Определение энергосодержания рациона лабораторными методами

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Петровский К.С., Ванханен В.Д. Гигиена питания - М: Медицина, 1982. - С.517-521.

2. Шевченко М.Г., Стремлина С.М., Мирочник Ф.М. Практическое пособие для санитарных врачей по гигиене питания – М.: Медицина, 1974. - С.202-227.

Дополнительная:

1. Военно-морская и радиационная гигиена в 2-х томах /под ред. Гребенькова С.В. и соавт. – Санкт-Петербург, 1998. – С.414-416; С.426-431.

 

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ

Определение энергосодержания рациона лабораторными методами

Энергетическая ценность рациона зависит от количества жиров (Ж), белков (Б) и углеводов (У). Анализ можно проводить по двум вариантам. По первому варианту содержание белков, жиролв и углеводов определяют раздельно. Однако такие исследования трудоемки и выполняются при решении специальных задач. По второму варианту содержание белков, жиров и сухих веществ (СО) определяют, а углеводов и минеральных солей (МС) рассчитывают.

При арбитражных исследованиях сумму минеральных веществ устанавливают по массе золы, остающейся после сжигания навески исследуемого блюда. Опытным путем установлено, что содержание минеральных солей в блюдах составляет в среднем 1% съедобной части рациона (М) и без существенных погрешностей может быть рассчитано:

МС = 0,01 М.

Примечание: Количество минеральных солей принимают равным для первых блюд –1,2%, для вторых – 1,0%, для сладких – 0,5%, для напитков – 0,1% массы порций М.

Количество углеводов рассчитывают по уравнению:

У= СО – Б – Ж - МС.

 

Таким образом, энергетическую ценность совокупности питательных веществ рациона (блюда) без учета их усвояемости (Эбр) можно рассчитывать в килоджоулях (килокалориях) по формуле:

 

Эбр = 16,7Б + 37,7Ж + 15,7У = Б + 22Ж + 15,7СО - 0,157М (кДж);

Эбр = 4,0Б + 9,0Ж + 3,75У = 0,25Б + 5,25Ж + 3,75СО – 0,0375 (ккал)

 

Для расчета энергосодержания усвояемых пищевых веществ, то есть энергосодержания нетто (Эн) при смешанном питании, полученные аналитические данные умножают на коэффициент 0,9 (или вычитают на неусвояемые вещества 10%):

 

Эн = 0,9Б + 19,8Ж + 14,3СО – 0,1413М (кДж);

Эн = 0,225Б + 4,725 Ж + 3,375 СО – 0,0338 М (ккал).

 

Расхождение между расчетным (по раскладке) и фактическим (по анализу) энергосодержанием приварочных блюд не должно превышать 10% при сопоставлении расчетом раскладок по таблицам и аналитических данных в одной системе измерений (энергосодержания брутто или нетто, кДж или ккал).

Используя те или иные методики определения пищевых веществ, можно принять варианты схемы анализа. Например, белки определять по Кьельдалю, жиры – по уменьшению навески после обезжиривания, а сухие вещества – высушиванием до постоянной массы, или белки исследовать по методу Джармило, жиры – экстракцией из сырой навески дихлорэтаном, а сухой остаток – высушиванием в масле и т.д.

 

Отбор проб. Для лабораторного анализа отбирают готовые блюда; порционные продукты (хлеб, масло, сахар и др.) только взвешивают для учета фактического потребления или выдачи и равномерности их распределения.

Право отбора проб предоставлено врачам – специалистам санитарно-эпидемиологи-ческих учреждений.

Каждая проба в количественном и качественном отношениях должна соответствовать большинству выдаваемых порций. Готовую пищу берут с разных столов в количестве не менее 10 порций, взвешивают и отбирают среднюю пробу в чистую посуду; остальные взвешенные пробы возвращают на столы. На каждую банку с образцом наклеивают этикетку с указанием места выемки, наименования блюда и даты выемки пробы. Выемка пробы оформляется актом, к которому прилагается заверенная выписка из раскладки на день исследования с указанием точного названия продуктов, использованных для приготовления пищи. Например, в графе «Мясо» должны быть указаны вид его и категория упитанности (свянина мясная, баранина 1-й или 2-й категории и т.д.), в графе «Жиры» или «Крупы» – соответственно виды жиров и круп и т.д.

 

Подготовка проб к анализу. Точность лабораторного исследования зависит от правильной подготовки средней пробы к анализу, так как для определения основных показателей используют навески лишь в несколько граммов.

Первая операция подготовки пробы – определение массы нетто: пробу вскрывают, удаляют несъедобные части (кости, лавровый лист и др.) и взвешивают в посуде на циферблатных весах (с точностью + 2 г), затем освобождают посуду и также взвешивают, после чего по разности рассчитывают массу съедобной части (М). Порционное мясо, рыбу или изделия из них выбирают и взвешивают отдельно. Для получения однородной массы плотные блюда тщательно измельчают, используя мясорубки, гомогенизаторы, миксеры, а иногда дополнительно растирают по частям в фарфоровой ступке. Блюда из хорошо проваренных продуктов, например вязкие каши, изделия из отварного картофеля и другие, хорошо гомогенизируются при протирании через металлическое сито. Жидкие блюда процеживаются через мелкое сито: плотную часть механически измельчают, жидкую упаривают на водяной бане до сметанообразной консистенции, а затем обе части объединяют и тщательно перемешивают. Во избежание потерь жира все операции проводят с разогретой пищей.

Если исследуют первое и второе блюда одновременно, жидкую и плотную части первого блюда разделяют, плотную часть смешивают со вторым блюдом и гомогенизируют, а жидкую после упаривания добавляют к ним. Подготовленная проба должна иметь консистенцию густой сметаны.

Определение сухого остатка. Количество сухих веществ определяют различными способами в зависимости от цели и условий работы (стационарные или подвижные лаборатории).

Арбитражный метод. В предварительно взвешенной широкой бюксе или чашке Петри (А) распределяют ровным слоем 8-10 г гомогена исследуемого блюда. Чашку с сырой навеской высушивают при температуре 106-110⁰С в течение 3 ч, охлаждают в эксикаторе, взвешивают и повторно подсушиваютв течение 1 ч, чтобы убедиться в получении постоянно массы (В). Сухой остаток (СО) в граммах рассчитывают на муссу порции (М) по формуле:

 

СО = (В-А) х М / (Б-А)

При контрольных серийных анализах допускается высушивание 8-10 г гомогена до постоянной массы в двухслойном пакете из фильтровальной бумаги, помещаемом в бюксу, в целях последующего использования пакета с сухим остатком для количественного определения жира.

Метод открытой дистилляции. В химический стакан на 100мл наливают 25-30 мл пищевого жира или минерального масла, предварительно обезвоженного и освобожденного от летучих веществ прогреванием при температуре 170-180⁰С в течение 1 ч (запас обезвоженного масла хранят в закрытой посуде). Стакан с маслом взвешивают (А). Около 3-5 (+ 0,01) г исследуемого блюда опускают в масло, растирают стеклянной палочкой. Палочку извлекают, тщательно удаляют в нее масло, многократно касаясь стенок стакана. Затем стакан с маслом и сырой навеской взвешивают (Б). Высушивание ведут на простейшей установке. Термометр со шкалой до 150-200⁰С погружают в масло так, чтобы ртутный резервуар не касался стенок и дна стакана. Нагревают постепенно, не допуская бурного вспенивания. При выходе пены за край стакана или разбрызгивании масла анализ повторяют. Когда температура масла достигает 140⁰С, замечают время и, регулируя нагревание горелкой, поддерживают ее на этом уровне 40 мин. Колебания температуры не должны превышать + 3⁰С. По истечении 40 мин. нагревание прекращают, термометр извлекают и снимают с него сухой остаток по указанной выше формуле.

Масло собирают для регенерации (фильтрование, прокаливание). Продолжительность анализа – 80 +- 15 мин.

 

Определение жира по обезжиренному остатку. Количество жира определяют по уменьшению навески сухого вещества после обезжиривания в приборе типа аппарата Сокслета. Всю навеску, высушенную до постоянной массы, переносят на полоску (6х7 см) фильтровальной бумаги. Бюксу протирают кусочком ваты, смоченной эфиром, и присоединяют ее к навеске. Затем края бумаги завертывают в виде пакета для аптечных порошков, вкладывают его во второй такой же пакет, но большего размера (7х8 см) так, чтобы швы их не совпадали. На внешнем пакете графитовым карандашом наносят номер пробы. Пакет с навеской и куском ваты помещают в бюксу, в которой проводилось определение сухих веществ, подсушивают в течение 1 ч при температуре 100 + 2⁰С, дают остыть в эксикаторе и взвешивают (с точностью + 0,001 г). Взвешенный пакет или одновременно несколько пакетов при серийных анализах переносят в экстрактор аппарата Сокслета, собирают аппарат и через свободный конец холодильника заливают столько этилового эфира, чтобы он переливался по сифонной трубке в колбу. Нагревание предпочтительно вести на электрической водяной бане с терморегулятором при температуре не выше 50⁰С. Экстракция продолжается от 6 до 12 ч. Целесообразно заливать навески эфиром и оставлять в экстракторе на ночь, а также держать их в эфире при перерывах в работе.

Для установления полноты обезжиривания каплю растворителя из экстрактора наносят на стекло и испаряют, если на стекле не остается жирного пятна, экстрагирование прекращают. Пакеты переносят в бюксы, в которых их взвешивали до экстракции, высушивают в течение 20-30 мин сначала в вытяжном шкафу для удаления остатков эфира, а затем 1,5-2,0 ч в сушильном шкафу при температуре 100 + 5⁰С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Содержание жира в готовом блюде (Х) рассчитывают по формуле:

Х = (А-В) х М х Р^{- 1} ,

где: А - масса бюксы, пакета с сухой навеской и кусочком ваты до экстрагирования, г;

В - масса бюксы, пакета с сухой навеской и кусочком ваты после экстрагирования, г;

Р - сырая навеска гомогената исследуемого образца, г;

М - масса нетто съедобной части исследуемого блюда, г.

 

Объемный метод определения жира. Основан на расплавлении навески гомогената средней пробы исследуемого блюда серной кислотой и выделении жира с помощью изоамилового спирта с последующим центрифугированием в жиромерах. Количество жира определяют по объему.

Навеску 5 + 0,01 г подготовленной пробы помещают в фарфоровую чашечку, добавляют 10 мл серной кислоты плотностью 1,5 (60 мл серной кислоты + 40 мл воды), нагревают на слабом огне при перемешиваниистеклянной палочкой до расплавления. Бурую однородную жидкость охлаждают и количественно переносят через маленькую воронку с укороченным тубусом в молочный жиромер. Чашечку и воронку промывают 2-3 порциями кислоты, чтобы общий объем был 21 мл. Далее в жиромер добавляют 1 мл изоамилового спирта.

Серную кислоту и изоамиловый спирт удобно отмеривать дозаторами. Жиромер закрывают пробкой, содержимое его смешивают, и прибор переносят на 5 мин в водяную баню с температурой 70⁰С, затем центрифугируют в течение 5 мин, снова помещают на 5-6 мин в водяную баню с температурой 70⁰С, после чего отсчитывают по шкале по шкале объем, занимаемый столбиком жира. Каждое малое деление жиромера соответствует 0,01133 г жира.

Содержание жира в граммах рассчитывают по формуле:

Х = А х 0,01133 М / р,

где: А - число мелких делений жиромера, занимаемых жиром;

М - масса нетто блюда, г;

Р - масса навески, г.

 

Метод прямой экстракции дихлорэтаном. Жир извлекают из навески сырого продукта при измельчении, растворитель отфильтровывают. Из определенного объема раствора отгоняют жир, высушивают и взвешивают.

В стакан микроизмельчителя типа РТ-2 отвешивают 10 + 0,01 г пробы, добавляют 50 мл дихлорэтана. Стакан помещают в контейнер микроизмельчителя. Измельчение и экстракцию производят в течение 4 мин при 5000 об/мин. Смесь накрывают стеклом, оставляют на 10-15 мин для оседания взвешенных частиц. Затем раствор жира фильтруют через гофрированный фильтр в мерную колбу на 50 мл, осадок на фильтре промывают небольшими порциями дихлорэтана, собирая его в ту же колбу, и доводят объем растворителем до метки.

Пипеткой с грушей отбирают 10 мл раствора в предварительно высушенные и взвешенные металлические стаканчики, растворитель отгоняют, а оставшийся жир подсушивают при температуре 100⁰С в течение 15 мин. Стаканчики охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Содержание жира (Х) в исследуемом блюде в граммах рассчитывают по формуле:

Х = А х 50 х М х 0,92 / (10 – А / 0,95) х Р,

где: А – масса навески жира в бюксе после высушивания, г; М – масса нетто исследуемого блюда, г; Р - масса навески, г; 50 - объем экстракта, мл; 0,92 – плотность жира (среднее значение), г/мл; 10 – объем экстракта для отгонки, мл; 0,95 – коэффициент полноты экстракции.

 

Определение белков в готовых блюдах.

Первый метод (по Кьельдалю). Азот органических соединений переводится в сульфат аммония при нагревании с крепкой серной кислотой. Аммонийную соль разрушают щелочью, отщепляющийся аммиак улавливают титрованным раствором серной кислоты. По количеству серной кислоты, расходуемой на связывание аммиака, рассчитывают содержание общего азота – белка в исследуемом блюде (рационе).

Анализ слагается из трех последовательных этапов: минерализации, отгонки аммиака, обратного титрования избытка серной кислоты.

Минерализация. Навеску гомогенезированной пробы, содержащую 30-50 мг азота (1-5 г), помещают в колбу Кьельдаля. Жидкий продукт отмеривают пипеткой, твердый отвешивают (+ 0,01 г) в пакетике из фольги, безазотистой парафинированной или фильтровальной бумаги. После этого в колбу вливают 20 мл концентрированной серной кислоты, отмеривая ее цилиндром или автоматическим дозатором. Одновременно добавляют катализаторы: 1 каплю металлической ртути и 5 г сернокислого калия или натрия. Колбу неплотно закрывают полой стеклянной пробкой, закрепляют в штативе в наклонном (от себя) положении над нагревательным прибором в вытяжном шкафу. Нагревание усиливают постепенно по мере прекращения вспенивания жидкости и продолжают до полного просветления и обесцвечивания ее. Если на горлышке остаются темные капли и частицы, их смывают в колбу небольшим количеством серной кислоты и возобновляют сжигание до исчезновения желтоватого оттенка.

Отгонка аммиака. Бесцветный минерализат охлаждают на воздухе и переносят в отгонную колбу прибора, ополаскивая колбу Кьельдаля 3-4 порциями дистиллированной воды (общий объем 250-300 мл), добавляют 2 капли 1%-ного раствора фенолфталеина и немного порошка пемзы или стеклянной дроби, чтобы обеспечить равномерное кипение.

В приемную колбу наливают из бюретки 30-40 мл 0,1н. раствора серной кислоты, прибавляют 5 капель смешанного индикатора (раствор 0,125 г метилрота + 0,0825 г метиленового синего в 100 мл этилового спирта). Приемную колбу ставят под холодильник, опуская конец аллонжа в кислоту. Далее собирают прибор, после чего через воронку в отгонную колбу вводят 33% раствор едкого натрия до отчетливой щелочной реакции. Не взбалтывая содержимого колбы, приоткрывают пробку, быстро прибавляют на кончике шпателя немного цинковой пыли и тотчас закрывают, герметизируя систему. Если применялись другие катализаторы, добавление цинка излишне.

После этого пускают воду в холодильник, включают нагреватель и отгоняют аммиак с паром до тех пор, пока капля конденсата из холодильника перестанет давать щелочную реакцию с лакмусовой бумажкой. Практически следы аммиака в конденсате не обнаруживаются после отгонки около 2/3 содержимого колбы.

На данном этапе анализа необходимо следить за равномерностью и непрерывностью кипения и сохранностью фиолетовой окраски содержимым приемной колбы. При уменьшении нагревания по той или иной причине давление в отгонной колбе снижается и титрованный раствор кислоты может быть засосан в холодильники в колбу с минерализатом. В этом случае анализ потерян. Если засасывание началось, но кислота еще не попала в отгонную колбу, необходимо немедленно усилить нагревание или на некоторое время извлечь аллонж из кислоты; пузырек воздуха проскочив по системе, восстановит давление.

Изменение окраски кислоты в приемной колбе от фиолетовой до серой или, что хуже, до зеленой свидетельствует о недостатке поглотителя. Если этот момент выявлен своевременно, необходимо немедленно добавить в приемную колбу точно измеренное количество 0,1н раствора серной кислоты, учтя это в расчете.

По окончании отгонки аллонж отсоединяют от холодильника, ополаскивают суженный конец его небольшим количеством дистиллированной воды в приемник.

Обратное титрование избытка серной кислоты. Серную кислоту, не вступившую в реакцию с аммиаком, оттитровывают 0,1н раствором едкого натрия до перехода фиолетовой окраски через серую в ярко-зеленую.

Количество белка в исследуемом рационе (блюде) в граммах рассчитывают по формуле:

Х = (А – Б х К) х 0,0014 х 6,25 М х р^-1,

где: А - объем 0,1н раствора серной кислоты, мл; Б - расход 0,1н раствора едкого натрия на обратное титрование, мл; К – поправка к титру 0,1н раствора едкого натрия; 0,0014 – количество азота, соответствующее 1 мл 0,1 н раствора серной кислоты, г; 6,25 – среднее количество белка, соответствующее 1 г азота, г; М - масса порции исследуемого блюда, г; р - масса навески гомогена средней пробы, г.

 

Ускоренная минерализация. В колбе Кьельдаля на 250-500 мл смешивают 0,5-1,0 г образца с шестью кристаллами двуокиси кремния, 1,3-1,5 г окиси ртути, 12,0-12,5 г сульфата калия, 15 мл серной кислоты (плотность 1,84). Сначала нагревают умеренно до прекращения вспенивания, затем нагрев усиливают и продолжают до полного просветления смеси. После остывания минерализат переносят в отгонную колбу, добавляют 200 мл воды, 25 г кристаллической щелочи, 5 г гипосульфита калия, 0,5 г цинковой пыли. Отгонную колбу соединяют через каплеуловитель с холодильником и приемником.

Минерализация завершается за 50-60 мин Дальнейшее определение ведут так же, как и при исследовании по методу Кьельдаля.

Второй метод (по Джармило). Навеску сырого гомогена 0,5 + 0,01 г второго блюда или 0,8 + 0,01 г первого блюда отвешивают в патрон, который готовят из обычной упаковочной алюминиевой фольги, обертывая ею конец плоскодонной пробирки. Через свободный конец в патрон помещают навеску, высыпают 3 г ацетата натрия и 1,5 г порошкообразного едкого натрия. Патрон закрывают, загибая свободный конец фольги, опускают его в специальную металлическую гильзу, завинчивающуюся герметически крышкой с двойной резьбой. Обеспечение герметичности в этом стыке является главным условием точности анализа.

Гильза имеет отводную трубку, к которой присоединяют стеклянную трубку с расширением, заполненным стеклянной ватой. Конец стеклянной трубки в виде шара с отверстиями погружают в химический стакан, в который предварительно наливают 15 мл 0,1н раствора серной кислоты и 5 капель смешанного индикатора (см. первый метод). Содержимое стакана приобретает фиолетовую окраску.

После герметизации систему укрепляют в штативе, гильзу нагревают на спиртовой горелке или на электрической плитке.

При сжигании навески со смесью уксуснокислого и едкого натрия выделяется аммиак, который поглощается титрованным раствором серной кислоты. Сжигание заканчивается, когда прекратится выделение пузырьков газа.

Серную кислоту, не вступившую в реакцию с аммиаком, оттитровывают 0,1н раствором едкого натрия до перехода фиолетовой окраски через серую в ярко-зеленую.

Результаты рассчитывают так же, как и при анализе первым способом.