способ количественного определения фруктозы в напитках, преимущественно кисломолочных, содержащих продукты переработки топинамбура в количестве до 50%

Формула изобретения

1. Способ количественного определения фруктозы в напитках, предусматривающий введение пробы анализируемого образца в раствор тетрабората натрия (реагента) в соотношении 1: 4 соответственно и потенциометрическое измерение рН смеси анализируемого образца и раствора реагента, отличающийся тем, что исходную пробу анализируемого образца предварительно нейтрализуют, обрабатывая 30 %-ным раствором гидроксида натрия до рН = 9,00 9,20, а тетраборат натрия (реагент) используют в виде водного раствора с исходной концентрацией 0, 00125 моль/дм³, причем для определения количества фруктозы предварительно измеряют рН реагента и рН смеси реагента и анализируемого образца, определяют их разность pH, затем измеряют рН смеси реагента с кисломолочной основой, а также разность между ними pH_ф, после чего определяют количество фруктозы в исходной пробе С_x, г/100 см³ по формуле:

C_x = 1,12(pH-pH_ф),

где 1,12 - коэффициент пропорциональности, полученный экспериментально;

pH - разность между значениями рН растворов тетрабората натрия и смеси тетрабората натрия и анализируемого образца;

pH_ф - разность между значениями рН растворов тетрабората натрия и смеси тетрабората натрия с кисломолочной основой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что pH_ф для кисломолочной основы составляет 0,12 - 0,23.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диапазон определяемого содержания фруктозы составляет 0,05 - 0,5 г/100 см³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа углеводов, а именно к потенциометрическому способу количественного определения восстанавливающего сахара - фруктозы, - и может быть использовано при химико-технологическом контроле фруктозы в молочной промышленности, а также при проведении медико-биологических исследований. Показатель содержания фруктозы, например, в цельномолочной продукции диетического направления является важной характеристикой их профилактического характера.

Существуют различные методы определения количества моносахаридов. Например, ГОСТ 3628-88 "Продукты молочные. Методы определения сахаров" - М.: Изд-во станд. , 1989, предусматривает использование следующего метода определения следовых количеств сахаров: метод Бертрана, основанный на применении реагента Фелинга и окислительно-восстановительном титровании с обязательным кипячением испытуемых растворов. Также известен способ количественного определения инвертного сахара в соках, виноматериалах и винах, предусматривающий смешение пробы анализируемого образца с водно-этанольным раствором тетрабората натрия с последующим потенциометрическим измерением рН полученного раствора (А.С. СССР 1002940, кл. G 01 N 27/46, 27/30, БИ 12, 1987).

Наиболее близким к заявленному по технической сущности является косвенный рН-метрический метод определения моносахаридов в продуктах виноделия (А. С. СССР 1300375, кл. G 01 N 27/46, БИ 12, 1987), основанный на использовании водного раствора 0,1 моль/дм³ Na₂B₄O₇10 Н₂O для определения инвертного сахара. Он нашел применение непосредственно и в определении сахаров в клубнях топинамбура (Инструментальное определение сахаристости плодов чайота и клубней топинамбура - С.Е.Загутина, О.А.Белоус, Л.П.Андреева, Н.М.Привалова, О. Е. Рувинский // - Тез. докл. Всероссийской студ. науч.-техн. конф. "Студенты России - пищевой промышленности XXI века"/ Кубан. гос. технол. ун-т - Краснодар, - с. 200-202. - 1998). В качестве реагента в этом случае использовали 0,125 М и 0,0025 М раствор тетрабората натрия, а концентрацию фруктозы, С_х, г/100 см³, вычисляли по градуировочному выражению типа:

C_X = bpH, (1)

У существующего способа имеются следующие недостатки. Градуировочная зависимость в известном способе не учитывает влияния на аналитический сигнал химического состава испытуемой пробы - кисломолочной основы, - который представлен гликопротеидами и полиолами, наряду с глюкозой и фруктозой, вступающих во взаимодействие с раствором тетрабората натрия.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка способа количественного определения фруктозы в напитках, преимущественно кисломолочных, содержащих продукты переработки топинамбура в количестве до 50%, позволяющего повысить точность производимого измерения.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе количественного определения фруктозы в напитках, преимущественно кисломолочных, содержащих продукты переработки топинамбура в количестве до 50%, пробу анализируемого образца нейтрализуют 20-30%-ным раствором гидроксида натрия, вводят ее в раствор реагента в соотношении 1:4 соответственно, в качестве которого используют раствор тетрабората натрия, и потенциометрически измеряют рН смеси анализируемого образца и раствора реагента, причем исходную пробу анализируемого образца нейтрализуют до рН 9,00 - 9,20, а реагент (тетраборат натрия) используют в виде водного раствора с исходной концентрацией 0,00125 моль/дм³. Кроме того, для определения количества фруктозы предварительно измеряют рН реагента и рН смеси реагента и анализируемого образца, определяют их разность - рН, - затем измеряют рН смеси раствора тетрабората натрия и кисломолочной основы, а также разность между ними - pH_ф, - после чего определяют количество фруктозы в исходной пробе - С_х, г/100 см³ - по формуле

C_x = 1,12(pH-pH_ф), (2)

где 1,12 - коэффициент пропорциональности, полученный экспериментально;

рН - разность между значениями рН растворов реагента (тетрабората натрия) и смеси реагента (тетрабората натрия) и анализируемого образца;

pH_ф - разность между значениями рН растворов реагента (тетрабората натрия) и смеси реагента (тетрабората натрия) с кисломолочной основой.

При этом pH_ф для кисломолочной основы составляет 0,12-0,23, а диапазон определяемого содержания фруктозы составляет 0,05-0,5 г/100 см³.

Выбор концентрации реагента (0,00125 моль/дм³) основан на том, что фруктоза образует значительно более устойчивые комплексы с боратными ионами, чем остальные гексозы (глюкоза, галактоза и др.) и дисахариды (лактоза), в случае разбавленных концентраций раствора электролита Na₂B₄O₇10H₂O именно фруктоза вносит наибольший вклад в выходной сигнал рН по сравнению с другими углеводами и полиолами. В случае более высоких концентраций реагента чувствительность измерений аналитического сигнала снижается до уровня погрешности рН-метрических измерений: не более 0,02 рН (Процай Н.М. Потенциометрия и полярография реакций моносахаридов в боратных растворах. Автореф. дис. канд. хим. наук - Краснодар, КПИ, 1987) В разбавленных растворах (0,001-0,00125 моль/дм³) Na₂B₄O₇10H₂O боратный ион вступает во взаимодействие с фруктозой и образует более устойчивые комплексы, чем с глюкозой (данные рН-метрических измерений растворов глюкозы приведены в таблице). А в более концентрированном растворе тетрабората натрия (0,125 моль/дм³) и при более высоких концентрациях фруктозы проявляются преимущественно кислотно-основные свойства буферной системы, а комплексообразующие свойства невелируются.

Использование для нейтрализации исходной пробы 20-30%-ного раствора гидроксида натрия обусловлено тем, что щелочь низкой концентрации при подщелачивании разбавляет раствор реагента, что приводит к искажению результатов.

Диапазон определяемого содержания фруктозы - 0,05-0,5 г/100 см³ - это оптимальный интервал в зависимости рН от концентрации фруктозы, в котором наблюдается прямо пропорциональная зависимость. При более высоких концентрациях фруктозы прямая пропорциональность нарушается.

pH_ф суммарный фоновый сигнал кисломолочной основы, обусловленный комплексообразованием между составными частями сыворотки - глицерином, лактозой и др. и борат-ионом. На основании проведенных опытов он выявлен в пределах значений 0,12-0,23 и зависит от способа получения и обработки сыворотки на молочных предприятиях.

Примеры конкретного выполнения

Коэффициент пропорциональности определяли из градуировочной зависимости pH = f(C_x), где рН - разность между значениями рН-растворов тетрабората натрия и исследуемого образца, содержащего творожную сыворотку и точные навески фруктозы в диапазоне 0,05-0,5 г/100 см³.

На чертеже показана зависимость рН от концентрации фруктозы.

Коэффициент пропорциональности b= 1,12

Пример 1.

В измерительную ячейку рН-метра рН-150 вводили 10 мл раствора тетрабората натрия с концентрацией 0,00125 моль/дм³. Затем в измерительную ячейку вводили электроды и фиксировали рН = 9,21. На следующем этапе в измерительную ячейку рН-метра вводили 10 мл пробы (творожную сыворотку) микропипеткой, в которую при постоянном перемешивании вносили 30%-ный раствор NaOH, доводя рН содержимого ячейки до 9,16. Далее в измерительную ячейку вносили пипеткой 20 мл 0,00125 моль/дм³ водного раствора тетрабората натрия (Na₂B₄O₇10H₂O), включали магнитную мешалку и при постоянном перемешивании добавляли 5 мл нейтрализованной пробы (творожной сыворотки) и через 3 минуты повторно измеряли рН (9,09).

Концентрацию фруктозы в исходном образце определяли по приведенной зависимости (I):

С_х=1,12 (9,21-9,09) = 0,13 г/100 см³.

Пример 2.

Выполняется так же, как и пример 1, кроме того, что смешивают молочную сыворотку и сок топинамбура в соотношении 70:30, а также 10 мл исходного образца нейтрализуют 30%-ным раствором NaOH до рН = 9,17, фиксированный рН 0,00125 М тетрабората натрия 9,21, повторное значение рН = 8,92.

Концентрацию фруктозы в исходном образце определяли по приведенной зависимости (2):

С_x=1,12 ((9,21-8,92) - 0,12) = 0,022 г/100 см³.

Пример 3.

Выполняется так же, как и пример 1, кроме того, что в смесь вводят 0,3 г фруктозы в 100 мл творожной сыворотки, 10 мл исходного образца нейтрализуют 30%-ным раствором NaOH до рН = 9,02, фиксированный рН 0,00125 М тетрабората натрия 9,09, повторное значение рН = 8,65.

Концентрацию фруктозы в исходном образце определяли по приведенной зависимости (2):

С_x=1,12 ((9,09-8,65)-0,12)= 0,3 г/100 см³.

Пример 4

Выполняется так же, как и пример 1, кроме того, что в качестве анализируемого образца используют протоквашу, в 100 мл которой вводят 0,25 г фруктозы, 10 мл исходного образца нейтрализуют 30%-ным раствором NaOH до рН = 9,00, фиксированный рН 0,00125 М тетрабората натрия 9,08, повторное значение рН =8,68.

Концентрацию фруктозы в исходном образце определяли по приведенной зависимости (I):

С_х=1,12 ((9,08-8,68)-0,12) = 0,258 г/100 см³.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает высокую экспрессность и точность результатов, что существенно облегчит количественное определение фруктозы в молочно-растительных напитках на предприятиях пищевой промышленности.