DEVELOPMENT OF A METHOD FOR THE QUANTITATIVE MEASUREMENT OF STARCH IN DAIRY PRODUCTS FOR THE PURPOSE OF DETECTING FOOD ADULTERATION

Молоко — ценный источник полезных микроэлементов и поэтому является одним из важных продуктов питания в рационе человека

Существуют научные подходы для количественного определения крахмала в продуктах переработки молока, однако их недостатком является высокая стоимость оборудования и квалификация исполнителя

Хорошо известен способ качественного определения крахмала с помощью водно-спиртового раствора йода, этот метод позволяет дать качественную оценку присутствия крахмала, в том числе в продуктах переработки молока. В пробах, не содержащих крахмал, окрашивание йода остается коричнево-желтым. При наличии крахмала в молочной продукции, йод окрашивается в синий цвет, в связи с образованием йодо-крахмального (амилозного) комплекса

Природа реакции йода и крахмала считается связанной с выравниванием атомов йода внутри амилозной спирали крахмала с образованием комплексного соединения

Целью работы явилась разработка методики количественного определения крахмала в продуктах переработки молока, которую возможно реализовать в рутинной практике испытательных лабораторных центров. Новизна разработанной методики заключается в определении массовой доли крахмала, которая исключает одновременное определение крахмала с сахарами, благодаря отсутствию проведения гидролиза, а также использованию специфической реакции крахмала с йодом и регистрации цвета с помощью спектрофотометра.

Образцы питьевого молока, сливок, и сухого цельного молоко предоставлены УНИИМ-филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» в виде стандартных образцов ГСО 11504-2020 молоко питьевое, ГСО 11505-2020 сливки питьевые, ГСО 11087-2018 молоко сухое цельное. Затем стандартные образцы молока, содержащие крахмал, были приготовлены путем добавления крахмала методом навески на аналитических весах: в образце 1 (сухое молоко) содержание крахмала составило 12%; в образце 2 (питьевое молоко) — 1,6%; в образце 3 (сливки) — 5,3%. В работе также используются следующие химические реактивы: уксусная кислота 10% раствор, калий йодистый марки «чда», калий йодноватистокислый марки «чда», уксуснокислый цинк 2-ух водный марки «чда», железистосинеродистый калий. Все вышеперечисленные реактивы были предоставлены ОА «ЛенРеактив», Санкт-Петербург, Россия.

Спектры поглощения и значения оптической плотности были получены с помощью спектрофотометра Спектрофотометр ПЭ-5400УФ со спектральным диапазоном 190-1000 нм, кювета стеклянная КФК 10 мм, Экрос, производство ООО «ЭКРОСХИМ», Санкт-Петербург, Россия.

Методика базируется на создании калибровочных образцов с заранее известным содержанием крахмала, измерении оптической плотности комплекса крахмала и йода, который в свою очередь образуется при взаимодействии растворов уксусной кислоты, йодида калия и йодноватокислого калия. Измерения проводятся относительно раствора сравнения при длине волны 570 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм. Далее строится градуировочный график, который отражает зависимость оптической плотности от содержания крахмала. На основании этого графика определяется количество крахмала в исследуемом образце молока или молочного продукта, после удаления белков и жиров, а также с учётом навески и степени разбавления.

Для построения градуировочного графика готовились рабочие (стандартные) растворы с известной концентрацией для этого в семь химических стаканов объёмом 50 см3 с помощью пипетки объёмом 10 см3 добавили от 1 до 7 см3 стандартного образца крахмала (концентрация 0,1 мг/см3) и дистиллированную воду (от 9 до 3 см3) так, чтобы общий объём раствора составил 10 см3. Затем в каждый стакан добавили12 см3 2 моль/дм3 раствора уксусной кислоты, 2,5 см3 10%-го раствора йодида калия и 25 см3 раствора йодноватокислого калия с концентрацией 0,0357 г/ см3. Раствор в мерной колбе перемешали круговыми вращательными движениями и оставили на 10 минут. Одновременно готовился раствор сравнения, смешением 10 см3 дистиллированной воды, 12 см3 раствора уксусной кислоты 2 моль/дм3, 2,5 см3 раствора йодида калия 10 г /100 см3 и 25 см3 раствора йодноватокислого калия 0,0357 г/ см3. При взаимодействии вышеперечисленных реагентов идет химическая реакция KIO3+5KI+6CH3COOH→3I2+6CH3COOK+3H2O, в результате которой выделяется свободный йод, вода и ацетат калия. Затем после добавления раствора крахмала образуется йодо-крахмальный комплекс интенсивно тёмно-синего цвета. Оптическую плотность, полученных образцов по отношению к раствору сравнения, измеряли на спектрофотометре в кювете с толщиной поглощающего слоя 10 мм при длине волны 570 нм. Пример спектра поглощения йодно-крахмального комплекса с содержанием крахмала 0,05 мг показан на рисунке 1.

Спектр поглощения йодно-крахмального комплекса с содержанием крахмала 0,05 мг

DOI:10.60797/IRJ.2026.166.59.1

Градуировочный график строился, откладывая по оси абсцисс количество крахмала, находящегося в каждом стандартном растворе от 0,01 до 0.07 мг; по оси ординат — соответствующие им значения оптической плотности окрашенного комплекса крахмала с йодом. На рисунке 2 показан градуировочный график зависимости оптической плотности йодно-крахмального комплекса от содержания крахмала.

Градуировочный график зависимости оптической плотности от содержания крахмала

DOI:10.60797/IRJ.2026.166.59.2

Для подготовки проб молочных продуктов выполнялся ряд последовательных действий. Сначала из проб механическим способом удалили все пищевкусовые добавки (сухофрукты, орехи, кофе, шоколад). Затем пробы нагрели на водяной бане до 32 °C и полностью перенесли в стакан гомогенизатора. В течение трёх минут при скорости вращения 5000 оборотов в минуту продукт довели до получения однородной массы. Далее от 1 до 10 г с точностью до 0,001 г (подбирается экспериментально) молочного продукта перенесли в мерную колбу на 250 см3 и постепенно добавили горячую воду (70 °C), растворяя смесь до однородного состояния. Общий объём воды составил примерно 150 см3. Чтобы осадить жиры и белки, в колбу добавили 3 см3 раствора уксуснокислого цинка с концентрацией 300 г/дм3, выдержали одну минуту, а затем внесли 3 см3 железистосинеродистого калия с концентрацией 150 г/дм3 (Реактив Корреза). Содержимое аккуратно перемешали и дали отстояться 10 минут. Когда над осадком образовался прозрачный слой жидкости, колбу охладили до 25 °C, долили воду до метки, интенсивно взболтали и оставили ещё на 30 минут. После этого жидкость отфильтровали через сухой складчатый фильтр, отбрасывая первые 25 см3 фильтрата. С помощью пипетки Мора объёмом 1, 5, 10 или 25 см3 перенесли фильтрат в мерную колбу объёмом 50, 100 или 250 см3 и разбавили так, чтобы концентрация крахмала попала в диапазон градуировочного графика. Затем 10 см3 разбавленного фильтрата поместили в химический стакан объёмом 50 см3 и добавили необходимые реактивы (уксусную кислоту, йодистый калий, йодноватокислый калий) в объёмах и концентрациях, как для построения градуировочного графика. Смесь в мерной колбе перемешали круговыми вращательными движениями, оставили на 10 минут, а затем измерили оптическую плотность на спектрофотометре в кювете с толщиной поглощающего слоя 10 мм при длине волны 570 нм, относительно раствора сравнения.

Массовую долю крахмала, % в молоке или продуктах переработки молока рассчитывают по формуле:

где С — количество крахмала, определенное по градуировочному графику, мг;

1000— коэффициент пересчета в мг;

V1 — общий объем исследуемого раствора, см3;

К — коэффициент разбавления;

V2 — объем раствора, взятый для анализа, см3;

m — масса навески молока или продукта переработки молока, г.

Для выявления точности и селективности разработанной методики, были приготовлены стандартные образцы, содержащие крахмал, путем его добавления методом навески на аналитических весах в образцы молока и продукты его переработки: в образце 1 (сухое молоко) содержание крахмала составило 12,0%; в образце 2 (питьевое молоко) — 1,6%; в образце 3 (сливки) — 5,3%. Полученные образцы были проанализированы по разработанной методике, среднеарифметические результаты двух параллельных определений показаны в таблице 1.

Достоверность результатов определения крахмала, полученных по разработанной методике, подтверждена их сравнением со значениями содержания крахмала в стандартных образцах. Так, погрешность определения для первого образца (сухое молоко) составляет 4,2%; для второго образца (питьевое молоко) — 12,2%; для третьего (сливки) — 3,8%.

Также было проведено определение количества крахмала в молоке и продуктах переработки молока (образец 1 — сухое молоко, образец 2 — питьевое молоко, образец 3 — сливки) разработанной методикой и по ГОСТ Р 54759-2011 п.7, для всех образцов 1,2 и 3 также проводили определение редуцирующих сахаров. Для образца сухого молока определение проводили по ГОСТ 29248-91 п. 5, для образцов питьевого молока и сливок определение проводили по ГОСТ Р 54667-2011 п. 7. В таблице 2 представлены среднеарифметические результаты двух параллельных результатов определения с указанием погрешности.

Анализ данных, показал, что разработанная методика позволяет определить содержание крахмала в образцах молока и продуктах переработки молока без его разрушения (без проведения гидролиза) в отличии от ГОСТ Р 54759-2011 п. 7. Также в таблице показано, что при проведении анализа по ГОСТ Р 54759-2011 п. 7 вместе с крахмалом определяются сахара. Это обусловлено тем, что при выполнении анализа определения сахаров по ГОСТ Р 54667-2011 проводится гидролиз сахаров и крахмала соляной кислотой по п. 7.4.3, аналогичный как при анализе определения крахмала по ГОСТ Р 54759-2011 п. 7.4.1. При этом ГОСТ 29248-91 не предполагает гидролиз при проведении анализа определения лактозы по п. 5.1.1, так как лактоза тоже разрушается при проведении гидролиза до моно сахаров. По этой причине при анализе примера 1 (сухое молоко) по ГОСТ 29248-91 п. 5 определятся только лактоза, по ГОСТ Р 54759-2011 п.7 общее содержание сахаров и крахмала, а разработанной методикой только крахмал, так как не проводится гидролиз и используется специфическая реакция крахмала с йодом с образованием окрашенного комплекса, определённого количественно фотометрическим методом.

Для количественного определения крахмала в молоке и продуктах его переработки была разработана методика, основными принципами которой являются: получение прозрачного раствора молока или продуктов его переработки после осаждения белков и жиров с использованием реактива Корреза; получение комплекса крахмала с йодом, который, в свою очередь, образуется в результате взаимодействия уксусной кислоты, йодистого калия, йодноватокислого калия; измерение максимального значения оптической плотности в видимой области спектра (570 нм); нахождение концентрации по градуировочному графику зависимости оптической плотности от концентрации (диапазон концентраций крахмала от 0,01 до 0,07 мг) с учётом навески и разбавления.

Достоверность результатов определения крахмала, полученных по разработанной методике, подтверждена их сравнением со значениями содержания крахмала в стандартных образцах, приготовленных методом навески. Погрешность определения для первого образца (сухое молоко) составляет 4,2%; для второго образца (питьевое молоко) — 12,2%; для третьего (сливки) — 3,8%.

Также показано, что разработанная методика позволяет определить содержание крахмала в образцах молока и продуктах переработки молока без его разрушения (без проведения гидролиза), в отличие от ГОСТ Р 54759-2011 п. 7. Это позволяет повысить точность его определения.