1-2 краплі дистильованої води нанести на відполіровану поверхню вимірювальної призми в становити окуляр на різкість за шкалою і візирною лінією сітки (три штрихи). Після цього перемістити окуляр за допомогою рукоятки вздовж шкали до тих пір, поки візирна лінія не буде суміщена з межею світлотіні.
При правильному встановленні приладу на нуль-пункт межа світлотіні при 200С повинна бути суміщена з поділкою n= 1,333 шкали показників заломлення.
2. Визначити показник заломлення чистого бензолу.
Після встановлення нуль-пункту, відвернути верхню камеру, витерти площини освітлювальної та вимірювальної призм спочатку фільтрувальним папером, а потім серветкою.
1-2 краплі досліджуваного розчину внести між площинами двох призм – освітлювальної та вимірювальної. Плавно опустити верхню камеру. Дзеркалом спрямувати світло в одне з вікон, при цьому інше повинно бути закритим ширмою. Переміщенням окуляру ввести у поле зору приладу межу світлотіні і встановити її на різкість, спостерігаючи в окуляр і обертаючи лівою рукою голівку дисперсійного компенсатора. А потім правою рукою перемістити окуляр до суміщення візирної лінії з межею світлотіні. Положення світлотіні за шкалою дає результат показника заломлення.
Показник заломлення бензолу виміряний за допомогою рефрактометра ___________
3. Обчислити мольну рефракцію бензолу за формулою:
=
| Назва речовини | Показник заломлення, n | Молярна маса, Мr | Густина, ρ | Мольна рефракція, Rпракт |
| Бензол С6Н6 | 78,11 | 0,879 |
4. Обчислити мольну рефракцію за значеннями рефракцій ковалентних зв’язків (довідкові дані):
Rd (С = С в ароматичній речовині) = 2,688
Rd (С – Н) = 1,676
R (C6H6)теоретичне = 2,688 × 6 + 1,676 × 6 = 26,184
5. Обчислити абсолютну (∆ ) та відносн у (δ ) похибки за формулами:
∆ = | R(C6H6)екс. – R(C6H6)теор. | =
δ = 
=
6. Провести вимірювання показників заломлення харчових золів. Результати записати в таблицю.
| № п/п | Досліджуваний золь | Показник заломлення світла, n |
| 1. | чай | |
| 2. | молоко | |
| 3. | бульйон |
Зробити висновок по роботі.
__________________________________________
______________
Лабораторна робота № 8
Тема: Вивчення функціональних властивостей білків
Мета:
þ дослідження процесів набухання білків, утворення емульсій, пін білками;
þ визначення піноутворюючої здатності білка;
þ удосконалення умінь і навичок проведення хімічного експерименту;
þ формування умінь інтерпретації результатів хімічного експерименту (спостереження, висновки).
Забезпечення:
Посуд, обладнання: штатив з пробірками (градуйовані), нагрівальний прилад, водяна баня, градуйовані піпетки, пробірки центрифужні, центрифуга, колба, капілярна трубка, палички скляні, мірний циліндр.
Реактиви: яєчний білок, желатин (порошок), розчин мила, рослинна олія, ізоаміловий спирт, толуол, вода дистильована, 1М розчин сульфату натрію, буферні розчини з рН 1,68 і 9,22.
Завдання лабораторної роботи
1. Одержати емульсії.
2. Одержати піни.
3. Вивчити вплив середовища на набухання желатину.
4. Визначити піноутворюючу здатність білків.
5. Визначити стійкість піни.
Теоретичні положення
Поняття «функціональних властивостей білків» вперше введено Серклом і Джонсоном в 1962р.
Функціональні властивості – фізико-хімічні характеристики білків, які визначають їх поведінку під час переробки на харчові продукти та забезпечують певну структуру, технологічні та споживчі властивості.
Білки з високими функціональними властивостями добре розчиняються у воді, утворюють міцні гелі, стабільні емульсії та піни; білки з низькими функціональними властивостями не набухають у воді, не здатні утворювати в’язкі, еластичні маси, гелі, не стабілізують піни та емульсії. Винятком є білки пшеничної клейковини. Незважаючи на низьку розчинність у воді, вони утворюють структурні колоїдні системи – гелі, які витримують нагрівання, заморожування та висушування, а білки з висівок і тритікале з розчинністю 10-20% виявляють високі жироемульгуючі та піноутворюючі властивості.
Функціональні властивості білків залежать від технологічних або інших факторів.
Функціональні властивостібілків:
1. Розчинність. Залежить від: гідрофобних, електростатичних і водневих зв’язків (нековалентних взаємодій). Чим нижча відносна гідрофобність білків (тобто менша взаємодія між глобулами та більша сила відштовхування), тим більша взаємодія їх з молекулами розчинника, відповідно, вища розчинність.
Електростатичні сили впливають на розчинність:
8 рН середовища. В ІЕТ білки мають найменшу розчинність, тому, що сумарний заряд на їх молекулах дорівнює нулю і часточки позбавлені здатності відштовхуватися за рахунок електростатичних взаємодій з молекулами розчинниками. В кислому середовищі білок має позитивний заряд на аміногрупах внаслідок пригнічення дисоціації карбоксильних груп, в лужному середовищі – негативний заряд на карбоксильних групах за рахунок пригнічення дисоціації аміногруп;
8 наявності солей. При додаванні незначних кількостей солей розчинність зростає, тому, що іони запобігають електростатичній взаємодії бокових груп білка між собою. Високі концентрації солей, знижують гідратацію поліпептидних ланцюгів, збільшують гідрофобні білок-білкові взаємодії та спричиняють випадіння білка в осад (висолювання).
Втрата розчинності супроводжується зміною інших функціональних властивостей, що впливає на якість продуктів і ступінь перетравлювання білка в шлунково-кишковому тракті. В напоях використовують білки з високою розчинністю, у виробах з борошна – білки з низькою розчинністю. Використання білків із значною розчинністю у складі хлібопекарних поліпшувачів негативно впливає на еластичні, в’язко-пружні властивості тіста. Незначна кількість розчинного білка повинна міститися у текстурованих формах білка, зернових продуктах, виготовлених високотемпературною екструзією, та макаронних виробах.
2. Водозв’язуюча та жирозв’язуюча здатність
Водозв’язуюча здатність характеризується адсорбцією води за участю гідрофільних залишків амінокислот.
Висока здатність білків затримувати воду в харчових продуктах (м’ясних, хлібобулочних) збільшує вихід, подовжує терміни зберігання та покращує текстуру. Денатуровані білки виявляють знижену водозв’язуючу здатність, їх використання негативно впливає на якість хліба.
Жирозв’язуюча здатність визначається адсорбцією жиру за рахунок гідрофобних залишків. При невисокій вологості утворюється мономолекулярний шар, при високій вологості – навкруги глобул білка формується багатошарова структура з одночасним проникненням води у заглибини та виступи.
Висока жироутримуюча здатність білків забезпечує ніжну та однорідну текстуру виробів, запобігає відокремленню жиру, зморщуванню виробів, зменшенню втрат при варінні та смаженні.
Здатність білків затримувати жир і воду залежить від:
§ особливостей амінокислотного складу і структури;
§ фракційного складу;
§ способу обробки;
§ рН середовища, температури, присутності вуглеводів, ліпідів і інших білків.
3. Здатність стабілізувати дисперсні системи (емульсії, піни, суспензії);
Жироемульгуюча та піноутворююча здатність білків використовується в практиці одержання жирових емульсій і пін у виробництві хлібобулочних, борошняних кондитерських виробів, низькокалорійних маргаринів, майонезів, паст, м’ясних продуктів. Піноутворююча здатність білків лежить в основі виробництва збивних кондитерських виробів (бісквітів, десертів, кремів).
Наявність в одному боковому ланцюгу гідрофобних і гідрофільних груп забезпечує розподіл молекул певним чином на межі поділу фаз вода – масло та вода – газ. Орієнтація гідрофільних груп білка до води, а гідрофобних – до масла на межі поділу фаз у вигляді міцного адсорбційного шару знижує поверхневий натяг в дисперсних системах і підвищує їх агрегативну стійкість і в’язкість. Всі види емульсій з білком одержують механічним диспергуванням однієї рідини в іншій за допомогою мішалок, гомогенізаторів.
Піни одержують механічним розподілом повітря в розчині білка шляхом збивання або скипання води; зниженням тиску, забезпеченням хімічних і мікробіологічних процесів у харчових системах, що містять білки. Білки клейковини утворюють піну в хлібному тісті під дією СО2 при бродінні, а в кондитерському – за рахунок хімічних розрихлювачів при виділенні NH3 та СО2.
Піноутворюючі властивості білків характеризуються піноутворюючою здатністю і стабільністю піни.
Піноутворюючі властивості залежать від: рН середовища, концентрації білка, солей, температури, присутності ліпідів, сахарози, харчових волокон, фракційного складу і будови білків.
4. Здатність утворювати гелі.
Гелеутворюючі властивості білків характеризуються здатністю їх колоїдного розчину з вільно диспергованого стану переходити у зв’язано дисперсний стан.
Білок повинен утворювати гелі в широкому діапазоні рН, іонної сили, у мінімальній концентрації та з визначеними фізико-хімічними властивостями (міцність, твердість, еластичність, тиксотропія (здатність переходити у текучий стан при механічній обробці та знову утворювати не текучий гель після зняття навантаження), температура розм’якшення та плавлення, ступень набухання, здатність до синерезису (відокремлення дисперсійного середовища із зменшенням об’єму гелю). Універсальний гелеутворювач – желатин.
5. Плівкоутворююча здатність.
6. Адгезійні та реологічні властивості (в’язкість, еластичність).
Молекули білків агрегуються з утворенням комплексів з певними реологічними властивостями (в’язкість, еластичність, пружність). Найбільш виражені такі властивості у білків пшеничної клейковини, які обумовлюють текстуру хліба та створюють безперервну фазу у виробах з наповнювачами (зерно, висівки, ізюм). Здатність до пружності та еластичності забезпечує глютенінова фракція білків. Здатність білкових суспензій до зчеплення з поверхнями металів, пластмас, картону, паперу (адгезія) важлива в процесах транспортування, обробки, формування та пакування тістових, сирних, цукеркових мас, м’ясних і рибних фаршів і нових форм білкової їжі.
7. Здатність до текстурування.
Отже, функціональні властивості білків визначаються їх структурою: в’язкість і гелеутворення залежать від розмірів і форми молекул, а водозв’язуюча здатність, властивості до піноутворення та емульгування пов’язані із співвідношенням на поверхні полярних і гідрофобних груп.
З метою забезпечення стабільності технологічного процесу, покращення якості та розширення асортименту харчових виробів регулюють функціональні властивості.
Регулювання функціональних властивостей білків досягається зміною умов їх виділення, висушування, дією фізичних і хімічних факторів, ферментативною та хімічною модифікацією. Параметри обробки можуть змінювати амінокислотний і фракційний склад білків, спричиняти денатурацію, агрегацію або взаємодію з іншими компонентами (ліпідами, вуглеводами).
Методи регулювання функціональних властивостей:
þ Фізико-хімічні (переведення білків перед сушінням в розчин, додавання розчинів кислот, лугів, солей з метою зміни заряду або іонного складу, теплова денатурація).
þ Ферментативні методи модифікації з використанням ферментів рослинного, тваринного або мікробного походження.
Переваги таких методів: м’які режими виділення білків, збереження біологічної цінності та можливість регулювання глибини проходження реакції.
Недоліки: обмеження процесів модифікації із-за високого ступеня специфічності ферментів.
Найбільш поширеним методом є метод обмеженого ферментативного протеолізу. Наприклад, для заміни яєчного альбуміну випускають піноутворюючі модифіковані білки. Реакції ферментативного синтезу білків з пептидів використовують для введення до складу білків незамінних амінокислот або їх похідних (ефірів) з метою покращення розчинності, поверхнево-активних властивостей і біологічної цінності.
þ Хімічні методи модифікації: ацетилювання (гідрофобізація, зміна конформації при високих степенях модифікації), фосфорилювання (гідрофілізація, зшивання, гідрофобізація як результат зміни конформації), етерифікація (гідрофобізація).
Хід роботи:
Дослід №1. Одержання емульсій
Приготовити три пробірки. У першу пробірку налити 5 мл води, в другу – 5мл розчину мила, в третю – 5мл розчину яєчного білка. Добавити в кожну пробірку по 3-5крапель рослинної олії. Струшувати вміст пробірок протягом 3хв. Спостерігати утворення і відносну швидкість розшарування емульсій. Результати записати в таблицю:
| №п/п | Емульсія | Час повного розшарування емульсії, сек | Висновок про стійкість емульсії |
| 1. | вода-олія | ||
| 2. | розчин мила-олія | ||
| 3. | розчин білка-олія |
Дати пояснення різній стійкості одержаних емульсій і вказати роль стабілізатора.
______________
______________
______________
Дослід №2. Одержання пін
У колбочку налити 10-15мл води і через капілярну трубку продувати повітря. Повторити дослід, замінивши воду розчином мила. У якому випадку утворюється піна? Пояснити, чому у чистій воді піна не утворюється, а в розчині мила – утворюється. Яку роль відіграє мило? _____________________________________________________________
______________
______________
До одержаної піни добавити 1-2 краплі ізоамілового спирту. Як це вплинуло на стійкість піни? Пояснити роль ізоамілового спирту.__________________________________
______________
______________
Дослід №3. Вивчення впливу природи середовища на набухання желатину
Приготувати дві градуйовані пробірки. Насипати в ці пробірки однакову кількість порошку желатину (0,5см по висоті пробірки). Мірною піпеткою відміряти в першу пробірку 5 мл дистильованої води, а в другу пробірку – 5мл толуолу. Через 20 хв. виміряти висоту шару желатину, що набухнув. Результати спостережень записати в таблицю:
| №п/п | Досліджувана речовина | Середовище | Результати спостережень |
| 1. | Желатин | Вода | |
| 2. | Желатин | Толуол |
Дослід №4. Вивчення впливу електролітів на ступінь набухання
У чотири пронумеровані пробірки (градуйовані або однакового діаметру) насипати приблизно однакову кількість желатину (0,5 см по висоті пробірки).За допомогою смужки міліметрового паперу виміряти висоту шару сухого желатину до набухання. Результати записати в таблицю.
Пробірки заповнити приблизно до середини: 1 – дистильованою водою, 2 – розчином сульфату натрію з концентрацією 1моль/л; 3 – буферним розчином з рН = 1,7; 4 пробірку ‑ буферним розчином з рН = 9,9.
Через 1 – 2 хв. після заповнення пробірок вміст їх обережно перемішати скляною паличкою, щоб набряклі часточки верхнього шару желатину не заважали доступу рідини до часточок нижнього шару.
Приблизно через 20 хв. обережним постукуванням по верхній частині пробірки досягти осадження плаваючих часточок желатину. Виміряти висоту шару набряклого желатину. Результати записати в таблицю.
Обчислити ступінь набухання желатину в різних середовищах за формулою:
α = 
,
де h0 – висота шару сухого желатину, мм;
h – висота шару набряклого желатину, мм;
| № п/п | Середовище, у якому проводилося набухання | Висота шару сухого желатину, h0, мм | Висота шару набряклого желатину, h мм | Ступінь набухання, α, % |
| 1. | Дистильована вода | |||
| 2. | Розчин Na2SO4 | |||
| 3. | рН = 1,7 | |||
| 4. | рН = 9,9 |
Зробити висновок про ступінь набухання желатину у воді та розчинах електролітів.
______________
____________________________
Дослід №5. Визначення піноутворюючої здатності білка
Наважку білка вмістити в циліндр, добавити 100мл води. Циліндр закрити пробкою і струшувати в горизонтальному положенні протягом 1 хв.
Піноутворюючу здатність білка обчислити за формулою:
ПОС = 
де ПОС – піноутворююча здатність, %;
Вп – висота піни над рівнем рідини, см3;
Вр – висота розчину до спінювання, см3.
Результати занести в таблицю:
| Висота (об’єм) піни над рівнем рідини, Вп, см3 | Висота (об’єм) розчину до спінювання, Вр, см3 | Піноутворююча здатність ПОС, % |
Дослід №6. Визначення стійкості піни
Стійкість піни оцінюють за висотою піни після 15 хв. находження циліндру у стані спокою за формулою:
СП = 
де СП – стійкість піни, %;
Вп – висота піни перед початком дослідження, см3;
Впс – висота піни після стояння, см3.
Результати занести в таблицю:
| Висота (об’єм) піни перед початком дослідження, Вп, см3 | Висота (об’єм) піни після стояння Впс, см3 | Стійкість піни СП, % |
Зробити висновок по роботі. _______________________________________________
__________________________________________
Лабораторна робота №9
Тема: Вивчення процесу осадження білків
Мета:
þ дослідження процесу осадження білків.
þ удосконалення умінь і навичок проведення хімічного експерименту;
þ формування умінь інтерпретації результатів хімічного експерименту (спостереження, висновки).
Забезпечення:
Посуд, обладнання: штатив з пробірками, нагрівальний прилад, пробіркоутримувач, хімічний стакан, градуйовані піпетки, пробірки центрифужні, беззольні фільтри, скляні лійки, універсальний індикаторний папір.
Реактиви: розчини яєчного білка, насичений розчин хлориду натрію, 1%-вий розчин ацетату купруму, 96% розчин етанолу, 10%-вий розчин хлоридної кислоти, 10%-вий розчин лугу, 1%-вий розчин сульфату купруму(ІІ), дистильована вода, 0,1М розчин оцтової кислоти, концентрована нітратна кислота, кристалічний сульфат амонію.
Завдання лабораторної роботи
1. Осадження білків нагріванням.
2. Осадження білків мінеральними кислотами.
3. Вивчення процесу осадження білків за різних значень рН.
4. Осадження білків іонами металів.
5. осадження білків хлоридом натрію.
Теоретичні положення
Порушення факторів, що стабілізують структуру молекули білка, призводять до осадження білків.
Реакції осадження спрямовано на виділення білків з розчинів за допомогою різних осаджувачів, під дією яких зменшується або зникає заряд колоїдної частинки (міцели) та руйнується гідратна оболонка білкової частинки. Вони зближуються, з’єднуються між собою і випадають в осад. Так, внаслідок кип’ятіння порушуються зв’язки в молекулі негативно зарядженого білка.
Кращий спосіб осадження білків ‑ кип’ятіння в середовищах, які мають значення рН, що дорівнює значенню рН ізоелектричної точки білка. Внесення в розчин білка нейтральних солей (сульфату амонію, хлориду натрію) полегшує і прискорює процес осадження білка при кип’ятінні його розчину внаслідок дегідратації білкових часточок.
Мінеральні та деякі органічні кислоти, органічні розчинники осаджують білки в результаті денатурації та дегідратації білкових молекул, а також внаслідок утворення комплексних солей білків з кислотами.
Механізм осадження білків алкалоїдними реактивами зумовлений утворенням нерозчинних сполук цих реактивів із азотистими групами білка. В таких сполуках алкалоїдні реактиви є аніонами, а білки – катіонами. Для надання молекулі білка позитивного заряду розчин білка підкислюють оцтовою кислотою. Білки, що мають позитивний заряд, добре осаджуються алкалоїдними реактивами в середовищі без попереднього підкислення середовища.
Солі важких металів (міді, ртуті, цинку, срібла, свинцю) осаджують білки в результаті утворення комплексних сполук із сульфгідрильними групами білків. Осад білка в надлишку солей деяких важких металів (ацетату свинцю, сульфату міді) розчиняється. Це пов’язано з тим, що надлишок іонів цих металів, адсорбуючись на поверхні білкових молекул, спричиняє перезарядку білкового комплексу, внаслідок чого він переходить у розчин.
У водному розчині більшість білків та їх часточок заряджені і гідратовані, що зумовлює осадження білків у розчинах. Але за високої концентрації середніх солей (сульфату амонію, хлориду натрію), молекули яких у водних розчинах гідратовані, руйнуються водні оболонки білкових молекул. В результаті цього знижується електричний заряд білкової молекули іонами солі, які адсорбуються на ній, часточки білка злипаються одна з одною, укрупнюються та випадають в осад.
Розрізняють два види осадження:
8 Висолювання ‑ це осадження білків концентрованими розчинами нейтральних солей (при збільшенні іонної сили розчину). Належить до оборотних реакцій осадження, так як білкові молекули не зазнають глибоких змін і після додавання розчинника їх фізико-хімічні властивості повністю відновлюються.
Наприклад, осадження білків органічними розчинниками (етанолом або ацетоном) і висолювання білків нейтральними солями (NaCI, NH4CI, (NH2)2SO4).
8 Денатурація ‑ зміна нативної (природної) структури білкової молекули під впливом зовнішніх факторів. Належить до необоротного осадження (згортання, денатурація). Після необоротного осадження білок не можна знову перевести у розчин. Найбільшу схильність осаджуватися білок виявляє в ІЕТ.
Теплова денатурація білків є одним з фізико-хімічних процесів, які лежать в основі випікання хліба, печива, бісквітів, тістечок, сухарів, висушування макаронних виробів, сухих сніданків; варіння, смаження овочів, риби, м’яса; консервування, пастеризації та стерилізації молока. Такі перетворення – корисні тому, що вони прискорюють перетравлювання білків в шлунково-кишковому тракті людини, полегшуючи доступ до них протеолітичних ферментів, та обумовлюють споживчі властивості харчових продуктів (текстуру, зовнішній вигляд, органолептичні властивості).
Термічна обробка їжі, що містить білки, при 100-1200С спричиняє руйнування (деструкцію) макромолекул білка з відщепленням функціональних груп, розщепленням пептидних зв’язків і утворенням сірководню, аміаку, вуглекислого газу та інших сполук небілкової природи. Стерилізація молока, м’ясних і рибних продуктів при температурі вище 1150С спричиняє руйнування цистеїнових залишків з відщепленням сірководню, диметилсульфіду і цистеїнової кислоти.
Серед продуктів термічного розпаду білків є сполуки, що надають їм мутагенних властивостей. Термічно індуковані мутагени утворюються в білковій їжі в процесі її смаження в жирі, випіканні, копченні в диму та сушіння. Мутагени містяться в бульйонах, смаженій яловичині, свинині, домашній птиці, жарених яйцях, копченій і в’яленій рибі. Деякі з них спричиняють спадкові зміни в ДНК.
Токсичні властивості білків при термічній обробці вище 2000С або при більш низьких температурах, в лужному середовищі, обумовлені також реакціями ізомеризації залишків амінокислот з L- в D-форму. Присутність D-ізомерів знижує засвоюваність білків (термообробка казеїну молока при температурі близько 2000С знижує біологічну цінність продукту на 50%).
Хід роботи:
Дослід №1. Осадження білків нагріванням
У пробірку внести 2 мл розчину яєчного білка і нагріти на киплячій водяній бані. Спостерігати утворення _________________осаду внаслідок згортання білка. Назвати вид денатурації білка._______________________________________________________________
Зробити висновок. _________________________________________________________
Дослід №2.Осадження білків мінеральними кислотами
У пробірку внести 3 мл концентрованої азотної кислоти. Потім по стінці пробірки обережно, щоб рідини не перемішувалися, додати 3мл розчину яєчного білка.
Спостерігати на межі поділу фаз двох рідин утворення осаду у вигляді білкового ______________
Вміст пробірки перемішати, долити надлишок азотної кислоти. Описати спостереження. Пояснити, чому осад не зникає. ____________________________________
Зробити висновок _________________________________________________________
______________
Дослід №3. Вивчення процесу осадження білків за різних значеннях рН середовища
Для вивчення залежності процесу осадження білків від концентрації водневих іонів, у п’ять пробірок додати по 5 мл розчину яєчного білка.
Першу пробірку з нейтральним розчином білка нагріти до кипіння, спостерігати помутніння розчину і опалесценцію, що зумовлена руйнуванням гідратної оболонки навколо молекули білка та збільшенням білкових часточок. Але міцели білка заряджені і тому залишаються в розчині, не випадаючи в осад.
Другу пробірку з розчином білка нагріти до кипіння, додати 1 мл розчину оцтової кислоти до появи слабко кислої реакції середовища. Білкові молекули втрачають заряд і випадають в осад тому, що значення рН середовища наближене до рН середовища ізоелектричної точки.
У третю пробірку внести з мл розчину оцтової кислоти для створення кислої реакції середовища. Під час кип’ятіння розчину осад не утворюється, оскільки молекули білка набувають позитивного заряду, що сприяє підвищенню їх стійкості.
У четверту пробірку внести 5 мл розчину оцтової кислоти, 2 мл насиченого розчину хлориду натрію та нагріти. Спостерігати утворення білого осаду, що пояснюється втратою заряду білковою молекулою внаслідок взаємодії з іонами хлориду натрію.
У п’яту пробірку внести 2 мл розчину гідроксиду натрію для створення лужного середовища. Нагріти пробірку. Спостерігати відсутність осаду в лужному середовищі, так як молекула білка набуває негативного заряду.
Зробити висновок і вказати за яких умов відбувається осадження білка.
____________________________________________________________________________________
Дослід №4. Осадження білків іонами важких металів
У дві пробірки додати по з мл розчину яєчного білка. У першу пробірку додати 2-3 краплі розчину сульфату купруму(ІІ), спостерігати утворення осаду _________________ кольору. У другу пробірку додати 2-3 краплі розчину ацетату плюмбуму(ІІ). Спостерігати утворення осаду _____________________ кольору.
Перевірити розчинність осадів у воді, описати спостереження ___________________
______________
В обидві пробірки з осадами додати надлишок розчинів солей сульфату купруму (ІІ) та ацетату плюмбуму(ІІ). Спостерігати ____________________________________________
Пояснити розчинення осадів у надлишку солей _______________________________
____________________________
Зробити висновок. _________________________________________________________
______________
______________
Дослід №4. Осадження білків хлоридом натрію
У пробірку внести 3мл розчину яєчного білка та хлорид натрію до повного насичення. Через кілька хвилин в осад випадають глобуліни. Суміш фільтрують через складчастий паперовий фільтр. У фільтраті містяться альбуміни, які не осаджуються за даних умов.
До фільтрату додати 1 мл розчину оцтової кислоти і нагріти суміш до кипіння на водяній бані, спостерігати утворення осаду альбумінів.
Зробити висновок про умови осадження і розділення альбумінів і глобулінів.
__________________________________________
Зробити висновок по роботі. _______________________________________________
__________________________________________
Лабораторна робота №10
Тема: Перетворення вуглеводів при термообробці
Мета:
þ дослідження процесів гідролізу, карамелізації, меланоїдиноутворення.
þ удосконалення умінь і навичок проведення хімічного експерименту;
þ формування умінь інтерпретації результатів хімічного експерименту (спостереження, висновки).
Забезпечення:
Посуд, обладнання: штатив з пробірками, нагрівальний прилад, сушильна шафа, водяна баня, пробіркоутримувач, хімічний стакан, фільтрувальний папір.
Реактиви: вата, лушпиння соняшнику, крохмальний клейстер, розчин сахарози, 1%-вий розчин ацетату купруму, 10%-вий розчин хлоридної кислоти, 10%-вий розчин лугу, 1%-вий розчин сульфату купруму(ІІ), сульфатна кислота, спиртовий розчин йоду, дистильована вода, глюкоза, гліцин.
Завдання лабораторної роботи
1. Отримати інверсний цукор кислотним гідролізом сахарози.
2. Отримати патоку кислотним гідролізом крохмалю.
3. Дослідити гідроліз геміцелюлоз і целюлози.
4. Дослідити вплив температури і природи вуглеводу на реакцію меланоїдиноутворення.
5. Провести реакцію карамелізації глюкози.
Дослід №1. Отримання інверсного цукру кислотним гідролізом сахарози
Теоретичні положення
Гідроліз (інверсія) ‑ процес розщеплення молекули дисахариду на окремі молекули моносахаридів при нагріванні водних розчинів дисахаридів у присутності кислоти або при наявності ферментів)
Продукти гідролізу:
ü Сахароза → глюкоза + фруктоза (інвертований цукор, більш солодкий, ніж сахароза). Сахароза – невідновний цукор.
ü Лактоза → галактоза + глюкоза. Лактоза - відновний цукор.
ü Мальтоза → глюкоза. Мальтоза – відновний цукор.
· Ферментативний гідроліз (в процесах перетравлювання їжі, заміс та бродіння дріжджового тіста).
Фермент β-фруктофуранозидаза (сахараза, инвертаза) застосовується в ряді харчових технологій: запобігають черствінню помадних цукерок, в хлібопекарських виробах – сприяє покращенню аромату. Інверсія сахарози відбувається на початкових стадіях виробництва виноградних вин. Інвертовані сиропи використовуються при виробництві безалкогольних напоїв.
· Кислотний гідроліз (варіння компотів, джемів, киселів, кислих соусів, запікання яблук, виготовлення помадних цукерок) відбувається при нагріванні розчинів у присутності незначної кількості харчових кислот.
Редуковані сахариди, які утворюються, можуть брати участь в реакціях дегідратації, карамелізації, меланоїдиноутворення, з утворенням забарвлених ароматичних сполук, що може бути небажаним.
сахароза глюкоза фруктоза
Хід виконання досліду:
У пробірку вмістити 10мл розчину сахарози, 2 краплі сульфатної кислоти. Вставити пробірку у пробіркоутримувач і нагрівати протягом 15 хв. на киплячій водяній бані. До гідролізату добавити свіжо виготовлений осад гідроксиду купруму (ІІ), нагріти на водяній бані. Описати спостереження. ____________________________________________________
Які продукти утворилися внаслідок гідролізу сахарози. ______________________________
Яку відновлювальну властивість виявляє розчин інвертного цукру._____________________
______________
______________
Зробити висновок. ________________________________________________________
______________
Дослід №2. Отримання патоки кислотним гідролізом крохмалю
Теоретичні положення
Гідроліз крохмалю ‑ взаємодія крохмалю з водою, що супроводжується розщепленням полісахаридних ланцюгів і приєднанням води.
Ä Кислотний гідроліз крохмалю відбувається при нагріванні крохмалю з водою у присутності кислоти.
Спочатку послаблюються та розриваються зв’язки між макромолекулами амілози і амілопектину, що супроводжується руйнуванням структури крохмальних зерен і утворенням гомогенної маси. Далі розриваються зв’язки і приєднуються молекули води, зменшується ступінь полімеризації.
Кінцевим продуктом є глюкоза.
На проміжних стадіях утворюються декстрини, трисахариди, тетрасахариди, мальтоза.
Недоліки: використання високих концентрацій кислот і високої температури, що приводить до утворення продуктів термічної деградації та дегідратації вуглеводів.
Приклади:
ü тривале кип’ятіння кислих соусів;
ü заварювання киселів.
Хімізм гідролізу крохмалю:
крохмаль декстрини мальтоза глюкоза
Кислотний гідроліз був основним способом одержання глюкози з крохмалю.
Ä Ферментативний гідроліз крохмалю відбувається під дією амілолітичних ферментів групи амілаз. Розрізняють α-амілазу і β-амілазу.
α-амілаза розщеплює клейстеризований крохмаль в основному до декстринів:
Крохмаль → α-декстрины (багато) + мальтоза (мало) + глюкоза (мало)
У процесі проростання зерна різко зростає активність α-амілази, тому борошно, одержане з пророслого зерна, дає при випіканні поганий хліб з несмачним, нееластичним, недостатньо пористою м’якушкою, що легко заминається. Внаслідок дії амілази зменшується вміст крохмалю, який розщеплюється з утворенням значної кількості розчинних сахаридів. Борошно набуває солодкуватого присмаку, знижується його волого поглинаюча здатність.
Борошно, що було одержане з пророслого зерна, темніше за кольором тому, що утворені при гідролізі крохмалю декстрини взаємодіють з амінокислотами, в результаті чого синтезуються меланоїдини – речовини, від яких залежить забарвлення як скоринки, так і м’якушки хліба.
β-амілаза перетворює крохмаль в мальтозу β-конфігурації.
Крохмаль (глікоген) → мальтоза (54-58%) + β-декстрин (42-46%).
Амілази при нагріванні збільшують свою активність, а потім при температурі 70-900С повністю інактивуються.
Кінцеві продукти: глюкоза, мальтоза, декстрини.
Приклади технологічних прийомів і операцій, що супроводжуються ферментативним гідролізом крохмалю:
þ при виготовленні дріжджового тіста (утворена мальтоза необхідна для розвитку дріжджів) та випіканні хлібобулочних виробів;
þ при виробництві пива (одержання пивного сусла, сушіння солоду);
þ при виготовленні квасу;
þ у спиртовому виробництві (підготовка сировини для бродіння);
þ при виготовленні різних продуктів з крохмалю: патоки, глюкози, цукрових сиропів;
þ при варінні картоплі (небажаний процес, так як частина крохмалю гідролізує під впливом ферменту β-амілази, і утворений цукор переходить у відвар, втрачається).
Хід виконання досліду:
У пробірку вмістити 2-3мл розчину крохмального клейстеру і 1мл розчину сульфатної кислоти. Вміст пробірки нагрівати на водяній бані. Через кожну хвилину відбирати 1-2 краплі розчину і переносити у чергову пробірку з розведеним розчином йоду. За зміною забарвлення йоду в пробірках відмітити глибину гідролізу крохмалю. Коли жовте забарвлення йоду не змінюється при додаванні гідролізату нагрівання припинити. Як можна пояснити поступову зміну забарвлення розчину йоду?
______________
______________
______________
Зробити висновок. ________________________________________________________
______________
Дослід №3. Порівняльний гідроліз геміцелюлоз та целюлози
Теоретичні положення
Геміцелюлози – клас полісахаридів, що не засвоюються людським організмом. Клітинні стінки рослин представляють собою комплексну матрицю, що складається з целюлози, лігніну і геміцелюлоз. Присутність геміцелюлоз в пекарських виробах має більше значення завдяки здатності зв’язувати воду. При приготуванні пшеничного тіста вони покращують якість замішування, зменшують енергію перемішування, беруть участь у формуванні структури тіста, зокрема, у формуванні клейковини, що впливає на одержання хорошого об’єму хліба. Геміцелюлози гальмують черствіння хліба. Геміцелюлози утворюють частину не перетравлюваного комплексу, що є важливим для нормальної перистальтики кишок. Беруть участь у видаленні жовчних кислот і зниженні рівня холестерину в крові. Установлено, що харчові волокна, в тому числі геміцелюлози, знижують ризик кардіологічних захворювань і злоякісних новоутворень прямої кишки, а для хворих на діабет – потребу в інсуліні.
Хід виконання досліду:
Взяти дві пробірки. У першу пробірку вмістити маленький шматочок вати, в другу насипати лушпиння соняшника. В обидві пробірки додати по 10 крапель розведеної хлоридної кислоти і нагрівати на водяній бані протягом 20-25 хвилин. Отримані гідролізати перелити у чисті пробірки, додати до них свіжовиготовлений осад гідроксиду купруму (ІІ). Пробірки нагріти на водяній бані. Описати спостереження. _______________
______________
Зробити висновок щодо відновлювальної здатності одержаних гідролізатів.___________________________________________________________________
______________
______________
Зробити висновок. ________________________________________________________
______________
Дослід №4. Вплив температури і природи вуглеводу на реакцію меланоїдиноутворення
Теоретичні положення
Ä Реакції дегідратації и термічної деградації вуглеводів займають важливе місце при переробці харчової сировини в харчові продукти. Каталізатори ‑ кислоти та луги. Відбувають за високих температур
Пентози утворюють фурфурол, гексози – оксиметилфурфурол, 2-гідроксиацетилфуран, изомальтол и мальтол.
Фрагментація вуглецевих ланцюгів цих продуктів дегідратації приводить до утворення левулінової, мурашиної, молочної, оцтової кислот та інших сполук. Деякі з утворених продуктів можуть мати певний запах і тому надавати харчовому продукту бажаний або небажаний аромат. Фурфурол и оксиметилфурфурол утворюються при тепловій обробці фруктових соків.
Ä Реакції утворення коричневих продуктів ‑ реакції карамелізації та меланоїдиноутворення ‑ відбуваються при смаженні кулінарних виробів з м’яса, риби, страв з сиру, топленні молока, випіканні виробів з тіста.
Реакції меланоїдиноутворення (реакція Майяра) – перша стадія реакції неферментативного потемніння харчових продуктів. Розпочинається при температурі від 40-600 до 1000С, відбувається взаємодія білків з відновлювальними сахаридами, яка супроводжується утворенням карбонільних сполук і темнозабарвлених продуктів – меланоїдинів. У ході реакції меланоїдиноутворення утворюються фурфурол, діацетил, формальдегід, метилгліоксаль, оксиметилфурфурол та інші речовини. Специфічність утвореного аромату внаслідок цієї реакції залежить від природи амінокислоти. Для появи м’ясного запаху необхідна наявність цистеїну, глутамінової кислоти, проліну, гістидину.
Сутність реакції меланоїдиноутворення – взаємодія аміногрупи амінокислот з глікозидними гідроксилами сахаридів.
Умови: наявність редукованого сахариду, амінної сполуки (амінокислоти, білка) та води. Паралельно відбувається дегідратація з утворенням оксиметилфурфуролу, розрив ланцюгів, утворення дикарбонільних сполук.
Кінцеві продукти – колоїдні меланоїдинові пігменти, забарвлення яких змінюється від червоно-коричневого до темно-коричневого кольору, з характерним карамельно подібним ароматом, є результатом альдольної конденсації та полімеризації. Пігменти є сумішшю сполук подібної будови, проте різної молекулярної маси ‑ полікарбоксильні кислоти з розширеною системою спряжених зв’язків.
Фактори, що впливають на реакцію меланоїдиноутворення:
þ Вплив рН середовища. Найменше потемніння спостерігається в сильно кислому середовищі (не утворюється глюкозамін). При рН 6 має місце незначне потемніння, а найбільш сприяє потемнінню рН для реакції 7,8 – 9,2.
þ Вологість. Максимальне потемніння має місце при проміжному вмісту вологи.
þ Температура. З підвищенням температури швидкість реакції меланоїдиноутворення збільшується.
þ Іони металів. Присутність іонів міді та заліза (Fe2+ < Fe3+) сприяє потемнінню продукту, що пов’язано з перебігом окислювально-відновних процесів.
þ Структура сахариду. Спостерігається зниження здатності утворювати коричневі пігменти в рядах: D-ксилоза → L-арабіноза (пентози); D-галактоза → D-маноза → D-глюкоза → D-фруктоза (гексози); мальтоза → гексози → лактоза → сахароза (дисахариди).
þ Характер амінокислоти. Чим далі розміщена аміногрупа від карбоксильної групи, тим більш активна дана амінокислота в реакції Майяра.
Висновки:
1. Продукти реакцій карамелізації та меланоїдиноутворення, утворення ароматичних компонентів, що супроводжують перебіг цих реакцій, мають важливе значення у багатьох харчових виробництвах для виробництва продуктів з красивим кольором і характерним ароматом (хлібопечення, виробництво безалкогольних напоїв та пива, кондитерських виробів). При кислотному способі одержання глюкози утворення таких продуктів характеризується як недолік, тобто погіршується якість сиропів, і спричиняє певну втрату важливих компонентів сировини, яку переробляють.
2. Проміжні продукти реакції Майяра виявляють антиоксидантну активність. Продукти реакції потемніння глюкози та гліцину знижують ступінь поглинання кисню та утворення пероксидів з похідних ліноленової кислоти (проміжні продукти розщеплення фруктозоаміну, сполучаючись з пероксидами або вільними радикалами, уповільнюють окислювальний процес), що позитивно впливає на якість продукту і термін його зберігання.
3. Утворення меланоїдинових пігментів може бути бажаним або небажаним, як і поява запаху ‑ залежно від виду продукту.
4. Деякі продукти реакції Майяра можуть бути мутагенними.
5. Внаслідок проходження реакції меланоїдиноутворення знижується ступінь засвоєння білків організмом: знижується біологічна цінність білків (внаслідок зв’язування незамінних амінокислот: метіоніну, лізину тощо);
Способи уповільнення реакції меланоїдиноутворення:
a Зниження вологості (для сухих продуктів);
a Зниження концентрації сахаридів (розведення водою);
a Зниження рН середовища (для рідких продуктів);
a Зниження температури (для рідких продуктів);
a Видалення одного з субстратів (цукор);
a Використання ферментів.
З метою запобігання появи запаху при виготовленні яєчного порошку, перед сушінням добавляють глюкозооксидазу, що спричиняє руйнування D-глюкози та утворення D-глюконової кислоти. Для запобігання потемнінню риби (містить значні кількості рибози) добавляють бактерії, що виявляють D-рибозну оксидазну активність.
a Використання хімічного способу (сульфітація). Оксид сірки (SO2) та його похідні подавляють реакцію потемніння в харчових продуктах, однак їх застосування обмежується можливістю утворення в сульфітованих харчових продуктах слаботоксичних компонентів.
Хід виконання досліду:
Ä Вплив температури на реакцію меланоїдиноутворення
На з смужки фільтрувального паперу окремо нанести по 1 краплі розчинів глюкози, гліцину, глюкози і гліцину (в одне місце). Папір висушити при кімнатній температурі. Потім фільтрувальний папір витримати у сушильній шафі 5-10хв. при температурі 1200С. Спостереження внести в таблицю.
| № п/п | Розчини | Спостереження при кімнатній температурі | Спостереження після висушування |
| 1. | глюкоза | ||
| 2. | гліцин | ||
| 3. | глюкоза + гліцин |
Ä Вплив природи вуглеводу
На з фільтрувальний папір окремо нанести по 1 краплі розчинів глюкози, гліцину, глюкози і гліцину (в одне місце). Папір висушити при кімнатній температурі. Потім фільтрувальний папір витримати у сушильній шафі 5-10хв. при температурі 1200С. Спостереження внести в таблицю.
| № п/п | Розчини | Спостереження при кімнатній температурі | Спостереження після висушування |
| 1. | гліцин + глюкоза | ||
| 2. | гліцин + сахароза | ||
| 3. | глюкоза + крохмаль |
Зробити висновок. Вказати фактори, що впливають на глибину проходження реакції меланоїдиноутворення. _________________________________________________________
______________
______________
______________
Дослід №5. Реакція карамелізації глюкози
Теоретичні положення
Карамелізація ‑ процес відщеплення молекул води від вуглеводів (сахаридів або сиропів), що приводить до утворення ангідридів, продуктами конденсації яких є забарвлені сполуки: кармелан (жовтий колір) → кармелен (коричневий) → кармелін (майже чорний). Від кармелану до кармеліну зменшується розчинність сполук у воді.
Відбувається при температурі 135-1400С, пряме нагрівання, у присутності каталізаторів ‑ кислоти (Н2SО4), луги, солі (NH4HSO4). Утворюються продукти з типовим карамельним ароматом і карамельним кольором.
Швидкість реакції утворення карамельних пігментів зростає з підвищенням температури та значенням рН середовища. У відсутності буферних систем утворюється гумін (С125Н188О80), що має гіркий смак. Утворенням мальтолу та ізомальтолу обумовлений аромат свіжоспеченого хліба, похідних фуранону – аромат смаженого м’яса.
Карамелізація відбувається при:
· перегріванні сиропів;
· виготовленні повидла, джемів;
· виготовленні паленого цукру;
· виготовленні напоїв, карамелі (сахароза) ‑„цукровий колір”;
· смаженні картоплі, виробів у паніровці, при смаженні та запіканні продуктів, що містять цукор.
Хід виконання досліду:
У пробірки вмістити 15 крапель 10%-вого розчину глюкози і 7 крапель концентрованого розчину лугу. Пробірку нагріти на водяній бані протягом 3хв. Зафіксувати зміну забарвлення. __________________________________________________
Розчин охолодити і додати 7 крапель розведеної сульфатної кислоти. Відчути характерний запах карамелі.
Зробити висновок. Вказати умови проведення реакції карамелізації. ______________
______________
______________
Зробити висновок по роботі. _______________________________________________
__________________________________________
