Дипломная работа: Фотометричне визначення вуглеводів в горілках

Дипломная работа: Фотометричне визначення вуглеводів в горілках

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ДИПЛОМНА РОБОТА

на тему:

ФОТОМЕТРИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ВУГЛЕВОДІВ В ГОРІЛКАХ

Студент: Фатеєва Оксана Ігорівна

Спеціальність: 8.070301 "Хімія"

/шифр, назва/

Затверджена наказом № 212/03 від 17.02.2007 року

Керівник: к.х.н., доц. Петренко О.П.

Донецьк — 2007

ЗМІСТ

Вступ

1 Огляд літературних джерел

1.1 Класифікація вуглеводів

1.1.1 Класифікація за будовою

1.1.2 Класифікація за хімічними властивостями

1.1.3 Класифікація за споживчими особливостями

1.2 Вміст вуглеводів у спиртних напоях

1.2.1 Незброджені цукри рослинної сировини

1.2.2 Використання вуглеводів у рецептурах спиртних напоїв

1.3 Вимоги до вмісту цукрів у спиртних напоях згідно нормативним документам

1.4 Методи аналізу спиртних напоїв на вміст вуглеводів

1.4.1 Титриметричний метод визначення вуглеводів

1.4.2 Спектрофотометричні методи

1.4.3 Хроматографічні та електрофоретичні методи аналізу

1.4.4 Рефрактометричне визначення цукрів та загального екстракту

1.4.5 Порівняльна характеристика методів аналізу

2 Експериментальна частина

2.1 Техніка безпеки

2.2 Прилади та реактиви

2.3 Фотометричне визначення вуглеводів з антроновим реагентом та пікриновою кислотою

2.4 Дослідження впливу етанолу на визначення цукрів

2.4.1 Дослідження впливу етанолу на визначення цукрів з антроновим реагентом

2.4.2 Дослідження впливу етанолу на визначення цукрів з пікриновою кислотою

2.5 Оптимізація умов проведення фотометричних реакцій

2.6 Чутливість реакцій до індивідуальних вуглеводів

2.7 Порівняння результатів визначення цукрів двома фотометричними методами (антроновий реагент та пікринова кислота)   

2.8 Оцінка збіжності, відтворюваності та правильності результатів аналізу

2.9 Вплив вмісту вуглеводів на показники якості горілчаних виробів

Висновки

Література

Вступ

Вуглеводи використовують у лікеро-горілчаному виробництві для збільшення асортименту горілок в процесі розробки рецептур та для покращення органолептичних показників напоїв. Традиційно в виробництві горілки використовували цукор та мед. Останнім часом на лікеро-горілчаному ринку з’явились вироби, до складу яких входять інгредієнти з лікувально-профілактичними властивостями, в тому числі такі, що містять різні вуглеводи, наприклад лактозо-лактулозні суміші, фруктозу, мальтозу та інші, які сприяють обміну речовин та виконують роль біопротекторів при вживанні алкоголю. Вміст вуглеводів в горілках не нормується Державним стандартом, проте контролюється на різних етапах технологічного процесу виготовлення напоїв.

Крім того, при введенні до рецептур маловживаних до цього часу вуглеводів, важливо проконтролювати показники якості виробів протягом гарантійного терміну зберігання, тобто визначити, як добавки впливають на стійкість готової продукції.

З іншого боку, під стійкістю розуміють як сталий склад напою, так і незмінну кількість самих інгредієнтів, які також можуть зазнати хімічних перетворень під час зберігання напоїв.

В зв’язку з зазначеним, актуальним є розробляння доступних, досить чутливих методів контролю різних вуглеводів в горілках та горілках особливих, бо більшість існуючих методик для визначення вуглеводів призначені для визначення значних кількостей цукру у винах, коньяках, лікеро-горілчаних напоях.

1. Огляд літературних джерел

1.1  Класифікація вуглеводів

Вуглеводи широко розповсюджені в тваринному та рослинному світі та складають до 80 % загальної сухої маси рослин.

Підсолоджувачі досить широко використовують при розробці рецептур нових виробів. Серед них слід виділити синтетичні та природні речовини, так звані цукрозамісники, так як з хімічної точки зору вони не є сахаридами. Далі більш детально про склад вуглеводів [1].

1.1.1 Класифікація за будовою.

Більш повною та правильною класифікацію є розділення сахаридів на моно-, ди- та полісахариди.

1.1.2 Класифікація за хімічними властивостями

Всі вуглеводи ділять на дві групи: прості та складні. Простими вуглеводами (моносахариди, монози) називають вуглеводи, які не спроможні гідролізуватися з утворенням більш простих сполук. Звичайно їх склад відповідає формулі СnН2nОn, тобто число атомів вуглеводу дорівнює числу атомів кисню. Складні вуглеводи (полісахариди, поліози) – вуглеводи, спроможні гідролізуватися на більш прості. В них число атомів вуглеводу не рівне числу атомів кисню. Складні вуглеводи досить різноманітні за складом, молекулярною масою, а також за властивостями. Їх ділять на дві групи: низькомолекулярні цукровоподібні та олігосахариди (від грец. Оligos – малий, небагаточисельний та високомолекулярний) – не цукровоподібні полісахариди. Останні – сполуки з великою молекулярною масою, до складу яких можуть входити залишки сотень тисяч простих вуглеводів [2].

1.1.3 Класифікація за споживчими особливостями

Моносахариди. Молекули простих вуглеводів – моноз – побудовані із нерозгалужених вуглець-вуглецевих ланцюгів, які містять різне число атомів вуглецю. До складу рослин та тварин входять головним чином монози з 5 та 6 вуглецевими атомами – пентози та гексози.

Особливе місце в перетворенні моносахаридів займають два процеси: дихання та бродіння.

Дихання – це екзотермічний процес ферментативного окислення моноз до води та вуглекислого газу:

С6Н12О6 + 6О2 6СО2 + 6Н2О

На кожний моль витраченої глюкози (180г) виділяється 2870 кДж (672 ккал) енергії. Дихання поряд із фотосинтезом є важливим джерелом енергії для живих організмів.

Спиртове бродіння, яке протікає під впливом мікроорганізмів, відіграє велику роль в виробництві спирту та вина, та виробництві хліба.

Поряд з головними продуктами – спиртом та діоксидом вуглецю – при спиртовому бродінні моноз утворюються різноманітні побічні продукти (гліцерин, янтарна кислота, оцтова кислота, ізоаміловий та ізопропіловий спирти та інші), які дуже сильно впливають на смак та аромат продуктів.

ГЕКСОЗИ. Головними представниками цієї групи моноз є глюкоза та фруктоза.

Глюкоза (виноградний цукор, декстроза) широко розповсюджена в природі: знаходиться в зелених частинах рослин, в виноградному соці, насінні та фруктах, ягодах і меді.

Вона входить до складу важливих полісахаридів: сахарози, крохмалю, клітчатки, багатьох глюкозидів. Отримують глюкозу гідролізом крохмалю та клітчатки. Зброджується дріжджами.

Фруктоза (фруктовий цукор) в вільному стані знаходиться в зелених частинах рослин, нектарі квітів, насінні і меді. Вона входить до складу сахарози, утворює високомолекулярний полісахаридний інсулін. Зброджується дріжджами. Отримують із сахарози, інсуліну, трансформацією інших моноз, методами біотехнології.

Глюкоза та фруктоза відіграють велику роль в харчовій промисловості, і є важливим компонентом продуктів харчування та вихідним матеріалом при бродінні.

Маніт

ПЕНТОЗИ. В природі широко розповсюджені L (+)-арабіноза, рібоза, ксилоза, головним чином, в якості структурних компонентів складних полісахаридів.

Рибоза – важливий структурний компонент рибонуклеїнових кислот.

D (+) Ксилоза – структурний компонент, який знаходиться в соломі, деревині полісахаридів ксилозанів.

Отриману при гідролізі ксилозу використовують в якості підсолоджуючої речовини для хворих діабетом.

Арабіноза

ПОЛІСАХАРИДИ утворюються при гідролізі складних вуглеводів. В залежності від цього їх ділять на низькомолекулярні та високомолекулярні полісахариди. Особливе значення мають дисахариди, молекули яких побудовані з двох однакових або різних залишків моноз. Одна молекула моноз завжди приймає участь в побудові молекули дисахаридів своїм полуацетальним гідроксидом, друга – полуацетальним або одним із спиртових гідроксидів. Якщо в утворенні молекули дисахариду монози приймають участь своїми полуацетальними гідроксидами, утворюється невідновлюючий дисахарид, в другому – відновлюючий. Це одна із головних характеристик дисахаридів. Найважливіша реакція дисахаридів – гідроліз (складні вуглеводні). Молекули полісахаридів побудовані із різноманітного числа залишків моноз, які утворюються при реакції:

Більш детально розглянемо будову та властивості мальтози, сахарози, лактози, які широко розповсюджені в природі та відіграють велику роль в харчовій промисловості.

Мальтоза (солодовий цукор). Молекула мальтози складається із двох залишків глюкози. В її утворенні приймає участь полуацетальний гідроксид однієї з молекул глюкози та спиртовий (знаходиться у четвертого вуглеводного атому) другої. Як наслідок, вона є відновлюючим дисахаридом.

Мальтоза досить широко розповсюджена в природі. Вона міститься в пророслому зерні та особливо в великих кількостях в солоді та солодових екстрактах. Звідси її назва (від лат. maltum – солод). Мальтоза утворюється при неповному гідролізі крохмалю розведеними кислотами або амілолітичними ферментами, і є одним з основних компонентів крохмальної патоки, яка широко використовується в харчовій промисловості. При гідролізі мальтози утворюються дві молекули глюкози:

Сахароза (тросниковий цукор, буряковий цукор). При її гідролізі утворюється глюкоза та фруктоза:

Молекула сахарози складається із залишків глюкози та фруктози. В побудові молекули сахарози глюкоза та фруктоза приймають участь своїми полуацетальними гідроксидами. Сахароза – не відновлюючий цукор:

Сахароза – найбільш відомий цукор, який широко використовується в споживанні та харчовій промисловості. Міститься в листях, стовбурах, насінні, плодах, коренях. В цукровому буряці від 15 до 22 % сахарози, цукровому тросниці 12 – 15 %. Це основні джерела її отримання, звідси вона і отримала свої назви – тросниковий або буряковий цукор. Сахароза кристалізується без води в виді великих моноклінічних кристалів. Гідроліз сахарози отримав назву інверсії, а суміш утворюваних різних кількостей глюкози та фруктози – інвертним цукром. Сахароза зброджується дріжджами (після гідролізу), а при нагріванні вище температури плавлення (160-186 ºС) карамелізується, тобто перетворюється в суміш складних продуктів (карамельна С24Н36О18, карамелена С36Н50О25 та інших), втрачаючи при цьому воду. Ці продукти під назвою “колер” використовують при виготовленні напоїв та коньячному виробництві для забарвлення готової продукції. Лактоза (молочний цукор). Молекула лактози складається із залишків галактози та глюкози та має відновлюючі властивості:

Лактозу отримують із молочної сироватки (відходи при виробництві масла та сиру). В коров’ячім молоці знаходиться 4 – 6% лактози. Звідси й виникла її назва (від лат. lactium – молоко). Лактоза не гігроскопічна. Не бере участі в спиртовому бродінні, під впливом молочнокислих дріжджів гідролізується з наступним збродженням утворюваних продуктів в молочну кислоту (молочнокисле бродіння).

Високомолекулярні не цукровоподібні полісахариди утворюються з великого числа (до 6-10 тис.) залишків моноз. Вони діляться на гомополісахариди, побудовані із молекул моносахаридів тільки одного виду (крохмаль, глікоген, клітчатка), гетерополісахариди, які складаються із залишків різноманітних моносахаридів [3].

1.2  Вміст вуглеводів у спиртних напоях

1.2.1  Незброджені цукри рослинної сировини [4,5,6]

У процесі спиртового бродіння з глюкози утворюються два головних продукти – етиловий спирт, діоксид вуглецю – а також проміжні вторинні продукти.

Склад та вміст домішок залежить від виду та якості сировини, від прийнятих технологічних режимів її переробки.

Найбільша кількість домішок (0,35-0,45% до кількості етилового спирту) припадає на долю спиртів – метилового, ізопропілового, ізобутилового, пропілового, ізоамілового. Ці спирти, крім метилового, складають основну сивушну фракцію.

Інша частина (0,05-0,1 об %) складається із альдегідів, ефірів, диацетилів, ацетонів. Взагалі визначено 12 альдегідів, які містять від 2 до 12 атомів вуглеводів. Всі ці сполуки впливають на смак та аромат готової продукції. Домішки етилового спирту утворюються, в основному, на стадії бродіння, при перегонці та ректифікації спирту. Кількісний склад домішок залежить від вмісту вуглеводної сировини. Різні цукри зброджуються з різною швидкістю. Найбільш легко бродять глюкоза і фруктоза, повільніше – маноза і галактоза; пентози дріжджами не зброжуються. Сахароза є гарним субстратом спиртового бродіння, але лише після гідролізу на складові моноцукри за допомогою 3-фруктофуранозидази (інвертази), яка завжди присутня у дріжджах.

Дріжджі мають здатність зброджувати дуже високі концентрації цукру – до 60 %. Вони витримують також високі концентрації спирту – до 14-16 % об. При цьому токсична дія спирту збільшується з підвищенням температури. У присутності кисню спиртове бродіння припиняється і дріжджі одержують енергію шляхом кисневого дихання (утворюється 686 ккал тепла). Так як цей процес енергетично більш вигідний, ніж процес бродіння (56 ккал тепла), то дріжджі при бродінні витрачають цукор значно ощадливіше.

С6Н12О6 2С2Н5ОН + 2СО2

При спиртовому бродінні одержана піровиноградна кислота піддається розщепленню під дією ферменту піруватдекарбоксилази на вуглекислий газ і оцтовий альдегід, який під дією ферменту алкогольдегідрогенази (коферментом його є НАД) відновлюється в етиловий спирт за рівнянням

СН3-СО-СООН         СО2 +СН3СНО СН3-СН2ОН

Механізм утворення вторинних продуктів спиртового бродіння розкритий ще не повністю. Утворення гліцерину може бути пояснене за ІІ формою бродіння Нейберга, що називається гліцеропіровиноградним:

глюкоза → гліцерин → оцтовий альдегід → вуглекислий газ

1.2.2  Використання вуглеводів у рецептурах спиртних напоїв

Підсолоджувачі досить широко використовують при розробці рецептур нових виробів. Серед них слід виділити синтетичні та природні речовини, так звані цукрозамісники, так як з хімічної точки зору вони не є сахаридами. Традиційно в виробництві горілки використовувався дисахарид сахароза, але розвиток асортименту цих напоїв йде за шляхом використання інших цукрів, наприклад фруктози, яка справляє більш сприйнятну дію на обмін речовин людини, ніж сахароза більш високої солодкості. Також використовуються глюкоза („5 капель”, „Цитрон”, „Олімп” та ПЧ „На джерельній воді”), мальтоза („Чарка”), фруктоза (ПЧ „На талій воді”), мед (ПК „Буковинська”, „Київська”, „Вдала”, „Українська з медом”).

Одним з цікавих та важливих напрямків розвитку асортименту горілок є розробка на підприємствах виробів з лактулозою (дисахарид із залишків галактози та фруктози). Лактулоза в 1,5 рази солодша за молочний цукор (лактоза), із одержують шляхом лужної трансформації. Також використовують алкософт.

1.3  Вимоги до вмісту цукрів у спиртних напоях згідно нормативним документам

Вміст спирту та цукру у спирних напоях повинен відповідати затвердженим для кожного найменування вина та горілки кондиціям [5,7]. Відхилення, якщо вони не обговорені спеціально, не повинні перевищувати за вмістом спирту ±0,5 % об., за вмістом цукрів ±0,5 г/100см3. Розбіжність в аналізах зразків вин та горілки виробника і споживача не повинна перевищувати 0,2% за цукром та спиртом. Нижче приведені вимоги до вмісту цукру та спирту для вин та коньяків

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20