eng
Выпуск #1/2023
Н. Е. Куликова, А. Г. Чернобровина, Н. Н. Роева, О. Ю. Попова
Разработка экспрессной методики определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях
Разработка экспрессной методики определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях
Просмотры: 841
https://doi.org/10.22184/2227-572X.2023.13.1.60.64
Разработана простая экспрессная методика определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях с целью внедрения систематического контроля производимой на предприятиях пищевой промышленности продукции, поступающей на прилавки сетевых, а не специализированных магазинов. После рассмотрения общепринятых методик определения сахара и редуцирующих веществ предложена модификация феррицианидного метода анализа. В работе проведены: подбор концентрации феррицианида калия, щелочности среды, отделение мешающих нерастворимых компонентов, подбор концентрации и количества индикатора, выбор способа взятия пробы для анализа. Разработанная методика апробирована на популярных, доступных в свободной продаже диабетических кондитерских изделиях. Методика отличается хорошей воспроизводимостью, сокращает общее время анализа и снижает в три-четыре раза его трудоемкость.
Разработана простая экспрессная методика определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях с целью внедрения систематического контроля производимой на предприятиях пищевой промышленности продукции, поступающей на прилавки сетевых, а не специализированных магазинов. После рассмотрения общепринятых методик определения сахара и редуцирующих веществ предложена модификация феррицианидного метода анализа. В работе проведены: подбор концентрации феррицианида калия, щелочности среды, отделение мешающих нерастворимых компонентов, подбор концентрации и количества индикатора, выбор способа взятия пробы для анализа. Разработанная методика апробирована на популярных, доступных в свободной продаже диабетических кондитерских изделиях. Методика отличается хорошей воспроизводимостью, сокращает общее время анализа и снижает в три-четыре раза его трудоемкость.
Теги: analysis technique sugar diabetic confectionery potassium ferricyanide sucrose диабетические кондитерские изделия методика анализа сахар сахароза феррицианид калия
Разработка экспрессной методики определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях
Н. Е. Куликова, к. т. н.1, 2, А. Г. Чернобровина, к. т. н.1,
Н. Н. Роева, д. х. н.1, О. Ю. Попова1
Разработана простая экспрессная методика определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях с целью внедрения систематического контроля производимой на предприятиях пищевой промышленности продукции, поступающей на прилавки сетевых, а не специализированных магазинов. После рассмотрения общепринятых методик определения сахара и редуцирующих веществ предложена модификация феррицианидного метода анализа. В работе проведены: подбор концентрации феррицианида калия, щелочности среды, отделение мешающих нерастворимых компонентов, подбор концентрации и количества индикатора, выбор способа взятия пробы для анализа. Разработанная методика апробирована на популярных, доступных в свободной продаже диабетических кондитерских изделиях. Методика отличается хорошей воспроизводимостью, сокращает общее время анализа и снижает в три-четыре раза его трудоемкость.
Ключевые слова: сахароза, сахар, феррицианид калия, диабетические кондитерские изделия, методика анализа
Введение
На сегодняшний день большое внимание уделяется организации выпуска продуктов лечебного питания. К ним относится и большая группа изделий с применением заменителей сахара типа ксилита или сорбита, выпускаемых, в первую очередь, для больных сахарным диабетом [1, 2].
Общее содержание сахара, в том числе и редуцирующих сахаров, в диабетических изделиях строго лимитировано. Однако в рецептуру отдельных сортов диабетических продуктов входят компоненты, которые могут содержать в своем составе определенные количества сахаров. Так, например, введение молока приводит к увеличению содержания в готовой продукции глюкозы; фруктовых пюре – фруктозы и других редуцирующих сахаров и т. п. [3–5].
Кроме того, следует отметить, что диабетические изделия вырабатываются, как правило, в тех же цехах, что и обычные кондитерские изделия [6]. Мы говорим не о медицинской, а о пищевой промышленности, и данные продукты продаются в обычных сетевых магазинах. Именно поэтому в диабетические изделия могут попасть сахароза или другие растворимые углеводы в результате недостаточно эффективной очистки и промывки технологических аппаратов и коммуникаций от остатков полуфабрикатов после выпуска обычной продукции [7, 8].
В связи с этим определение общего сахара в готовых диабетических изделиях – важная практическая задача, решение которой затруднено отсутствием простой экспрессной методики проведения в производственных условиях.
Контроль содержания сахарозы и редуцирующих веществ в диабетических изделиях до настоящего времени систематически не проводился, ввиду отсутствия приемлемой для производственных условий методики анализа. В литературе описан ряд методов лабораторного контроля общего сахара и редуцирующих сахаров в кондитерских изделиях [4, 8, 9]. Одним из наиболее широко используемых приемов является йодометрический метод (ГОСТ 5903‑89. Изделия кондитерские. Методы определения сахара), который дает в условиях поточного производства хорошо воспроизводимые результаты для многих видов кондитерских изделий с высоким содержанием сахара.
Сущность этого метода заключается в восстановлении двухвалентной меди до одновалентной редуцирующими сахарами объекта исследования. Количество вступивших в реакцию редуцирующих веществ определяют йодометрически по образующейся закиси меди или по непрореагировавшему остатку двухвалентной меди.
Однако описанный выше метод неприемлем для определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях из-за резкого увеличения навески исследуемых образцов в случае небольшого содержания в них общего сахара, а также значительного расхода достаточно дорогих йодсодержащих реактивов при массовом проведении анализов.
Содержание общего сахара в различных объектах кондитерского производства определяют также методом титрования щелочного раствора меди. В избыток щелочного раствора меди (реактив Фелинга) вводят непосредственно навеску исследуемого объекта или точный объем его водной вытяжки. Далее, при кипячении, избыточную медь восстанавливают стандартным раствором глюкозы в присутствии метиленового голубого как индикатора [9].
К числу недостатков этого метода следует отнести его сравнительно невысокую точность, трудности установления точки эквивалентности ввиду образования в ходе реакции титрования интенсивно окрашенного осадка закиси меди и необходимость проведения достаточно длительного отделения нерастворимых компонентов анализируемой пробы, а в ряде случаев и ее осветления.
При феррицианидном методе (ГОСТ 5903‑89) определения общего сахара к точно отмеченному объему щелочного раствора феррицианида калия приливают водную вытяжку навески исследуемого объекта или вводят навеску этого объекта. Содержание нерастворимых компонентов в анализируемом образце должно быть строго ограничено. После кипячения избыток феррицианида калия оттитровывают стандартным раствором инвертного сахара или глюкозы в присутствии метиленового голубого как индикатора.
Несомненным преимуществом этого метода является то, что в результате реакции титрования не образуются нерастворимые в воде соединения. Конец титрования наблюдается более отчетливо, чем в методе титрования щелочного раствора меди.
Однако и этот метод не применим для определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях из-за увеличенной навески, которая приводит к резкому возрастанию количества нерастворимой твердой фазы в титруемом растворе, ухудшающей результаты определений, особенно при анализе таких объектов, как диабетическое печенье, шоколад, конфеты типа «батончики» и т. п.
Цель исследований – разработка модифицированной экспрессной методики определения общего сахара в кондитерских изделиях с пониженным содержанием сахара на основе феррицианидного метода.
Применяемые реактивы. Основной реактив (модифицированный феррицианидно-щелочной реагент): 10,0 г калия железосинеродистого [K3Fe(CN)6] (ГОСТ 4206‑75) растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, отдельно растворяют 88,0 г едкого калия КОН (ГОСТ 24363‑80). Оба полученных раствора сливают в мерную колбу на 1000 мл и доводят до метки дистиллированной водой.
Соляная кислота (ГОСТ 3118‑77) 1,0 н раствор.
Гидроксид калия (ГОСТ 24363‑80) КОН 4,0 н раствор.
Стандартный раствор глюкозы (1 мг/мл) (ГОСТ 6038‑79).
Метиловый синий РТУ 6-89-6045-69 1% водный раствор.
Методы анализа
и результаты исследований
В процессе разработки методики решали следующий комплекс вопросов.
Во-первых, подбор концентрации феррицианида калия. Необходимость правильного определения концентрации окислителя, участвующего в реакции титрования, диктуется тем, что слишком высокие его концентрации приводят к необходимости увеличения навески анализируемых проб. С другой стороны, слишком низкие концентрации феррицианида калия ведут к сильному замедлению реакции окисления редуцирующих сахаров и существенным затруднениям в определении точки эквивалентности.
Во-вторых, учитывая нестехиометричность реакции окисления редуцирующих сахаров раствором феррицианида калия, значение щелочной среды играет важную роль для обеспечения достоверных и воспроизводимых результатов. Кроме того, щелочность титранта оказывает значительное влияние на стабильность титранта во времени.
В-третьих, отделение мешающих нерастворимых компонентов анализируемой пробы. Этот процесс заметно повышает общую трудоемкость анализа и увеличивает время его проведения. Однако присутствие нерастворимых компонентов непосредственно в реакционной системе в процессе титрования в целом ряде случаев сильно искажает результаты.
В-четвертых, предварительный гидролиз сахарозы. Так как в процессе реакции титрования производится определение только редуцирующих сахаров, сахарозу предварительно гиролизируют (инвертируют) с получением редуцирующих сахаров – фруктозы и глюкозы. Операция может быть выполнена двумя способами. В первом, гидролизу подвергается вся водная вытяжка, полученная при извлечении растворимых углеводов пробы в водный раствор. Во втором – только аликвота водной вытяжки, при этом время гидролиза сильно сокращается, повышая экспрессность всего анализа. Установление возможности использования именно второго варианта проведения процесса гидролиза является отличием от существующего феррицианидного метода.
В-пятых, подбор концентрации и количества индикатора. Учитывая ожидаемое малое содержание общего сахара в анализируемых объектах, необходимо установить величину возможной индикаторной ошибки, которая может возникать за счет применения метиленового голубого для индикации точки эквивалентности, а также разработать способ возможного устранения этой ошибки.
В-шестых, выбор способа отбора пробы для анализа. Известно, что взятие навесок на аналитических весах – достаточно длительная процедура. Кроме того, аналитические весы часто вообще отсутствуют в производственных цеховых лабораториях. Поэтому изучена возможность взятия навесок на торсионных весах. Подбирали такие навески, которые отвечали бы диапазону наиболее точных измерений на торсионных весах.
В-седьмых, проверка разработанной методики на различных производственных образцах. Заключительная стадия разработки методики состояла в проверке ее применимости для анализа всего ассортимента диабетических кондитерских изделий.
В результате проведения всего комплекса исследований установлены оптимальные условия проведения анализа.
Концентрация феррицианида калия. В качестве наиболее рациональной принята концентрация 10 г/л, обеспечивающая, с одной стороны, достаточно быстрое протекание реакции титрования и, с другой стороны, возможность анализа небольших по массе навесок (менее 10 мг) исследуемых объектов.
Щелочность раствора титранта. Воспроизводимые результаты определений получены при концентрации KOH, присутствующей в растворе титранта, равной 0,5 н. В этом случае титрант сохранял свои характеристики в течение достаточно длительного периода времени.
Отделение нерастворимых компонентов анализируемой пробы. По разработанной методике анализ выполняется без отделения возможных нерастворимых компонентов пробы. Статистическая обработка результатов показала, что данные анализа, проводившегося с отделением белков, жиров, клетчатки и других компонентов по общепринятым методикам и без проведения этой операции имеют весьма близкие значения средних результатов анализа и практически совпадающие величины доверительных интервалов (табл. 1). Средние значения и величины доверительных интервалов рассчитывали по результатам анализа шести параллельных образцов (ρ = 0,95).
Предварительный гидролиз сахарозы. Исследования показали, что при используемых навесках анализируемых образцов нет необходимости в гидролизе всей водной вытяжки, объем которой обычно составляет около 200–250 мл. Путем создания условий гидролиза, возможно проводить инвертирование сахарозы только для аликвотной части водной вытяжки. Эта операция выполняется в течение 1 мин при кипячении анализируемой пробы после введения 4 мл 1,0 н раствора соляной кислоты, сахароза за это время гидролизуется полностью, без разложения.
Индикаторная ошибка. При использовании концентрации феррицианида калия, равной 10 г/л, индикаторная ошибка, возникающая за счет применения метиленового голубого, увеличивается по сравнению с общепринятыми методиками. Однако эта ошибка практически нивелируется, благодаря тому, что в схеме анализа предусмотрено титрование стандартного раствора глюкозы и редуцирующих сахаров анализируемой пробы в одних и тех же условиях.
Способ взятия пробы для анализа. Показано, что в случае необходимости, а также для ускорения процесса взятия навесок, пробы можно взвешивать на торсионных весах вместо аналитических с требуемой точностью определений.
Вид анализируемого образца. Установлено, что по разработанной методике может анализироваться весь ассортимент выпускаемых в настоящее время диабетических кондитерских изделий по следующей схеме.
Установление соотношения между
основным и стандартным растворами глюкозы (холостой опыт)
В коническую колбу переносят 10,0 мл стандартного раствора глюкозы (1 мг/мл), 15 мл дистиллированной воды и 10,0 мл основного реактива (феррицианидно-щелочной реагент). Реакционную смесь доводят до кипения, кипятят в течение 1 мин. После этого вводят две капли метиленового синего. Если жидкость обесцвечивается, то опыт повторяют с уменьшенным количеством стандартного раствора глюкозы (9,0; 8,0 мл).
Если окраска сохраняется, то продолжают титровать стандартным раствором глюкозы, не прерывая кипячения и без перемешивания, до полного исчезновения синей окраски раствора. Фиксируют объем стандартного раствора глюкозы, израсходованного на дотитровывание 10 мл феррицианида калия. Этот объем далее используют при проведении расчетов концентрации общего сахара в анализируемых объектах.
Общий расход стандартного раствора глюкозы (n), эквивалентный 10 мл основного реактива, рассчитывают по формуле (ГОСТ 5903‑89):
n = α + 10, (1)
где α – объем стандартного раствора глюкозы, израсходованного на дотитровывание, мл.
Определение общего сахара в диабетических кондитерских изделиях с введением навески непосредственно в реакционную колбу
Навеску измельченного продукта берут на торсионных весах с точностью до 0,001 г. Из такого расчета, чтобы содержание общего сахара в навеске было несколько меньше, чем 10 мг. Массу навески рассчитывают по формуле (ГОСТ 5903‑89):
, (2)
где П – предполагаемое содержание общего сахара в объекте исследования, % масс.
Навеску вводят в коническую колбу вместимостью 200–250 мл. Добавляют 10 мл дистиллированной воды и помещают на водяную баню, нагретую до 70 °C, реакционную колбу выдерживают в течение 5 мин, непрерывно взбалтывая. После этого в колбу вводят 4 мл 1,0 н раствора соляной кислоты и ставят на электроплитку. Последующий анализ проводят аналогично описанному в холостом опыте.
Содержание общего сахара в объекте исследования в % масс (x) в пересчете на сахарозу рассчитывали по формуле (ГОСТ 5903‑89):
, (3)
где n – объем стандартного раствора глюкозы, израсходованный на восстановление 10 мл раствора основного реактива (холостой опыт), мл;
ρ – объем стандартного раствора глюкозы, израсходованный на дотитровывание пробы, мл;
m – навеска объекта исследования, мг.
С помощью разработанной методики определения общего сахара проанализирован ряд образцов готовых диабетических кондитерских изделий. Средние значения и величины доверительных интервалов определяли по результатам анализа шести параллельных образцов (ρ = 0,95) (табл. 2).
Заключение
Результаты проверки разработанной унифицированной методики определения общего сахара (табл. 2) и арбитражного метода определения общего сахара (ГОСТ 5903‑89) (табл. 1) с использованием одних и тех же объектов диабетических кондитерских продуктов показали хорошую сходимость.
Главное достоинство разработанной методики состоит в применении модифицированного феррицианидно-щелочного реагента, который предоставляет возможность проводить анализ исследуемых образцов с гидролизом сахарозы непосредственно в реакционной колбе без предварительного отделения мешающих примесей и осветления объектов, что значительно сокращает общее время анализа и снижает в три-четыре раза его трудоемкость. Внедрение методики позволит повысить оперативность и надежность химико-аналитического контроля на предприятии и будет способствовать повышению качества выпускаемой диабетической продукции.
Литература
Кунцевич А. К. и др. Популяционное исследование питания городского населения при сахарном диабете 2 типа. Сахарный диабет. 2015;18(4):59–65.
Мелконян Ж. А., Потапова Ю. В. Рациональное питание в лечении сахарного диабета. Приоритетные научные направления: от теории к практике. 2013;4:15–18.
Баулина Т. В., Сергиенко И. В. Использование натуральных подсластителей в производстве мучных кондитерских изделий. Материалы докладов XII Международной конференции «Торты. Вафли. Печенье. Пряники – 2020. Производство – Рынок – Потребитель» // Международная промышленная академия 26–28 февраля 2020 г. М.: 2020. 169 с. 2020;26:89.
Якунина Е. С. и др. Кондитерские изделия и напитки с натуральным и «скрытым» сахаром. Товаровед продовольственных товаров. 2021;1:21–25.
Солдатова Е. А., Мистенева С. Ю., Савенкова Т. В. Вопросы законодательного регулирования рынка специализированных кондитерских изделий диабетического питания. Наука, питание и здоровье. 2019; 90–97.
Дорн Г. А. Маркетинговые исследования потребительских предпочтений в отношении диабетических кондитерских изделий. Агропродовольственная политика России. 2020;4:6–11.
Темербаева М. В., Ребезов М. Б. Теоретические и практические аспекты создания комбинированных пищевых продуктов специального назначения. Павлодар: Кереку, 2017, 141 с.
Седакова В. А. и др. Анализ метаболического профиля различных видов пищевых волокон в динамике. Веснік Магілёўскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя АА Куляшова. Серыя B. Прыродазнаўчыя навукі: матэматыка, фізіка, біялогія. 2021;1:93–102.
Лурье И. С., Шаров А. И. Технохимический контроль сырья в кондитерском производстве. М.: Колос, 2001. С. 350.
References
Kuncevich A. K. et al. Population-based study of urban population nutrition in type 2 diabetes mellitus. Saharnyj Diabet – Diabetes Mellitus. 2015;18(4): 59–65.
Melkonyan Zh. A., Potapova Yu. V. Rational nutrition in the treatment of diabetes mellitus. Prioritetnye Nauchnye Napravleniya: ot Teorii k Praktike – Priority Scientific Directions: From Theory to Practice. 2013; 4: 15–18.
Baulina T. V., Sergienko I. V. The use of natural sweeteners in the production of flour confectionery. Materialy dokladov XII Mezhdunarodnoj konferencii «Torty. Vafli. Pechen’e. Pryaniki‑2020. Proizvodstvo–Rynok–Potrebitel’» /Mezhdunarodnaya promyshlennaya akademiya – Materials of the reports of the XII International Conference “Cakes. Waffles. Cookie. Gingerbread‑2020. Production–Market–Consumer” /International Industrial Academy February 26–28, 2020.Moscow: 2020. 169 p. 2020;26:89.
Yakunina E. S. i dr. Confectionery and beverages with natural and “hidden” sugar Tovaroved prodovol’stvennyh tovarov. Commodity specialist of food products. 2021; 1; 21–25.
Soldatova E. A., Miteneva S. Yu., Savenkova T. V. Issues of legislative regulation of the market of specialized confectionery products of diabetic nutrition. Nauka, pitanie i zdorov’e. Science, nutrition and health. 2019; 90–97.
Dorn G. A. Marketing research of consumer preferences in relation to diabetic confectionery. Agroprodovol’stvennaya politika Rossii – Agro-food policy of Russia. 2020; 4 : 6–11.
Timerbaeva M. V., Rebezov M. B. Theoretical and practical aspects of the creation of combined food products for special purposes. Pavlodar: Kereku. Pavlodar: Kereku. 2017, 141 p.
Sedakova V. A. et al. Analysis of the metabolic profile of various types of dietary fiber in dynamics. Vesnіk Magіlyoўskaga dzyarzhaўnaga ўnіversіteta іmya AA Kulyashova. Seryya B. Pryrodaznaўchyya navukі: matematyka, fіzіka, bіyalogіya. – Bulletin of Mogilev State University named after AA Kuleshov. Series B. Natural sciences: mathematics, physics, biology. 2021;1:93–102.
Lurie I. S., Sharov A. I. Technochemical control of raw materials in confectionery production. M.: Kolos publ, 2001. 350 p.
Статья поступила в редакцию 14.01.2023
Принята к публикации 15.02.2023
Н. Е. Куликова, к. т. н.1, 2, А. Г. Чернобровина, к. т. н.1,
Н. Н. Роева, д. х. н.1, О. Ю. Попова1
Разработана простая экспрессная методика определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях с целью внедрения систематического контроля производимой на предприятиях пищевой промышленности продукции, поступающей на прилавки сетевых, а не специализированных магазинов. После рассмотрения общепринятых методик определения сахара и редуцирующих веществ предложена модификация феррицианидного метода анализа. В работе проведены: подбор концентрации феррицианида калия, щелочности среды, отделение мешающих нерастворимых компонентов, подбор концентрации и количества индикатора, выбор способа взятия пробы для анализа. Разработанная методика апробирована на популярных, доступных в свободной продаже диабетических кондитерских изделиях. Методика отличается хорошей воспроизводимостью, сокращает общее время анализа и снижает в три-четыре раза его трудоемкость.
Ключевые слова: сахароза, сахар, феррицианид калия, диабетические кондитерские изделия, методика анализа
Введение
На сегодняшний день большое внимание уделяется организации выпуска продуктов лечебного питания. К ним относится и большая группа изделий с применением заменителей сахара типа ксилита или сорбита, выпускаемых, в первую очередь, для больных сахарным диабетом [1, 2].
Общее содержание сахара, в том числе и редуцирующих сахаров, в диабетических изделиях строго лимитировано. Однако в рецептуру отдельных сортов диабетических продуктов входят компоненты, которые могут содержать в своем составе определенные количества сахаров. Так, например, введение молока приводит к увеличению содержания в готовой продукции глюкозы; фруктовых пюре – фруктозы и других редуцирующих сахаров и т. п. [3–5].
Кроме того, следует отметить, что диабетические изделия вырабатываются, как правило, в тех же цехах, что и обычные кондитерские изделия [6]. Мы говорим не о медицинской, а о пищевой промышленности, и данные продукты продаются в обычных сетевых магазинах. Именно поэтому в диабетические изделия могут попасть сахароза или другие растворимые углеводы в результате недостаточно эффективной очистки и промывки технологических аппаратов и коммуникаций от остатков полуфабрикатов после выпуска обычной продукции [7, 8].
В связи с этим определение общего сахара в готовых диабетических изделиях – важная практическая задача, решение которой затруднено отсутствием простой экспрессной методики проведения в производственных условиях.
Контроль содержания сахарозы и редуцирующих веществ в диабетических изделиях до настоящего времени систематически не проводился, ввиду отсутствия приемлемой для производственных условий методики анализа. В литературе описан ряд методов лабораторного контроля общего сахара и редуцирующих сахаров в кондитерских изделиях [4, 8, 9]. Одним из наиболее широко используемых приемов является йодометрический метод (ГОСТ 5903‑89. Изделия кондитерские. Методы определения сахара), который дает в условиях поточного производства хорошо воспроизводимые результаты для многих видов кондитерских изделий с высоким содержанием сахара.
Сущность этого метода заключается в восстановлении двухвалентной меди до одновалентной редуцирующими сахарами объекта исследования. Количество вступивших в реакцию редуцирующих веществ определяют йодометрически по образующейся закиси меди или по непрореагировавшему остатку двухвалентной меди.
Однако описанный выше метод неприемлем для определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях из-за резкого увеличения навески исследуемых образцов в случае небольшого содержания в них общего сахара, а также значительного расхода достаточно дорогих йодсодержащих реактивов при массовом проведении анализов.
Содержание общего сахара в различных объектах кондитерского производства определяют также методом титрования щелочного раствора меди. В избыток щелочного раствора меди (реактив Фелинга) вводят непосредственно навеску исследуемого объекта или точный объем его водной вытяжки. Далее, при кипячении, избыточную медь восстанавливают стандартным раствором глюкозы в присутствии метиленового голубого как индикатора [9].
К числу недостатков этого метода следует отнести его сравнительно невысокую точность, трудности установления точки эквивалентности ввиду образования в ходе реакции титрования интенсивно окрашенного осадка закиси меди и необходимость проведения достаточно длительного отделения нерастворимых компонентов анализируемой пробы, а в ряде случаев и ее осветления.
При феррицианидном методе (ГОСТ 5903‑89) определения общего сахара к точно отмеченному объему щелочного раствора феррицианида калия приливают водную вытяжку навески исследуемого объекта или вводят навеску этого объекта. Содержание нерастворимых компонентов в анализируемом образце должно быть строго ограничено. После кипячения избыток феррицианида калия оттитровывают стандартным раствором инвертного сахара или глюкозы в присутствии метиленового голубого как индикатора.
Несомненным преимуществом этого метода является то, что в результате реакции титрования не образуются нерастворимые в воде соединения. Конец титрования наблюдается более отчетливо, чем в методе титрования щелочного раствора меди.
Однако и этот метод не применим для определения общего сахара в диабетических кондитерских изделиях из-за увеличенной навески, которая приводит к резкому возрастанию количества нерастворимой твердой фазы в титруемом растворе, ухудшающей результаты определений, особенно при анализе таких объектов, как диабетическое печенье, шоколад, конфеты типа «батончики» и т. п.
Цель исследований – разработка модифицированной экспрессной методики определения общего сахара в кондитерских изделиях с пониженным содержанием сахара на основе феррицианидного метода.
Применяемые реактивы. Основной реактив (модифицированный феррицианидно-щелочной реагент): 10,0 г калия железосинеродистого [K3Fe(CN)6] (ГОСТ 4206‑75) растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды, отдельно растворяют 88,0 г едкого калия КОН (ГОСТ 24363‑80). Оба полученных раствора сливают в мерную колбу на 1000 мл и доводят до метки дистиллированной водой.
Соляная кислота (ГОСТ 3118‑77) 1,0 н раствор.
Гидроксид калия (ГОСТ 24363‑80) КОН 4,0 н раствор.
Стандартный раствор глюкозы (1 мг/мл) (ГОСТ 6038‑79).
Метиловый синий РТУ 6-89-6045-69 1% водный раствор.
Методы анализа
и результаты исследований
В процессе разработки методики решали следующий комплекс вопросов.
Во-первых, подбор концентрации феррицианида калия. Необходимость правильного определения концентрации окислителя, участвующего в реакции титрования, диктуется тем, что слишком высокие его концентрации приводят к необходимости увеличения навески анализируемых проб. С другой стороны, слишком низкие концентрации феррицианида калия ведут к сильному замедлению реакции окисления редуцирующих сахаров и существенным затруднениям в определении точки эквивалентности.
Во-вторых, учитывая нестехиометричность реакции окисления редуцирующих сахаров раствором феррицианида калия, значение щелочной среды играет важную роль для обеспечения достоверных и воспроизводимых результатов. Кроме того, щелочность титранта оказывает значительное влияние на стабильность титранта во времени.
В-третьих, отделение мешающих нерастворимых компонентов анализируемой пробы. Этот процесс заметно повышает общую трудоемкость анализа и увеличивает время его проведения. Однако присутствие нерастворимых компонентов непосредственно в реакционной системе в процессе титрования в целом ряде случаев сильно искажает результаты.
В-четвертых, предварительный гидролиз сахарозы. Так как в процессе реакции титрования производится определение только редуцирующих сахаров, сахарозу предварительно гиролизируют (инвертируют) с получением редуцирующих сахаров – фруктозы и глюкозы. Операция может быть выполнена двумя способами. В первом, гидролизу подвергается вся водная вытяжка, полученная при извлечении растворимых углеводов пробы в водный раствор. Во втором – только аликвота водной вытяжки, при этом время гидролиза сильно сокращается, повышая экспрессность всего анализа. Установление возможности использования именно второго варианта проведения процесса гидролиза является отличием от существующего феррицианидного метода.
В-пятых, подбор концентрации и количества индикатора. Учитывая ожидаемое малое содержание общего сахара в анализируемых объектах, необходимо установить величину возможной индикаторной ошибки, которая может возникать за счет применения метиленового голубого для индикации точки эквивалентности, а также разработать способ возможного устранения этой ошибки.
В-шестых, выбор способа отбора пробы для анализа. Известно, что взятие навесок на аналитических весах – достаточно длительная процедура. Кроме того, аналитические весы часто вообще отсутствуют в производственных цеховых лабораториях. Поэтому изучена возможность взятия навесок на торсионных весах. Подбирали такие навески, которые отвечали бы диапазону наиболее точных измерений на торсионных весах.
В-седьмых, проверка разработанной методики на различных производственных образцах. Заключительная стадия разработки методики состояла в проверке ее применимости для анализа всего ассортимента диабетических кондитерских изделий.
В результате проведения всего комплекса исследований установлены оптимальные условия проведения анализа.
Концентрация феррицианида калия. В качестве наиболее рациональной принята концентрация 10 г/л, обеспечивающая, с одной стороны, достаточно быстрое протекание реакции титрования и, с другой стороны, возможность анализа небольших по массе навесок (менее 10 мг) исследуемых объектов.
Щелочность раствора титранта. Воспроизводимые результаты определений получены при концентрации KOH, присутствующей в растворе титранта, равной 0,5 н. В этом случае титрант сохранял свои характеристики в течение достаточно длительного периода времени.
Отделение нерастворимых компонентов анализируемой пробы. По разработанной методике анализ выполняется без отделения возможных нерастворимых компонентов пробы. Статистическая обработка результатов показала, что данные анализа, проводившегося с отделением белков, жиров, клетчатки и других компонентов по общепринятым методикам и без проведения этой операции имеют весьма близкие значения средних результатов анализа и практически совпадающие величины доверительных интервалов (табл. 1). Средние значения и величины доверительных интервалов рассчитывали по результатам анализа шести параллельных образцов (ρ = 0,95).
Предварительный гидролиз сахарозы. Исследования показали, что при используемых навесках анализируемых образцов нет необходимости в гидролизе всей водной вытяжки, объем которой обычно составляет около 200–250 мл. Путем создания условий гидролиза, возможно проводить инвертирование сахарозы только для аликвотной части водной вытяжки. Эта операция выполняется в течение 1 мин при кипячении анализируемой пробы после введения 4 мл 1,0 н раствора соляной кислоты, сахароза за это время гидролизуется полностью, без разложения.
Индикаторная ошибка. При использовании концентрации феррицианида калия, равной 10 г/л, индикаторная ошибка, возникающая за счет применения метиленового голубого, увеличивается по сравнению с общепринятыми методиками. Однако эта ошибка практически нивелируется, благодаря тому, что в схеме анализа предусмотрено титрование стандартного раствора глюкозы и редуцирующих сахаров анализируемой пробы в одних и тех же условиях.
Способ взятия пробы для анализа. Показано, что в случае необходимости, а также для ускорения процесса взятия навесок, пробы можно взвешивать на торсионных весах вместо аналитических с требуемой точностью определений.
Вид анализируемого образца. Установлено, что по разработанной методике может анализироваться весь ассортимент выпускаемых в настоящее время диабетических кондитерских изделий по следующей схеме.
Установление соотношения между
основным и стандартным растворами глюкозы (холостой опыт)
В коническую колбу переносят 10,0 мл стандартного раствора глюкозы (1 мг/мл), 15 мл дистиллированной воды и 10,0 мл основного реактива (феррицианидно-щелочной реагент). Реакционную смесь доводят до кипения, кипятят в течение 1 мин. После этого вводят две капли метиленового синего. Если жидкость обесцвечивается, то опыт повторяют с уменьшенным количеством стандартного раствора глюкозы (9,0; 8,0 мл).
Если окраска сохраняется, то продолжают титровать стандартным раствором глюкозы, не прерывая кипячения и без перемешивания, до полного исчезновения синей окраски раствора. Фиксируют объем стандартного раствора глюкозы, израсходованного на дотитровывание 10 мл феррицианида калия. Этот объем далее используют при проведении расчетов концентрации общего сахара в анализируемых объектах.
Общий расход стандартного раствора глюкозы (n), эквивалентный 10 мл основного реактива, рассчитывают по формуле (ГОСТ 5903‑89):
n = α + 10, (1)
где α – объем стандартного раствора глюкозы, израсходованного на дотитровывание, мл.
Определение общего сахара в диабетических кондитерских изделиях с введением навески непосредственно в реакционную колбу
Навеску измельченного продукта берут на торсионных весах с точностью до 0,001 г. Из такого расчета, чтобы содержание общего сахара в навеске было несколько меньше, чем 10 мг. Массу навески рассчитывают по формуле (ГОСТ 5903‑89):
, (2)
где П – предполагаемое содержание общего сахара в объекте исследования, % масс.
Навеску вводят в коническую колбу вместимостью 200–250 мл. Добавляют 10 мл дистиллированной воды и помещают на водяную баню, нагретую до 70 °C, реакционную колбу выдерживают в течение 5 мин, непрерывно взбалтывая. После этого в колбу вводят 4 мл 1,0 н раствора соляной кислоты и ставят на электроплитку. Последующий анализ проводят аналогично описанному в холостом опыте.
Содержание общего сахара в объекте исследования в % масс (x) в пересчете на сахарозу рассчитывали по формуле (ГОСТ 5903‑89):
, (3)
где n – объем стандартного раствора глюкозы, израсходованный на восстановление 10 мл раствора основного реактива (холостой опыт), мл;
ρ – объем стандартного раствора глюкозы, израсходованный на дотитровывание пробы, мл;
m – навеска объекта исследования, мг.
С помощью разработанной методики определения общего сахара проанализирован ряд образцов готовых диабетических кондитерских изделий. Средние значения и величины доверительных интервалов определяли по результатам анализа шести параллельных образцов (ρ = 0,95) (табл. 2).
Заключение
Результаты проверки разработанной унифицированной методики определения общего сахара (табл. 2) и арбитражного метода определения общего сахара (ГОСТ 5903‑89) (табл. 1) с использованием одних и тех же объектов диабетических кондитерских продуктов показали хорошую сходимость.
Главное достоинство разработанной методики состоит в применении модифицированного феррицианидно-щелочного реагента, который предоставляет возможность проводить анализ исследуемых образцов с гидролизом сахарозы непосредственно в реакционной колбе без предварительного отделения мешающих примесей и осветления объектов, что значительно сокращает общее время анализа и снижает в три-четыре раза его трудоемкость. Внедрение методики позволит повысить оперативность и надежность химико-аналитического контроля на предприятии и будет способствовать повышению качества выпускаемой диабетической продукции.
Литература
Кунцевич А. К. и др. Популяционное исследование питания городского населения при сахарном диабете 2 типа. Сахарный диабет. 2015;18(4):59–65.
Мелконян Ж. А., Потапова Ю. В. Рациональное питание в лечении сахарного диабета. Приоритетные научные направления: от теории к практике. 2013;4:15–18.
Баулина Т. В., Сергиенко И. В. Использование натуральных подсластителей в производстве мучных кондитерских изделий. Материалы докладов XII Международной конференции «Торты. Вафли. Печенье. Пряники – 2020. Производство – Рынок – Потребитель» // Международная промышленная академия 26–28 февраля 2020 г. М.: 2020. 169 с. 2020;26:89.
Якунина Е. С. и др. Кондитерские изделия и напитки с натуральным и «скрытым» сахаром. Товаровед продовольственных товаров. 2021;1:21–25.
Солдатова Е. А., Мистенева С. Ю., Савенкова Т. В. Вопросы законодательного регулирования рынка специализированных кондитерских изделий диабетического питания. Наука, питание и здоровье. 2019; 90–97.
Дорн Г. А. Маркетинговые исследования потребительских предпочтений в отношении диабетических кондитерских изделий. Агропродовольственная политика России. 2020;4:6–11.
Темербаева М. В., Ребезов М. Б. Теоретические и практические аспекты создания комбинированных пищевых продуктов специального назначения. Павлодар: Кереку, 2017, 141 с.
Седакова В. А. и др. Анализ метаболического профиля различных видов пищевых волокон в динамике. Веснік Магілёўскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя АА Куляшова. Серыя B. Прыродазнаўчыя навукі: матэматыка, фізіка, біялогія. 2021;1:93–102.
Лурье И. С., Шаров А. И. Технохимический контроль сырья в кондитерском производстве. М.: Колос, 2001. С. 350.
References
Kuncevich A. K. et al. Population-based study of urban population nutrition in type 2 diabetes mellitus. Saharnyj Diabet – Diabetes Mellitus. 2015;18(4): 59–65.
Melkonyan Zh. A., Potapova Yu. V. Rational nutrition in the treatment of diabetes mellitus. Prioritetnye Nauchnye Napravleniya: ot Teorii k Praktike – Priority Scientific Directions: From Theory to Practice. 2013; 4: 15–18.
Baulina T. V., Sergienko I. V. The use of natural sweeteners in the production of flour confectionery. Materialy dokladov XII Mezhdunarodnoj konferencii «Torty. Vafli. Pechen’e. Pryaniki‑2020. Proizvodstvo–Rynok–Potrebitel’» /Mezhdunarodnaya promyshlennaya akademiya – Materials of the reports of the XII International Conference “Cakes. Waffles. Cookie. Gingerbread‑2020. Production–Market–Consumer” /International Industrial Academy February 26–28, 2020.Moscow: 2020. 169 p. 2020;26:89.
Yakunina E. S. i dr. Confectionery and beverages with natural and “hidden” sugar Tovaroved prodovol’stvennyh tovarov. Commodity specialist of food products. 2021; 1; 21–25.
Soldatova E. A., Miteneva S. Yu., Savenkova T. V. Issues of legislative regulation of the market of specialized confectionery products of diabetic nutrition. Nauka, pitanie i zdorov’e. Science, nutrition and health. 2019; 90–97.
Dorn G. A. Marketing research of consumer preferences in relation to diabetic confectionery. Agroprodovol’stvennaya politika Rossii – Agro-food policy of Russia. 2020; 4 : 6–11.
Timerbaeva M. V., Rebezov M. B. Theoretical and practical aspects of the creation of combined food products for special purposes. Pavlodar: Kereku. Pavlodar: Kereku. 2017, 141 p.
Sedakova V. A. et al. Analysis of the metabolic profile of various types of dietary fiber in dynamics. Vesnіk Magіlyoўskaga dzyarzhaўnaga ўnіversіteta іmya AA Kulyashova. Seryya B. Pryrodaznaўchyya navukі: matematyka, fіzіka, bіyalogіya. – Bulletin of Mogilev State University named after AA Kuleshov. Series B. Natural sciences: mathematics, physics, biology. 2021;1:93–102.
Lurie I. S., Sharov A. I. Technochemical control of raw materials in confectionery production. M.: Kolos publ, 2001. 350 p.
Статья поступила в редакцию 14.01.2023
Принята к публикации 15.02.2023
Отзывы читателей
