способ определения содержания винной кислоты и ее солей

Формула изобретения

1. Способ обнаружения винной кислоты, включающий подготовку пробы, ее фотометрирование и определение по полученным данным содержания винной кислоты, отличающийся тем, что подготовленную пробу разделяют на две части, в первую добавляют окислитель, во вторую серную кислоту, фотометрируя обе части пробы, измеряют соответственно значения их оптической плотности E₁ ¹ и E₁ ², затем добавляют в них индикатор и, вторично фотометрируя, измеряют соответственно значения их оптической плотности Е₂ ¹ и Е₂ ², а содержание винной кислоты (С_вк) и/или ее солей рассчитывают по формуле

С_вк= К((Е₂ ²-E₁ ²)-(Е₂ ¹-E₁ ¹)),

где К - калибровочный коэффициент пропорциональности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пробы используют алкогольные или безалкогольные напитки, в том числе сокосодержащие.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при подготовке пробы в нее добавляют в качестве сорбента активированный уголь и затем фильтруют пробу.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют вещества со стандартным электродным потенциалом восстановления в кислой среде в пределах от 1 до 1,8 В.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перекись водорода, и/или иодаты, и/или броматы, и/или бихроматы, и/или хроматы, и/или манганаты, и/или перманганаты металлов.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве индикатора применяют ванадат аммония.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что при фотометрировании используют электромагнитное излучение с длиной волны 520-580 нм.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что при фотометрировании используют электромагнитное излучение с длиной волны 546⁺/-10 нм.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к способам исследования и анализа материалов с помощью оптических средств, в частности систем, в которых материал вступает в химическую реакцию, путем наблюдения за изменением цвета под действием химического индикатора.

Изобретение может быть использовано для определения наличия и концентрации винной кислоты и ее солей в любых водных растворах, в пищевых продуктах, в сокосодержащем и молочном сырье и в продуктах, изготовленных из него. Изобретение позволяет обнаруживать и определять концентрацию в растворе любых веществ, содержащих анион винной кислоты, то есть как саму винную кислоту, так и любые ее соли (тартраты). Способ может быть также использован для выявления фальсификации сока и сокосодержащих напитков добавками винной кислоты или ее солей. Кроме этого изобретение может быть использовано в химической промышленности для анализа промышленных стоков и коммерческих образцов винной кислоты и/или ее солей - тартратов.

Уровень техники

Известен способ обнаружения винной пищевой кислоты (SU 185881 А, МПК⁷ G 01 N 33/02, 15.10.1966). Отбирают пробу исследуемого порошка, подвергают ее ультрафиолетовому облучению, смешивают пробу с молибденово-кислым аммонием, растирают в ступке и смачивают, по появлению синей или сине-зеленой окраски, наличию окраски судят о наличии винной кислоты в пробе.

Данный способ применим только для разделения винной и лимонной кислот, находящихся в сухом кристаллическом состоянии, кроме этого данный способ является качественным и не обеспечивает возможности количественного определения винной кислоты в любых солях и растворах.

Наиболее близким аналогом является способ обнаружения винной кислоты ("Tartaric acid in grape juice" - International Federation of Fruit Juice Producers(IFU), IFU Analysis N65, February 1995, p.1-3), включающий подготовку пробы, состоящую в отборе и фильтрации анализируемой пробы, добавление в нее раствора серной кислоты, проведение жидкостной хроматографии, фотометрирование электромагнитного излучения на длине волны 210 нм и определение по полученным данным содержания винной кислоты, используя калибровочные растворы или экспериментально установленную зависимость интенсивности излучения от концентрации винной кислоты.

Известный способ имеет низкую точность и высокий предел обнаружения. Для осуществления способа необходима сложная дорогостоящая аппаратуры, в частности мембранные фильтры для тонкой отчистки пробы. Данный способ может быть использован для определения концентрации винной кислоты около 500 мг/л, иначе необходимо дополнительно разбавлять исходную пробу. Кроме этого известный способ не обеспечивает возможности определения содержания солей винной кислоты. Все это существенно затрудняет его использование и ограничивает область его применения.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является разработка способа определения концентрации винной кислоты в пищевых продуктах, соках и водо-соковых смесях, промышленных стоках, и других веществах, имеющих в своем составе винную кислоту и/или ее соли.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты: ускорение определения концентрации винной кислоты и ее солей (тартратов), повышение точности и снижение предела обнаружения винной кислоты и/или ее солей - тартратов, расширение области применения способа, расширение интервала определяемых концентраций без разбавления пробы.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе обнаружения винной кислоты, включающем подготовку пробы, разделение подготовленной пробы на две части. В первую часть добавляют окислитель, во вторую - серную кислоту, фотометрируя эти части пробы, измеряют соответственно значения их оптической плотности E₁ ¹ и E₁ ², затем добавляют в них индикатор и, вторично фотометрируя, измеряют соответственно значения их оптической плотности Е₂ ¹ и Е₂ ², а содержание винной кислоты (С_вк) и/или ее солей (тартратов) рассчитывают по формуле: С_вк=К((Е₂ ²-E₁ ²)-(Е₂ ¹-E₁ ¹)), где К-коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально, например, с помощью калибровочных растворов.

Изобретение отличается от наиболее близкого аналога тем, что подготовленную пробу разделяют на две части, в первую добавляют окислитель, во вторую - серную кислоту, фотометрируя эти части пробы, измеряют соответственно значения их оптической плотности E₁ ¹ и E₁ ², затем добавляют в них индикатор и, вторично фотометрируя, измеряют значения их оптической плотности соответственно Е₂ ¹ и Е₂ ², а содержание винной кислоты (С_вк) и/или ее солей рассчитывают по формуле:

С_вк=К((Е₂ ²-E₁ ²)-(E₂ ¹-E₁ ¹)),

где К - калибровочный коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально, например, с помощью калибровочных растворов.

Преимущественно в качестве пробы используют алкогольные или безалкогольные напитки, в том числе соки или сокосодержащие напитки.

Целесообразно при подготовке пробы в нее добавлять в качестве сорбента активированный уголь и затем ее фильтровать или центрифугировать для удаления взвеси и твердых примесей.

Предпочтительно в качестве окислителя использовать вещества со стандартным электродным потенциалом восстановления в кислой среде, величина которого лежит в пределах от 1 В до 1,8 В.

В частности, в качестве окислителя используют перекись водорода, и/или иодаты, и/или броматы, и/или бихроматы, и/или хроматы, и/или манганаты, и/или перманганаты металлов.

В качестве индикатора целесообразно применять ванадат аммония - NH₄VO₃.

При фотометрировании целесообразно использовать электромагнитное излучение с длиной волны 520-580 нм, преимущественно с длиной волны 546 ⁺/- 10 нм.

Предлагаемый способ основан на том, что детектирование винной кислоты происходит фотометрически непосредственно в соке, а не гравиметрически или хроматографически, как это происходит в рамках известных способов. Использование в качестве окислительных реагентов соединений, стандартный электродный потенциал восстановления которых находится в пределах от 1 до 1,8 В, необходимо, поскольку вещества с более низким электродным потенциалом не будут окислять винную кислоту, а с более высоким - будут окислять все остальные присутствующие в пробе растворимые компоненты, например сахара, фруктовые кислоты. Наиболее доступным окислителем является перекись водорода, образующая с ванадатом аммония пероксо-ванадат ионы.

Определению не мешают присутствующие в пробе сахара, лимонная и яблочная кислоты в преобладающих количествах, благодаря подбору условий, в которых винная кислота реагирует с ванадатом селективно.

Способ не требует сложной аппаратуры для осуществления. Легко применим в полевых условиях, в частности без наличия фотометра, просто путем визуального сравнения цвета нулевой пробы и определяемой пробы. Различие в интенсивности окраски заметно при добавлении более 15% виноградного сока в яблочный.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Изобретение осуществляется следующим образом:

1. Подготовка пробы.

Для измерения содержания винной кислоты образцы, например, сокового сырья предварительно смешивают с активированным углем, а затем фильтруют и/или центрифугируют, удаляя мякоть и активированный уголь, сорбировавший мешающие соединения.

Готовят раствор монованадата аммония, растворяя монованадат аммония в растворе, содержащем гидроксид натрия и ацетат натрия.

Для приготовления раствора окислителя 30-50%-ный раствор перекиси водорода переносят в колбу на 100 мл и доводят до метки 1-2 М раствором серной кислоты.

3. Проверка работы оборудования.

С целью проверки работы оборудования (фотометр и микродозаторы) проводят определение винной кислоты в ее стандартном растворе с концентрацией 2-4 мг/мл. Объем пробы - 500-1000 мкл. Объем теста - 3,600 мл. Определение проводят по методике, описанной выше. Строят график зависимости Е от С_вк, по которому определяют величину К - коэффициента пропорциональности.

При нормальной работе оборудования совпадение рассчитанного значения со стандартом должно находиться в пределах 1005%.

Определенное количество винной кислоты основано на фотометрировании образующегося комплексного аниона V^(IV)-V^(V) при окислении ванадатом аммония винной кислоты в кислой среде на длине волны 54610 нм.

Проводят подготовку пробы. Для этого к раствору анализируемого образца концентрата яблочного сока объемом 10-15 мл прибавляют 1-5 г активированного угля и перемешивают. Выдерживают 10-15 минут без перемешивания и фильтруют, получая чистый прозрачный, неокрашенный раствор. К 5,0-10,0 мл этого раствора добавляют 0,5-2,5 мл раствора NaOH концентрацией 2-4 М, перемешивают и выдерживают в течение 5-10 минут. Затем приливают 0,5-2,5 мл 2-4 М HCl и перемешивают. Полученный раствор делят на две части и переносят каждую из частей в кюветы для фотометрирования толщиной 1-5 см. Готовят, таким образом, две кюветы, одна из которых будет "нулевой", в которой находится первая часть раствора, т.е. учитывающей окраску избыточного ванадата, переходящего в кислой среде в катион ванадила желтого цвета.

После этого в "нулевую" кювету, содержащую первую часть раствора, прибавляют 0,6-3,0 мл окислителя и перемешивают, а в другую кювету, содержащую вторую часть раствора, добавляют 0,6-3,0 мл раствора серной кислоты концентрацией 0,1-1,0 М. Перемешивают и измеряют значения их оптической плотности E₁ ¹ и E₁ ² соответственно. Измерение оптической плотности раствора можно проводить на любой длине волны в интервале спектра излучения 520-580 нм, однако наилучшие результаты получаются при использовании оптического излучения с длиной волны 54610 нм. После этого прибавляют в кюветы 1-5 мл раствора ванадата аммония. Перемешивают еще раз и снова измеряют значения их оптической плотности Е₂ ¹ и Е₂ ² соответственно.

Содержание винной кислоты С_вк и/или ее солей рассчитывают по формуле:

С_вк=К((Е₂ ²-E₁ ²)-(Е₂ ¹-E₁ ¹)),

где К - калибровочный коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально, например, с помощью калибровочных растворов.

Для повышения точности определения содержания винной кислоты те же действия по подготовке пробы к анализу осуществляют параллельно в третьей кювете, содержащей дистиллированную воду, и определяют оптическую плотность раствора без индикатора (E₁ ³) и с добавленным индикатором - ванадатом аммония (Е₂ ³) соответственно.

При этом концентрацию винной кислоты С_вк рассчитывают по формуле:

С_вк=К((Е₂ ²-E₁ ²)-(Е₂ ¹-E₁ ¹)-(Е₂ ³-E₁ ³)).

Коэффициент К получают, например, при калибровке конкретного фотометра по серии стандартных растворов винной кислоты и/или тартратов.

Пересчитывают С_вк на 11,2 Вх. Значение должно быть не более 100 мг/л, что соответствует добавке 5% виноградного сока в яблочный, этой величиной можно пренебречь в пределах погрешности эксперимента. Пределом устойчивого обнаружения можно считать 450 мг/л, что соответствует 15% виноградного сока в яблочном. Величины более 1000 мг/л указывают на грубую фальсификацию. Только при этом у концентрата яблочного сока появляется нехарактерное соотношение глюкоза/фруктоза, которое можно измерить хроматографически или ферментативно.

Описываемый способ имеет следующие преимущества.

Предел обнаружения - 20-50 мг/л винной кислоты в анализируемом растворе, что соответствует Е=0,030-0,065 для кюветы толщиной 1 см. При увеличении толщины кюветы (например, до 5 см) точность и чувствительность метода пропорционально возрастают.

Воспроизводимость метода не хуже 3%.

Точность не более 5%.

После обработки реактивами яблочного сока значение оптической плотности на длине волны, например, 520-580 нм не должно превышать 0,05-0,15 (легкая окраска), что соответствует нормальному яблоку. Большие значения указывают на фальсификацию яблочного сока винной кислотой.

Описываемый способ обладает следующими преимуществами.

В отличие от существующих методов предлагаемый метод совершенно не требует сложной процедуры пробоподготовки, измерение проводится напрямую в соке, мякоть из соков удаляется обычным фильтрованием.

Все реакции можно осуществлять непосредственно в кювете фотометра, что ускоряет процесс и делает его более безопасным по сравнению с методиками, известными на сегодняшний день.

Чувствительность метода существенно выше, чем при определении ферментативным и/или хроматографичеким способами измерения винной кислоты, так как при выбранных условиях проведения способа практически отсутствуют мешающие элементы. Различия между фальсифицированным и нефальсифицированным яблочным соком могут быть видны невооруженным глазом, т.е. без использования каких-либо измерительных приборов, что делает способ удобным для применения в любых условиях, даже в полевых.