Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Министерство образования и науки российской федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Восточно-Сибирский государственный технологический университет Кафедра «Технология продуктов из растительного сырья»

Редактор Т.А. Стороженко Подписано в печать 19.05.2006г. Формат 60*84 1/16. Усл. п.л. 1,39. Тираж 60 экз. Заказ № 75 Издательство ВСГТУ, г.Улан-Удэ, ул Ключевская, 40в

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО СЫРЬЯ И ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 260202 – «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» и 260201 – «Технология хранения и переработки зерна»

Составили: Цыбикова Г.Ц. Охинова А.М.

Улан-Удэ 2005

2

Лабораторный практикум по курсу « Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» предназначен для углубления и закрепления теоретических знаний, проведения исследований влияния пищевых добавок, влияния переработки зерна и технологических режимов производства изделий на безопасность продукции. Для каждой лабораторной работы сформулированы цель работы, приведены общие положения, порядок проведения и вопросы самопроверки. По результатам каждой лабораторной работы студенты оформляют отчет, который должен включать: название и цель работы, основные теоретические положения, описание порядка проведения работы, полученные результаты и подробные выводы с привлечением теоретического материала. Рецензент В.Д. Данзанов, к.т.н., доцент

СОДЕРЖАНИЕ стр.

1.

Использование пищевых добавок в целях детоксикации чужеродных веществ в продуктах питания ……………………………… 3

2. Влияние переработки зерна на содержание токсичных элементов …………………………… 8 3. Влияние ведения технологического процесса на безопасность продукции …………………….. 17

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Использование пищевых добавок в целях детоксикации чужеродных веществ в продуктах питания В современной технологии производства продуктов питания широко используются пищевые добавки в целях повышения пищевой ценности, улучшения сенсорных свойств продукта, увеличения сроков хранения. Кроме того, биологически активные вещества, входящие в состав добавок могут способствовать детоксикации чужеродных веществ в продуктах питания. Цель – исследовать влияние пищевых добавок на содержание нитритов. Принцип метода Метод основан на фотометрическом измерении интенсивности окраски азосоединения розово-малинового цвета, образующейся при реакции нитритов с αнафтиламином и сульфаниловой кислотой (реактив Грисса) в кислой среде после водного извлечения их из исследуемых проб. Реакция специфичная для нитритов. Реактивы и растворы 1. Суспензия гидроокиси алюминия. 125 г. алюмокалиевых ( ГОСТ 4829-77) или алюмоаммонийных (ГОСТ 4238-77) квасцов растворяют в1 л дистиллированной воды ( ГОСТ 6709-72), нагревают до 700С (до полного растворения квасцов) и медленно при

4

перемешивании приливают 55 мл аммиака ( уд. вес 0,92). Выпавшую гидроокись алюминия оставляют стоять 1 час, затем промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на ион хлора, нитрита. 2. Аммиак (уд. вес 0,92, ГОСТ 3760-64). 3. Стандартный раствор азотнокислого натрия (100 мкг/мл, ГОСТ 4317-77) 103,7 мг NaNO 3 растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Рабочий раствор – 10 см3 стандартного раствора NaNO 3 доводят до 100 мл дистиллированной водой. 4. Стандартный раствор азотистокислого натрия (100 мкг/мл, ГОСТ 4144-65). 14,4 мг NaNO2 растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Рабочий раствор – 10 мл стандартного раствора доводят до 100 мл дистиллированной водой. 5. Кислота уксусная (ледяная) (ГОСТ 61-75). Ход анализа К 25 мл экстракта прибавляют 1 мл раствора сульфаниловой кислоты, перемешивают и через 20 мин прибавляют по 1 мл растворов ацетата натрия и αнафтиламина. В присутствии нитритов появляется розовая или красно-фиолетовая окраска. Через 15-20 мин полученный окрашенный раствор колориметрируют на ФЭК-56 (l = 540 ммк) при зеленом светофильтре № 6 в кювете l = 1 см. Содержание нитрита определяют по калибровочному графику, для построения которого используют стандартный раствор нитрита натрия.

21

10. Козлова Т.С., Охинова А.М. Методы исследования свойств сырья и продуктов питания: Методические указания. – У-Удэ: ВСГТУ, 2001. – 153 с. 11. Бороноева Г.С. Технология хлебопекарного производства: Методические указания. – У-Удэ: ВСГТУ, 2001. – 37 с.

20

5

Список литературы 1. Булдаков А.С. Пищевые добавки: Справочник. СПб., 1996. - 240 с. 2. Витол И.С. Экологические проблемы производства и потребления пищевых продуктов: Учебное пособие. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 200. - 93 с. 3. Габович Р.Д., Припутина Л.С. Гигиенические основы охраны питания от вредных химических веществ. – Киев: Здоровье, 1988. - 158 с. 4. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов ( САНПиН 2.3.2. 1078-01). М., 2001. - 106 с. 5. Донченко Л.В., Надыкта В.Д. Безопасность пищевого сырья и продуктов питания. М.: Пищепромиздат, 1999. - 531 с. 6. Оксегендлер Г.И. Яды и организм. - СПб.: Наука, 1991. - 320 с. 7. Схемы гигиенического обследования предприятий пищевых отраслей промышленности при осуществлении государственного санитарно-эпидемического надзора в области обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов. – М.: 2002. – 68 с. 8. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Порядок санитарно-эпидемиологической экспертизы технических документов на пищевые продукты: Методические указания ( МУК 2.3.2.971-00). – М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000. – 19 с. 9. Производство хлеба, хлебобулочных и кондитерских изделий: Санитарные правила и нормы (СанПин 2.3.4.545-96), - М.: Госкомсандэпиднадзор России, 1996. – 62 с.

Обработка результатов Содержание нитритов в пробе рассчитывают по формуле: А × В × 1000 Х= , где: Д×С А– содержание определяемых веществ в мкг, определяемое по калибровочному графику; В – общий объем фильтрата в мл; С – анализируемый объем в мл; 0,001 – коэффициент пересчета мкг в мг 1000 - коэффициент пересчета г в кг Д – навеска продукта в г. Вопросы для самоконтроля Назовите виды пищевых добавок. Назовите операции по подготовке продуктов к анализу. Сущность метода определения нитритов. Назначение калибровочной кривой. Влияние пищевых добавок на содержание чужеродных веществ в продуктах питания. 6. Что такое аскорбиновая кислота. Влияние этой добавки на технологические свойства продуктов питания? 1. 2. 3. 4. 5.

6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Влияние переработки зерна на содержание токсичных элементов Цель – исследовать влияние переработки зерна на содержание токсичных элементов в продуктах переработки зерна. Общие положения Большинство химических элементов жизненно необходимы человеку. Биохимические и физиологические действия макро-и микроэлементов проявляются только в определенных дозах. В больших количествах некоторые обладают токсичным влиянием на организм. Согласно решения объединенной комиссии ФАО/ВОЗ восемь химических элементов включены в число компонентов, содержание которых контролируется при международной торговле продуктами питания – это ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, стронций, цинк, железо. Медико-биологическими требованиями определены критерии безопасности для следующих токсических элементов: свинец, кадмий, мышьяк, медь, цинк, олово, железо. В таблице 2 представлены допустимые уровни этих элементов в хлебе, муке и зерне.

19

вариант II – при температуре помещения лабораторий – 18-220С (температуру помещения обязательно измеряют); вариант III – при температуре 450С. Отбор образцов для анализа содержания нитритов через 120 мин от начала брожения. Влияние продолжительности брожения на безопасность продукции Тесто готовят при начальной температуре 32 0С, согласно рецептуры, продолжительность брожения: вариант I (контрольный) – 170 мин; вариант II – 60 мин; вариант III – 120 мин. По окончанию процесса брожения тесто анализируют на содержание нитритов. Влияние ведения технологического процесса на безопасность продукции определяют по содержанию нитритов в продукте согласно методике, описанной в лабораторной работе № 1. Вопросы для самоконтроля 1. В чем заключаются особенности безопарного способа приготовления теста? 2. Влияние влажности теста на продолжительность брожения. 3. Влияние температуры теста на качество полуфабрикатов. 4. Влияние продолжительности брожения, температуры полуфабрикатов на безопасность хлеба. 5. Укажите механизм влияния параметров приготовления хлеба на безопасность хлеба.

18

7

См ×Мм (tт - tм) + К , где: В tt - начальная температура теста, град; См – теплоемкость муки (0,4 кдж/кг; tм – температура муки, град; К – коэффициент, учитывающий время года, (0-3). t в = tt +

Замес теста ведут либо на тестомесильной машине, либо вручную.

лабораторной

Влияние влажности теста на безопасность продукции Замешивают тесто согласно рецептуры и расчета: вариант I (контрольный) – влажность теста 46%; вариант II ( тесто крепкой консистенции) – воды на 10 мл ( на 100 г муки в тесте) меньше, чем в контрольном образце; вариант III ( тесто слабой консистенции) – воды на 10 мл ( на 100 г муки в тесте) больше, чем в контрольном образце. Тесто готовят безопарным способом. Отбор образцов для анализа содержания нитритов производят через 120 мин от начала брожения. Влияние температуры брожения теста на безопасность продукции Тесто замешивают при начальной температуре 32 0С, готовят безопарным способом, брожение теста происходит при различных температурах: вариант I (контрольный) – при температуре 320С;

Таблица 2 – Допустимые химических элементов №/№

1 2 3 4 5 6

Химический элемент Свинец Кадмий Мышьяк Ртуть Медь Цинк

уровни содержания

Содержание, мг/кг, не более в зерне

в муке

в хлебе

0,5 (0,3) 0,1 (0,03) 0,2 0,03 10,0 50,0

0,5 (0,3) 0,1 (0,03) 0,2 0,2 10,0 50,0

0,3 0,05 0,1 0,01 5,0 25,0

Существует несколько способов определения токсичных элементов. Инверсионная вольтамперометрия один из электрохимических методов, т.к. в его основе лежит электрохимическая ячейка. Определенное влияние на содержание токсичных элементов в продуктах переработки зерна оказывает технологический процесс, его организация, что обусловлено способностью анатомических частей зерновки в различной степени накапливать токсиканты. Аппаратура и материалы 1. Вольтамперометрический анализатор компьютером. 2. Вода бидистиллированная. 3. Серная кислота концентрированная (Н2SO4). 4. 3%-ный раствор KМnO (перманганат калия). 5. Электрическая плитка. 6. Зерно, мука, продукты переработки зерна.

с

8

Сущность методики Методика основана на проведении инверсионновольтамперометрического ( ИВ) анализа водного раствора пробы после предварительной пробоподготовки. Пробы готовят к анализу путем « мокрой» минерализации. Метод ИВ-анализа основан на способности элементов осажденных на индикаторном ртутно-пленочном электроде, электрохимически растворяться при определенном потенциале, характерном для каждого элемента. Регистрируемый максимальный анодный ток элемента линейно зависит от концентрации определяемого элемента. Процесс электроосаждения на индикаторном электроде проходит при заданном отрицательном потенциале электролиза, равном (-1,4) В, в течение заданного времени электролиза. Процесс электрорастворения элементов с поверхности электрода и регистрация аналитических сигналов на вольтамперограмме проводится при линейно меняющемся потенциале от 1,2 до +0,05 В относительно хлорсеребрянного ил каломельного электрода при заданной чувствительности. Потенциалы максимумов регистрируемых анодных пиков ( аналитических сигналов) Zn, Cd, Pb, Cu на фоне соляной или муравьиной кислот соответственно равны (0,9±0,1) В; (-0,6±0,1) В; (-0,4±0,1) В; (-0,05±0,10) В. Массовые концентрации элементов в пробе определяются по методу добавок аттестованных смесей (АС) элементов. Общая схема анализа методом ИВ состоит из следующих этапов: Анализ по данной методике может проводить химиканалитик, владеющий техникой ИВ-метода и изучивший инструкцию.

17

Методика выполнения Замес теста Рецептура, г: мука пшеничная 1 с – 100; дрожжи прессованные – 3,0; соль пищевая – 1,3. Перед замесом теста рассчитывают количество воды и температуру, необходимые для замеса. Сырье дозируют по массе. Количество воды ( В) мл для приготовления теста определяют по формуле: 100 - Wср В = Мс - Мс , где: 100 – Wт Мс – масса сырья, израсходованное на приготовление теста, г; Wср – средневзвешенная влажность сырья, %; Wт – влажность теста, %. Средневзвешенная влажность сырья, % определяется по формуле: Мм × Wм + Мg × Wg + Мc × Wc Wср = , где: Мм + Мg + Мc Мм, Мg, Мc – масса муки, дрожжей и соли, г; Wм, Wg, Wc – влажность муки, дрожжей и соли, %. Расчет температуры воды, необходимой для замеса теста:

9

16

Аппаратура и материалы Лабораторные печи; термостат для брожения и расстойки; весы лабораторные общего назначения по ГОСТ 24104-80; термометры стеклянные технических по ГОСТ 2823-73; формы и листы для выпечки хлеба, емкости для брожения теста, цилиндры мерные наливные по ГОСТ 1770-74; часы сигнальные, вода питьевая по ГОСТ 2874-82; соль поваренная пищевая по ГОСТ 13830-84; дрожжи хлебопекарные прессованные по ГОСТ 171-81. 1. Суспензия гидроокиси алюминия. 125 г алюмокалиевых ( ГОСТ 4829-77) или алюмоаммонийных (ГОСТ 4238-77) квасцов растворяют в 1 л дистиллированной воды ( ГОСТ 6709-72), нагревают до 700С ( до полного растворения квасцов) и медленно при перемешивании приливают 55 мл аммиака ( уд.вес 0,92). Выпавшую гидроокись алюминия оставляют стоять 1 час, затем промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на ион хлора, нитрита, нитрата и аммония. 2. Аммиак (уд.вес 0,92, ГОСТ 3760-64). 3. Стандартный раствора азотнокислого натрия (100 мкг/мл) ГОСТ 4217-77 103,7 мг NaNO3 растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Рабочий раствор – 10 мл стандартного раствора NaNO 3 доводят до 100 мл дистиллированной водой. 4. Стандартный раствор азотистокислого натрия (100 мкг/мл, ГОСТ 4144-65). 14,4 мг NaNO 3 растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Рабочий раствор – 10 мл стандартного раствора доводят до 100 мл дистиллированной водой. 5. Кислота уксусная (ледяная) ГОСТ 61-75.

Средством измерения является вольтамперометрический анализатор ТА-1 в комплекте с IBM – совместным компьютером. Электрическая ячейка имеет два электрода: индикаторный электрод (ртутно-пленочный на серебрянной подложке) и электрод сравнения ( хлорсеребрянный с сопротивлением не более3,0 кОм). Все реактивы должны быть квалификации ОСЧ, ХЧ, ЧДА. Вода бидистиллированная и перегнанная в присутствии серной кислоты (0,5 мл конц. Н2SO4 и 3 см3 3% р-ра КМnO на 1 дм3 воды). Подготовка прибора, электродов, растворов и т.д.

Подготовка проб

Проверка электрической ячейки

Анализ пробы

Съемка ВА кривой пробы

Введение добавок

Съемка ВА кривой пробы с добавками

Расчет концентрации

Рисунок 3 - Схема анализа методом ИВ Подготовка к выполнению измерения Лабораторная работа выполняется группой студентов по 2-3 человека. Каждая группа исследует свой образец – зерно и продукты размола ( мука, отруби, крупка, дунст). Следует проводить работу в два этапа: первый этап -

10

подготовка проб, второй – проведение измерений. Для полного озоления пробы требуется 1-2 дня. 1. Установить следующий режим работы приборов: - двухэлектродную систему измерений; - постоянный режим регистрации вольтамперограмм; - полязирующее напряжение для электронакопления – 1,4 В; - потенциал регистрации вольтамперной кривой – 1,2 В; - конечное напряжение + 0,05 В; - чувствительность при регистрации вольтамперограмм в зависимости от концентрации элемента в пробе (4 × 10-7 … 8 × 10-9 а/мин); - время электролиза (10…180) с. 2. Приготовление электродов: Подготовка индикаторного ртутно-пленочного электрода. Индикаторный ртутно-пленочный электрод представляет собой фторопластовый стержень с запрессованной серебрянной проволокой Д 0,8 мм длиной 5-7 мм, площадь поверхности составляет около 0,2 см2. Для подготовки электрода к работе необходимо нанести на поверхность серебра пленку ртути толщиной 10-20 мкм, путем опускания части рабочей поверхности электрода (серебрянной проволоки) в металлическую ртуть на 1-2 с. Затем ртуть требуется растереть фильтровальной бумагой для равномерного распределения ртути. Промыть электрод обессоленной водой. Эту процедуру называют амальгамирование. Подготовка электрода сравнения.

15

В протоколе лабораторной работы должны быть представлены вольтамперные кривые анализируемых проб и кривые проб с добавками АС. Их срисовывают с экрана монитора или с распечатки. Вопросы для самоконтроля 1. Допустимые уровни содержания токсичных элементов в муке, зерне, отрубях, хлебе. 2. Что лежит в основе инверсионной вольтамперометрии? 3. Назовите этапы общей схемы анализа методом ИВ. 4. От чего зависит содержание токсичных элементов в продуктах переработки зерна? 5. Как организовать технологический процесс в целях уменьшения содержания токсичных элементов в муке? 6. Как готовится проба? 7. Как проводится анализ пробы? 8. Как определяется концентрация тяжелых металлов методом добавок АС? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Влияние ведения технологического процесса на безопасность хлеба Цель – исследовать влияние температуры, влажности теста, продолжительности брожения на безопасность готовой продукции.

14

Если анодные пики элементов зашкаливают при этом масштабе, необходимо уменьшить время накопления и повторить команду «Проба». В результате измерений на экране ЭВМ должно появиться по 5 вольтамперограмм в каждом окне вывода (по числу циклов). Невоспроизводимые вольтамперограммы (в/а-мы) следует исключить. Провести обработку вольтамперограмм. В нижней части ОКОМ появятся таблицы со значениями потенциалов и токов определенных элементов. После измерения аналитических сигналов Zn, Cd, Pl и Cu следует выполнить команду « Концентрация по добавке». В таблицу рекомендуемых добавок внести значения объема аликвоты (1 мл для данного случая), объема минерализата (10 мл) и массы навески (г). Внести с помощью пипетки рекомендуемые добавки аттестованных смесей элементов в каждую ячейку. Добавки АС в трех ячейках должны быть одинаковы. Запустить измерение пробы с добавкой АС командой «Пуск». Обработать полученные серии В/а-грамм. В результате будет получено по 3 значения концентрации определенных элементов в исходной пробе. 1. Если при съемке вольтамперограмм окажется, что высота анодного пика Zn превышает высоты остальных элементов в 8-10 раз, то проводят раздельное определение. 2. Оформление результатов. Для сохранения результатов измерений их помещают в архив. Для протокола на принтер дают команду «печать».

11

Электрод сравнения необходимо заполнить децимолярным раствором КСl, закрыть пробкой отверстие и выдержать не менее 2 часов для установления равновесного значения потенциала. 3. Приготовление растворов: а) Фоновым раствором является либо раствор HCl 0,1 моль/дм3 (1 см3 конц. HCl) (1 мл HCl в мерной колбе на 100 мл + обессоленная вода) или конц. муравьиная кислота. б) Азотную кислоту рекомендуется перегнать в кварцевых аппаратах. Концентрация не менее 9 моль/л. в) Аттестованные смеси готовят разбавлением государственных стандартных растворов. Хранить не более 14 дней. 4. Подготовка проб: Пробы гомогенизируют. В кварцевый стаканчик Е = 20,0 мл, проверенный на чистоту, помещают навеску пробы 1,0-4,0 г, взвешенную на аналитических весах ( дробленое зерно, муку, отруби, крупку, дунст). Навеску полностью смачивают бидистиллированной водой, добавляют 2,5-3 мл перегнанной HNO 3 и нагревают на электрической плитке при температуре 200-250 0С до прекращения выделения дыма. Затем стаканчик помещают в муфельную печь при температуре 300±25 0С и постепенно повышают температуру до 500-550 0С ( на 50 0С каждый 30 мин), выдерживают 30 мин. Если остались в золе угольные включения, повторяют обработку азотной кислотой (102 см3) с добавлением 30% перекиси водорода 0,2-0,3 мл. Снова нагревают сначала на плитке, затем в муфельной печи в течение 1-1,5 часов при температуре 5005500С. Если зола белого, серого или рыжеватого цвета, стаканчик охлаждают до комнатной температуры,

12

13

растворяют осадок в 2 см3 HCl концентрацией 0,1 моль/дм3, добавляют 8 см3 обессоленной воды.

Определяемые элементы: Zn Cd -0,900 -0,600

Pb -0,400

Cu -0,100

Выполнение измерений 1. Установить параметры настройки: Расчет пиков? По высоте. Производная: Выкл. Авторазметка: Вкл. Учет холостого хода: Выкл. 2. Загрузить из каталога готовых трасс трассу TMUVO ( тяжелые металлы, ультрафиолет.) или сформировать новую со следующими параметрами: Метод: Постоянно-токовый Число циклов: 5 Вспомогательный электрод: Выкл. Ячейка А: Вкл. В: Вкл. С: Вкл. ЭТАПЫ: Е (В) Подготовка 0 УФО 0 ЭХО -1,2 0,05 Растворение +0,05 Накопление -1,40 Успокоение -1,20 Развертка -1,20 +0,05 Шаг развертки [mB]: Задержка измерения [mc]: Амплитуда импульса [mB]: Регистратор: Выкл. Длительность импульса [mc]:

2 20 0 0

Т (с) 300 15 10

ЛВК ++++++-

20 10 - 120 5 20

-+++-----

3. Проверка стаканчиков, фонового раствора и электродов на чистоту. В прокаленные в муфеле кварцевые стаканчики вносят 10-12 мл обессоленной воды и 0,1-0,2 мл концентрированной муравьиной кислоты пипеткой. Стаканчики с чистым фоном установить в анализатор и запустить команду «фон» из верхней строки. При наличии вольтамперных кривых пиков определенных элементов содержимое вылить, отмыть стаканчики и электроды. Если не удается отмыть ячейки, следует измерить h пиков. Для учета вклада «холостого» опыта при измерении концентраций в команде « Настройки» включить параметр «Учет холостого опыта» (п.1). 4. Анализ пробы. (Одновременное определение Zn, Cd, Pb и Cu). Одновременно рекомендуется проводить анализ 2- х параллельных и одной резервной пробы в трех стаканчиках. В проверенные на чистоту стаканчики с фоновым электролитом внести пипеткой аликвоту объемом 1,0 мл пробы, подготовленную по п. 3.4 Запустить команду « Проба» из верхней строки выбора. После каждого цикла измерения на экран выводятся очередные вольтамперограммы. Установить масштаб вывода 0,2-0,4 мкА.