Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
(образован в 1953 году)
Кафедра органической, физической и коллоидной химии
Ю.И.Блохин, В.С.Падалкина, В.И.Канидьева
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ В ПИЩЕВЫХ БИОТЕХНОЛОГИЯХ
Лабораторный практикум
для студентов технологических специальностей всех форм обучения
Москва – 2007
УДК 547
Авторы: Блохин Ю.И., Падалкина В. С., Канидьева В. И.
Органическая химия в пищевых биотехнологиях. Лабораторный практикум – М., МГУТУ, 2007
В лабораторном практикуме в краткой форме и систематически изложены указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Органическая химия в пищевых биотехнологиях». Описаны методика и практическая часть эксперимента, проведение которого позволяет студентам реально подтвердить свои теоретические знания о различных соединениях органической природы, формирующих питательные и вкусовые качества пищевого продукта, полученного на их основе.
Настоящий лабораторный практикум составлен в соответствии с учебными планами для студентов технологических специальностей, товароведения и экспертизы товаров, предназначен для всех форм обучения (очной, полной и сокращенной заочной, вечерней).
Авторы: Блохин Юрий Иванович, д.х.н., профессор
Падалкина Валентина Стефановна, к.х.н., доцент
Канидьева Валентина Ивановна, вед. инженер
Рецензент: Буянов Владимир Никитович, д.х.н., профессор
(кафедра органической химии
Российского химико-технологического
университета им. Д.И. Менделеева)
Редактор: Свешникова Н.И.
Московский государственный университет технологий и управления, 2007
109004, Москва, Земляной вал, 73
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Краткие указания к практическим занятиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Правила работы в лаборатории органической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Первая помощь при несчастных случаях в лаборатории . . . . . . . . . . . . . . . 7
БЕЛКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Опыт №1. Обнаружение в пищевых объектах растворимых белков
(биуретовая реакция) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Опыт №2. Ксантопротеиновая реакция (наличие ароматических колец) . . 9
Опыт №3. Реакция на слабосвязанную серу (реакция Фоля) . . . . . . . . . . . . .9
Опыт №4. Высаливание белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Опыт №5. Осаждение белков спиртом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Опыт №6. Денатурация белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
УГЛЕВОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Опыт №7. Получение кислотным гидролизом ксилозы из ксиланов . . . . . . 13
Опыт №8. Кислотный гидролиз крахмала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Опыт №9. Ферментативный гидролиз крахмала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Опыт №10. Осаждение пектиновых веществ из раствора . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Опыт №11. Проба на галактуроновую кислоту (по Эрлиху) . . . . . . . . . . . . . 16
Опыт №12. Испытание желирующей способности пектина . . . . . . . . . . . . . 16
ЛИПИДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Опыт №13. Получение мыла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Опыт №14. Растворение мыла в воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Опыт №15. Гидролиз мыла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Опыт №16. Выделение свободных жирных кислот из мыла . . . . . . . . . . . . . . 18
Опыт №17. Сравнение ненасыщенности жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Опыт №18. Открытие липидов (акролеиновая проба) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Опыт №19. Превращение олеиновой кислоты в элаидиновую . . . . . . . . . . . . .
кислоту – элаидиновая проба . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Консерванты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Опыт №20. Получение бензоата натрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Ароматизаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Опыт №21. Доказательство наличия альдегидной группы в ванилине . . . . . . 22
Опыт № 22. Получение изоамилацетата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Опыт №23. Получение этилформиата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Пищевые красители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Опыт №24. Экстракция каротина растительными жирами . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Опыт №25. Влияние рН среды на цвет красителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Опыт №26. Растворимость куркумина в разных растворителях . . . . . . . . . . . . 24
Сахарозаменители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Опыт №27. Доказательство наличия гидроксильных групп в сорбите . . . . . . 25
Вещества, изменяющие структуру пищевых продуктов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Опыт №28. Доказательство белковой природы желатина . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Опыт №29. Применение ПАВ для стабилизации водно-жировой эмульсии . . 26
Пищевые загрязнители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Опыт№30. Качественная реакция на загрязнители, присутствующие в . . . . . .
питьевой воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Тематический план лабораторных занятий для студентов
технологических специальностей 3 курса Д.Ф.О………………………………. 29
Тематический план лабораторных занятий для студентов 2 курса Д.Ф.О.,
специальность 351100……………………………………………………………...30
Тематический план лабораторных занятий для студентов
технологических специальностей 2(с) курса Д.Ф.О…………………………….31
Тематический план лабораторных занятий для студентов
1(с) курса В.Ф.О., специальность 351100………………………………………..32
Тематический план лабораторных занятий для студентов
технологических специальностей 3 курса В.Ф.О……………………………….33
Тематический план лабораторных занятий для студентов
2 курса В.Ф.О., специальность 351100………………………………………......34
Тематический план лабораторных занятий для студентов
технологических специальностей 3 курса З.Ф.О………………………………..35
Тематический план лабораторных занятий для студентов
технологических специальностей 2(с) курса З.Ф.О……………………………..36
Тематический план лабораторных занятий для студентов
технологических специальностей 2 курса З.Ф.О………………………………..37
Тематический план лабораторных занятий для студентов
технологических специальностей 3 курса З.Ф.О………………………………..38
“Знание – столь драгоценная вещь, что его
не зазорно добывать из любого источника”
(Абу-аль-Фарадж)
ВВЕДЕНИЕ
Органическая химия является основным источником знаний о природе соединений, входящих в различные продукты питания.
Органическая химия в пищевых биотехнологиях рассматривает изменение основных групп органических соединений в результате различных технологических процессов.
Питательная ценность продуктов обусловлена наличием белков, углеводов, липидов и других органических веществ. Эти группы соединений являются не только источниками энергии, они активно участвуют в различных биохимических процессах, происходящих в организме.
Знание о химических превращениях этих веществ позволяет осознанно проводить различные технологические процессы при производстве продуктов питания.
В пищевых биотехнологиях используется также большое количество органических соединений различного строения (пищевые добавки) для изменения физико-химических свойств продуктов, увеличения срока их хранения, обогащения органолептических характеристик.
Цель настоящего лабораторного практикума – ознакомить студентов с основными химическими свойствами белков, углеводов, липидов, важных с точки зрения технологических процессов, а также качественными реакциями, характерными для этих соединений.
В лабораторном практикуме рассматриваются также различные пищевые добавки (ароматизаторы, консерванты, загустители, подсластители, красители и т.д.) их физико-химические свойства, синтез и характерные реакции, позволяющие определить строение указанных веществ.
Учитывая, что экологическая безопасность воды и пищевых продуктов приобретает всё большее значение в жизни человека, в практикуме рассматривается способ определения загрязнителей в пищевых продуктах.
Настоящий лабораторный практикум предназначен для студентов технологических специальностей и товароведов всех форм обучения (очной, заочной (полной и сокращенной) и вечерней).
Выполнению практических занятий по органической химии в биотехнологиях предшествует самостоятельная домашняя подготовка студентов: работа с учебниками, учебными пособиями, лекционными записями.
На первом занятии студенты ознакомятся с правилами техники безопасности, каждый студент должен расписаться в специальном журнале.
Работать в лаборатории студенты должны в халатах.
При выполнении опытов в лаборатории студенты обязаны соблюдать следующие основные правила работы:
– при выполнении каждого опыта вначале необходимо внимательно ознакомиться с описанием опыта, а затем приступать к его выполнению. Обращать особое внимание на те пункты, в которых указано “Осторожно!”;
– при использовании реактивов общего пользования поддерживать на полках порядок в расположении склянок с растворами и веществами; не перемещать их на другое место, ставить на полку так, чтобы надпись на склянке была хорошо видна всем работающим на этом месте. Склянки с летучими веществами после пользования следует быстро закрывать пробками;
– при выполнении опыта необходимо брать количество реактива, указанное в описании. Если количество реактива взято больше, чем необходимо для проведения опыта, лишнее количество выливать или пересыпать из пробирки в общие склянки не разрешается, во избежание порчи реактивов и растворов;
– при выполнении опытов с нагреванием необходимо пользоваться держателем пробирок. При нагревании отверстие пробирки должно быть направлено во внутреннюю сторону вытяжного шкафа;
– при нагревании пробирки с реакционной смесью наружная сторона пробирки должна быть сухой, в противном случае она лопнет;
– при работе с газоотводной трубкой необходимо сначала удалить нижний конец трубки из жидкости, а затем убрать горелку из-под пробирки с реакционной смесью;
– работу с летучими и сильно пахнущими веществами производить в вытяжном шкафу;
– при пользовании кислотами и щелочами исключить возможность попадания их на руки, лицо, одежду;
запрещается пробовать химические вещества на вкус, всасывать ртом любые жидкости в пипетки. При исследовании запаха вещества следует осторожно направлять к себе его пары легким движением руки;
– при воспламенении горючих веществ немедленно принимать меры к тушению огня (накрыть асбестовой сеткой, чашкой или засыпать песком). В случае большого очага пожара пользоваться огнетушителем;
– в конце работы убрать свое рабочее место и вымыть лабораторную посуду общего пользования. Качество уборки рабочих мест проверяет дежурный по группе, который уходит из лаборатории последним.
Первая помощь при несчастных случаях в лаборатории
При порезах стеклом необходимо промыть рану 2%-ным раствором перманганата калия (при сильном кровотечении рану обрабатывают перекисью водорода или ватным тампоном, смоченным 10%-ным раствором хлорида железа), смазать йодной настойкой и забинтовать.
При термических ожогах, чтобы предупредить образование пузырей нужно смочить обоженное место крепким настоем чая, содержащего танин – противоожоговое средство или наложить компресс из ваты или марли, смоченной этим раствором.
При ожогах кислотами и щелочами, пораженный участок кожи следует быстро промыть большим количеством воды, после чего на обоженное место наложить примочку: при ожогах кислотой – из 2%-ного раствора питьевой соды, при ожогах щелочью – из 2%-ного раствора борной кислоты.
При ожогах бромом пораженное место необходимо обработать 1%-ным раствором карбоната натрия (пока не исчезнет бурая окраска брома), а затем наложить компресс из ваты или марли, смоченной 5%-ным раствором мочевины.
При ожогах фенолом следует промыть пораженный участок кожи водой и наложить компресс из ваты или марли, смоченной глицерином.
БЕЛКИ
Любой организм животного, растительного и микробиологического происхождения состоит из белков, которые относятся к органическим веществам, определяющим наиболее важные процессы, протекающие в живых организмах. Без белков невозможно представить себе жизнь.
Белки – важнейшая составная часть пищи человека и животных; поставщик необходимых им α-аминокислот.
Опыт №1. Обнаружение в пищевых объектах растворимых белков (биуретовая реакция)
Своё название реакция получила от производного мочевины – биурета, имеющего (как и белок) группировку –СО-NH– и дающего, соответственно, то же окрашивание.
Объект исследования: горох, водная вытяжка из сыра, водный раствор желатина
Рективы:
Раствор 0,2н сульфата меди
Раствор 2н гидроксида натрия
В одну пробирку помещают горошину и заливают водой ~4 мл. Содержимое энергично взбалтывают. Затем из неё отливают в другую пробирку ~1 мл раствора.
Во вторую пробирку наливают водную вытяжку из сыра ~1 мл.
В третью пробирку приливают водный раствор желатина ~1 мл.
В каждую из трёх подготовленных к анализу пробирок с исследуемыми объектами наливают ~1 каплю раствора сульфата меди и 2 капли раствора гидроксида натрия. Наблюдается появление розово-фиолетовой окраски, указывающей на наличие в белковых молекулах пептидных связей.
Схему реакции можно представить следующими уравнениями:
2NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2↓
Объект исследования: водный раствор белка, полученный экстракцией
гороха (опыт №1), водная вытяжка из сыра, водный раствор желатина
Реактивы:
Концентрированная азотная кислота
Раствор 2н гидроксида натрия
В каждую из трех пробирок наливают по ~1 мл водного раствора, полученного экстракцией гороха (опыт №1), водной вытяжки из сыра и водного раствора желатина. Затем в каждую из этих пробирок приливают ~0,5 мл концентрированной азотной кислоты и содержимое нагревают до кипения. Образуется сгусток желтого цвета. При добавлении к нему щелочи окраска становится оранжевой в связи с ионизацией фенольной гидроксильной группы и увеличением вклада иона в сопряжение. Эта реакция указывает на наличие в белках аминокислот, содержащих ароматические кольца.
Опыт №3. Реакция на слабосвязанную серу (реакция Фоля)
Объект исследования: водный раствор белка, полученный экстракцией гороха (опыт №1), водная вытяжка из сыра, водный раствор желатина.
Реактивы:
Раствор 2н гидроксида натрия
Раствор 5%-ный ацетата свинца (II)
В каждую из трёх пробирок наливают ~1 мл исследуемого раствора. Далее прибавляют такой же объём 2н раствора гидроксида натрия. Содержимое пробирок нагревают в пламени спиртовки до кипения. Затем к горячему раствору добавляют ~1 мл ацетата свинца и нагревают до кипения. В результате гидролиза происходит отщепление серы в виде сульфида натрия, который с плюмбитом натрия даёт чёрный или бурый осадок сульфида свинца.
Реакция протекает в соответствии с уравнениями:
CH2-CH-COOH + 2NaOH CH2-CH-COOH + Na2S
|
HS NH2 HO NH2
цистеин серин
(СН3СОО)2Pb + 4 NaOH Na2PbO2 + 2CH3COONa + 2 H2O
ацетат свинца плюмбит натрия
Na2S + Na2PbO2 + 2H2O PbS + 4NaOH
сульфид натрия сульфид свинца
Высаливание – обратимая реакция осаждения белков из раствора с помощью высоких концентраций нейтральных солей: хлорида натрия, сульфата аммония и др. При высаливании происходит дегидратация макромолекул белков и устранение заряда. На процесс высаливания влияет ряд факторов: гидрофильность белка, его относительная молекулярная масса. Поэтому для высаливания различных белков требуется разные концентрации одних и тех же солей. Например, в концентрированном растворе сульфата аммония (NH4)2SO4 глобулины осаждаются, так как имеют большую молекулярную массу, чем альбумины. Альбумины же в таком растворе растворяются.
Объект исследования: яичный белок
Реактивы:
Насыщенный раствор сульфата аммония
В колбу приливают ~5 мл яичного белка добавляют равный объем насыщенного раствора сульфата аммония и перемешивают. Получается полунасыщенный раствор сульфата аммония, в котором выпадает осадок яичного глобулина. Через ~5 мин осадок отфильтровывают через бумажный фильтр в другую колбу. В фильтрате остается белок – яичный альбумин.
Для высаливания альбуминов к фильтрату добавляют порошок сульфата аммония до полного насыщения, т.е. до тех пор, пока новая порция порошка не останется нерастворенной. Выпавший осадок альбумина отфильтровывают через бумажный фильтр в колбу. С фильтратом проводят биуретовую реакцию. Отрицательная реакция указывает на отсутствие белка в фильтрате (т.е. белки разделены и выделены).
Объект исследования: яичный белок
Реактивы:
Этиловый спирт
В пробирку наливают 1мл белка и добавляют равный объем этанола, образуется осадок.
Спирт дегидратирует молекулы белка, понижая их агрегативную устойчивость, аналогично на белки действует ацетон.
При добавлении к полученному осадку воды наблюдается растворение хлопьев белка (обратимое осаждение).
Пространственная структура белков способна нарушаться под влиянием ряда факторов – химических реагентов, повышенной температуры, изменения рН среды, облучения УФ-светом, механическом действии (например, сильном перемешивании растворов).
Разрушение природной (нативной) макроструктуры белка называется денатурацией. Первичная структура белка при денатурации сохраняется, а вторичная, третичная и четвертичная структуры разрушаются. У денатурированных белков снижается растворимость, и они легко выпадают в осадок, у них также исчезает биологическая активность.
а) Осаждение белков концентрированными минеральными кислотами
Объект исследования: раствор яичного белка
Реактивы:
Азотная кислота концентрированная
Серная кислота концентрированная
В две пробирки наливают по ~10 капель концентрированных кислот: в первую азотную, а во вторую серную. Наклоняют пробирку под углом 45о и в каждую осторожно по стенке пробирки наливают по каплям такой же объем белка (~10 капель) так, чтобы обе жидкости не смешивались. На границе двух слоёв жидкости образуется осадок в виде небольшого кольца. При добавлении избытка кислоты осадок исчезает.
б). Осаждение белков органической кислотой
Объект исследования: раствор яичного белка
Реактивы:
Раствор 10%-ный трихлоруксусной кислоты
В пробирку наливают ~1мл раствора белка и добавляют ~2-3 капли 10%-ной трихлоруксусной кислоты. Белок выпадает в осадок.
в). Осаждение белков фенолом
Объект исследования: раствор яичного белка
Реактивы:
Раствор 1%-ный фенола
В пробирку наливают ~1 мл раствора белка и такой же объем раствора фенола. Смесь мутнеет вследствие денатурации белка.
Объект исследования: раствор яичного белка
Реактивы:
Раствор 5%-ный ацетата свинца (II)
В две пробирки помещают по ~2 мл раствора белка. В каждую из них по каплям добавляют раствор ацетата свинца (до образования осадка). Затем в одну из пробирок добавляют избыток раствора ацетата свинца. Наблюдают пептизацию – образование коллоидного раствора.
Осаждение белков тяжелыми металлами – необратимый процесс.
д). Денатурация белков под воздействием температуры
Объект исследования: раствор яичного белка
В пробирку приливают ~1 мл раствора яичного белка. Содержимое пробирки нагревают в пламени спиртовки до появления помутнения или хлопьев.
УГЛЕВОДЫ
Углеводы входят в состав клеток и тканей растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. В живой природе они имеют большое значение как источники энергии (в растениях – крахмал, в животных организмах – гликоген); структурные компоненты (целлюлоза, хитин); составные элементы жизненно важных веществ (витамины, нуклеиновые кислоты). Некоторые углеводы используются как производные при получении пищевых добавок, которые широко применяются в последнее время в пищевой промышленности.
Опыт №7. Получение кислотным гидролизом ксилозы из ксиланов
Ксилоза является составной частью полисахаридов ксиланов, содержащихся в древесине лиственных пород, соломе, отрубях, шелухе подсолнечника, скорлупе орехов и т.п., откуда может быть выделена кислотным гидролизом:
Объект исследования: мелкоизмельчённая шелуха подсолнечника
Реактивы:
Раствор 2н серной кислоты
Раствор 2н гидроксида натрия
Раствор 0,2н сульфата меди
В пробирку помещают на кончике шпателя шелуху подсолнечника и добавляют ~1 мл 2н серной кислоты. Реакционную смесь нагревают в пламени спиртовки, доводят до кипения и продолжают процесс ещё в течение 1-2 минуты. При нагревании необходимо пробирку держать наклонно и слегка встряхивать, чтобы раствор не выбросило. Пробирку охлаждают на воздухе, затем под струёй холодной воды. После охлаждения раствор переносят в другую пробирку и наливают 2н раствор гидроксида натрия, контролируя с помощью универсальной лакмусовой бумаги рН раствора в интервале 8-9. Затем приливают ~ 2 капли раствора сульфата меди и нагревают содержимое. Появляется желтое окрашивание, которое при длительном нагревании переходит в красный цвет. Это указывает на восстановление меди.
Объект исследования: крахмальный клейстер
Реактивы:
2н серная кислота
Раствор йода в иодиде калия
Раствор Фелинга (I)
Раствор Фелинга (II)
В пробирку наливают ~ 1мл крахмального клейстера и ~0,5 мл 2н серной кислоты. Содержимое кипятят ~2 мин на пламени спиртовки. Затем периодически пипеткой отбирают каплю гидролизата из пробирки и наносят её на предметное стекло, туда же (на стекло) добавляют 1 каплю раствора йода в иодиде калия.
По мере протекания гидролиза, отобранные пробы гидролизата при взаимодействии с йодом будут давать различную окраску. Синяя окраска крахмала сменится на фиолетовую окраску, потом на фиолетово-красную и так далее. На окончание гидролиза указывает проба, дающая с раствором йода светло-желтую окраску.
Схему гидролиза можно представить следующим образом:
(C6H10O5)n (C6H10O5)n1 (C6H10O5)n2 C12H22O11 C6H12O6
Крахмал декстрины (амило-, эритро-, ахро-) мальтоза глюкоза
Для доказательства того, что конечным продуктом гидролиза является глюкоза, в пробирку с гидролизатом (предварительно охлажденную) добавляют избыток щелочи для нейтрализации кислоты (полученная среда должна иметь по индикаторной бумаге pH~8), затем добавляют ~0,5 мл растворов Фелинга (I) и ~0,5 мл Фелинга (II). Полученную смесь нагревают на пламени спиртовки до кипения. Образующийся красный осадок подтверждает наличие глюкозы в гидролизате.
глюкоза глюконовая кислота
2СuOH → H2O + Cu2O↓
(красный цвет)
Опыт №9. Ферментативный гидролиз крахмала
Объект исследования: крахмальный клейстер
Реактивы:
Фермент α-амилаза
Раствор йода в иодиде калия
В пробирку помещают ~0,5 мл крахмального клейстера и добавляют такой же объём собственной слюны. Содержимое пробирки энергично перемешивают и зажимают в руке, периодически встряхивая пробирку. Через 1-2 минуты пипеткой отбирают пробу гидролизата и помещают на предметное стекло, туда же добавляют 1 каплю раствора йода в иодиде калия. Отсутствие синей окраски указывает на то, что крахмал полностью гидролизован слюной до глюкозы.
(С6Н10О6)n + nН2О → nC6H12O6
Ферментативный гидролиз крахмала под действием α-амилазы слюны проходит быстрее по сравнению с кислотным гидролизом, требующим кроме более продолжительного времени ещё и высокой температуры.
Объект исследования:
Водный раствор 1%-ный пектина
Реактивы:
Вода
Раствор хлорида кальция
Этиловый спирт
В пробирку наливают ~1 мл раствора пектина и приливают двойной объем спирта и по каплям хлористый кальций. В пробирке образуется хлопьевидный осадок пектата кальция.
сегмент макромолекулы пектина (галактуронида)
Объект исследования: раствор пектина
Реактивы:
1%-ный водный раствор пектина
Раствор 0,1н ацетата свинца
В пробирку наливают ~0,5 мл раствора пектина, добавляют несколько капель ацетата свинца и нагревают до кипения в пламени спиртовки. Если образовавшийся вначале белый осадок постепенно окрашивается в оранжевый цвет, значит, в пектине содержится галактуроновая кислота (α- или β– аномерная конфигурация её в данном случае значения не имеет, поэтому у первого атома углерода обозначение ~ Н, ОН).
Пектины используются в качестве загустителей, гелеобразователей, влагоудерживающих агентов, средств для капсулирования.
Оптимальные условия образования желе системы пектин-сахар-кислота следующие: 60%-ное содержание сахара, 1%-ная концентрация пектина, pH=2,6-3,1.
Объект исследования: 1%-ный водный раствор пектина
Реактивы:
Сахароза
Водный раствор 40%-ной лимонной кислоты
В фарфоровую чашку наливают 25 мл 1%-ного раствора пектина, добавляют 15 г сахарозы. Полученную смесь перемешивают стеклянной палочкой и нагревают до кипения. После 10-минутного кипячения в слегка выпаренную смесь добавляют 1 мл 40%-ного раствора лимонной кислоты, хорошо перемешивают и разливают в плоские формочки. Через 2-3 часа желе застывает.
Сырьем для получения пектина на производстве служат яблоки, корки цитрусовых, свекловичный жом, шляпки подсолнечника и др.
ЛИПИДЫ
Липидами называют сложную смесь органических соединений с близкими физико-химическими свойствами. Их общим признаком является: нерастворимость в воде. Липиды широко распространены в природе. Вместе с белками и углеводами они составляют основную массу органических веществ всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой живой клетки.
Липиды – важнейший компонент пищи, во многом определяющий её ценность и вкусовые достоинства.
Реактивы:
Касторовое масло
Этиловый спирт
Раствор 30%-ный гидроксида натрия
В стеклянный бюкс помещают ~1 мл касторового масла, ~1 мл этилового спирта и ~1 мл раствора гидроксида натрия. Содержимое энергично перемешивают стеклянной палочкой. Через 1-2 минуты появляется твердое мыло.
Реакция омыления и образование мыл происходит в две стадии:
жир глицерин жирные кислоты
R - COOH + NaOH R - COONa + H2O
кислоты соли высших жирных кислот
(мыла)
Опыт № 14. Растворение мыла в воде
Объект исследования: мыло, полученное в опыте №13
В пробирку наливают ~2-3 мл воды и туда же вносят небольшой кусочек мыла, полученного ранее (опыт №13). Содержимое пробирки нагревают в пламени спиртовки. При нагревании мыло растворяется быстрее, чем в холодной воде. При перемешивании содержимого пробирки, появляется обильное вспенивание.
Опыт № 15. Гидролиз мыла
Объект исследования: мыло, полученное в опыте №13
Реактивы:
Спиртовой раствор фенолфталеина
В пробирку вносят мыло и добавляют ~1 каплю спиртового раствора фенолфталеина. Покраснение раствора не происходит. Это указывает на то, что сваренное мыло является смесью солей высших жирных кислот и не содержит свободной щелочи. Затем в ту же пробирку вносят ~5-10 капель воды. Раствор окрашивается в малиновый цвет. Реакция водных растворов мыла всегда щелочная:
RCOONa + HOH → RCOOH + NaOH
Опыт №16. Выделение свободных жирных кислот из мыла
Объект исследования: мыло, полученное в опыте №13
Реактивы:
Раствор 2н серной кислоты
В пробирку вносят немного мыла, ~2 мл воды и добавляют ~1 каплю 2н раствора серной кислоты. Сразу же выпадает хлопьевидный осадок свободных жирных кислот, главным образом пальмитиновой С15Н31СООН и стеариновой С17Н35СООН.
RCOONa + H2SO4 → RCOOH↓ + NaHSO4
Опыт №17. Сравнение ненасыщенности жиров
Степень ненасыщенности жира зависит от наличия в его составе остатков жирных непредельных кислот. Последние легко присоединяют по месту кратной связи галогены. Обычно степень ненасыщенности жиров определяют йодным числом. Иодное число – это число граммов йода, присоединившиеся к 100 г жира.
Объект исследования: маргарин, подсолнечное масло
Реактивы:
Хлороформ
Водный 1%-ный раствор крахмала
Спиртовой раствор 0,05%-ный йода
В одну пробирку вносят ~0,5 г маргарина, в другую- ~0,5 г растительного масла. В обе пробирки добавляют (под тягой) по ~1 мл хлороформа. Содержимое пробирок энергично перемешивают до полного растворения жиров. Затем в пробирки вносят по ~2капли водного раствора крахмала и по каплям спиртовой раствор йода. В пробирках образуется синее кольцо на поверхности смеси. Далее обе пробирки энергично встряхивают. В пробирке с растительным маслом окраска исчезает.
В случае растительного (подсолнечного) масла происходит присоединение йода по двойным связям, которые имеются в остатках олеиновой, линолевой, линоленовой кислот. Реакция проходит по схеме:
Опыт № 18. Открытие липидов (акролеиновая проба)
Объект исследования: растительное масло
Реактивы:
Раствор фуксинсернистой кислоты
Кислый сульфат калия
Опыт проводят в вытяжном шкафу! В сухую пробирку вносят ~1-2 капли растительного масла и на кончике шпателя кислый сульфат калия КНSO4. Затем в пробирку помещают узкую полоску фильтровальной бумаги, смоченной раствором фуксинсернистой кислоты. Далее пробирку с реакционной смесью нагревают. Как только, выделяющиеся в ходе реакции пары акролеина достигнут фильтровальной бумаги – она порозовеет. Образование акролеина также обнаруживается по резкому, острому запаху.
Глицерин, являясь 3-х атомным спиртом, образует вначале с двумя молекулами KHSO4 калиевую соль дисернокислого эфира глицерина:
Реактивы:
Олеиновая кислота
Насыщенный раствор нитрита натрия
Раствор 2н серной кислоты
В пробирку наливают ~1 мл олеиновой кислоты, приливают к ней равный объем насыщенного раствора нитрита натрия (NaNO2) и встряхивают. Затем к смеси осторожно прибавляют несколько капель разбавленной серной кислоты, встряхивают и оставляют стоять на некоторое время, опыт проводят в вытяжном шкафу; выделяются окислы азота. Под влиянием азотистой кислоты, которая образуется в результате взаимодействия нитрита натрия с серной кислотой, жидкая олеиновая кислота изомеризуется в твердую элаидиновую кислоту (цис-форма переходит в транс-форму)
2NaNO2 + H2SO4 Na2SO4 + 2HNO2
ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ
В пищевой промышленности применяется большая группа органических веществ, объединяемая общим термином пищевые добавки. В большинстве случаев под этим понятием объединяют вещества природного происхождения или полученные искусственным путём, использование которых необходимо для совершенствования технологических процессов, сохранения существующих или придания новых свойств пищевым продуктам.
Консерванты
Консерванты – химические вещества, с помощью которых можно замедлить или предотвратить развитие бактерий, плесеней и других микроорганизмов, и, следовательно, продлить срок годности продуктов питания.
Опыт №20. Получение бензоата натрия
Реактивы:
Бензойная кислота кристаллическая
Раствор 2н гидроксида натрия
Раствор 2н серной кислоты
В пробирку помещают несколько кристаллов бензойной кислоты и ~2-3 мл воды. Содержимое пробирки энергично взбалтывают. Растворение кислоты не наблюдается. Далее по каплям прибавляют раствор гидроксида натрия, постоянно перемешивая содержимое пробирки. Происходит растворение бензойной кислоты вследствие образования бензоата натрия, хорошо растворимого в воде:
C6H5COOH + NaOH → C6H5COONa + H2O
бензойная кислота
К раствору прибавляют несколько капель 2н серной кислоты, вновь образуется осадок свободной бензойной кислоты.
C6H5COONa + H2SO4 → C6H5COOH + NaHSO4
Бензоат натрия (Е121) – консервант, применяется при производстве напитков, овощных консервов и соусов.
Ароматизаторы
Ароматизаторы – вещества, усиливающие вкус и аромат, которые вносятся в пищевые продукты с целью улучшения их органолептических свойств.
Опыт №21. Доказательство наличия альдегидной группы в ванилине
Объект исследования: водный раствор ванилина
Реактивы:
Фуксинсернистая кислота
В пробирку наливают ~1 мл раствора ванилина и добавляют ~2-3 капли фуксинсернистой кислоты. Появляется розово-малиновое окрашивание. Эта качественная реакция указывает на наличие альдегидной группы.
Ванилин – ароматизатор, усилитель вкуса и аромата.
Используется при производстве кондитерских изделий, шоколада, в производстве различных напитков.
Опыт №22. Получение изоамилацетата
Реактивы:
Кристаллический ацетат натрия
Изоамиловый спирт
Концентрированная серная кислота
Внимание! Опыт проводить только в вытяжном шкафу.
В сухую пробирку помещают ~0,5 г (высота слоя ~5 мм) кристаллического ацетата натрия, ~ 2 мл изоамилового спирта и ~0,5 мл концентрированной серной кислоты. Полученную смесь нагревают в пламени спиртовки, но не кипятят. Через 1-2 минуты жидкость буреет, появляется характерный запах изоамилацетата – запах грушевой эссенции. При избытке серной кислоты возможно образование неприятно пахнущего непредельного углеводорода – амилена:
2СН2СООNa + H2SO4 → 2CH3COOH + Na2SO4
уксусная изоамиловый спирт изоамилацетат
кислота
Опыт №23. Получение этилформиата
Реактивы:
Этиловый спирт
Муравьиная кислота
Концентрированная серная кислота
Внимание! Опыт проводят в вытяжном шкафу.
В сухую пробирку приливают по ~0,5 мл муравьиной кислоты, этилового спирта и концентрированной серной кислоты. Полученную смесь осторожно нагревают в пламени спиртовки. Через 1-2 минуты жидкость буреет, появляется запах ромовой эссенции.
муравьиная этиловый этилформиат
кислота спирт
Пищевые красители
Пищевые красители относятся к пищевым добавкам, улучшающим внешний вид продукта. В качестве веществ, придающих окраску, используют природные и синтетические красители.
Опыт №24. Экстракция каротина растительными жирами
Объект исследования: каротин, полученный из моркови
Реактивы:
Растительное масло
Раствор 10%-ный лимонной кислоты
На мелкой тёрке трут морковь. Небольшое количество тёртой моркови помещают в пробирку и туда же приливают бесцветное растительное масло. Смесь в пробирке энергично перемешивают. Растительное масло окрашивается в жёлтый цвет. При добавлении 1 капли лимонной кислоты интенсивность окраски увеличивается, что свидетельствует о наличии в растительном масле β-каротина.
β-каротин (по связям расположены радикалы – СН3)
Красители – каротины Е160а(i) синтетические и натуральные широко используются для окрашивания растительных масел, маргаринов, сливочного масла и другой жиросодержащей продукции.
Опыт №25. Влияние рН среды на цвет красителя
Объект исследования: сок черного винограда, черной смородины или черники
Реактивы:
Раствор 2н гидроксида натрия
Раствор 10%-ный лимонной кислоты
Энокрасители антоциановой природы – Е163 (экстракт из кожицы винограда, из чёрной смородины) изменяют цвет в зависимости от рН среды.
В две пробирки наливают сок соответствующей ягоды ~ по 1 мл. В первую пробирку добавляют 1 каплю гидроксида натрия, а во вторую – 1 каплю раствора лимонной кислоты. Наблюдается изменение окраски в зависимости от рН среды.
Опыт №26. Растворимость куркумина в разных растворителях
Куркумины Е100 – красители желтого цвета, используются для подкрашивания напитков, майонезов, горчицы и т.д.
Объект исследования: куркумин
Реактивы:
Этиловый спирт
Растительное масло
В две пробирки помещают на кончике шпателя куркумин. В одну пробирку приливают ~1 мл этилового спирта, а в другую такой же объем растительного масла. Содержимое пробирок энергично взбалтывают. Окраска растворов становится желтой.
САХАРОЗАМЕНИТЕЛИ
Сахарозаменители применяют для придания пищевым продуктам сладкого вкуса. К этой группе сладких веществ относятся сладкие спирты – полиолы: сорбит Е420, ксилит Е967, мальтит Е965 и др.
Опыт №27. Доказательство наличия гидроксильных групп в сорбите
Объект исследования: раствор 10%-ный сорбита
Реактивы:
Раствор 2н гидроксида натрия
Раствор 2н сульфата меди
В пробирку наливают ~1 мл раствора сорбита и прибавляют 1 каплю сульфата меди и 2-3 капли гидроксида натрия. Содержимое пробирки энергично перемешивают – образовавшийся осадок растворяется и получается прозрачный раствор синего цвета. Реакция идёт в две стадии:
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4
сорбит синий цвет раствора
Сорбит используют для приготовления продуктов питания для больных диабетом, а также для производства жевательной резинки, косметических препаратов.
ВЕЩЕСТВА, ИЗМЕНЯЮЩИЕ СТРУКТУРУ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
К этой группе пищевых добавок относятся вещества, меняющие реологические свойства пищевых продуктов: загустители, желе и студнеобразователи, пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Объект исследования: 1%-ный раствор желатина
Реактивы:
Раствор 2н гидроксида натрия
Раствор 0,2н сульфата меди
В пробирку приливают ~1 мл раствора желатина и добавляют 1 каплю сульфата меди и 1 каплю гидроксида натрия. Окраска раствора становится розово-фиолетовой. Желатин содержит пептидные связи, что приводит к образованию медной комплексной соли (см. оп. №1).
Желатин применяют при производстве фруктовых желе, заливных и т.д.
Объект исследования: растительное масло
Реактивы:
Воды
Водный раствор 10%-ный мыла
В пробирку наливают ~1 мл воды и 1 каплю растительного масла. Наблюдается четкая граница раздела между водой и растительным маслом. В пробирку вносят 1 каплю гидроксида натрия, содержимое перемешивают. В пробирке находится устойчивая эмульсия без границы раздела двух фаз.
ПИЩЕВЫЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ
К пищевым загрязнителям относятся пестициды, инсектициды, антибиотики и другие вещества органической и неорганической природы.
Опыт №30. Качественная реакция на загрязнители, присутствующие в питьевой воде
Объект исследования: вода
Реактивы:
Резорцин кристаллический
Фталевый ангидрид кристаллический
Серная кислота концентрированная
Раствор 2н гидроксида натрия
Раствор 2н соляной кислоты
Анилин
В сухую пробирку поместитете несколько кристаллов резорцина и примерно столько же фталевого ангидрида, туда же добавьте 1каплю концентрированной серной кислоты. Работа ведётся в вытяжном шкафу. Пробирку с реакционной смесью осторожно нагревают в пламени спиртовки до появления темно-красного окрашивания. Пробирку охлаждают на воздухе, затем под струёй холодной воды. В охлажденную смесь добавляют 5-6 капель воды до растворения образовавшегося флуоресцеина. Если смесь полностью не растворилась, пробирку нагревают. 1 каплю полученного оранжево-красного раствора флуоресцеина поместите в чистую пробирку и долейте её водой почти доверху. К полученному слабо-желтому раствору добавьте 1-2 капли 2н NaOH. Сразу же появляется яркая зелёная флуоресценция раствора. Затем в эту же пробирку добавьте 2 капли 2н НСI флуоресценция исчезает, а при внесении 2 капель 2н NaOH флуоресценция вновь появляется.
К полученному индикатору (флуоресцеину) добавляют 1 каплю загрязнителя (анилина) – флуоресценция исчезает.
Флуоресценция заметна при разведении 1 части флуоресцеина на 40000000 частей воды, что даёт возможность использовать флуоресцеин при санитарно-химических исследованиях (выяснении путей загрязнения питьевой воды).
Тематический план лабораторных занятий
|
№ |
Наименование темы |
Количество часов по формам обучения |
|||||
|
Полная |
сокращённая |
||||||
|
очная |
очно-заочная |
заочная |
очная |
очно-заочная |
заочная |
||
|
1 |
Углеводы |
6.5 |
1.5 |
5 |
1 |
||
|
2 |
Белки |
6.5 |
1.5 |
5 |
1 |
||
|
3 |
Липиды |
6.5 |
1.5 |
5 |
1 |
||
|
4 |
Пищевые добавки |
6.5 |
1.5 |
5 |
1 |
Матрица формирования компетенций
|
№ |
Наименование темы |
Компетенции, формируемые на занятиях |
|||
|
Использование основных законы естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-3) |
умение использовать технологические средства для измерения основных параметров технологических процессов, свойств сырья, полуфабрикатов и качество готовой продукции, организовать и осуществлять технологический процесс производства продуктов питания (ПК-7), |
Умение проводить исследования по заданной методике и анализировать результаты экспериментов (ПК-30) |
Способность изучать и анализировать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по производству продуктов питания (ПК-31) |
||
|
1 |
Углеводы |
* |
* |
* |
* |
|
2 |
Белки |
* |
* |
* |
* |
|
3 |
Липиды |
* |
* |
* |
* |
|
4 |
Пищевые добавки |
* |
* |
* |
* |
Авторы: Блохин Юрий Иванович, Падалкина Валентина Стефановна, Канидьева Валентина Ивановна
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ В ПИЩЕВЫХ БИОТЕХНОЛОГИЯХ
Лабораторный практикум
Подписано к печати:
Тираж:
Заказ №