Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ И ОСВОЕНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
БУФЕРНОЙ ЕМКОСТИ МОЛОКА
Цель работы – Освоить метод определения буферной емкости молока.
Материальное обеспечение работы
Для проведения работы оборудуются три рабочих места. Для каждого рабочего места готовится по одному образцу: молока натурального по 0,5л, на подгруппу – 1,5л; молока с добавлением соды по 0,05л, на подгруппу – 0,15л; молока с добавлением аммиака по 0,06л, на подгруппу – 0,18л; молока с добавлением пероксида водорода по 0,01л, всего 0,03л. Всего на подгруппу: молока натурального – 1,5л, молока фальсифицированного – 0,4л.
К проведению работы готовятся следующая посуда и реактивы: конические колбы вместимостью 100-150 см3, пипетки на 25 см3, бюретка вместимостью 10 см3, бумага индикаторная универсальная, вода дистиллированная, 0,1%-ный раствор фенолфталеина, гидроксид натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3, соляная кислота с концентрацией 0,1 моль/дм3, 0,1%-ный раствор метилрота.
Краткие теоретические сведения
Все заменители женского молока имеют существенный недостаток – высокую буферную емкость в 3-4 раза превышающую буферную емкость женского молока. Высокая буферная емкость заменителей женского молока является причиной напряженной деятельности пищеварительных желез новорожденных, так как от ее величины зависит количество соляной кислоты, выделяемой желудком для получения необходимого рН желудочного содержимого, как при естественном, так и искусственном вскармливании.
Несоответствие буферных свойств женского молока и его заменителей обусловлено, прежде всего, высокой буферностью казеина коровьего молока, который связывает в 5 раз больше ионов водорода, чем такое же количество казеина женского молока. Буферная емкость зависит от концентрации белков, цитратов, фосфатов и других компонентов буферной системы, а также от способов коррекции белкового и минерального состава заменителей. При производстве заменителей женского молока нужно отказаться от введения цитратов калия и натрия для изменения характера сгустка при коагуляции казеина. Цитраты увеличивают и без того высокую буферную емкость заменителей примерно на 25%. Деминерализация молочной основы на 50-60% позволяет уменьшить буферную емкость на 20-25%. Снизить буферную емкость на 8-10% можно, используя гидролизованный казеин.
Значительно уменьшить буферную емкость можно при снижении общего содержания белка в молочных смесях до 1,5% и казеина до 30-34% (вместо обычных 40%), при снижении содержания кальция и фосфора до 30-50%, соответственно. Буферная емкость смеси составит в этом случае 26-27 мл/100 мл, т.е. только вдвое выше, чем в женском молоке. Такой результат следует считать вполне удовлетворительным.
Молоко обладает буферными свойствами за счет наличия в нем буферных систем: белковой, фосфатной, цитратной, бикарбонатной. Буферные системы, как известно, обладают способностью препятствовать изменению величины рН при добавлении кислоты или щелочи.
Буферная способность белков молока объясняется наличием в их молекулах аминных и карбоксильных групп. Кислота, добавленная в молоко, или образовавшаяся в результате молочнокислого брожения, связывается белками в соответствии с уравнением
N+H3 N+H3
R + H+ ↔ R
COO- COOH
Кислотная диссоциация белков незначительна, поэтому концентрация ионов водорода остается постоянной, в то время как титруемая кислотность возрастает.
Буферная способность фосфатов заключается во взаимном переходе гидрофосфатов и дигидрофосфатов. При добавлении (образовании) кислоты часть гидрофосфатов переходит в дигидрофосфаты:
HPO42- + H+ → H2PO4-
Поскольку анион H2PO4- слабо диссоциирует, то рН молока не изменяется, а титруемая кислотность возрастает.
При добавлении к молоку щелочи белки и фосфаты реагируют следующим образом:
N+H3 NH2
R + OH- ↔ R + H2O
COO- COO-
H2PO4- + OH- → HPO42- + H2O
Цитраты и гидрокарбонаты взаимодействуют с кислотой или щелочью аналогичным образом.
Количественной мерой буферных свойств молока является буферная емкость. Под буферной емкость понимают объем (см3) раствора гидроксида натрия с концентрацией 1 моль/дм3, или раствора соляной кислоты такой же концентрации, который требуется прибавить к 100 см3 молока, чтобы изменить рН молока на единицу.
Методы определения
К 10 см3 молока в колбе вместимостью 100-150 см3 добавляют 3 капли 0,1% раствора фенолфталеина (в 5%-ном этаноле) и титруют раствором гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3 до слабо-розового окрашивания. Другие 10 см3 молока титруют раствором соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм3 с добавлением 0,1%-ного раствора метилрота до появления красного окрашивания. Количество щелочи и кислоты в см3 рассчитывают на 100 см3 молока, что и будет характеризовать его буферность. При титровании молока щелочью реакция сдвигается с рН 6,8 до 8,2, а при титровании кислотой – с рН 6,8 до 4,7.
При сдвиге рН в кислую сторону буферность 100 см3 молока составляет в среднем около 20 см3 раствора соляной кислоты, а в щелочную – около 15 см3 раствора щелочи.
Буферную емкость молока по щелочи (Бщ) и буферную емкость молока по кислоте (Бк) рассчитывают по формулам:
где Кщ – объем раствора гидроксида натрия, пошедшего бы на 100 см3 молока, см3; Кщ = Vщ.титр·10;
Кк – объем раствора соляной кислоты, пошедшего бы на титрование 100
см3 молока, см3; Кк = Vк.титр·10;
рН нач – значение рН исследуемого молока;
рН кон – значение рН молока в конце титрования щелочью или кислотой;
10 - коэффициент пересчета растворов щелочи или кислоты с эквивалентной концентрацией 0,1 моль/дм3 в концентрацию 1 моль/дм3.