VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение качества пищевых продуктов аналитическими методами

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Айтджан Аружан Бахыткызы 1

---

1НУ"Школа"Престиж"

Мейрманова А.А. 1

---

1РК, г. Алматы Казахский национальный педагогический университет им. Абая

Работа в формате PDF

146.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность исследования. Известно, что сбалансированное, полноценное питание является важнейшим условием нормального развития человеческого организма, особенно в детском возрасте.

Молоко является источником многих питательных, легко и полностью усваиваемых веществ, которые влияют на фосфорно-кальциевый обмен в организме человека, содержит более 120 химических веществ, в том числе: белки, жиры, минеральные вещества, витамины, ферменты и т.д. Один литр молока удовлетворяет суточную потребность взрослого человека в жире, кальции и фосфоре на 53%; потребность в белке на 35% в витаминах - А, С, В1 (тиамин); на 25%- в энергии [1].

Однако молоко не может быть признано однозначно полезными без оценки его экологической безопасности, а также без соответствия заявленных производителем характеристик и требований ГОСТа по кислотности, плотности, жирности, содержанию макро- и микроэлементов.

Гипотеза: известно, что молоко обладает не только приятным вкусом, но и лечебными свойствами, в нем содержатся вещества, необходимые для роста и развития человеческого организма, поэтому важным является правильный выбор сорта молока.

Целью проекта является определение молока, обладающего наиболее ценными качественными характеристиками, для оценки которых использованы современные физико-химические методы исследования.

С этой целью поставлены задачи:

1. Изучить физико-химические характеристики молока животных: козье, кобылье, коровье (натуральное) и пастеризованное молоко (от различных производителей);

2. Использовать современные аналитические методы анализа молока: ареометрический – определение плотности; титриметрический – определение кислотности (общей и предельной); формалиновый - содержание белков; и фотоколориметрический – содержание железа.

Методы исследования: изучение научной литературы, сравнение, описание, анализ, обобщение, эксперимент ареометрический метод определения плотности, титриметрический метод определения кислотности, формалиновый метод определения содержания белков, фотоколориметрический метод определения железа.

Новизна исследования заключается в сравнении физико-химических показателей козьего, кобыльего, коровьего (натурального) молока, а также пастеризованного коровьего молока ФудМастер 25%, Талдыкорганское 3,2%, «Зорькин луг» 2,5% и установлении наиболее ценного, сбалансированного продукта, соответствующего требованиям ГОСТа по кислотности, плотности, жирности, содержанию макро- и микроэлементов [2].

Практическая значимость: рекомендовано включить лучший сорт молока в ежедневный рацион питания школьников.

1. Значение молока в питании человека

1.1 Молоко, химический состав, виды молока

В оптимальных соотношениях в молоке содержатся все необходимые вещества для нормального развития организма: вода, белки, жиры, молочный сахар, минеральные соединения, органические кислоты, витамины, ферменты, гормоны, газы и другие компоненты, которых насчитывается более 100. Молоко усваивается на 98-99%.

Один литр молока удовлетворяет суточную потребность взрослого человека в жире, кальции и фосфоре, на 53% потребность в белке, на 35% в витаминах - А, С, В1 (тиамин), на 25%- в энергии.

Содержание основных необходимых для организма веществ (%): вода- 87-89; белки- 3-3.8; молочный сахар- 4.0-5.5; жиры- 2.9-5.0; минеральные вещества- 0.6-1.3 [1-5].

1.2 Козье молоко

О пользе козьего молока было известно еще в глубокой древности. По составу козье молоко очень близко к женскому грудному молоку, благодаря высокому содержанию бета-казеина [6].

В козьем молоке содержится кальций, фосфор, кобальт, железо, витамины B1, B2 и C в естественной легко усваиваемой форме. Железо козьего молока усваивается намного лучше (30 %), чем железо коровьего молока (10 %), но не достигает уровня усвоения железа женского молока (50 %) [7].

Кислотность молока равна около 17-19°Т (рН = 6,4÷6,7), плотность — 1033 кг/м³. Парное козье молоко обладает бактерицидными свойствами [8].

1.3 Кобылье молоко

Кобылье молоко используют для приготовления ценного диетического и лечебного продукта - кумыса. Оно содержит до 135 мг/л витамина С, до 300 мг/л витамина А, до 1000 мг/л витамина Е, до 390 мг/л витамина В, до 370 мг/л витамина В2 и др. Общее количество минеральных веществ в кобыльем молоке в 2 раза меньше, чем в коровьем, соотношение кальция и фосфора составляет 2:1. Кроме кальция в молоке лошади содержатся и другие микроэлементы - калий, натрий, кобальт, мед, йод, марганец, цинк, алюминий и железо, оказывающие положительное влияние на обмен веществ, тканевое дыхание и иммунитет [9].

1.4 Коровье молоко

Коровье молоко содержит все вещества, без которых человеческий организм не может существовать: белки, жиры, углеводы, витамины, соли и иммунные тела (около 100 различных компонентов).

В состав коровьего молока входит целый ряд полезных минеральных веществ: кальций, калий, фосфор, магний, хлор, натрий, сера, хлориды, фосфаты и цитраты. Кальций – самый важный макроэлемент, который в молоке присутствует в виде, легко усваиваемом организмом. Содержание фосфора, калия и натрия в составе молока практически всегда постоянно [10].

1.5 Пастеризованное коровье молоко

Коровье молоко в зависимости от термической обработки поступает в продажу пастеризованным и стерилизованным.

Пастеризованное молоко вырабатывают следующих наименований:

- пастеризованное жирностью 1,5; 2,5; 3,2 и 6%;

- белковое 1,0 и 2,5%;

- витаминизированное (с витамином С) - жирностью 2,5 и 3,2%;

- молоко с какао или кофе жирностью 1,0 и 3,2%; нежирное;

- топленое молоко жирностью 4 и 6%.

Стерилизованное молоко выпускают в бумажных пакетах с полиэтиленовым покрытием внутри. Содержание жира - 3,2 и 3,5%.

Для непосредственного употребления в пищу используют пастеризованное или стерилизованное молоко.

Цельным называют нормализованное или восстановленное молоко с определенным содержанием жира – 3,2% и 2,5%.

Восстановленным называют молоко, приготовленное полностью или частично из молочных консервов.

Молоко повышенной жирности готовят из нормализованного молока с содержанием 6% жира, подвергнутого гомогенизации [5].

Тепловая обработка молока необходима для уничтожения микроорганизмов и разрушения ферментов с целью получения продуктов, безопасных в гигиеническом отношении и с более продолжительным сроком хранения. Для этого применяют пастеризацию и стерилизацию молока [11].

1.6 Биологическая роль железа

Железо входит в состав гемоглобина крови, который осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к другим органам и биологическим тканям. Биологическая ценность железа определяется многократностью его функций, незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающим нормальное функционирование тканей и организма человека.

Общая масса железа у взрослого мужчины составляет около 4,5 г., а у женщины около 3-4 г. Основная масса (около 75%) железа, составляющая 2,25-3 г., сосредоточена в гемоглобине. Вне гемоглобина в эритроцитах содержится ничтожное, не учитываемое количество железа, входящее в состав клеток [12].

Таким образом, анализ литературных источников свидетельствует о важной роли молока в питании человека, особенно молодого поколения. Поэтому важным является правильный выбор сорта молока, обладающего наилучшими физико-химическими и биологическими характеристиками.

2. Аналитический анализ молока животных.

Экспериментальная часть

Экспериментальное исследование мы проводили на кафедре аналити-ческой химии Казахского национального университета им. аль-Фараби.

2.1 Методика эксперимента

2.1.1. Приготовление растворов

0,1 н раствор гидроксида натрия: запаянную пробирку с фиксаналом NaOH разбивали при помощи буйка, помещенного в воронку и содержимое переносили в мерную колбу емкостью 1000 см³ и доводили до метки дистиллированной водой;

1% раствор фенол-фталеина готовили путем растворения 1 г индикатора в 101 мл 98% этилового спирта (99 г :0,98 г/см³);

Раствор гексацианоферрата (II) калия, с массовой концентрацией

1 г/дм³ готовили путем растворения 0,8640 г железоаммонийных квасцов в 100 – 200 см³ дистиллированной воды в мерной колбе емкостью 1000 см³, добавляли 4 см³ серной кислоты и доводили дистиллированной водой до метки.

2.1.2. Методы анализа

Для исследования качественных характеристик различных сортов молока мы использовали аналитические методы анализа:

2.1.3 Методика определения плотности молока

Для определения плотности молока использовали ареометр и цилиндр на 100 миллилитров. В цилиндр аккуратно наливали 60- 80 мл молока, затем медленно, не касаясь стенок, погружали ареометр и записывали показания по шкале. При температуре молока 20ºС показания ареометра соответствуют истинной плотности.

2.1.4 Методика определения общей и предельной

кислотности молока

В колбу емкостью 100 мл пипеткой Мора отмеряли 20 мл молока, 20мл дистиллированной воды, 2-3 капли 1% фенолфталеина и при помешивании титровали 0,1 н. раствором гидроксида натрия до появления розового окрашивания, не исчезающего в течение минуты.

Объем щелочи, затраченный на титрование, умножали на 5 и находили кислотность в градусах Тернера (ºТ) на 100 мл молока.

Для определения предельной кислотности в пробу молока объемом 5 мл добавляли 5 мл 0,1 н гидроксида натрия, 10 мл дистиллированной воды и 1-2 капли 1%- фенолфталеина и наблюдали за окраской. Розовый цвет молока свидетельствовал, что кислотность ниже предельной, белый – кислотность выше предельной.

2.1.5 Методика определения количества белков в молоке

Белки молока можно разделить на 2 группы: казеин и сывороточные белки; казеин составляет 80 %, сывороточные белки – 20% от массовой доли белков молока. Общее количество белков и казеина определяли наиболее точным формалиновым методом..

В колбу отмеряли 10 см³ молока, 10-12 капель 1% фенолфталеина и по каплям добавляли 0,1 н раствор гидроксида натрия до появления бледно –розового окрашивания, не исчезающего при взбалтывании. Затем вносили 2 мл нейтрального 40 % формалина и оттитровывали 0,1 н. раствором гидроксида натрия до неисчезающего розового цвета. Количество щелочи, умножали на коэффициент 1,92 и получали общее количество белков в молоке, а умножив на коэффициент 1,51 определяли количество казеина.

2.1.6 Методика определения железа в молоке

Метод основан на образовании комплексного соединения синего цвета (берлинской лазурь) при взаимодействии ионов трехвалентного железа с гексацианоферратом (II) калия (желтая кровяная соль) в кислой среде.

Построение градуировочного графика. Для приготовления растворов сравнения в семь мерных колб вместимостью по 100 см³ последовательно вносили 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 и 3,5 см³ основного раствора хлорида железа (III). Далее, в каждую колбу добавляли по 5 см³ раствора соляной кислоты, одну каплю пергидроля, 4 см³ раствора гексацианоферрата (II) калия и доводили до метки дистиллированной водой. Массовая концентрация железа в полученных растворах сравнения составляла 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 и 3,5 мг/дм³. Через 30 минут измеряли оптическую плотность растворов сравнения на фотоэлектроколориметре при длине волны λ = (600±10) нм(красный светофильтр) в 20 мм кювете. В качестве контрольного раствора использо-вали дистиллированную воду. Затем строили градуировочный график.

Проведение анализа. Молоко подкисляли серной кислотой и отфильтровывали через бумажный фильтр. Далее в мерную колбу вместимостью 100 см³ отмеряли в зависимости от массовой концентрации железа 5, 10 или 20 см³ отфильтрованного молока, добавляли 5 см³ раствора соляной кислоты, одну каплю пергидроля и 4 см³ раствора гексацианоферрата (II) калия. Содержимое колбы доводили до метки дистиллированной водой и через 30 минут на фотоколориметре измеряли оптическую плотность растворов (красный светофильтр) относительно раствора сравнения [14].

Обработка результатов Массовую концентрацию железа в молоке (X) в мг/дм3 вычисляли по формуле: X=A*K, где, А – массовая концентрация железа в испытуемом растворе, найденная по градуировочному графику, мг/дм³; К –кратность молока.

2.2 Обсуждение результатов эксперимента

2.2.1 Определение плотности молока ареометрическим методом

Плотность - величина, показывающая на сколько масса молока при температуре 20º С больше массы молока при температуре 4ºС в том же объеме. В нашей стране плотность коровьего молока колеблется в пределах 1,027-1,033. Молоко, с плотностью ниже 1,027, считается разбавленным водой [6].

Результаты исследования плотности натурального и пастеризованного коровьего молока показаны в таблице 1 и на графике рисунка 1.

Таблица 1- Показатели плотности разного вида молока

а б

Рисунок 1- Показатели плотности различных видов молока

Как видно из таблицы 1 и рисунка 1 плотность молока наибольшая коровьего (натурального) и наименьшая у козьего. Для пастеризованного коровьего молока плотность 3,2% Талдыкорганского (1,035 г/см³) максимальна и «Зорькин луг» - (1,020 г/см³) минимальна.

2.2.2 Определение кислотности молока титриметрическим методом

Для определения кислотности молока использовали титриметрический метод, так как он имеет ряд преимуществ: скорость выполнения определений, относительную простоту, достаточную точность получаемых результатов.

В исследовании использовали метод кислотно - основного титрования (нейтрализации). В основу этого метода положены следующие реакции:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О; Н₃О⁺ + ОН^- = 2Н₂О

Точку эквивалентности определяли при помощи индикатора фенол-фталеина, который в щелочной среде (рН >7) меняет свою окраску из бесцветной в розовую [13].

Общая (титруемая) кислотность используется как показатель свежести молока и выражается в градусах Тернера (ºТ)- число миллилитров 0,1 н. гидроксида натрия, необходимое для получения нейтральной реакции по фенолфталеину в 100 мл молока, разбавленного двойным количеством воды. Каждый мл, израсходованный на титрование, соответствует одному градусу Тернера (ºТ). Кислотность свежего коровьего молока равна 16-18ºТ.

Молоко, имеющее кислотность ниже 15ºТ, в пищу не используют.

Результаты исследования общей и предельной кислотности разного вида молока представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Общая и предельная кислотность молока

Рисунок 2 - Показатели общей кислотности различного вида молока

Как видно из таблицы 2 и рис.2, все виды коровьего молока: натуральное, Талдыкорганское 3,2%,ФудМастер 2,5% и «Зорькин луг» 2,5% обладают значением кислотности, ниже предельной, что согласуется с литературными данными [14]. Однако, у козьего молока кислотность оказалась выше предельной и равна 22^оТ. Кобылье молоко показало наименьшую кислотность, равную 7^оТ. По значениям кислотности молоко разных видов животных расположилось в следующую последовательность: козье молоко > коровье молоко > кобылье молоко

Известно, кислотность молока связана с его химическим составом и обусловливается кислыми солями – дегидрофосфатами и дегидроцитратами, белками – казеином, сывороточными белками, углекислотой, кислотами (молочной, аскорбиновой, свободными жирными и др. компонентами молока)

2.2.3 Определение белков в молоке от разных производителей

Все виды молока исследованы на содержание белков и казеина формалиновым методом. В расчете умножением на коэффициент 1,92 получали значение общего количества белков в молоке и умножением на коэффициент 1,51, определяли количество казеина.

Результаты исследования представлены в таблице 3 и на рисунке 3.

Таблица 3 - Содержание белка и казеина в разных сортах молока

Как видно из таблицы 3 и рисунка 3, наибольшее содержание белков и казеина приходится на коровье (натуральное) молоко (3,52 г), несколько меньше в козьем (3,31) и самое малое –в кобыльем молоке (2,74 г). Что касается пастеризованного молока, по содержанию белков получилась следующая последовательность: Талдыкорганское (3,0 г), ФудМастер (2,9 г), «Зорькин луг» (2,33 г).

Аналогичная зависимость прослеживается и по содержанию казеина в исследуемом молоке разного вида, а именно, в коровьем молоке содержится 2,7 г, в козьем – 2,5 г и в кобыльем – 2,1 г.(на 100 г продукта)

Графическая зависимость содержания белков и казеина в молоке разного вида животных представлена на рисунке 3.

а б

Рисунок 3 - Содержание белка и казеина в молоке разных животных и пастеризованном от различных производителей.

Результаты определения количества белков и казеина в молоке свидетель-ствуют о следующей зависимости: коровье > козье > кобылье молоко.

2.2.4 Определение железа в молоке

Результаты фотоколориметрического определения железа в разных видах молока представлены в таблице 4 и на рисунке 4.

Из таблицы 4 видно, что максимальное содержание железа- 0,16 мг/л приходится на коровье молоко, на кобылье – 0,0621 мг/л и минимальное содержание железа- 0,0441 мг/л на козье молоко.

Содержание железа в молоке разных животных можно проследить на графике рисунка 4.

Таблица 4 -Содержание железа в молоке

Рисунок 4 - Показатели содержания железа в исследованных видах молока

Из рисунка 4 и таблицы 4 видно, что коровье молоко более богато микроэлементом железом, чем кобылье и козье молоко.

На основании проведенного эксперимента можно установить зависимость содержания железа в молоке разных животных: коровье молоко > кобылье молоко > козье молоко

Результаты экспериментальных данных мы свели в общую таблицу 5

Таблица 5 - Показатели качества молока разного вида

Заключение

Изучены качественные характеристики и проведено экспериментальное исследование молока: козьего, кобыльего, коровьего (натурального) и коровьего пастеризованного (ФудМастер 2,5%, Талдыкорганское 3,2%, «Зорькин луг» 2,5%)

1. Исследованы следующие физико-химические характеристики молока: плотность, кислотность (общая, предельная), содержание белка (общего и казеина), содержание железа.

2. На основании экспериментальных данных оценены качественные характеристики молока разных животных:

по плотности: наибольшую плотностью имеет коровье (натуральное) молоко (1,025 г/см³) и наименьшую - козье (1,005 г/см³);

по кислотности: наибольшую кислотность имеет козье молоко (22⁰Т), наименьшую - кобылье (1,015⁰Т);

по содержанию белка: наибольшее количество белка содержится в молоке коровьем (натуральном) (3,52 г), наименьшее - в кобыльем (2,74 г);

по содержанию железа: максимальное количество в коровьем (натуральном) (016 мг/л), минимальное – в козьем (0,044 мг/л);

3. По качественным характеристикам пастеризованное коровье молоко можно расположить в следующий ряд:

по плотности: Талдыкорганское (1,035 г/см³); ФудМастер (1,026 г/см³); «Зорькин луг» (1,02 г/см³);

по кислотности: ФудМастер (20,65⁰Т); Талдыкорганское (15,55⁰Т); «Зорькин луг» (15,31⁰Т);

по содержанию белка: Талдыкорганское (3,03 г); ФудМастер (2,92 г); «Зорькин луг» (2,33 г);

по содержанию железа: Талдыкорганское (4,3 мг/л); ФудМастер

(2,75 мг/л); «Зорькин луг» (1,5 мг/л).

Список использованной литературы

Артемова Е.Н., Иванникова Т.В. Теоретические основы технологии продуктов питания. - Учебное пособие, 2002. – 325с.

Стандарты на молоко и молочные продукты ГОСТ 10-02-02-2-86

Твердохлебов Г.В., Раманаускас Р.И. Химия и физика молока и молочных продуктов. - М.: ДеЛи принт, 2006. - 346с.

Гумаров М.Х., Ниязова Р.Е. Практикум по биохимии. - Уральск: РИО, 2005. – 139с.

Иванов В.Л. Молоко и молочные продукты. - Львов: «НИЦ Леонорм», 2000. - 400с.

Шалыгина Е.А. Общая технология молока и молочных продуктов. -Москва «Колос», 2001. - 239с.

Гусева Л.Б., Химия и физика молока. – Владивосток: Пищевая промышленность, 2010. - С. 28-35.

Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. - «ГИОРД», 2003. -243с.

Диланян З.Х. Сыроделие. - Москва: Легкая и пищевая промышленность, 2004. - С. 145-161.

Кунижев С.М, Шуваев В.А.Новые технологии в производстве молочных продуктов. - Москва: ДеЛипринт, 2004. – 123 с.

Машкин Н.И., Паришь Н.М. Технология производства молока и молочных продуктов – М: Высшие образование, 2006. – 351с.

Северин Е.С. Биохимия . - М.: ГЕОТАР-МЕД, 2003. – 779с.

Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия. - Москва: Просвещение, 1975. -С.293 – 425.

Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа – 2-е изд. –М.: Химия, 1986. – 432с.