Контрольная работа по химическим основам технологии пищевых производств

     Все растворимые полисахариды дают вязкие растворы из-за большого размера их молекул. Среди натуральных пищевых  полисахаридов наименее вязкими  являются растворы гуммиарабика. Вязкость зависит от размера молекулы, формы  и заряда. Если молекула имеет заряд  за счет ионизации присутствующих в  ней карбоксильных групп, то эффект влияния заряда может быть очень  большим во всех случаях, кроме очень  кислых растворов. Для карбоксилсодержащих  полисахаридов этот эффект минимален  при рН 2,8, когда ионизация –СООН групп подавлена и полисахарид ведет себя как незаряженная молекула. Вязкость зависит от присутствия полиэлектролитов, поскольку они влияют на конфигурацию и размер молекулы, и природы посторонних присутствующих веществ, так как их наличие может оказывать тормозящее действие на истечение полимера.

     С точки зрения стерических причин, все линейные молекулы, несут они  заряд или нет, требуют для  вращения больше пространства, чем  высокоразветвленные той же молекулярной массы. Таким образом, как правило, растворы линейных полисахаридов имеют большую вязкость, чем разветвленных. Отсюда, с точки зрения обеспечения вязкости, структуры или гелеобразования в пищевых продуктах, более полезны линейные полисахариды.

     Все, что заставляет нерастворимые линейные молекулы становиться более вытянутыми, вызывает увеличение вязкости, и, соответственно, если в результате какого-либо воздействия  молекулы становятся менее линейными, то есть более компактными или  свернутыми, вязкость раствора уменьшается. В пищевых продуктах негелеобразующие компоненты могут изменять вязкость путем их влияния на полисахариды. Так, сахара, связывая доступные молекулы воды, уменьшают их количество для взаимодействия с полисахаридами. Это приводит к тому, что полисахаридные молекулы сворачиваются за счет образования между ними водородных связей. В результате может образоваться гель или происходит усиление геля, как например, в геле пектина. Соли могут снижать отталкивающий эффект, приводя к скручиванию полисахаридных молекул, укрупнению и даже осаждению их. 

30. Методы выделения  и анализа жиров. Кислотное ,йодное число и число омыления жиров. 

     Анализ  липидов и продуктов их превращений  является сложной задачей, требующей  применения, наряду с классическими  химическими методами, современных  физико–химических методов исследования (хроматографии, спектроскопии, рентгеноструктурного анализа и т. д.).

     Изучение  липидов начинается с определения  их количества (содержания) в пищевых  продуктах. Для этого используются методы определения содержания липидов  непосредственно в объекте (ЯМР, ИК–спектроскопия) и методы, основанные на извлечении липидов из пищевого продукта (свободные, связанные, прочносвязанные  липиды). Свободные липиды экстрагируются из анализируемого продукта неполярными  растворителями (гексаном, диэтиловым эфиром), связанные – системами растворителей, содержащими, как правило, спирт (смесь хлороформа и метанола, взятых в объемном соотношении 2 : 1). Прочносвязанные липиды получают из обработанного щелочами и кислотами шрота, оставшегося после выделения связанных липидов. Основные требования, предъявляемые к методам выделения, – полнота выделения и сохранение нативности выделенных липидов.

     Подробное описание методов выделения и  исследования липидов приведено  в специальных руководствах.

     В практике пищевой промышленности состав и качество жиров и масел характеризуют  с помощью разнообразных аналитических "чисел", подразумевая под ними расход определенных реагентов на реакции  с жиром. Наибольшее значение имеют  числа: кислотное, омыления, йодное.

     Кислотным числом называется показатель, характеризующий  количество свободных жирных кислот, содержащихся в жире. Он выражается в миллиграммах едкого калия, затраченного на нейтрализацию свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира. Учитывая, что хранение пищевых продуктов, содержащих жиры и масла, всегда сопровождается гидролизом последних, по величине кислотного числа можно, до известной степени, судить об их качестве. В заводской практике кислотное число используется при расчете количества щелочи, необходимой для рафинации жиров и масел.

     Число омыления равно количеству миллиграммов едкого калия, необходимого для омыления глицеридов и нейтрализации свободных  жирных кислот в 1 г жира или масла. По числу омыления можно судить о  средней молекулярной массе входящих в состав липидов жирных кислот и  определить при мыловарении количество щелочи, необходимое для омыления жира.

     Йодное  число – показатель, характеризующий  непредельность жирных кислот, входящих в состав жира. Оно выражается в процентах иода, эквивалентного галогену, присоединяющемуся к 100 г жира. Существует несколько методов определения йодного числа. Одним из наиболее распространенных является бромометрический метод. При этом

применяется раствор брома в безводном  метиловом спирте, насыщенном бромистым  натрием. Бром образует непрочное комплексное  соединение с бромистым натрием:

NaBr + Br2 → NaBr • Br2

Отщепляясь, бром реагирует с ненасыщенными глицеридами:

Количество  непрореагировавшего брома определяют иодометрически:

NaBr + Br2 + 2KI → KBr + NaBr + I2

I2 + 2Na2S2O7 → 2NaI + Na2S4 O6

Зная  исходное количество брома, можно легко  вычислить йодное число жира. Йодное число широко применяется для  определения вида жира, способности  его к "высыханию", расчета потребного количества водорода на его гидрогенизацию.

Величины  указанных констант для отдельных  жиров, не подвергшихся разрушению, колеблются в незначительных пределах и характеризуют  вид жира и его качество.  

40. Методы определения содержания макро и микроэлементов. 

     Для анализа минеральных веществ  в основном используются физико–химические  методы – оптические и электрохимические.

     Практически все эти методы требуют особой подготовки проб для анализа, которая  заключается в предварительной  минерализации объекта исследования. Минерализацию можно проводить  двумя способами: "сухим" и "мокрым". "Сухая" минерализация предполагает проведение при определенных условиях обугливания, сжигания и прокаливания исследуемого образца. "Мокрая" минерализация  предусматривает еще и обработку объекта исследования концентрированными кислотами (чаще всего HNO3 и H2SO4).

Спектральные  методы анализа

     Фотометрический анализ (молекулярная абсорбционная спектроскопия). Он используется для определения меди, железа, хрома, марганца, никеля и других элементов. Метод абсорбционной спектроскопии основан на поглощении молекулами вещества излучений в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях электромагнитного спектра. Анализ можно проводить спектрофотометрическим или фотоэлектроколориметрическим методами.

Фотоэлектроколориметрия – анализ, основанный на измерении поглощения окрашенными растворами монохроматического излучения видимой области спектра. Измерения проводят с помощью фотоэлектроколориметров, снабженных узкополосыми светофильтрами. Если исследуемое вещество не окрашено, его необходимо перевести в окрашенное соединение, проведя химическую реакцию с определенными реагентами (фотометрическую аналитическую реакцию).

     Спектрофотометрия – метод анализа, основанный на измерении поглощения монохроматического излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Такие измерения проводят с помощью спектрофотометров, где в качестве монохроматизаторов используются диспергирующие призмы и дифракционные решетки.

Количественный  анализ исследуемого иона обычно проводят методом градуировочного графика.

     Эмиссионный спектральный анализ.

  Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого атомами и ионами вещества в газообразном состоянии. Эмиссионный спектральный анализ позволяет определить элементарный состав неорганических и органических веществ.

Интенсивность спектральной линии определяется количеством  возбужденных атомов в источнике  возбуждения, которое зависит не только от концентрации элемента в  пробе, но и от условий возбуждения. При стабильной работе источника  возбуждения связь между интенсивностью спектральной линии и концентрацией  элемента (если она достаточно мала) имеет линейный характер, т. е. в данном случае количественный анализ можно  также проводить методом градуировочного графика.

Наибольшее  применение в качестве источника  возбуждения получили электрическая  дуга, искра, пламя. Температура дуги достигает 5000– 6000°C. В дуге удается  получить спектр почти всех элементов. При искровом разряде развивается  температура 7000– 10 000°C и происходит возбуждение всех элементов. Пламя  дает достаточно яркий и стабильный спектр испускания. Метод анализа  с использованием в качестве источника  возбуждения пламени называют пламенно–эмиссионным анализом. Этим методом определяют свыше сорока элементов (щелочные и щелочно–земельные, Cu2+, Mn2+ и др.).

Атомно–абсорбционная  спектроскопия. Метод основан на способности свободных атомов элементов в газах пламени поглощать световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн.

В атомно–абсорбционной спетроскопии практически полностью исключена возможность наложения спектральных линий различных элементов, т. к. их число в спектре значительно меньше, чем в эмиссионной спектроскопии.

Уменьшение  интенсивности резонансного излучения  в условиях атомно–абсорбционной спетроскопии подчиняется экспоненциальному закону убывания интенсивности в зависимости от толщины слоя и концентрации вещества, аналогичному закону Бугера– Ламберта– Бера

lgJ/J0 = A = klc,

где J0–  интенсивность падающего монохроматического света, J– интенсивность прошедшего через пламя света, k – коэффициент  поглощения, l – толщина светопоглощающего слоя (пламени), с – концентрация.

Постоянство толщины светопоглощающего слоя (пламени) достигается с помощью горелок специальной конструкции.

     Методы  атомно–абсорбционного спектрального  анализа находят широкое применение для анализа практически любого технического или природного объекта, особенно в тех случаях, когда  необходимо определить небольшие количества элементов.

Методики  атомно–абсорбционного определения  разработаны более чем для 70 элементов. 

51. Как влияет концентрация субстрата и фермента на скорость ферментативной реакции. 

     Ферменты - биологические катализаторы белковой природы. Они значительно повышают скорость химических реакций, которые  в отсутствие ферментов протекают  очень медленно. При этом ферменты не расходуются и не претерпевают необратимых изменений.  Они ускоряют химические реакции, находя "обходные пути", позволяющие молекулам  преодолевать активационный барьер на более низком энергетическом уровне. Это становится возможным потому, что ферментативная реакция состоит  из 2-х стадий: на первой стадии происходит образование фермент-субстратного комплекса, переходному состоянию  которого соответствует значительно  более низкая энергия активации; на второй стадии этот комплекс распадается  на продукты реакции и свободный  фермент, который может взаимодействовать  с новой молекулой субстрата. Это можно выразить следующим  уравнением:

E + S ↔  ES → P + E

где E - фермент, S - субстрат, ES - фермент-субстратный  комплекс, P - продукты реакции.

     Особенности ферментов. Ферменты, являясь по своей природе белками, обладающими третичной или четвертичной структурой, имеют ряд особенностей, которые отличают их от неорганических катализаторов.

     В первую очередь, это огромная сила каталитического  действия. Ферменты в 108- 1020 раз повышают скорость катализируемых ими реакций. Во-вторых, это специфичность действия ферментов. Они катализируют строго определенные реакции. Только благодаря тончайшей специфичности ферментативного катализа возможна строгая упорядоченность и теснейшая взаимосвязь отдельных ферментативных реакций, лежащих в основе биологического обмена веществ. Третьей особенностью ферментов, как биологических катализаторов, является их лабильность. Они подвержены влиянию различных факторов и могут изменять свою активность под действием рН, температуры, присутствия активаторов и ингибиторов и др. Лабильность (или, иными словами, изменчивость) ферментов обусловлена их белковой природой, сложной пространственной конфигурацией (структурой).