Методы аналитического исследования в пищевой промышленности

Введение

В технологии изготовления пищевых продуктов качество и состав сырья, эффективность производственных процессов, экологическая безопасность, соответствие выпускаемой продукции установленным нормам, соблюдение санитарно-гигиенических требований имеют большое значение. Решение всех перечисленных вопросов требует знания методов исследования пищевого сырья и готовых продуктов. Эта наука предусматривает как разработку новых принципов и методов анализа пищевых систем, так и установление строения отдельных веществ, их функций и взаимосвязи с другими компонентами.
Исследование любого пищевого продукта – сложная аналитическая задача. Из-за особенностей состава и многокомпонентности продуктов необходимо приспосабливать стандартные методы к особенностям состава и физико-химической структуры продукта – т.е. в каждом конкретном случае требуется проведение в той или иной мере аналитической исследовательской работы.
Безопасными для здоровья принято считать продукты, которые не содержат (или содержат в минимальных, допустимых санитарными нормами качества) токсические вещества, не обладают канцерогенными, мутагенными или иными неблагоприятными воздействиями на организм человека.
Безопасность пищевых продуктов и сырья оценивают по количественному или качественному содержанию в них микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, веществ химической и биологической природы. Опасность для здоровья человека представляет присутствие в пищевых продуктах патогенных микроорганизмов, искусственных и естественных радионуклидов, солей тяжёлых металлов, нитритов, нитратов, нитрозосоединений, пестицидов, а также пищевых добавок – консервантов, красителей и ряда других.

1. Методы определения кислотности молока и молочных продуктов
Кислотность молока и молочных продуктов как один из основных показателей безопасности введена в НТД на все молочные продукты. Измеряется она в градусах Тернера (°Т) − в количестве 0,1 н. раствора NaOH (см3), необходимом для нейтрализации кислот в 100 мл раствора продукта. Наиболее распространенным методом определения кислотности является ручное титрование раствором NaOH с определением конца титрования по индикатору фенолфталеину. Предел допускаемой погрешности (ПДП) результата анализа при доверительной вероятности Р = 0,95 для молока, сливок и кисломолочных продуктов составляет 1,9 °Т, для сметаны 2,3 °Т, для творога и творожных изделий 3,6 °Т.
Рассматриваемый метод трудоемок, применим только в лабораторных условиях и требует определенной квалификации лаборанта. К инструментальным методам определения кислотности, упрощающим процесс измерения, относятся:
- измерение величины рН с пересчетом ее в активную кислотность;
- автоматическое титрование с определением конца титрования потенциометрическим методом с помощью рН− метра;
- определение содержания молочной кислоты с помощью инфракрасной спектрометрии (ИК−анализаторов);
- определение содержания молочной кислоты с использованием биосенсорного датчика.

ИЗМЕРЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ рН
Для измерения кислотности молока и молочных продуктов по этому методу используются полученные во ВНИМИ экспериментальные зависимости между величиной рН и титруемой кислотностью (°Т) для молока−сырья, пастеризованного и топленого молока, пастеризованных сливок, творога и при сквашивании кисломолочных продуктов. Эти зависимости являются ориентировочными, так как не в пол− ной мере учитывают региональные и сезонные колебания взаимосвязи между величиной рН и титруемой кислотностью. Поэтому в начальный период использования рН−метрии для определения кислотности молока на конкретном предприятии целесообразно провести сравнительные измерения этого параметра методом титрования.
Зависимости указаны для температуры 20±2 °С, которая является стандартной для определения всех показателей молока и молочных продуктов. В процессе производства кисломолочных продуктов по величине рН определяется их готовность. Средства измерения рН, условия выполнения измерений и подготовки к ним должны соответствовать требованиям, изложенным в ГОСТ 26781, в том числе при определении активной кислотности молока, сливок, кисломолочных продуктов, творога, сыра. В комплект приборов для измерения рН входят датчик и вторичный преобразователь (ВП).
Датчики. Основой датчика является электродная система (ЭС), состоящая из измерительного электрода и электрода сравнения. В подавляющем большинстве случаев применяются стеклянные электроды, а также электроды в корпусах из пластмассы и металла. Помимо ЭC с раздельными электродами (измерительным и сравнения) существуют комбинированные электроды, в общем корпусе которых находятся оба электрода. Наряду с перезаполняемыми электродами, в которые периодически, особенно при непрерывной работе датчика в промышленном оборудовании, необходимо доливать электролит, широко распространены неперезаполняемые электроды с загущенным электролитом. Величина ЭДС, возникающая в датчике, зависит не только от рН, но и от температуры измеряемой среды. Компенсация влияния температуры осуществляется либо вручную лаборантом (по показаниям дополнительного термометра), либо автоматически, если в состав измерительного комплекта входит датчик температуры. В последнее время появились рН − метры со встроенными датчиками температуры. Для лабораторных исследований и установки в промышленном оборудовании должны использоваться разные типы датчиков в зависимости от условий работы: температуры измеряемой среды – низкой (менее 20 °С) или высокой (более 80 °С), наличия мешающих ионов (например, Na+), при измерениях в средах с рН>12, при избыточном давлении более 0,1 МПа, в корпусе из небьющейся пластмассы (для переносных приборов). Для работы в микробиологическом промышленном оборудовании и при производстве стерилизованных детских продуктов применяются электроды, выдерживающие более 100 циклов при 130−140 °С во время стерилизации оборудования паром. Измерения рН при использовании таких датчиков может осуществляться при температуре среды 80 °С и давлении до 0,4 МПа. Выпускаются модификации электродов, устанавливаемых внутри ножа, который погружается в сыр или мясо в процессе измерения.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
Кислотность молока и молочных продуктов также определяется титрованием. Однако подача раствора гидроксида натрия осуществляется блоком автоматического титрования, а конец титрования определяется потенциометрическим методом по показаниям рН− метра. Одновременно автоматически определяется количество использованого титранта, т.е. активная кислотность (в °Т). По сравнению с ручным титрованием с индикацией момента конца титрования при помощи фенолфталеина этот метод сокращает трудоемкость и погрешности выполнения измерений.
Некоторые автоматические титраторы позволяют сохранять в памяти результаты анализов и передавать их в компьютер

. Нормируемые действующим в течение уже более 12 лет ГОСТ 3624 метрологические показатели определения кислотности молока и молочных продуктов базируются на технических показателях единственного выпускавшегося в то время в СССР потенциометрического рН−анализатора И−160 (допускаемая погрешность измерения ±0,05) со встроенным блоком автоматического титрования БАТ−15−2 (допускаемая погрешность титрования ±1 %, цена деления дозатора раствора − бюретки − составляет ±0,08 см3). За последнее десятилетие метрологические показатели как потенциометрических анализаторов, так и дозаторов существенно улучшились. Отечественный автоматический потенциометрический титра− тор АТП−01 на базе рН−метра И−500 позволяет отсчитывать объем титрующего раствора (титранта) с точностью 0,01± 0,2 % см3.
Такая точность дозирования в сочетании с абсолютной погрешностью определения точки конца титрования не более ±0,02−0,03 ед. рН позволяет предположить, что допускаемая погрешность определения кислотности при использовании современных титраторов для различных молочных продуктов будет значительно меньше указанной в ГОСТ 3624. Другой современный отечественный титратор «Мультитест ИПЛ−101−1» включает в себя ЭС, ВП «ИПЛ−301», блок управления БУК−01, электромагнитный клапан, управляющий подачей титранта, и микробюретку с титрантом. Он обеспечивает установку конечной точки титрования в диапазоне рН от −20 до +20. Диапазон установки зоны подачи титранта − 0−20 %. Подача титранта импульсная, длительность импульсов и паузы между ними устанавливается от 0,10 до 99,99 с (дискретность 0,01 с). На крупных предприятиях, где необходимо проводить большое количество анализов, могут найти применение автоматические импортные титраторы, например DL15, DL 22 F&B, DL5x, DL 15 «Mettler−Toledo» и «TitroLine Easy» фи мы Schott Instruments, обеспечивающие проведение анализов с систематической погрешностью не более 0,1 % и случайной погрешностью не более 0,05 % от определяемой величины. Эти устройства комплектуются поршневыми дозаторами титранта, магнитными или верхнеприводными мешалками, электронными блоками управления, совмещающими в себе также функции ВП с индикацией результатов, устройствами передачи результатов анализа на принтер устройства связи с компьютером с возможностью использования оригинального специализированного программного обеспечения. Однако широкому распространению метода потенциометрического титрования препятствуют возможность его использования только в лабораторных условиях и высокая стоимость оборудования. При работе с потенциометрическими титраторами следует учесть, что конечная точка титрования равна 8,9 (а не 7,0, как можно предположить). Поэтому используемые потенциометрические анализаторы − рН−метры должны иметь диапазон измерения не менее 3− 10, а калибровку необходимо проводить с использованием рабочих эталонов с рН 9,18.

2. Методы определения сыропригодности молока и ее повышения
Сыропригодность устанавливается путем проведения пробы на скорость свертывания сычужным ферментом, выполняемой в приборе ВНИИМСа, а также проведением дополнительных проб. Проводятся: сычужно-бродильная проба, характеризующая способность молока к свертыванию; резазуриновая проба, служащая для определения общего числа микроорганизмов; проба с мастопримом на наличие лейкоцитов (при маститном молоке и молозиве).
Сыропригодное молоко – это биологически полноценное молоко, которое хорошо свертывается сычужным ферментом. Также такое молоко должно содержать определенное количество жиров, белков, минеральных веществ, ферментов и витаминов. Молоко-сырье должно являться благоприятной средой для нормального развития микроорганизмов, которые, в свою очередь, формируют вкусовые и органолептические показатели вырабатываемой продукции. Для сыроделия лучше всего подходит молоко с высоким содержанием белков (не ниже 3,1 %), жиров (более 3,64 %), СОМО (более 8,4 %) и оптимальным соотношением жиров и белков (1,1 : 1,25), белков и СОМО (0,35 : 0,45); содержания кальция – 125 %/мг. При снижении рН молока реакция сычужной коагуляции белков протекает быстрее и плотность сгустка получается большей
Плотность молока должна быть не менее 1027 кг/м3 , титруемая кислотность – 16–18 °Т. При производстве сыра использует молоко с оценкой по степени чистоты по эталону не ниже I группы; по бактериальной обсемененности по редуктазной пробе – не ниже I класса, т. е. в 1 см3 молока должно содержаться не более 500 тыс. клеток бактерий. Не используют молоко, полученное из хозяйств, которые неблагополучны по бруцеллезу, туберкулезу, ящуру, маститу, лейкозу, а также в первые и последние семь дней лактации. Свежевыдоенное и стародойное также не применятся для производства сыра. Также нельзя использовать молоко-сырье, полученное от коров в промышленных районах и в районах с техногенным загрязнением Методы повышения сыропригодности молока
1. Вакуумкондиционирование. Проводится с целью удаления воздуха и других газов из молока. Также удаляются и летучие соединения, создающие посторонние привкусы и запахи, тем самым свертываемость молока улучшается на 15–20 %. Данную технологическую операцию проводят в дезодораторах одновременно с пастеризацией.
2. Добавление хлорида кальция для повышения свертываемости молока. Под воздействием сычужного фермента молоко свертывается, в результате чего подразделяется на 3 группы: совсем не свертывающееся или медленно свертывающееся, нормально свертывающееся, быстро свертывающееся. Для определения способности молока к свертыванию проводят сычужную пробу. Методика проведения сычужной пробы заключается в следующем: к 10 мл исходного молока добавляют 1 мл 0,02%-го раствора сычужного фермента, все перемешивают и помещают в термостат или водяную баню при 35 °С. Окончание свертывания определяют по образованию сгустка. Молоко, которое свернулось за 15 мин и быстрее, относят к первой группе, за 15–40 мин – ко второй, свернувшееся за 40 мин или несвернувшееся – к третьей. Молоко, относящееся к первой группе, образует сгусток, который быстро уплотняется и выделяет избыточное количество сыворотки, поэтому получается сыр грубой консистенции. При выработке сыра из такого молока следует осуществлять более длительное по времени сквашивание, снизить температуру свертывания и второго нагревания, также проводить постановку более крупного зерна. Лучшим сырьем для производства сыра является молоко второй группы. Из молока, относящегося к третьей группе, получают дряблый сгусток, который плохо выделяет сыворотку. В произведенным из такого молока сыре содержится излишнее количество сыворотки, что обуславливает бурное развитие микрофлоры, деформирование головок и появление пороков сыра