XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Качественный и количественный анализ сахаров в соках

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Белоусова А.В. 1

---

1ЕГУ им. И.А. Бунина, институт СПО

Полтева А.В. 1

---

1ЕГУ им. И.А. Бунина

Работа в формате PDF

385.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Сахар – важный ингредиент различных блюд, напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. Его добавляют в чай, кофе, какао, он главный компонент конфет, глазурей, кремов и мороженого. Сахар используют при консервировании мяса, выделке кож и даже в табачной промышленности. Он служит консервантом в вареньях, желе и других продуктах из плодов.

Сахар в различных формах и в виде сложных соединений входит в состав практически всех продуктов питания. Сахар содержится в молоке, в овощах и фруктах, в семечках, орехах, кожуре семян и даже в коре. Но всё это сахарное разнообразие находится в них в сложных формах.

Сок – это питательная и витаминизированная жидкость, полученная путем отжима фруктов, ягод и овощей. Чтобы получить качественный сок, следует использовать только свежие и дозревшие плоды. Для изготовления соков используется яблоко, вишня, клубника, земляника, малина, слива, груша, айва, персик, абрикос, виноград, грейпфрут, апельсин, лимон, лайм, мандарин, маракуя, папайя, манго, киви, помело, ежевика, клюква, гранат, смородина, крыжовник, томаты, сельдерей, петрушка, морковь, свекла, редька, капуста, кабачок, огурец, перец и прочие фрукты и овощи.

Существует основная классификация видов сока:

1. свежевыжатый сок, который производится непосредственно перед употреблением из свежих продуктов;

2. сок прямого отжима – это напиток, произведенный в производственных условиях, температурно-обработанный и разлитый в герметичные пакеты;

3. восстановленный сок – напиток, который производится путем разбавления сокового концентрата водой и дополнительно обогащенный витаминами;

Цель данной работы определить сахар в соковой продукции разными методами.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

• Сбор теоретического материала;

• Проведение анализа;

• Систематизация результатов.

Актуальность. В настоящее время сок является одним из самых популярных напитков. Множество производителей указывают на упаковках, что сок не содержит сахар. Особенно часто это можно встретить на соках для детей. Поэтому содержание сахара в соках - это одна из самых актуальных тем на сегодняшний день.

Объект исследования: сок разных производителей.

Предмет исследования: определение содержания сахара в представленных объектах.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Характеристика и физико-химические свойства сахаров

Сахар – это пищевой продукт, состоящий на 99,9 % из сахарозы с небольшим количеством редуцирующих сахаров (глюкозы и фруктозы), а также примесями минеральных веществ [1].

Характерным признаком сахара является также самая низкая влажность (0,1 %).

Сахар делится на три вида: сахар-песок, сахарная пудра и сахар-рафинад, который подразделяется на подвиды: прессованный колотый и быстрорастворимый, сахар-рафинад в мелкой фасовке [15].

Рис.1 – Виды сахаров

К основным физико-химическим свойствам сахаров относятся: растворимость, температура кипения, способность к перенасыщению, структурообразующая способность, гигроскопичность, кислотный гидролиз (инверсия).

Сахароза хорошо растворима в воде. При повышении температуры растворимость улучшается и при 100^оС она в 2,4 раза выше, чем при 20^оС. В спиртах сахароза не растворяется.

Зависимость температуры кипения растворов сахарозы от ее концентрации определяется абсолютной ее концентрацией в системе. С повышением концентрации с 10% до 60% температура кипения раствора увеличивается с 105 до 119,6^оС. Температура кипения может быть повышена введением в систему других сахаристых веществ – глюкозы, фруктозы, патоки.

Перенасыщенные растворы в технологической практике получают охлаждением насыщенных растворов до более низких температур; введением в насыщенный раствор при температуре насыщения дополнительных веществ, способных отнимать влагу; выпариванием насыщенного раствора, что приводит к повышению концентрации сухих веществ. Перенасыщенные растворы могут кристаллизоваться, при этом скорость кристаллизации и размеры кристаллов могут быть существенно уменьшены при добавлении глюкозы, инвертного сахара, глюкозных сиропов, гидроколлоидов. Это используется в технологиях производства таких продуктов, где сахароза, при высокой концентрации, не должна выкристаллизовываться (мороженое, карамели). Процесс кристаллизации сахарозы необходим в процессе производства помадных масс, и, наоборот, ухудшает показатели готового продукта – засахаривание меда, выпадение в осадок лактозы при охлаждении сгущенного молока.

Структурообразующая способность сахарозы широко используется в технологиях производства сладких блюд, сиропов, кремов, мороженого, сгущенного молока, сладких льезонов и др. Структурообразующая способность основана на способности растворов сахарозы, или сиропов постепенно изменять вязкость при изменении температуры, при этом не выкристаллизовываясь. С увеличением концентрации сахаристых веществ увеличивается зависимость вязкости от температуры.

Гигроскопичность сахарозы является ее объективной характеристикой, которая существенно влияет на условия хранения и текстуру некоторых пищевых продуктов. Глюкоза, мальтоза, сиропы глюкозы менее гигроскопичны, чем сахароза, инвертный сахар и фруктоза.

Сахароза пищевых продуктов при производстве блюд и изделий нагревается при варке до t =102⁰С, а при жарке до 135⁰С и выше. В присутствии кислот, под влиянием теплового воздействия сахара разлагаются, происходит их инверсия, а именно расщепление на глюкозу и фруктозу. Смесь глюкозы и фруктозы называют инвертным сахаром. Он имеет более сладкий вкус, изменяет удельное вращение раствора с правого на левое, предохраняет растворы от засахаривания. Это явление отмечается при тепловой обработке фруктов и ягод в присутствии сахара (варка компотов, джемов, варенья), варке помадки, выпекании яблок, приготовлении фруктово-ягодных напитков.

Фруктоза инвертного сахара не только увеличивает его сладость, но и делает его самым гигроскопичным сахаром.

Повышенная гигроскопичность инвертного сахара и поглощение им воды из окружающей среды ограничивает применение её (фруктозы) в кондитерской промышленности. А для таких изделий как мармелад, некоторые виды пастилы, применение фруктозы и инвертного сахара, наоборот, желательно, т. к. эти кондитерские изделия не должны быстро высыхать.

Степень и скорость инверсии зависит от параметров технологического процесса. Среди них важнейшими являются продолжительность процесса, температура гидролиза, концентрация сахарозы, концентрация и вид кислоты.

С повышением температуры и увеличением сроков тепловой обработки степень гидролиза увеличивается. В менее концентрированных по сахару системах, при одинаковых условиях, гидролиз идет лучше, чем в более концентрированных [3].

Инверсия сахарозы ускоряется в присутствии кислот. В плодах и ягодах содержатся в основном лимонная и яблочная кислоты, в значительно меньшей степени такие кислоты как винная, щавелевая, янтарная, салициловая.

Лимонная кислота содержится в основном в цитрусовых плодах и в ягодах, как в свободном состоянии, так и в виде солей, а яблочная – в семечках и косточках плодов. Активная кислотность (рН) плодов и ягод от 2,6 до 6.

Лучшими инверсионными способностями обладают минеральные кислоты, особенно соляная. Наибольшей инверсионной способностью среди органических кислот обладает щавелевая кислота

в 10 раз меньшей – лимонная,

в 15 раз – яблочная,

в 17 раз – молочная,

в 35 раз – янтарная,

в 45 раз – уксусная.

Количество инвертированной сахарозы в продукте зависит от продолжительности тепловой обработке. Так, если варить в сахарном сиропе (18%) очищенные и нарезанные яблоки, количество инвертированной сахарозы колеблется от 14 – 19% от общего количества. Если при варке яблок, варенья, компотов добавляют лимонную кислоту, то степень инверсии сахарозы повышается до 50% [19].

Однако варка моркови, свеклы (с высоким содержанием сахаров) не сопровождается инверсией содержащихся в них сахаров, т. к. активная кислотность этих овощей очень малая (рН 6,3 – 6,7), а содержащаяся в них яблочная кислота обладает небольшой инверсионной способностью.

Промышленностью выпускается инвертный сироп из сахарного сиропа. Он является водным раствором фруктозы и глюкозы. Он менее вязкий, чем патока, более гигроскопичен благодаря наличию фруктозы [11].

1.2. Методы определения сахаров.

Методы определения сахаров делятся на 3 группы: химические, физические и физико-химические

Рис.2 – Методы определения сахаров

Химические методы разнообразны, однако все они, как и большинство физико-химических, основаны на способности сахаров окисляться в щелочной среде, восстанавливая при этом другие химические вещества с образованием альдоновых кислот. Количество восстановленного другого вещества эквивалентно содержанию сахара в испытуемом растворе. Чаще применяют методы, основанные на окислении сахаров щелочным раствором окисного соединения меди с учетом количества восстановленной меди. Реже применяются методы, в которых используются другие окислители [17].
К химическим методам относят:

1. Перманганатный метод

2. Иодометрический метод (по Шорлю)

3. Определение редуцирующих сахаров (по Лэну и Эй-Нону)

4. Метод горячего титрования.

Перманганатный метод основан на способности карбонильных групп сахаров восстанавливать в щелочной среде оксид меди (II) до оксида меди (I). При растворении сульфатом железа (III) аммония образовавшийся оксид меди (I), окисляясь до оксида меди (II), восстанавливает железо (III) в железо (II), количество которого определяют титрованием раствором перманганата калия. Имеется несколько модификаций перманганатного метода, отличающихся концентрацией растворов, продолжительностью окисления и др. и согласно ГОСТам используются для определения редуцирующих сахаров в различных объектах промышленного производства.

Иодометрический метод основан на окислении редуцирующих сахаров избытком иода в щелочной среде и определении содержания сахара по разности между количеством взятого иода и избытком иода, определяемого титрованием тиосульфатом натрия.

Метод определения редуцирующих сахаров по Лэну и Эй-Нону основан на титровании реактива Фелинга фильтратом А в присутствии метиленовой сини.

Метод горячего титрования основан на способности редуцирующих сахаров восстанавливать в щелочном растворе окисную медь в закисную [6].

В настоящее время находят широкое применение физико-химические методы определения сахаров. При этом сахара, путем химических реакций, превращают в какое-то вещество, замеряя затем физические характеристики (цвет, адсорбируемость и пр.) Эти методы быстрые, менее трудоемкие, а в некоторых случаях точнее химических.

Физические методы определения сахаров основаны на измерении явственных физических свойств сахаров специальными приборами, градуированными по корреляции «концентрация раствора — сила физического свойства раствора». Достоинства: простота, быстрота, отсутствие дорогостоящих реактивов и химических превращений. Недостатки: не слишком высокая воспроизводимость результатов.

К физическим методам относят:

1. Рефрактометрический метод

2. Сахарометрический метод

3. Поляриметрический метод

Рефрактометрический метод.

Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления. Измерения проводят при дневном свете, или при включенном осветителе в проходящем через прозрачную исследуемую среду свете, или в отраженном свете, когда исследуемая среда существенно поглощает или рассеивает свет. Применяется для внутрипроизводственного контроля содержания сахара, основан на определении коэффициента преломления сахара, извлеченного из навески после удаления несахаров.

Сахарометрический метод.

Для определения концентрации экстрактивных веществ применяют ареометры сахарометры со шкалой 0-8, 8-16, 16-24% сухих веществ. Эти приборы представляют собой плавающий стеклянный цилиндрический сосуд, запаянный с обоих концов. Нижняя часть прибора заполнена свинцовой дробью, чтобы ареометр плавал строго вертикально. Верхняя часть ареометра - сахарометра представляет собой шкалу с делениями, градуированными по растворам чистой сахарозы при температуре 20 град С. Цена деления 0,1 % мас. В чистых растворах сахарозы сахарометры показывают процент растворенного сахара по массе (г в 100г). В не чистых растворах (например в пивном сусле) они показывают видимое содержание сухих веществ в % мас. При отклонении температуры анализируемого раствора от 20 град С в показания сахарометра вносят поправку.

Поляриметрический метод.

Основан на измерении угла вращения плоскости поляризации луча света, прошедшего через оптически активную среду. В зависимости от направления вращения плоскости поляризации луча света бывают право- и левовращающие соединения и среды. В сахарной и крахмалопаточной промышленности наибольшее распространение получили специальные поляриметры-сахариметры. Пользуясь сахариметром, можно определить содержание сахарозы в сахаросодержащих продуктах в процентах [18].

Глава 2. Методы определения сахаров

2.1. Материалы и методы исследования

В ходе исследования было взято 10 образцов соковой продукции разных производителей.

Определение наличия сахара в соках разных марок качественными реакциями.

В ходе определения наличия сахара в соках мы налили 5 мл сока в пробирки, добавили несколько капель сульфата меди 2 (CuSO₄). Обратили внимание, что соки окрасились в синий и зеленый цвета (Рис 4.) Поставили пробирки на водяную баню, довели до кипения. Добавили гидроксида натрия (NaOH). Зафиксировали окраску (Рис 5). При наличии сахара в соках цвет меняется на желто-зеленый или оранжевый. Чем ярче окраска, тем больше сахара в образце.

Определение содержания сахара в соках рефрактометрическим способом.

В соответствии с ГОСТ ISO 2173-2013 для определения содержания сахара в пробах был использован рефрактометр.

Нанесли 2-3 капли на неподвижную призму рефрактометра и сразу же накрыли подвижной призмой. Осветили поле зрения надлежащим способом.

Подвели линию, разделяющую темное и светлое поле в окуляре, точно на перекрестье в окошке окуляра.

Сняли показания рефрактометра и сравнили с заявленными показаниями производителей (Приложение 1).

2.2. Результаты исследований

Рис.4 - Окраска образцов, полученная после добавления сульфата меди (II)

Рис.5 - Окраска образцов, полученная после добавления гидроксида натрия

По результатам анализа качественными реакциями, больше всего сахара содержится в следующих образцах:

Образец №2.

Образец №3.

Образец №6.

Образец №10.

Окрас всех остальных проб имеет оранжевый цвет, что свидетельствует о присутствии сахара во всех остальных образцах соков. Однако они имеют меньшую интенсивность окраса, что говорит нам о меньшем содержании сахара в них.

Окрас образца №1 оказался наименее ярким, что свидетельствует о малом количестве сахара в образце.

Окрас образцов №4, №5 схож по интенсивности, что указывает на примерно равное содержание в соках.

В образцах №7, №8 интенсивность цвета наименее яркая по сравнению с остальными, что показывает меньшее содержание сахара в образцах.

В результате определения показателя сахаров в соковой продукции на рефрактометре были получены следующие данные (Таблица 1).

Таблица 1.

Содержание сахаров в соковой продукции

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что некоторые производители указывают меньшее значение сахара, чем оно есть на самом деле.

Заключение

За несколько последних десятилетий употребление сахара выросло почти вдвое. Не менее 40 килограммов в год на человека — цифра ужасающая. Мы добавляем сахар в напитки и продукты, едим в ресторанах и кафе и уже практически не осознаем, какое количество сахара мы употребляем на самом деле. На сегодняшний день нет почти ни приправы, ни напитка, ни соуса, куда бы производитель не добавил сахар для вкуса или в качестве консерванта. Остановить увеличение потребления сахара можно, только следя за всем съеденным и купленным.

Процессы в человеческом организме так устроены, что при постоянном употреблении большого количества сахара появляется стойкая зависимость. Она не только психологическая, но и вполне объясняется химическими и биологическими особенностями. Сахар вызывает выброс в кровь инсулина, но чувство удовольствия и насыщения очень быстро проходит, и снова хочется добавки.

Но при всей очевидности вреда сахара, нельзя отрицать, что сахар сопровождает человека с самого рождения.

Безусловно, как и любой продукт, сахар должен быть в рационе, ведь он источник энергии для человеческого организма, необходимый ингредиент для функционирования многих органов. Но чтобы он приносил пользу, нужно знатьмеру. Около 50 граммов сахара в день сослужат хорошую службу, а его переизбыток разрушит здоровье. И речь идет не о чистом сахаре, который мы кладем в кофе, а обо всем количестве, поступающем в организм с едой. Сегодня его кладут практически во все продукты, поэтому перед покупкой или употреблением важно изучить их состав.

Список использованных источников

1. Алексеев В.Н. Количественный анализ 4-е изд., перераб. - Москва : Химия, 2017 - 133с.

2. Артеменко А.П. Оценка качества соковой продукции / А.П. Артеменко, Е.В. Матушкина, Л.М. Стахеева // Молодежь и наука, 2018. – № 2. С– 9.

3. Артеменко А.П. Экспертиза качества соков, реализуемых в Екатеринбурге / А.П. Артеменко, Е.В. Матушкина // Молодежь и наука, 2016. – № 1. – С. 15–20.

4. Матушкина Е.В. Биохимия. Углеводный обмен. Распад глюкозы. / Е.В. Матушкина. - Москва : Молодежь и наука, 2017 - 250 с.

5. ГОСТ ISO 2173-2013. Продукты переработки фруктов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ : межгосударственный стандарт : издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агенства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. №1620-ст : взамен ГОСТ 28562-90 : дата введения 2017-07-21 / разработан подкомитетом ISO ТС 34/SC 3 "Плодоовощные продукты" . - Москва: Стандартинформ, 2017.

6. Елисеев, М.Н. Товароведение и экспертиза вкусовых товаров. / М.Н. Елисеев, В.М. Поздняковский. – Москва: Академия, 2016. – 304 с.

7. Елисеева, Л.Г. Сравнительная характеристика содержания сахаров в фруктовых соках / Л.Г. Елисеева, Е.В. Гришина // Товаровед продовольственных товаров, 2017. – № 9. – С. 51–52.

8. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии ч.2 - Москва : Высшая школа, 2019.

9. Как отличить нектар от сока? («ТВ-ГИД» №16, 15 декабря 2012) [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL:http://www.aif.ru (дата обращения: 21.03.2023).

10. Консервы. Соки, нектары и сокосодержащие напитки. Термины и определения: СТБ П 1826-2008 - Введ. 01.09.2017. - Минск: РУП Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию, 2017. - 16 с.

11. Московец А., Д. Волков, М. Проскурин. Определение сахарозы в фруктовых соках, фруктах и овощах // Аналитические решения. Markets and Applications Programs. Agilent Technologies, Inc. 2014.

12. Обойдихина, А. А. Сравнительный анализ качества и безопасности популярной соковой продукции различных производителей / А. А. Обойдихина, С. Н. Белик, О. А. Свинтуховский, З. Е. Аветисян. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 18.1 (122.1). — С. 62-65. — URL: 4https://moluch.ru/archive/122/33742/ (дата обращения: 15.03.2023). Практика лабораторных биохимических исследований: учебное пособие. Пустовалова Л.М. – Москва : Феникс, 2017

13. Реутов О.А., Курц А.Я., Бутин К.П. Органическая химия. - М.: МГУ, 2018 - 47с.

14. Среда обитания. Сколько сахара в соке?. Документальное кино Первого канала (Jun 8, 2010). [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.1tv.ru (дата обращения: 15.03.2023).

15. Скурихина, И.М. Химический состав пищевых продуктов / И.М. Скурихина. - Москва : 2019.

16. Технология сахара: учебник/ Сапронов А.Р., Сапронова Л.А., Ермолаев С.В. – СПБ.: ИД «Профессия», 2018 - 296 с.

17. Черепанова, А.В. Сокосодержащие напитки с добавлением сахарозы / А.В. Черепанова, В.Д. Лавшук // Научный журнал «Пищевая промышленность: наука и технологии». – 2017 – № 2 – С. 30-36.

18. Чернявская Л.И. Технохимический контроль сахара-песка и сахара- рафинада / Л.И. Чернявская, А.П. Пустоход, Н.С Иволга. - Москва : Колос, 2018.- 384 с.

Приложение

Приложение 1

Показания рефрактометра