1. Введение

Молоко — ценный источник полезных микроэлементов и поэтому является одним из важных продуктов питания в рационе человека [1], [2]. К сожалению, в современном мире не обходится без фальсификации молока и продуктов его переработки, это делается для увеличения сроков годности, а также снижению стоимости [3], [4], [5]. Основным способом фальсификации молочных продуктов является добавление крахмала [6].

Существуют научные подходы для количественного определения крахмала в продуктах переработки молока, однако их недостатком является высокая стоимость оборудования и квалификация исполнителя [7], [8]. Недостатком методики, описанной в ГОСТ Р 54759-2011, является проведение солянокислого гидролиза по п. 7.4.1 (разрушение крахмала до моно-сахаров), потому что при этом будет гидролизоваться лактоза и другие сахара если они были добавлены, и также определяться йодометическим методом, как и по ГОСТ Р 54667-2011 п.7 методом Бертрана.

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 [9].

Природа реакции йода и крахмала считается связанной с выравниванием атомов йода внутри амилозной спирали крахмала с образованием комплексного соединения [10]. Интересным является исследование спектров поглощения комплексного соединения крахмала и йода в видимой области спектра [11].

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.

2. Методы и принципы исследования

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.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.

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.

3. Обсуждение

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.

4. Заключение

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.

The additional file for this article can be found as follows: