analiza wyklady

Wykład 1
Metody analizy żywności
Podręczniki:
M. Kryłowska - Kulas - Badanie jakości produktów spożywczych PWE
J. Budsławski, Z. Drabent – metody analizy żywności, WNT
U. Rutkowska – wybrane metody badania składu i wartości odżywczej żywności-PZWL
N. Baryłko - Piekielnia – Zarys analizy sensorycznej żywności WNT
E. Szyszko – Instrumentalne metody analityczne PZWL
W. Szczepaniak-Metody instrumentalne w analizie chemicznej PWN
B. Drzazga – Analiza techniczna w przemyśle spożywczym WSiP
Z. Witkiewicz – Podstawy chromatografii WNT O jakości żywności decyduje przede wszystkim jej skład chemiczny, uzależniony od: Warunków produkcji roślinnej i zwierzęcej Parametrów procesów technologicznych Opakowania Łańcucha logistycznego Analiza jakościowo-ilościowa składników żywości zależy à od podstawowych procesów, pozwalających na wnioskowanie o wartości odżywczej produktów spożywczych Potwierdzenie ich autentyczności oraz sprawdzanie prawidłowości przebiegu procesów technologicznych. Z punktu technologa żywności w odniesieniu do żywności człowieka to podstawowe składniki zawarte są w pożywieniu, ale żaden produkt nie zawiera wystarczających ilości poszczególnych składników w ilościach niezbędnych dla organizmy człowieka stąd istniej potrzeba znajomości składu i nierozerwalnych ................................. Analiza w przemyśle spożywczym ma na celu: kontrole jakości surowców kontrola przebiegu procesów technologicznych kontrola produktów spożywczych gotowych kontrola materiałów pomocniczych kontrola produktów przechowywanych określanie terminów przydatności do spożycia Zadanie przedmiotu to: przedstawienie metod oznaczanie ważniejszych składników żywności badania cech fizyko-chemicznych umiejętność interpretacji uzyskanych wyników Laboratorium analityczne: struktura organizacyjną zapewniającą możliwości zarządzania jakością Sterowanie jakością: określa metody i działanie stosowane w celu spełniania wymagań jakości, wykonywane przez personel laboratorium Akredytacja laboratorium formalne uznanie i potwierdzenie określonego dokumentu, że laboratorium jest kompetentne w wykonywaniu określonego............................................. Wewnętrzna i zewnętrzna kontrola jakości: np. oznaczania w produktach o znanym składzie określonego składnika lub w próbkach kontrolnych w celu sprawdzenia dokładności i powtarzalności przeprowadzonych oznaczeń zewnętrzna kontrola polega na organizowaniu badań międzylaboratoryjnych kontrola jakości wykonywania metodami instrumentalnymi: wykorzystanie reakcji w specjalnie skonstruowanych urządzeniach do badania składu chemicznego określonych rodzajów składników żywności np. określenie składu aminokwasowego białek roślinnych i zwierzęcych, określenia składu kwasów tłuszczowych różnego rodzaju olejach roślinnych i zwierzęcych............................. System jakości laboratorium: jest to zbiór procedur, których wprowadzenie ma zagwarantować, że działanie laboratorium analitycznego spełnia warunki stawiane .............................................. Biegłość analityczna: sprawdzanie poprawnego oznaczenia jednolitego lub kilku składników (analit) przestrzeganie odpowiednich warunków wykonywania analizy w układzie międzynarodowym Walidacja czyli proces doświadczalnego sprawdzenia procedur analitycznych. W przemyśle spożywczym wyróżniamy następujące działy analityczne analiza składu chemicznego
J wykonywana metodami fizycznymi – pomiary wybranych cech np. gęstości, lepkości
J wykonywana metodami chemicznymi obejmuje swoim zakresie analizę ilościowo-
wagową, jakościową i ilościowo-objętościową
J Wykonywana metodami instrumentalnymi – wykorzystanie specjalnych
skonstruowanych urządzeń do badań składu chemicznego określonych rodzajów składników żywności à np. określeniu składu aminokwasowego białek roślinnych i zwierzęcych
J Określenie składu kwasów tłuszczowych w różnego rodzaju tłuszczów roślinnych czy zwierzęcych
J Cukrów itp. Analiza mikrobiologiczna
J wykorzystywana jest do określenia rodzaju (jakościowego) oraz liczby (ilościowego)
drobnoustrojów (mikroflory) w surowcach, gotowych w produktach spożywczych, ale także w pomieszczeniach w których odbywa się produkcja żywności
J Badanie mikrobiologiczne można przeprowadzić: bezpośrednio – mikroskopowo pośrednio – po przeprowadzonej hodowli drobnoustrojów na specjalnych pożywkach
J Badanie i obserwacje drobnoustrojów odbywa się w warunkach sztucznych dzięki
hodowli mikroorganizmów na rożnego rodzaju podłożach w odpowiednio wyposażonych laboratoriach. Analiza sensoryczna
J obejmuje ocenę jakości surowców, półproduktów i produktów spożywczych gotowych
J prowadzana za pomocą narządów zmysłów: à wzrok, węchu, dotyku i smaku, oka,
nosa, skóry, języka
J w specjalnie przygotowanych i wyposażonych pracowniach przeznaczonych do oceny
organoleptycznej
J Trudność w uzyskiwaniu obiektywnych wyników oceny organoleptycznej polega nie
tylko na szukaniu wysoko uwrażliwionych osób do przeprowadzenia tej oceny, ale także na małej rozpiętości poszczególnych cech jakościowych, charakteryzujących dany produkt. Kryteria wyboru metody analitycznej zależą od:
J właściwości analizowanej próby
J postawionego zadania analitycznego
J wymagana precyzja i dokładność oznaczeń
J czułość i zakres oznaczanej metody
J wielkości próbki
J selektywności i specyficzności oznaczeń
J stan skupienia próbki
J możliwość rozkładu lub obróbki próbki (analiza niszcząca i nieniszcząca)
J czas wykonywania analizy
J koszt analizy Artykuły spożywcze podlegają normalizacji, której celem jest:: uporządkowanie procesów produkcyjnych ułatwianie procesów poprodukcyjnych zapewnienie odpowiedniej jakości Wszystkie dyrektywy związane z produkcją żywności opracowano od 1962r przez Komisja działającą w ramach ONZ:
FAO – Food and Agriculture Organization
WHO – World Health Organization
Utworzyły jedną wspólna Komisja FAO/WHO w celu opracowania:
Światowego kodeksu Żywnościowego – Codex Alimentariaius która zajmuje się różnymi aspektami zdrowotnymi żywności oraz higieny jej produkcji Wyróżniamy trzy typy norm z punktu widzenia treści merytorycznej: Normy przedmiotowe lub jakościowe precyzują wymagania jakościowe dla poszczególnych produktów z uwzględnieniem rodzaju opakowania, warunków magazynowania, transportu itp..
J W normach przedmiotowych lub jakościowych uwzględnia się dwie klasy jakościowe surowców i półproduktów lub gotowych wyrobów, w zależności od ich cech jakościowych lub poziomy zawartości poszczególnych składników Normy czynnościowe lub metodyczne
podające szczegółowe metody wykonywania oznaczeń zawartości odpowiednich składników lub cech jakościowych badanych produktów, a także pobierania próbek
J W normach czynnościowych lub metodycznych podaje się opisy dwóch metod z
wyszczególnieniem metody do szybkich orientacyjnych oznaczeń oraz precyzyjnej metody odwoławczej, której stosowanie jest niezbędne przy wykonywaniu analiz arbitrażowych. Normy znaczeniowe
ustalające jednolite słownictwo pojęcia, symbole itp.
J Obowiązujące w Polsce normy stanowiły akty prawne, a wymagania w nich
zawarte było obligatoryjne dla wszystkich zakładów i przedsiębiorstw produkcyjnych żywności – istniał także obowiązek oznakowywania produktów znakami i numerami odpowiednich norm. Normy Polskie – oznaczane symbolem PN – obowiązywały w całym kraju u były ustanawiane przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości (PKNMiJ) Normy branżowe – oznaczone symbolem BN – obowiązywały w określonej branży np. przemysły spożywczego i były zatwierdzane przez ministerstwo odpowiednich resortów Normy zakładowe – oznaczane symbolem ZN – obowiązywały w przedsiębiorstwach lub zakładach produkcyjnych i były zatwierdzone przez dyrektorów przedsiębiorstw lub central branżowych. Działanie Unijne sprowadzają się do opracowania wymagań jakościowych dla poszczególnych towarów – umożliwiających ich swobodnych przepływów Opracowane są podstawy prawodawstwa żywnościowego, jednolitego dla wszystkich krajów Unii. Powołanych zostało 31 Normalizacyjnych Komisji Problemowych (NKP), jako kolegialnych organów wykonawczych Komitetu zajmujących się gospodarką rolno-żywnościową NORMY ISO 9000 dotyczą certyfikacji procesów produkcyjnych. Produkty wykonywane na liniach technologicznych mające powyższe certyfikaty mogą bez przeszkód znajdować się w obrocie towarami miedzy polską a krajami unii Europejskiej. Obecnie opracowuje się normy z godnie z wymogami UE i towarami powinny mieć oznakowanie symbolami PN-EN Polskie Centrum bada i Certyfikacji jest upoważnione do dokonywania akredytacji laboratoriów (mających wysoko kwalifikowaną kadrę oraz specjalistyczną aparaturę), które na podstawie dokonywanych ocen mogą wydawać certyfikat ocenionym wyrobom. Działania te są ujęte w normach ISO 45000 Normy obowiązujące w krajach UE dzielą się na dwa rodzaje: normy poziome (horyzontalne) precyzują ogólne wymagania dla określonej grupy towarów normy pionowe (wertykalne), które dotyczą poszczególnych towarów Szczególną uwagę zwraca się na ochronę konsumenta w aspekcie żywieniowym, w aspekcie zdrowotnym oraz ekonomicznym. Producenci towarów są zobowiązaniami umieszczać informacje o składzie chemicznym i wartości odżywczej artykułów spożywczych na etykietach jednostkowych z artykułami spożywczymi. W laboratorium użytkowana aparatura do badań jest kalibrowana i w dobrym stanie technicznym do kalibracji aparatury stosowane są certyfikowane materiały odniesienia (substancje standardowe o wysokiej czystości chemicznej) istnieje i jest stosowane wewnętrzna kontrola jakości stosowana jest ocena jakości przez zewnętrzne, niezależne jednostki Podstawowy warunek dobrej pracy laboratorium analitycznego to aby stosowane metody były poddane procesowi WALIDACJI WALIDACJA METODY ANALITYCZNEJ: obejmuje proces, który polega na eksperymentalnych udokumentowaniu stopnia wiarygodności metody analitycznej i wykazaniu, że jest przydatna do rozwiązania danego zadania analitycznego. Walidacja czyli proces doświadczalnego sprawdzania procedury analitycznych powinien uwzględnić:
J Wybór krzywej kalibracji
J Określenia zakresu prostoliniowej krzywej kalibracyjnej
J Wyznaczanie czułości metody
J Badanie dokładni i precyzji metody
J Wyznaczenie granic wykrywalności i oznaczalności
J Określenie stabilności analitu
J Wyznaczenie odzysku analitu (np. w czasie ekstrakcji)
J Oszacowanie selektywności metody
Metody Analizy żywności Metody fizyczne:
J pomiar gęstości (ciężaru właściwego)
Pomiar gęstości roztworu: pomiar areometryczny (densymetryczny) pomiar piknometryczny pomiar hydrostatyczny
J J J: Areometr: pomiar densymetryczny – areometryczny
J zależność od temperatury i ciśnienia
J Porównanie gęstości ciała badanego gęstością wody przyjęta za wzorzec
1g/cm3 w temp 4°C tz gęstość rzeczywista
J Działalności odczytu może być obarczony błędami odpowiednia skala (błąd skalowania) błąd odczytu błąd temperatury
m=(v+hS)d
m – masa areometru
v – objętość banki areometru w cm3
S – powierzchnia przekroju trzpienia w cm2
h – głębokość zanurzenia trzpienia w cieczy cm
d – gęstości cieczy g/cm3
J Typy areometrów (densymetrów) gęstość jest wyrażona w g/cm3 gęstość wg stali umownej; gęstość w stopniach umownych; lub w procentach odpowiedniej substancji np. sacharozy, alkoholu areometry sacharozy: Ballinga (Blg), Brixa(Bx) % wagowy sacharozy areometry alkoholu: Richtera % wagowy etanolu, Trallesa % objętościowy etanolu
Stopnie umowne
Laktodensymetr – densymetr do pomiaru mleka
Soxhleta 22-38stL (LD)
Quevenne 15-40
Gerbera 20-40
J Z takich odczytów można wyliczyć gęstość wg wzoru:
D=1+(°L(LD))/1000
Temperatura skalowanie np 15°C – stosowane poprawki temperaturowe w odniesieniu do kalibracji areometr, odczyt wg menisku podanego na areometrze.
J J J Piknometr : Piknometryczne wyznaczanie gęstości
J zasada oznaczenia sprawdza się do porównania określonej objętości cieczy (objętość piknometru) o nieznanej gęstości z masą takiej samej objętości wody (objętości piknometru)
J jeśli pomiar wykonywany jest w powietrzu do otrzymujemy tzw. Gęstości względną wg wzoru:
p0 – masa piknometru
p1- masa piknometru z wodą
p2-masa piknometru z badanym roztworem w g
J Gęstość bezwzględna gdy odniesiemy do tej samej objętości w temp wody 4°C
J J J Waga hydrostatyczna Pomiary hydrostatyczne:
J stała objętość nurnika (5 cm3)
J różna masa roztworu wypieranego przez nurnik, a zależność od gęstości badanego roztworu (oznaczenia do 4-tego miejsca)
J Waga Westphala-Mohra jest skalowana w temp 15°C i wykazuje gęstość w odniesieniu do tej temperatury wody.
J Skalowanie i sprawdzanie wagi powinno być każdorazowo wykonane przed pomiarem gęstości
J Pomiar gęstości może służyć do określenia zawartości ekstraktów-czyli suchej pozostałości roztworów, którą może oznaczyć na podstawie tablic jeśli zwierają tylko jeden czysty składnik np. sacharozę.
Wykład 2
Kwasowość surowców i produktów spożywczych oraz metody jej oznaczania. Jednym z wielu parametrów określających jakości surowców i produktów spożywczych jest kwasowość. Poziom kwasowości pozwala określić stan ich świeżości o stopniu niekorzystnych przemian biologiczno-chemicznych przebiegających w danych surówkach lub gotowych produktach: zbyt długi okres przechowywania nieodpowiednie warunki magazynowania czy też o skutkach nieprawidłowo przeprowadzonych procesów technologicznych PODZIAŁ KWASOWOŚCI: Kwasowość ogólna
kwasowość potencjalna, miareczkowa – określa zawartość w danym produkcie lub surowcu substancji chemicznych o charakterze kwaśnym w szczególności kwasów nieorganicznych, organicznych lub ich soli wykazujących hydrolizę kwasową
oznaczana metodą ALKACYMETRYCZNĄ
ALKACYMETRIA Kwasowość czynna
kwasowość rzeczywista, aktualną – wyraża stężenie jonów wodorowych [H+] w badanym roztworze, (pH – roztworu)
oznaczana metodą POTENCJOMETRYCZNĄ I KOLORYMETRYCZNĄ KWASOWOŚĆ CZYNNA
Kwasowość czynna wyraża nam stężenie jonów wodorowych [H+] powstałych w wyniku dysocjacji kwasów zawartych w badanym roztworze.Oznacza się ja przez pomiar pH danego roztworu:
pH = -log [H+] WYKŁADNIK WODOROWY pH
- Woda dysocjuje
- Stała dysocjacji dla wody
- Stała Dysocjacja wody w temp 25°C
= 1,99 * 10-16 55,5 = 1,008*10-14 à 10 –14 ILOCZYN JONOWY WODY:
[H+] * [OH-] = 10-14
- Ma stałą wartość nie tylko dla wody, ale również dla wszystkich roztworów wodnych.
- W czystej wodzie stężenie jonów H+ jest równe stężeniu jonów OH- a wiec środowisko jest obojętne
[H+]=[OH-]=10-7
- Dla środowiska kwaśnego:
[H+] > 10-7 > [OH-]
- Dla środowiska zasadowego:
[H+] < 10-7 < [OH-] WYKŁADNIK pH: (Sorensen 1909) [H+]=10-pH
log[H+]=log10-pH
log[H+]= -pH log 10
pH = - log [H+]
pOH = -log[OH-] à miedzy pH i pOH istnieje zależność:
pH + pOH = 14 METODY OZNACZANIA pH ROZTWORU: Metoda kalorymetryczna:
stosuje się odpowiednie wskaźniki, które zmieniają zabarwienie w zależności od pH badanego roztworu metoda potencjometryczna:
pomiar siły elektromotorycznej SEM ogniwa złożonego z dwóch odpowiednich elektrod zanurzonych w badanym roztworze w warunkach bezprądowych. WSKAŹNIK pH (indykatorowy)
Wskaźnik pH (indykatory) są to substancje chemiczne, reagujące specyficznie na obecność jonów H+ i OH- w środowisku, w którym się znajduje. Są t o słabe kwasy H-R lub zasady R-OH organiczne. Charakteryzują się taką właściwością, że w forma zdysocjowana do jonów ma inne zabarwienie niż forma cząsteczkowa.
Dysocjacja wskaźnika lub jego przechodzenie w formę cząsteczkową uzależnione jest od obecności jonów H+ i OH- w środowisku, w jakim dany wskaźnik się znajduje. Wskaźniki mają określone zakresy pH, w których zmieniają swoje zabarwienie.
Np. oranż metylowy (wskaźnik kwasowości) w środowisku kwaśnym (pH 4) przyjmuje żółta (forma zdysocjowana, jonowa) Oranż metylowy (3,1-4,4)
Zmienia swoje zabarwienie z czerwonego (środowisko kwaśne) na żółte (środowisko zasadowe) Fenoloftaleina (8,2-10)
W środowisku kwaśnym à bezbarwna, a w zasadowym à malinowa (ciemnoróżowa) WSKAŹNIKI
Mają kreślone zakresy pH w których zmieniają swoje zabarwienie. Można je stosować same albo w mieszaninie z obojętnym barwnikiem, na którego tle zmienia zabarwienie wskaźnika głównego, jest lepiej widoczny
np. wskaźnik Toshiro (czerwień metylowa + błękit metylenowy) W środowisku kwaśnym:
Czerwień metylenowa (pomarańczowa) + błękit metylenowy (fioletowy) à malinowe W środowisku zasadowym:
Czerwień metylenowa (żółta) + błękit metylenowy (fioletowy) à zielone KOLORYMETRYCZNE METODY OZNACZANIA pH : Metody te oparte są na oznaczaniu pH badanego roztworu przez porównanie jego zabarwienia (po dodaniu odpowiedniej ilości wskaźnika) z barwa wzorcową (roztworu buforowego o znanym pH z dodanym tym samym wskaźnikiem) Wskaźniki uniwersalne – zmieniają barwę stopniowo w szerokim zakresie pH ; porównanie ze skalą wzorców (metoda szybka) METODY POTENCJOMETRYCZNEGO OZNACZANIA pH ROZTWORU:
Potencjometryczne oznaczanie stężeń jonów H+ polega na pomiarze siły elektromotorycznej SEM, czyli różnicy potencjałów ogniwa zbudowanego z dwóch elektrod: elektrody wskaźnikowej i elektrody porównawczej zanurzonych w badanym roztworze
- elektrody wskaźnikowe potencjał tych elektrod ustala się w zależności od stężeń jonów wodorowych [H+]
np. szklana, chindyhydronowa
- elektrody porównawcze
mają stały potencjał
np. kalomelowa.
Elektroda szklana:
Elektroda kalomelowa (porównawcza)
Hg|Hg2Cl Hg|KCl
Jeżeli z elektrody odbierane są elektrony to z atomów rtęci powstają jony rtęciawe i przechodzą do roztworu KCl
Ponieważ roztworu KCl jest już nasycony jonami rtęci pochodzącymi z kalomelu następuje wytrącenie kalomelu i usuwanie jonów Cl- z roztworu
SILA ELEKTROMOTORYCZNA E
SEM powstałego ogniwa równa się różnicy potencjałów elektrody odniesienia ( Πodniesienia ) i elektrody wskaźnikowe ( Πwskaźnikowe )
E= Πodniesienia * Πwskaźnikowe Potencjał elektrody wskaźnikowe szklanej
R- stała gazowa
T – temperatura bezwzględna
n – liczba elektronowa, biorących udział w procesie elektrochemicznym
Π0 – potencjał normalny elektrody odniesiony do wartości potencjału normalnej elektrody wodorowej
F- stała farradaya
R=8.32
F=9650
N=1
Πwskaźnikowe = Π0 + 0.0001948T log[H+]
Πwskaźnikowe = Π0– 0.0001948T Ph
E= Πodniesienia – Π0+ 0.0001948T pH ROZTWORY BUFOROWE;
Roztworami buforowymi albo mieszaninami buforowymi (buforami) nazywamy roztwory, które utrzymują stałą wartość pH przy dodawaniu niewielkich ilości kwasów lub zasad, jak również przy rozcięczaniu roztworów. Charakteryzuje je pojemność buforowa.
Jako roztwory buforowe najczęściej stosowane są: Roztwory słabych kwasów i ich soli z mocnymi zasadami Roztwory słabych zasad i ich soli z mocnymi kwasami. Mogą być stosowane roztwory sOli wielowodorotlenowych np. KH2PO4, Na2HPO4 POJEMNOŚĆ BUFOROWA:
Miarą pojemności buforowej β jest stosunek dodanej do roztworu ilości kwas lub zasady Δ w molach na litr do uzyskania przez ten dodatek zmiany pH SUBSTANCJE KSZTAŁTUJĄCE KWASOWOŚC PRODUKTÓW: kwasy organiczne, szczególnie: cytrynowy jabłkowy winowy bursztynowy - COO szczawiowy - COOH COOH kwasy tłuszczowe, stanowiące produkty częściowej hydrolizy tłuszczów: masłowy – CH3CH2CH2COOH palmitynowy - stearynowy oleinowy linolenowy kwasy powstające w procesach fermentacyjnych cukrów, lub celowo dodawane do niektórych produktów, np. do marynat octowyCH2COOH propionowy – CH3CH2COOH mlekowy – CH3CH(OH)COOH
Na kwasowości produktów spożywczych wpływają również białka i produkty ich rozkładu (peptydy, polipeptydy, aminokwasy). Dlatego oznaczenie kwasowości ogólnej produktów spożywczych służy określeniu ich świeżości np. mleko i jego przetwory. OZNACZENIE KWASOWOSCI OGÓLNEJ SUROWCÓW I PRODUKTÓW SPOŻYWCZYCH Oznaczenie kwasowości ogólnej me...