Химия отрасли

59

Министерство образования И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Иркутский государственный технический университет

ХИМИЯ ОТРАСЛИ

Лабораторный практикум

Издательство

Иркутского государственного технического университета

2007

Рецензент: канд. хим. наук, доцент ИрГТУ Е.А.Привалова

Химия отрасли. Лаб. практикум. Составитель Евстафьев С.Н. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. - 2007 - 65 с.

Приведены методики, применяющиеся при технохимическом контроле качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции пивоваренного, ликероводочного, винодельческого и безалкогольного производств.

Практикум предназначен для студентов специальности 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» в рамках освоения дисциплины «Химия отрасли».

Печатается по решению редакционно-издательского совета Иркутского государственного технического университета

Введение

Важнейшим элементом в решении задачи выпуска продукции высокого качества является технохимический контроль производства, заключающийся в проверке исходного сырья и материалов при поступлении на производство, в период хранения и переработки, а также в оценке качества готовой продукции.

Технохимический контроль направлен на улучшение качества продукции, внедрение рациональных технологий, соблюдение норм расхода сырья и материалов, снижение их потерь.

Настоящий практикум является руководством для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Химия отрасли», проводимых с целью закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков в проведении необходимых анализов по контролю производства.

Лабораторный практикум по характеру и содержанию работ подразделяется на пять разделов: контроль качества сырья, контроль качества пива, контроль качества водки, контроль качества вина и виноматериалов, контроль качества безалкогольных напитков и минеральных вод. Он охватывает основные разделы дисциплины «Химия отрасли» и включает 14 лабораторных работ.

В начале раздела или перед началом лабораторной работы дается введение, в котором поясняется сущность данного этапа контроля, а также излагаются основные теоретические положения, необходимые для выполнения работы. Приводится цель работы, необходимое оборудование и реактивы, методика проведения работы и контрольные вопросы.

Порядок выполнения лабораторных работ

Студенту необходимо заблаговременно подготовиться к вы-полнению работы, глубоко изучить соответствующий теоретиче-ский материал по лекциям или учебникам, а также по лаборатор-ному практикуму, познакомиться с нормативно-технической документацией по теме.

При этом студент должен усвоить состав и свойства изучае-мого объекта, сущность биохимических и физико-химических превращений в ходе технологических процессов его переработки или получения; цель работы, важность определяемых в работе показателей и их влияние на качество перерабатываемого сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, методику проведения рабо-ты и принципы, положенные в основу определения того или ино-го показателя, устройство прибора или установки.

Вопросы, возникающие при самостоятельной подготовке к работе, студент должен выяснить у преподавателя, ведущего лабораторный практикум.

В начале занятия преподаватель путем опроса выясняет подготовленность студентов к работе.

Студенты, допущенные к работе, приступают к ее выполне-нию в соответствии с методикой, изложенной в практикуме.

Работая в лаборатории, студенты обязаны неукоснительно соблюдать правила техники безопасности, правила личной и производственной гигиены. К работе приступают, надев санитарную одежду (халат). На всех рабочих местах должен быть порядок. По оконча-нии лабораторного занятия посуду необходимо немедленно вы-мыть, приборы отключить, реактивы поставить на соответствую-щее место.

Все данные, получаемые в ходе работы (показания прибо-ров, расчеты и др.) заносятся в рабочую тетрадь, обрабатываются и заносятся в сводную итоговую таблицу, после анализа которых делаются соответствующие выводы.

На следующем занятии студент сдает преподавателю оформ-ленный отчет (в рабочей тетради) по выполненной работе.

В отчете должны быть указаны цель работы, краткое описание устройства приборов или установ-ки, подробный расчет определяемых величин, анализ полученных данных и соответствующие выводы. Каждую выполненную и оформленную работу студент защищает у преподавателя и по-лучает зачет.

Раздел I. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СЫРЬЯ

Лабораторная работа № 1

Определение содержания крахмала в ячмене

Крахмал самая важная составная часть экстракта ячменя, определяющая его производственную и экономическую ценность. Хороший пивоваренный ячмень должен содержать 58-65 % крахмала. Обычно, чем больше в ячмене содержится крахмала, тем выше выход экстракта. Разница между содержанием крахмала в ячмене и его экстрактивностью находится в пределах 10-20 %.

Основным методом, применяемым для определения содержания крахмала, является поляриметрический метод Эверса, суть которого заключается в гидролизе крахмала до сахаров при кипячении в растворе соляной кислоты. Одновременно происходят образование декстринов и частичный переход в раствор оптически активных веществ, таких как пентозаны и белки. После осаждения белков с помощью молибдата аммония раствор сахаров поляризуют. Точность определения крахмала зависит от степени измельчения зерна.

Приборы: сахариметр; водяная баня; широкогорлая колба на 100 см³; пипетки на 1 и 25 см³; весы технические; лабораторная мельница.

Реактивы: 1,124 % -ный раствор соляной кислоты: 24,9 см³ соляной кислоты относительной плотности 1,19 разбавляют дистиллированной водой до 1 дм³; 14,5 %-ный раствор молибдата аммония.

Ход анализа. Навеску 5 г тонко измельченного зерна (помол должен проходить через сито с отверстиями 0,5 мм; на сите может оставаться лишь небольшое количество шелухи) помещают в широкогорлую мерную колбу емкостью 100 см³ с 25 см³ раствора 1,124 %-ной соляной кислоты. Перемешиванием достигают полного смачивания муки, комков допускать нельзя. Доливают еще 25 см³ того же раствора соляной кислоты, смывая им частицы муки со стенок горла колбы. Колбу помещают на кипящую водяную баню, причем первые 3 минуты содержимое колбы размешивают круговым движением. Колба должна быть погружена в баню до самого горлышка.

Через 20 минут нагревания из содержимого колбы берут пробу на анализ содержания крахмала (йодная проба). В случае положительного результата нагревание продолжают в течение 15 минут. После чего, вынув колбу из водяной бани, вливают в нее 35-40 см³ холодной дистиллированной воды и содержимое колбы охлаждают до 20 °С, затем добавляют 2 см³ 14,5 %-ного раствора молибденовокислого аммония, колбу доливают до метки водой, энергично взбалтывают и фильтруют через складчатый фильтр в сухую колбу, первые порции фильтрата перефильтровывают.

Поляризацию надо производить немедленно. Отсчет делают не менее 3-х раз, для вычислений берут среднее арифметическое.

Содержание крахмала (С, в % на воздушно-сухое вещество) рассчитывают по формуле:

V . б . 100 C = ---------- , [б]D . l . S

где: V - объем колбы, взятой для анализа (100 см³);

б - угол вращения, град.;

[б]_D - удельное вращение испытуемого вещества (181,5 для ячменя);

l - длина поляризационной трубки (0,94 дм);

S - навеска ячменя, г.

При использовании поляриметра с линейной шкалой формула приобретает следующий вид:

V . б . 100 C = --------- . 0,3468 , [б]D . l . S

где: 0,3468 - коэффициент перехода от линейной шкалы поляриметра к круговой.

Содержание крахмала (С₁, в % на сухое вещество) рассчитывают по формуле:

С . 100 С1 = ------- , 100 - w

где: С - содержание крахмала на воздушно-сухое вещество, %;

w - влажность зерна, %.

Контрольные вопросы:

1. Крахмал. Его строение, состав и свойства.

2. Кислотный гидролиз крахмала. Недостатки метода.

3. Крахмалистость ячменя, значения этого показателя для производства солода и пива.

4. Принципы поляриметрического метода определения крахмалистости ячменя.

Лабораторная работа № 2

Определение пленчатости зерна

Пленчатостью называют количество мякинной оболочки, выраженное в процентах от общей массы зерна.

Толщина (количество) мякинной оболочки ячменя, кроме чисто химического влияния на состав полученного сусла и пива, оказывает влияние на рентабельность переработки того или другого сорта ячменя. Чем меньше оболочка, тем больше выхода экстракта можно ожидать от ячменя. Тонкокожие ячмени содержат 6 -7 % мякинной оболочки, толстокожие - 10 % и выше. Кроме того, толстая пленка содержит больше дубильных и горьких веществ, понижающих качество пива.

Мякинная оболочка ячменя прочно приклеена к ядру пектиновыми веществами и, чтобы снять их, нужно сначала растворить эти вещества. Для определения пленчатости пользуются методами Омарова (обработка горячей щелочью) и Люффа (обработка слабым раствором аммиака).

Метод Люфа

Приборы и реактивы: конические колбы на 100-150 см³; водяная баня; стеклянная или фарфоровая чашка; 5 %-ный раствор аммиака.

Ход анализа. Взвешивают на аналитических весах 50 зерен ячменя, переносят их в толстостенную склянку емкостью 100-150 см³, снабженную хорошо притертой стеклянной или плотной резиновой пробкой, приливают 10см³ 5%-ного раствора аммиака, завязывают пробку тонкой проволокой или шпагатом и помещают склянку в водяную баню, нагретую до 80 °С, так глубоко, чтобы вода снаружи склянки стояла несколько выше внутреннего уровня. Температуру 80 °С поддерживают 1 час, после чего сливают аммиачный раствор с зерен.

Зерна высыпают в стеклянную или фарфоровую чашку и осторожно сдирают с них оболочку, сначала прилегающую к зародышу спинную часть, а затем брюшную. Оболочку высушивают при 105 °С в течение 3 часов и взвешивают. При пересчете необходимо иметь в виду, что во время обработки аммиаком оболочка теряет в среднем 1/12 часть своего веса.

Расчет пленчатости в % на воздушно-сухое вещество ведут по формуле:

где: а - масса сухих пленок, г;

m - масса 50 зерен ячменя.

Расчет пленчатости в % на сухое вещество ведут по формуле:

где: w - влажность ячменя, %.

Контрольные вопросы:

1. Строение зерна ячменя;

2. Оболочка зерна, ее состав;

3. Влияние пленчатости на качество ячменя и пива.

Лабораторная работа № 3

Определение содержания пентозанов в зерне

Пентозаны относятся к высшим углеводам, которые при гидролизе дают пентозы (арабинозу, ксилозу). В ячмене содержание пентозанов колеблется от 7 до 12 %. Значение пентозанов в технологии пивоварения очень большое - из этого резерва черпаются вещества для повышения выходов экстракта.

Определение основано на образовании фурфурола при действии соляной кислоты на пентозаны (метод Толленса).

Оборудование: установка для атмосферной перегонки; двугорловая круглодонная колба на 300-500 см³; цилиндр, мерная коническая колба на 500 см³, делительная воронка.

Реактивы: 12 %-ный раствор соляной кислоты, смесь анилина и уксусной кислоты (3 : 2), флороглюцин, дистиллированная вода.

Ход анализа: Собирают установку для атмосферной перегонки. В качестве перегонной колбы используют двугорловую круглодонную колбу, к которую вставлена делительная воронка с двумя метками 30 и 60 см³. В качестве приемника служит мерный цилиндр с метками 30 и 60 см³.

В перегонную колбу отвешивают 2,8-3,2 г размолотого ячменя, приливают 100 см³ 12 %-него раствора соляной кислоты и нагревают колбу до 140-150°С. Нагревание обычно рекомендуется вести в чашках со сплавом Вуда или Розе, но можно вести его просто на асбестовой сетке при кипении жидкости с таким расчетом, чтобы в течение 10-15 минут в приемнике скопилось 30 см³ дистиллята.

Как только в приемнике накопится 30 см³ дистиллята, приемник освобождают, сливая дистиллят в приемную колбу с меткой 400 см³, и закрывают ее пробкой. В перегонную колбу через делительную воронку приливают порцию соляной кислоты в количестве 30 см³. Повторяют операцию, примерно, десять раз и прекращают дистилляцию, когда капля дистиллята перестанет окрашивать в малиновый цвет кусочек фильтровальной бумаги, смоченной смесью анилина и уксусной кислоты, взятых в пропорции 3:2.

К дистилляту прибавляют растворенный в нескольких миллилитрах 12 %-ного раствора соляной кислоты флороглюцин, которого берут двойное количество (по весу) от предполагаемого по расчету количества фурфурола (0,3г). Содержимое приемной колбы доливают 12 %-ным раствором соляной кислоты до метки 400 и хорошо размешивают. Через 3 часа проверяют полноту осаждения по реакции с уксуснокислым анилином; окрашивания не должно быть, в противном случае добавляют еще некоторое количество флороглюцина, через 3 часа вновь определяют полноту осаждения и оставляют отстаиваться в течение ночи.

Выпавший зеленовато-черный осадок собирают на высушенном и взвешенном фильтре, промывают, примерно, 150 см³ дистиллированной воды (операцию фильтрования и промывания можно вести при некотором разрежении). Отфильтрованный осадок, поместив его с фильтром в бюкс, высушивают при 98-100 °С в течение 3,5 - 4 часов и после охлаждения в эксикаторе взвешивают.

По полученной массе осадка, пользуясь диаграммой Приложения 1, находят количество пентозанов во взятой навеске и пересчитывают его на 100 г сухого вещества.

Контрольные вопросы:

1. Дайте характеристику пентозанам: строение, состав, свойства.

2. Какие моносахариды получаются при гидролизе пентозанов?

3. Напишите уравнения химических реакций превращения пентозанов в фурфурол.

Лабораторная работа № 4

Определение аминного азота в мелассе

Аминный азот представлен в растительном сырье аминокислотами, пептидами и белками, которые являются источником азотного питания дрожжей, и содержание их в процессе брожения заметно снижается. В результате их превращений под действием дрожжей образуются высшие спирты. При термической обработке аминокислоты и пептиды, вступая во взаимодействие с сахарами, образуют меланоидины, альдегиды и другие продукты, оказывающие существенное влияние на качество конечной продукции.

Химизм процесса при определении аминного азота медным способом сводится к следующему. При взаимодействии натриевой соли аминокислоты с суспензией фосфата меди образуется окрашенная в синий цвет хорошо растворимая комплексная медная соль аминокислоты:

Фосфорная кислота связывается боратным буфером, и реакция идет до конца.

В фильтрате после отделения избытка фосфата меди оказываются лишь медные соли аминокислот (за исключением цистина, медная соль которого нерастворима), и, следовательно, по количеству меди, перешедшей в фильтрат, можно определить со-держание аминокислот.

При добавлении к фильтрату концентрированной уксусной кислоты, последняя вытесняет из медной соли более слабую аминокислоту:

(H₂N - СН₂ - СОО)₂Сu + 2СН₃СООН 2H₂N - СН₂ - СООН + (СН₃СОО)₂ Сu

Под действием йодоводородной кислоты, образовавшейся из йодида калия в ки-слой среде, ион меди со степенью окисления +2 восстанавливается, образуется нерас-творимый йодид меди (I) и свободный йод:

2(СН₃СОО)₂Сu + 4 HI 2CuI + 4СН₃СООН + 1₂

Вследствие нерастворимости йодида меди (I) в слабокислой среде этот процесс также идет до конца. Таким образом, количество выделившегося свободного йода эк-вивалентно количеству медных солей аминокислот. Концентрацию свободного йода определяют титрованием выделившегося йода раствором гипосульфита:

2Na₂S₂O₃ + I₂ 2NaI + Na₂S₄O₆

гипосульфит тетратионат натрия

По уравнению реакции 0,5 моль выделившегося йода соответствует 1 мо-ль меди, который в свою очередь эквивалентен 28 г аминного азота. С другой стороны, 0,5 моль йода реагирует с одним грамм-эквивалентом гипосульфита. Следовательно, один грамм-эквивалент гипосульфита соответствует 28 г аминного азота. Отсюда 1 см³ 0,01н раствора гипосульфита отвечает 0,28 мг аминного азота. Умножением величины 0,28 мг на затраченный объем 0,01н раствора гипосуль-фита (минус контроль) получают количество миллиграммов аминного азота во взятом, объеме (10 см³) испытуемого раствора. После этого делают пересчет на весь объем рас-твора в колбе и сравнивают найденное количество аминного азота с тем, что должно быть в 2 см³ исследуемого раствора мелассы:

0,28 . V . 12.5 С = ------------ , m

где: V - объем гипосульфита, пошедший на титрование;

12,5 - коэффициент разбавления;

m - масса мелассы на 100 г раствора.

Оборудование: фильтры бумажные, колбы мерные на 25 см³ (2 шт.), пипетки с меткой на 1, 2 и 10 см³, бюретки прямые с краном на 25 или 50 см³, воронки для фильтрования, колбы конические на 100 см³ (4 шт.), цилиндр мерный с носиком на 10 см³.

Реактивы: раствор хлорида меди (II): 27,3 г в 1 дм³ раствора; раствор фосфата натрия: 68,5 г Na₃PO₄ ·12H₂O в 1 дм³ раствора или 64,5 г Na₂HPO₄·12H₂O растворяют в 500 см³ дистил-лированной воды, из которой кипячением удален СО₂, и добавляют 7,2 г NaOH с по-следующим доведением объема раствора до 1 дм³ дистиллированной водой; боратный буферный раствор; 28,6 г тетрабората натрия растворяют в 750 см³ воды, добавляют 50см³ 1н раствора соляной кислоты и доводят водой до 1 дм³; рН=8,8; суспензия фосфата меди: смешивают один объем раствора хлорида меди (II) с двумя объемами раствора фосфата натрия и приливают два объема боратного буфера, суспензию готовят только перед работой в необходимом объеме; тимолфталеин: 0,25 %-ный в этиловом спирте (50 %-ом); 0,1н раствор Na₂S₂O₃·5H₂O (из этого раствора разбавлением готовится 0,01 н раствор, титр которого устанавливают по точному раствору 0,01 н йода калия); крахмал (1 %-ный), йодид калия (10 %-ный), уксусная кислота (конц.), гидроксид на-трия (0,5 н), меласса (13 %-ный раствор).

Ход анализа. В мерную колбу на 25 см³ берут 2 см³ исследуемого раствора мелассы, добавляют 2 капли тимолфталеина и по каплям 0,5н раствор гидроксида на-трия до слабоголубого окрашивания (рН раствора 10,2). После этого добавляют 10 см³ суспензии фосфата меди, хорошо перемешивают. При исчезновении осадка следует добавить еще 5 см³ суспензии. Раствор в колбе доводят до метки водой, тщательно пе-ремешивают многократным переворачиванием колбы и отфильтровывают избыток фосфата меди через плотный фильтр. Фильтрат должен быть совершенно прозрачным. Этого добиваются многократным фильтрованием. Из фильтрата пипеткой берут две пробы по 10см³ в конические колбы для титрования, подкисляют 0,4 см³ концентриро-ванной уксусной кислоты, добавляют 6-8 см³ 10%-ного раствора йодида калия и выде-лившийся йод титруют 0,01н раствором гипосульфита. Крахмал в количестве 1-2 см³ (20-40 капель) на 100 см³ раствора добавляют в тот момент, когда титруемый раствор примет соломенно-желтую окраску. Титрование продолжают до исчезновения поя-вившейся после добавления раствора крахмала синей окраски.

Ставят контрольное определение, в котором вместо мелассы берут такой же объем воды. Количество гипосульфита, затрачиваемое на контрольный раствор, вычи-тают из такового в опыте.

Контрольные вопросы:

1. Белки. Их строение состав и свойства;

2. Содержание азотистых веществ в ячмене. Их роль в пивоварении;

3. Химизм процесса определения аммиачного азота медным способом.

Раздел 2. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПИВА

Завершающим этапом технологического контроля производства пива является оценка качества готового продукта, которая осуществляется по органолептическим и физико-химическим показателям.

Главнейшими показателями качества пива как напитка являются прозрачность, цвет, вкус, аромат, хмелевая горечь, пенообразование. Все эти свойства пива определяются в процессе дегустации.

К физико-химическим показателям пива относят массовую долю сухих веществ в начальном сусле, массовую долю спирта и действительного экстракта, кислотность, цветность, массовую долю двуокиси углерода (для бутылочного пива), стойкость пива, время дображивания.

Лабораторная работа № 5

Определение горьких веществ в пиве

Вкус пива относят к органолептическим показателям. Горький вкус пива вызван в основном горькими веществами хмеля, а также дубильными веществами как хмеля, так и оболочки солода и несоложенных злаков. Горькие вещества хмеля представлены мягкими и твердыми смолами. Мягкие смолы - это б-кислота (гумулон), в-кислота (лупулон), мягкие б- и в-смолы, г-кислота (гумулион), у-кислота (гулупон), а также в-фракция (сумма в-кислот и мягких смол). Твердые смолы разделяют на г- и у-смолы.

Среди горьких веществ наибольшая доля приходится на б-кислоту. При сушке и хранении хмеля она окисляется и полимеризуется с образованием мягкой б-смолы, а при более глубоком окислении - твердой смолы. При кипячении сусла б-кислота превращается в изо-б-кислоту, обладающую большей горечью и растворимостью в воде.

В составе в-кислот преобладает лупулон, который при кипячении сусла остается в хмелевой дробине. При окислении превращается в в-смолы, растворимые в сусле и пиве.

б-кислоты	изо-б-кислота
R: изобутил (гумулон); изопропил (когумулон); втор-бутил (адгумулон)

Растворимость мягких смол в сусле выше, чем кислот, из которых они образованы.

Твердые смолы, образующиеся при окислении кислот, обладают незначительной горечью, только у-твердая смола имеет грубую горечь и хорошо растворима в сусле и пиве.

В процессе получения пива часть горьких веществ теряется из-за их адсорбции на дрожжах и при всплытии на пузырьках СО₂. Лишь 20-40 % исходных горьких веществ присутствует в пиве.

Растворителем горьких веществ в пиве также, как и в сусле, служит хлороформ, причем надо отметить, что из всего комплекса горьких веществ б-горькая кислота (гумулон) при рН пива обладает наибольшей растворимостью и во много раз превосходит в этом отношении в-горькую кислоту (лупулон).

Оборудование: колбы на 75, 100 и 1000 см³, делительные воронки на 100 и 1000 см³, центрифуга, пипетка, бумажный фильтр, эксикатор, сушильный шкаф.

Реактивы: раствор серной кислоты, хлороформ, безводный сернокислый натрий.

Ход анализа: Пиво предварительно освобождают от главной массы углекислоты взбалтыванием и фильтрованием. Для чего пиво в количестве 250-400 см³ наливают в колбу емкостью около 1 дм³ и при комнатной температуре взбалтывают его, закрыв горло сосуда ладонью и приоткрывая сосуд, время от времени, пока прекратиться ощущение давления изнутри. Непрозрачное пиво следует отфильтровать.

400 см³ (V) пива помещают в колбу со стеклянной притертой пробкой емкостью 750 - 1000 см³, подкисляют их 5 см³ разведенной серной кислоты и добавляют 50 см³ хлороформа. Колбу устанавливают в «трясучку» и содержимое подвергают энергичному встряхиванию в течение 30 минут, после чего переливают его в делительную воронку емкостью 500--750 см³ и дают в течение нескольких часов отслоиться водной части от хлороформенной. Образовавшуюся хлороформенную эмульсию для разрушения подвергают центрифугированию в течение 10 - 15 минут при 2000 - 3000 об/мин. Водную часть в центрифужных пробирках тщательно декантируют, а прозрачный хлороформенный экстракт, отстоявшейся на дне пробирок, отсасывают пипеткой, просовывая копчик ее через слой светло-серой массы, скопившейся над хлороформом, и собирают его в делительную воронку на 80 - 100 см³.

После 5-10-минутного отстаивания хлороформенный слой собирают в колбочку емкостью 100 - 150 см³ с притертой стеклянной пробкой. В колбочку предварительно помещают около 15 г безводного сернокислого натра для сушки хлороформенного экстракта. Содержимое колбочки в течение 5 - 10 минут перемешивают, после чего хлороформенный экстракт фильтруют через небольшой бумажный фильтр.

30 см³ (V₁) фильтрата отбирают пипеткой в предварительно взвешенную круглодонную колбочку емкостью около 75 см³. Хлороформ отгоняют под вакуумом на кипящей водяной бане до полного его удаления. Колбочку с остатком выдерживают 1 час в эксикаторе (лучше в вакуум-эксикаторе с водоотнимающим веществом) и взвешивают. Допускается отгонка хлороформа без вакуума на водяной бане при 65-70 °С, а остаток в круглодонной колбе можно подвергать сушке в сушильном шкафу при 70 °С в течение 1 часа. Содержание горьких веществ (Х) в граммах в 1 дм³ пива находится по формуле:

где: m - вес остатка в колбе после отгонки хлороформа, в г;

V - объем пива, взятого для анализа, в см³;

V₁- объем фильтрата для анализа, в см³

Нормально в пиве содержится около 0,03-0,09 г горьких веществ в 1 дм³.

Контрольные вопросы:

1. Чем обусловлен горьких вкус пива?

2. Горькие вещества хмеля и их превращения в процессе получения пива;

3. Перечислите свойства б-кислот;

4. Сущность метода определения содержания б-кислот.

Лабораторная работа № 6

Определение спирта, действительного экстракта и

расчет сухих веществ в начальном сусле

Содержание массовой доли спирта и действительного экстракта находят дистилляционным или рефрактометрическим методами. Дистилляционный метод основан на отгонке спирта из навески пива и определении относительной плотности дистиллята и остатка пива после отгонки.

Оборудование: весы аналитические с наибольшим пределом взвешивания 200 г; баня водяная; шкаф сушильный; пикнометр, установка для атмосферной перегонки.

Реактивы: калия бихромат; кислота серная; спирт этиловый ректификованный; хромовая смесь: 1,2 г бихромата калия растворяют в 100 см³ серной кислоты.

Освобождение пива от двуокиси углерода. 250-300 см³ пива наливают в колбу вместимостью 1000 см³, доводят температуру до 20 °С, затем встряхивают, закрыв колбу ладонью, периодически приоткрывая ее, до тех пор, пока прекратится ощущение давления изнутри. Встряхивание повторяют два-три раза с интервалом в 5 мин. Непрозрачное пиво фильтруют через бумажный фильтр.

6.1. Определение массовой доли спирта

В сухую круглодонную колбу взвешивают 100 г пива, предварительно освобожденного от двуокиси углерода. Добавляют 50 см³ дистиллированной воды.

Затем колбу соединяют с холодильником и отгоняют 70-80 см³ пива в предварительно взвешенную приемную колбу, установ-ленную в сосуд с холодной водой. В приемную колбу предварительно наливают 5-10 см³ дистиллированной воды.

После отгонки к содержимому приемной колбы добавляют дистиллированной воды до массы жидкости 100 г (равной массе взятого пива) и перемешивают.

Определение относительной плотности: Пикнометр, тщательно вымытый хромовой смесью и дистиллированной водой и вы-сушенный до постоянной массы, взвешивают с точностью до четвертого десятичного зна-ка. Его наполняют бидистиллятом с температурой 19-21 °С немного выше метки, закрывают пробкой и погружают водяную баню с температурой (20,0±0,2) °С так, чтобы уровень воды в бане был немного выше уровня воды в пикнометре. Через 20-30 мин, не вынимая пикнометр из бани, при температуре 20 °С устанавливают уровень воды в нем так, чтобы нижний край мениска находился на одном уровне с меткой. Избыток воды в пикнометре отбирают полоской фильтровальной бумаги. Внутреннюю поверхность гор-ловины пикнометра выше метки тщательно вытирают фильтровальной бумагой.

Пикнометр закрывают пробкой, вынимают из бани, досуха вытирают сухим поло-тенцем и взвешивают с точностью до четвертого десятичного знака.

Наполнение пикнометра водой, установку уровня воды в нем и взвешивание прово-дят 3-4 раза, пока разница по массе будет не более 0,0030 г. Вычисляют среднее арифме-тическое значение массы пикнометра с водой.

Затем пикнометр освобождают от воды, ополаскивают 2-3 раза испытуемым раство-ром (раствор дистиллята) и заполняют им пикнометр чуть выше метки.

Термостатирование, установку уровня раствора и взвешивание пикнометра проводят описанным выше способом при температуре 20 °С. Проводят не менее двух параллельных опре-делений.

Относительную плотность раствора дистиллята (d) вычисляют по формуле:

где m - масса пикнометра с раствором дистиллята, г;

m₁- масса пикнометра, г;

m₂- масса пикнометра с дистиллированной водой, г.

Массовую долю спирта в процентах в зависимости от относительной плотности рас-твора дистиллята определяют по табл. 1 Приложения 2.

Если масса дистиллята отличается от массы пробы пива, значение, найденное по табл.1, умножают на поправочный коэффициент (К), вычисленный по фор-муле:

где m₄ - масса дистиллята, г;

m₅ - масса пива, г.

6.2. Определение массовой доли действительного экстракта

Остаток после отгонки спирта доводят в колбе дистиллированной водой до массы 100 г, перемешивают и определяют плотность пикнометром при температуре (20,0 ± 0,2) °С.

Относительную плотность раствора остатка после отгонки спирта (d₁) вычисляют по формуле:

где m₃ - масса пикнометра с раствором остатка после отгонки спирта, г.

Массовую долю действительного экстракта в процентах в зависимости от относи-тельной плотности раствора остатка после отгонки спирта определяют по табл. 2 Приложения 2.

Если масса разбавленного остатка отличается от первоначальной массы пробы пива, значение, найденное по табл. 2, умножают на поправочный коэффициент (К₁), вычислен-ный по формуле:

где m₆ - масса разбавленного остатка после отгонки спирта, г.

Вычисление проводят до второго десятичного знака. Расхождение между результа-тами двух параллельных определений одной и той же пробы пива при доверительной ве-роятности Р = 0,95 по абсолютной величине не должно превышать в процентах:

0,06 -- для массовой доли спирта,

0,03 -- для массовой доли действительного экстракта.

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое резуль-татов двух параллельных определений и выражают целым числом с одним десятичным знаком.

6.3. Расчет сухих веществ в начальном сусле

Массовую долю сухих веществ в начальном сусле (m₉) в процентах вычисляют по формуле:

где m₇ -массовая доля спирта в пиве, %;

m₈ -массовая доля действительного экстракта в пиве, %;

2,0665 - масса экстракта, расходуемая на получение 1 г спирта, г;

1,0665 - масса веществ, удаляющихся при брожении с получением 1г спирта, г.

Вычисление проводят до второго десятичного знака с последующим округлением до первого десятичного знака.

Расхождение между результатами двух определений одной и той же пробы в разных лабораториях при доверительной вероятности Р = 0,95 по абсолютной величине не долж-но превышать 0,3 %.

Контрольные вопросы:

1. По каким показателям оценивается качество пива?

2. Какие показатели качества пива определяются физико-химическими методами анализа?

3. Какие методы используются для определения содержания спирта и действительного экстракта?

4. На чем основан дистилляционный метод определения содержания спирта?

Раздел 3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДКИ

Оценка качества водки осуществляется по органолептическим и физико-химическим показателям.

Органолептический анализ включает оценку цвета, аромата и вкуса водки. К физико-химическим показателям относят крепость, щелочность, массовые концентрации альдегидов, сивушного масла, сложных эфиров и объемную долю метанола (см. Приложение 4).

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОДОК

7.1. Определение крепости

Метод основан на измерении объемной доли этилового спирта ареометром для спир-та в дистилляте, полученном после предварительной перегонки спирта из анализируемого изделия. Диапазон измерения объемной доли этилового спирта 0-100%. Метод может быть использован для определения содержания спирта в пиве, вине, водке и ликероводочных изделиях.

Оборудование: установка для атмосферной перегонки, ареометр.

Проведение анализа. 250 см³ водки, отмеренной мерной колбой соответствующей вместимости при температуре 20 °С, помещают в перегонную колбу вместимостью 500 см³. Мерную колбу ополаскивают два-три раза дистиллированной водой, сливая ее содержимое в перегонную колбу с таким расчетом, чтобы объем дистиллированной воды не превышал 60-100 см³.

Приемником для сбора дистиллята используют ту же мерную колбу, которой отмеривали анализируемую водку. В приемник наливают 10-15 см³ дис-тиллированной воды и погружают узкий конец стеклянной трубки холодильника для по-лучения водяного затвора. Затем приемную колбу помещают в баню с холодной водой или льдом и начинают перегонку.

После заполнения приемной колбы примерно наполовину ее опускают так, чтобы конец трубки холодильника не погружался в дистиллят. Конец трубки холо-дильника ополаскивают 5 см³ дистиллированной воды и продолжают перегонку без вод-ного затвора.

После заполнения приемной колбы дистиллятом на 4/5 объема перегонку прекраща-ют. Колбу с дистиллятом доливают дистиллированной водой немного ниже метки и вы-держивают в течении 20-30 мин при температуре 20 °С в водяной бане. Затем содержимое приемника доводят до метки дистиллированной водой и тщатель-но перемешивают.

Для измерения концентрации этилового спирта дистиллят наливают в стеклянный цилиндр осторожно по стенке цилиндра во избежание появления пузырьков воздуха. Цилиндр с дистиллятом помещают в водяную баню температурой 20 °С, в цилиндр опускают термометр и арео-метр и выдерживают в течение 10 мин, не допуская изменений тем-пературы. При этом ареометр берут за верхний конец стерж-ня, свободный от шкалы, опускают в дистиллят, по-гружая его до тех пор, пока до предполагаемой отметки ареометрической шкалы не останется 3-4 мм, затем оставляют ареометр в по-кое. По истечении 3 мин снимают отсчет показаний ареометра. Ареометр должен плавать в дистилляте, не касаясь стенок цилиндра.

Отсчет показаний ареометра проводят по нижнему краю менис-ка с точностью до 0,2 наименьшего деления.

Дистиллят не выливать!! Он будет использован при выполнении анализа по п.п. 7.2 - 7.6.

7.2. Определение щелочности

Щелочность водки определяют химическим ацидиметрическим методом и титриметрическим методом с применением потенцио-метра.

Ацидиметрический метод основан на титровании определенного объема водки ра-створом соляной кислоты до получения нейтральной реакции, ус-танавливаемой по индикатору.

Реактивы: раствор соляной кислоты концентрации 0,1 моль/дм³; индикатор.

Проведение анализа. Испытуемую водку в количе-стве 100 см³ помещают в коническую колбу вместимостью 250 см³ и титруют ее в присутствии раствора метилового красно-го раствором соляной кислоты концентрации 0,1моль/дм³ до перехода желтого оттенка раствора в розовый. По объему ра-створа соляной кислоты, пошедшего на титрование, судят о ще-лочности водки.

За окончательный результат анализа принимают среднее ариф-метическое результатов двух параллельных определений, которое округляют до первого десятичного знака.

7.3. Определение массовой концентрации альдегидов

Массовую концентрацию альдегидов в водке определяют с по-мощью типовых спиртовых растворов или фотоэлектроколориметрическим методом.

Фотоэлектроколориметрический метод основан на измерении оптической плотности испытуемого раствора после реакции при-сутствующих в анализируемой водке альдегидов с пирогаллолом А в сернокислой среде.

Реактивы: концентрированная серная кислота; 0,1 %-ный раствор пирогаллола А.

Оборудование: фотоэлектроколориметр КФК-3.

Проведение анализа. Водки, содержащие сахар, и водку «Посольская» перед анализом предварительно подвергают перегонке по методике, изложенной в п.7.1. Полученный дистиллят используют для определения массовой концентрации альдегидов.

В пробирку с пришлифованной пробкой вносят 2 см³ концент-рированной серной кислоты, затем осторожно по стенке пробирки приливают 5 см³ анализируемой водки или ее дистиллята и 1,5 см³ 0,1%-ного раствора пирогаллола А, не допуская смешивания этих растворов. Пробирку закрывают пробкой, ее содержимое энергич-но перемешивают и выдерживают в кипящей водяной бане в тече-ние 5 мин. Затем пробирку помещают в проточную холодную воду или в баню со льдом и охлаждают до комнатной температуры.

Образовавшуюся в результате проведенной реакции окраску ра-створа измеряют на фотоэлектроколориметре в кюветах с толщи-ной поглощающего свет слоя 10 мм при светофильтрах с длиной световой волны 440 нм по сравнению с дистиллированной водой.

Полученную величину оптической плотности используют для расчета количества альдегидов (мг/дм³ безводного спирта) по градуировочному графику, построенному по стандартным ра-створам ацетальдегида или по расчетному уравнению, выведенному на основании градуировочного графика (см. Приложение 3).

Расчетное уравнение имеет вид:

С_ал = AD - A₁;

где С_ал - массовая концентрация альдегидов, мг/дм³ безводного спирта;

А и А₁ -- расчетные коэффициенты, полученные экспериментально;

D -- опти-ческая плотность.

Расчетные коэффициенты в формуле необходимо опреде-лять для каждой марки фотоэлектроколориметра и партии исполь-зуемого пирогаллола А. Для этого следует построить градуировочный график зависимости оптической плотности от содержания аль-дегидов в водке.

Построение градуировочного графика. Для по-строения градуировочного графика используют типовые спиртовые растворы (стандартные образцы) с содержанием альдегидов (ацетальдегида) 2; 3; 4 и 10 мг в 1 дм³ безводного спирта.

Проводят колориметрическую реакцию этих растворов с раствором пирогаллола А по вышеописанной методике.

Полученные после колориметрирования значения оптических плотностей откладывают на оси ординат, а соответствующую этим значениям массовую концентрацию альдегидов - на оси абсцисс.

Оптическую плотность каждого раствора определяют не менее трех раз и из полученных значений находят среднее арифметическое.

Зависимость между оптической плотностью и количеством аль-дегидов в анализируемых растворах на градуировочном графике должна быть прямолинейной.

7.4. Определение массовой концентрации сивушного масла

Сивушное масло представляет собой смесь н-пропилового, изобутилового и амиловых спиртов. По внешнему виду оно представляет собой прозрачную жидкость без механических примесей от светло-желтого до красно-бурого цвета.

Массовую концентрацию сивушного масла в водке определяют визуально с помощью типовых спиртовых растворов (стандартных эталонов) или фотоэлектроколориметрическим методом, который основан на измерении оптической плотности анализируемого раствора, полученного пос-ле реакции присутствующих в водке высших спиртов (сивушного масла) с салициловым альдегидом в присутствии серной кислоты.

Реактивы: концентрированная серная кислота; 1,0 %-ный раствор салицилового альдегида.

Оборудование: фотоэлектроколориметр КФК-3.

Проведение анализа. Концентрированную серную кис-лоту в объеме 10см³ вносят в пробирку с пришлифованной пробкой, осторожно по стенке пробирки приливают 5 см³ испытуемой водки с таким расчетом, чтобы не произошло смешивания обеих жидко-стей, а образовалось два слоя. Затем приливают 0,7 см³ 1 %-ного спиртового раствора салицилового альдегида, пробирку закрывают пробкой, содержимое энергично перемешивают и выдерживают в кипящей водяной бане в течение 10 мин, отмечая время по секундо-меру. Затем пробирку погружают в проточную холодную воду или водяную баню со льдом для быстрого охлаждения реакционной смеси до комнатной температуры. Интенсивность образовавшейся в результате проведенной реакции желтой окраски измеряют не позд-нее чем через 5 мин на фотоэлектроколориметре любой марки при светофильтре с длиной световой волны 540 нм в кюветах с толщи-ной поглощающего свет слоя 20 мм, а затем сравнивают с дистилли-рованной водой.

Обработка результатов. Для расчета массовой концен-трации сивушного масла в водке следует внести поправ-ку на присутствующие в нем альдегиды, также реагирующие с сали-циловым альдегидом. Для этого из полученного после колориметрирования значения оптической плотности следует вычесть значе-ние расчетной оптической плотности, соответствующее тому количеству альдегидов, которое определено в анализируемой водке по графику или вычислено по уравнению (см. п. 7.3). Эти значения расчетных опти-ческих плотностей приведены в таблице:

Расчетные значения оптической плотности для определения

поправки на содержание сивушного масла в водке

Массовая концентрация альдегидов в водке в пересчете на уксусный, мг/дм3 безводного спирта	Расчетные значения оптической плотности по фотоэлектроколориметрам КФК-2 и КФК-3
1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 10,0	0,010 0,015 0,020 0,025 0,040 0,050 0,060 0,075 0,080 0,085 0,090 0,100 0,110

Величину оптической плотности, полученную после вычитания расчетной оптической плотности (поправка на альдегиды), исполь-зуют для расчета количества сивушного масла (мг/дм³ безводного спирта) по градуировочному графику, построенному по стандартным ра-створам сивушного масла или по расчетному уравнению, выведенному на основании градуировочного графика.

Расчетное уравнение имеет вид:

С_с.м. = КD - K₁,

где С_с.м. - массовая концентрация сивушного масла, мг/дм³ безводного спирта;

К и К₁ -- расчетные коэффициенты, полученные экспериментально;

D -- опти-ческая плотность.

Расчетные коэффициенты в формуле необходимо опреде-лять для каждой марки фотоэлектроколориметра, исполь-зуемого в работе. Для этого следует построить градуировочный график зависимости оптической плотности от содержания сивушного масла.

Построение градуировочного графика. Для по-строения градуировочного графика используют стандартные ра-створы, содержащие сивушное масло (смесь изоамилового и изобутилового спиртов (3:1)) в пересчете на безводный спирт в следующем количестве: 2; 3; 4; 8; 10 и 15 мг в 1 дм³.

Проводят колориметрическую реакцию указанных стандартных растворов с 1%-ным спиртовым раствором салицилового альдегида по методике, приведенной выше. По полученным после колориметрирования величинам оптических плотностей и массовой кон-центрации сивушного масла в анализируемых стандартных раство-рах строят градуировочный график, откладывая на оси абсцисс мас-совую концентрацию сивушного масла, а на оси ординат--опти-ческую плотность, соответствующую каждому содержанию сивушного масла в анализируемом растворе.

Определение проводят не менее трех раз и из полученных значе-ний находят среднее арифметическое.

Полученный градуировочный график используют для вычисления массовой концентрации сивушного масла в анализиру-емом растворе по величине оптической плотности.

7.5. Определение массовой концентрации сложных эфиров

Массовую концентрацию сложных эфиров в водке определяют фотоэлектроколориметрическим методом, который основан на измерении интенсивности окраски, полученной в процессе реакции хлорида железа с гидроксамовой кислотой, образующейся в результате взаи-модействия сложных эфиров испытуемой водки с гидрохлоридом гидроксиламина:

Гидроксамовая кислота с железом образует комплексное соединение.

Реактивы: раствор гидрохлорида гидроксиламина концентрации 0,05моль/дм³: навеску гидрохлорида гидроксиламина массой 69,6 г растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе вместимостью 500 см³, объем доводят до метки и перемешивают; раствор NaOH концентрацией 3,5моль/дм³: навеску NaOH массой 70,01 г растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе вместимостью 500 см³, объем доводят до метки и перемешивают; раствор хлорида железа (III) концентрации 0,1 моль/дм³; раствор соляной кислоты концентрации 4 моль/дм³; раствор этилацетата в этиловом ректификованном спирте: к навеске этилацетата массой 25,0 г, взвешенной в склянке с пришлифованной пробкой, приливают небольшое количество этилового ректификованного спирта концентрацией 96,4 % об. сортов «Люкс» или «Экстра». Полученный раствор количественно переносят в мерную колбу на 500 см³, куда предварительно наливают 50 см³ этилового спирта сортов «Люкс» или «Экстра». Объем склянки доводят спиртом до метки и перемешивают.

Оборудование: фотоэлектроколориметр КФК-3.

Подготовка к анализу. Перед определением массовой концентрации сложных эфиров в водках, содержащих сахара, име-ющие свободные альдегидную или кетонную группу (глюкоза, фруктоза, лактоза и др.), предварительно следует проводить пере-гонку, которую осуществляют по методике, изложенной в п.7.1.

Приготовление раствора реакционной смеси. Перед проведением анализа готовят раствор реакционной сме-си путем смешивания равных объемов раствора гидрохлорида гидроксиламина и раствора гидроксида натрия, учитывая, что на про-ведение анализа одного образца испытуемого спирта расходуется 12 см³ смеси. Полученную смесь перемешивают и используют для анализа не позднее чем через 6 ч с момента приготовления.

Проведение анализа. Для проведения анализа требует-ся приготовить испытуемые растворы А и Б.

В две конические колбы вместимостью 50 см³ вносят по 6 см³ ре-акционной смеси. Затем в первую колбу приливают 3 см³ раствора соляной кислоты и перемешивают в течение 1 мин. Содержимое этой колбы именуют раствором Б, а содержимое второй колбы - раствором А.

В обе колбы приливают по 18 см³ анализируемой водки и одно-временно осторожно перемешивают круговыми движениями в те-чение 2 мин.

Во вторую колбу с раствором А приливают 3 см³ раствора соляной кислоты и также перемешивают в течение 1 мин.

В обе колбы добавляют по 3 см³ раствора хлорида железа и одно-временно перемешивают их содержимое вышеописанным образом в течение 1 мин.

Интенсивность образовавшейся окраски анализируемого ра-створа А измеряют в сравнении с раствором Б в кюветах с шириной рабочей грани 50 мм при светофильтре с длиной световой волны 540 нм. Полученную величину оптической плотности используют для расчета содержания сложных эфиров (C_эф, в мг/дм³ безводного спирта) по градуировочному графику, построенному по стандартным ра-створам этилацетата или по расчетному уравнению, выведенному на основании градуировочного графика.

Расчетное уравнение имеет вид: C_эф = D*100/ 0,0256*C ,

где D - оптическая плотность;

0,0303- постоянный коэффициент, полученный экспериментально;

С- объемная доля этилового спирта в испытуемом образце водки, %.

Построение градуировочного графика. В пять мерных колб вместимостью 200 см³ вносят соответственно 1; 2; 4; 6 и 8 см³ основного стандартного раствора этилацетата, объем доводят до метки этиловым спиртом сорта «Люкс» или «Экстра» и переме-шивают. Получают рабочие стандартные растворы.

Полученные растворы используют для проведения реакции по вышеописанной методике. Оп-тическую плотность растворов измеряют в тех же условиях.

Одновременно проводят реакцию по приведенной методике с образцом этилового ректификованного спирта (безэфирного), ис-пользованного для приготовления стандартных растворов этилаце-тата.

Из значений оптических плотностей, измеренных после колориметрирования рабочих стандартных растворов, вычитают опти-ческую плотность, полученную после колориметрирования без-эфирного образца этилового спирта. В результате получают значе-ния оптических плотностей, соответствующие содержанию слож-ных эфиров 2,5; 5; 10; 15 и 20 мг/дм³.

На основании полученных данных строят градуировочную кри-вую, откладывая по оси абсцисс количество сложных эфиров в мил-лиграммах, а по оси ординат -- соответствующую величину опти-ческой плотности.