять у збуджений стан, перебуваючи в ньому якийсь час. Потім вони повертаються до стану спокою, віддаючи при цьому частину енергії збудження у вигляді квантів люмінесценції.

Світіння, що виникає під дією світлових променів оптичного діапазону ультрафіолетових (УФ) і видимих частинок, називається фотолюмінесценцією, що залежно від виду збудженого рівня і часу перебування в ньому підрозділяється на флюоресценцію і фосфоресценцію. Флюоресценція - це вид власного світіння речовини, що триває тільки протягом опромінення. Якщо джерело збудження усунути, то світіння припиняється миттєво або не пізніше ніж через 0,001 сек. Фосфоресценцією називають власне світіння речовини, що продовжується після усунення джерела світла, яке збуджує. Для дослідження харчових продуктів використовують . ще флюоресценції.

За допомогою люмінесцентного аналізу (ЛА) можна знайти в досліджуваному зразку наявність речовини в концентр 1011 г/г. Якісний і кількісний ЛА використовують для визначення деяких вітамінів у харчових продуктах, вмісту білків їжі у молоці, для діагностики псування овочів, плодів, дослідження свіжості мяса та риби і виявлення в продуктах харчування консервантів, лікарських препаратів, канцерогенних речовин, пестицидів. Зміна кольору люмінесценції дозволяє виявити деякі дефекти харчових продуктів. Наявність личинок гельмінт мясі виявляється за яскраво-рожевими крапками, характерна флюоресценція яких обумовлена складом їх рідини.

Здорова картопля на розрізі має жовту флюоресценцію, з ураженням картоплі фітофторою флюоресценція стає інтенсивно блакитною, з підморожуванням - білуватою, з ураженням кільцевою гнилизною - зеленуватою, з появою вірусних захворювань - різного кольору переважно в судинній частині бульби. Лимони й апельсини мають жовту флюоресценцію з блакитнуватим відтінком, мандарини темно-помаранчеву з фіолетовим відтіни При враженні блакитною цвіллю зявляється темно-синя флюоресценція у вигляді плям у місцях ураження.

Зміна кольору флюоресценції свіжих плодів і овочів дозволяє визначити початок їх псування на дуже ранній стадії, важко виявити іншими методами. ЛА може бути ефективним за сортового добору плодів і овочів, що направляються на зберігання, а також таких, що призначаються для тривалого транспортування або консервування. В останньому випадку різко скорочується кількість бракованих консервів.

За кольором флюоресценції можна зробити висновки про природу і доброякісність молока та молочних продуктів. Свіже мясо від здорових корів має флюоресценцію яскраво-жовтого кольору, молоко від корів із хворим вимям, а також молоко з додаванням соди або 15% води флюоресціює блідими жовтуватими тонами. Наявність туберкульозних бацил у молоці виявляється за характерною флюоресценцією їх у вигляді яскраво-жовтих пали1 на темному тлі. Сир із недоспілим тістом флюоресціює на розрізі жовтим кольором. З дозріванням сирного тіста флюоресценція набуває відтінку від сіро-синього до фіолетового.

Розбіжності за кольором люмінесценції мають олія і тваринні жири. Пряжені тваринні жири (яловичий, свинячий, баранячий) не флюоресціюють, вершкове масло має канарково-жовту фліресценцію, а маргарин - блакитну. Ця ознака дозволяє визначити простим методом домішки маргарину у тваринних жирах. ЛА дозволяє встановити ступінь окисленості харчових жирів.

Спостереженням за кольором флюоресценції борошна можна визначити його ґатунок, вид і наявність у ньому шкідливих домішок. Оболонки, алейроновий шар і зародок зернівки пшениці та жита мають більш інтенсивне синє світіння порівняно з ендоспермом. Отже, чим нижчий ґатунок борошна, тим більш яскраву флюоресценцію має продукт. Різні види борошна також розрізняються за кольором світіння. Борошно з наявністю ріжка викликає фіолетове мерехтливе світіння. На колір та інтенсивність флюоресценції впливають також інші фактори. Наприклад, під час висушування пшеничного й житнього борошна флюоресценція змінюється від блискучої блакитної до жовтої. Для флюоресценції зерна і борошна, що зберігалися, характерна поява різних відтінків у кольорі.

Візуальним спостереженням за люмінесценцією можна характеризувати ступінь свіжості яєчних продуктів. Наприклад, свіжі курячі яйця з білою шкаралупою мають інтенсивну червону флюоресценцію, під час зберігання колір флюоресценції стає блакитним. У процесі зберігання курячих яєць із темною шкаралупою в люмінесценції зявляються блакитнувато-фіолетові тони.

За допомогою якісного ЛА можна визначити вид мяса і дати орієнтовну оцінку його сортності. Мязова тканина мяса тварин має власну флюоресценцію червонясто-коричневих тонів, причому для мязів яловичини характерні оксамитові темно-червоні відтінки, для баранини - темно-коричневі, для свинини - ясно-коричневі. Сполучна (сухожилля, фасції) і хрящова тканини люмінесціюють яскравим блакитним кольором, а жирова тканина має ясно-жовте світіння.

У разі псування мяса змінюється й колір його флюоресценції. На першій стадії псування на темно-червоному тлі мязової тканини яловичини, яка флюоресценціює, зявляються зелені цятки, що розширюються в міру поглиблення псування продукту. Несвіжі мязи флюоресценціюють темно-червоним кольором із суцільним зеленим нальотом.

Для визначення свіжості мяса і риби сконструйовані люмінесцентні прилади. Фотометр Данилова і Кондратенка має кілька шкал для реєстрації люмінесцентних випромінювань різної інтенсивності.

Кількісний ЛА дозволяє визначити концентрацію досліджуваної речовини в розчині за інтенсивністю люмінесценції (ІЛ).

Техніка кількісного аналізу базується на тому, що за невеликого вмісту речовини, яка флюоресціює, у розчині існує пропорційна залежність між яскравістю світіння і концентрацією речовини в пробі. Найбільш зручно проводити порівняння за ІЛ розчину невідомої концентрації з еталонним розчином. За концентрацією речовини в стандартних розчинах розраховують вміст речовини в пробах.

У кількісному ЛА застосовують люмінесцентні фотометри, які часто називають флюориметрами або флюорометрами.

Делись добром ;)