Сырье для изготовления газированных напитков, технология производства. Потребительские свойства, их дефекты. Виды титрометрического анализа. Методика потенциометрического титрования газированных напитков "Мелекесский источник", "Тархун" и "Сказочный".
Аннотация к работе
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н.Основу любого напитка составляет вода. Оказывается, утолить жажду напитком легче, чем чистой водой: в напитке есть вещества, удерживающие влагу в организме. В настоящее время газированные напитки и минеральная вода - одна из наиболее подделываемых групп товаров, поэтому актуальность темы курсовой работы очевидна: в настоящее время очень остро стоит проблема с проведением всесторонней экспертизы качества всех видов безалкогольных напитков, поступающих на рынки России. потенциометрический титрование газированный Сиропы на ароматическом сырье производят путем добавления к водным растворам Сахаров соответствующих ароматизаторов, эфирных масел, цитрусовых настоек, ароматических добавок, красителей и кислот, имитирующих по внешнему виду, цвету, вкусу и аромату натуральные сиропы. Пороки вызываются в основном физико-химическими процессами, нарушающими стабильность систем напитка, вследствие чего появляются следующие дефекты: Потемнение возникает, если в процессе производства напитков повышается содержание железа, при этом они могут приобретать неприятный металлический вкус.
Введение
Данная работа является в настоящее время актуальной, так как наш организм на 60% состоит из воды. Для поддержания водного равновесия мы пьем каждый день. Кто-то предпочитает кофе, кто-то чай, соки, газировку. Основу любого напитка составляет вода. Молодые люди чаще всего предпочитают газированные напитки, которые удовлетворяют их разнообразные вкусы. Красиво упакованный, широко разрекламированный товар вызывает у нас восхищение, соблазняет к употреблению, мы покупаем его, не задумываясь, идут ли эти продукты на пользу нашему организму. Небольшое количество газированной воды не повредит. Но частое употребление больших количеств сладкой газированной воды может неблагоприятно отразиться на здоровье подрастающего организма: аллергия, избыточный вес, гастрит, язвенная болезнь, колит, кариес. Именно эти факты и обосновывают выбор темы этой работы и ее актуальность.
Проблема: большое количество людей страдают желудочно-кишечными заболеваниями, поэтому можно предположить, что одной из причин этому является частое употребление газированных напитков.
Гипотеза: Если изучить состав, свойства газированных напитков и их влияние на организм, то можно составить нормы их употребления и сохранить здоровье.
Цель: изучить некоторые свойства газированных напитков и их влияние на организм человека.
Жажда возникает, когда содержание воды в организме уменьшается всего на литр - полтора. Чтобы снять страдания, приносимые ею, достаточно выпить два-три стакана жидкости. Проще всего восполнить недостаток влаги за счет обычной питьевой воды, но люди почему-то предпочитают так называемые прохладительные напитки. И это оправданно. Оказывается, утолить жажду напитком легче, чем чистой водой: в напитке есть вещества, удерживающие влагу в организме. В основном в прохладительных напитках обнаруживаются сахара, органические кислоты и минеральные вещества. Именно этот набор компонентов помогает влаге задерживаться в организме. Особенно хороши в этом отношении напитки, богатые органическими кислотами и солями калия: фруктовые соки, нектары, ягодные морсы, вода с добавлением сока лимона.
Прообразом современных газированных напитков были лимонады. Мода на них распространилась в России в конце XIX века. Готовили это замечательное прохладительное питье просто: цедру лимона растирали с сахаром, смешивали с лимонным соком, разводили горячей водой и охлаждали.
Со временем рецептура лимонадов обогатилась клюквенным соком, клубничным и малиновым сиропом, настоем яблочных шкурок, медом и т. д. А позже лимонады научились газировать в сифонах.
Еще недавно наша промышленность выпускала отличные газированные напитки на натуральной основе: «Байкал», содержащий настой эвкалипта и лавра, «Саяны» - с настоем лимонника, «Тоник» - на основе полыни, можжевельника, лимонника и хинина. Напитки типа колы тоже готовились на натуральном сырье - настое ореха кола, богатом кофеином и теобромином.
К сожалению, сейчас отечественные производители отказываются от употребления фруктовых сиропов и настоев душистых трав, заменяя их более дешевыми импортными концентратами. Основными компонентами современных газированных напитков стали пищевые красители и ароматизаторы в виде эссенций синтетических душистых веществ.
За последние годы ассортимент и производство безалкогольных напитков в России значительно выросли. Кроме того, большинство фирм-импортеров поставляют безалкогольные напитки с добавлением пищевых добавок, не разрешенных к употреблению отечественной промышленностью, и скрывают их в рецептуре, поэтому возникают большие проблемы с качеством потребляемых населением безалкогольных напитков.
С заменой натуральных сиропов и настоев на пищевые красители ароматизаторы и другие заменители облегчилась фальсификация газированных напитков. В настоящее время газированные напитки и минеральная вода - одна из наиболее подделываемых групп товаров, поэтому актуальность темы курсовой работы очевидна: в настоящее время очень остро стоит проблема с проведением всесторонней экспертизы качества всех видов безалкогольных напитков, поступающих на рынки России. потенциометрический титрование газированный
1.Сырье
Сырьем для изготовления газированных напитков служит натуральное сырье и синтетические ароматизаторы, красители, подсластители.
К натуральному сырью относят сиропы, экстракты и настои. В пищевой промышленности применяют фруктовые сиропы и экстракты, настои эвкалипта, лавра, лимонника, левзеи, полыни, можжевельника, хинина, ореха кола.
Сиропы по внешнему виду подразделяют на: - прозрачные;
- непрозрачные.
В зависимости от используемого сырья и назначения сиропы подразделяют на группы: - на плодово-ягодном сырье;
По способу обработки сиропы подразделяют: - с применением консервантов;
- без применения консервантов;
- горячего розлива;
- пастеризованные.
Сиропы на плодово-ягодном сырье получают путем добавления от 50 до 65% сахара к натуральным плодово-ягодным сокам. При этом название сиропов соответствует виду исходного плодово-ягодного сырья, из которого они получены: яблочный, грушевый, мандариновый, кизиловый, вишневый, клюквенный, черносмородиновый, клубничный и др.
Сиропы на ароматическом сырье производят путем добавления к водным растворам Сахаров соответствующих ароматизаторов, эфирных масел, цитрусовых настоек, ароматических добавок, красителей и кислот, имитирующих по внешнему виду, цвету, вкусу и аромату натуральные сиропы. К ним относятся сиропы Грушевый, Крем-сода и многие другие. Искусственные сиропы используют при продаже газированной воды.
При оценке качества сиропов определяют органолептически только внешний вид. Из физико-химических показателей определяют массовую долю сухих веществ, которая должна составлять не менее 50%.
Хранят сиропы в темных сухих помещениях при температуре 0-22°С и относительной влажности воздуха 75%. Гарантийный срок хранения в этих условиях составляет в стеклянной таре без консервантов - 60 сут., с консервантами - 90 сут., горячего розлива - 120 сут. и пастеризованных - 180 сут. В остальных видах тары гарантийный срок хранения составляет всего 30 сут. без консервантов и 40 сут. с консервантом [10].
Экстракты плодово-ягодные получают концентрированием соков, в том числе упариванием их под вакуумом или вымораживанием до содержания сухих веществ 44-62% (обычно без добавления сахара). Продукт имеет густую консистенцию, насыщенную окраску, соответствующую цвету исходного сока.
Используют для выработки экстрактов только прозрачные плодово-ягодные соки с минимальным содержанием пектиновых веществ и хорошо выраженным ароматом. Получают высококачественные экстракты, как правило, из сортов плодово-ягодного сырья с выраженным ароматом яблок, винограда, малины, вишни, смородины, цитрусовых. Экстракты, выработанные из сульфитированных соков, а также из соков дикорастущих яблок и груш, оцениваются только первым сортом.
В зависимости от показателей качества экстракты выпускают высшего и 1-го сортов. По органолептическим показателям к экстрактам обоих сортов предъявляются практически одинаковые требования по внешнему виду, вкусу и запаху, цвету. Однако у экстракта 1-го сорта могут быть менее выраженными аромат и вкус, более темный цвет и допускается не более 0,3% легко отфильтровывающегося осадка пектиновых и белковых
Выработанные экстракты содержат при 20°С сухих веществ (в%), не менее: виноградный - 62, клюквенный - 54, черносмородиновый - 44, остальные - 57. Общая кислотность экстрактов (в пересчете на яблочную) колеблется от 1,8% -в виноградном экстракте до 20% в клюквенном, а в основном составляет 4-6%. Это гарантирует данному продукту хорошую сохраняемость при температурах от О до 20°С и относительной влажности воздуха не более 75%.
Для проведения органолептической оценки качества экстракты предварительно разводят водой в следующих соотношениях: виноградный - 1:4,5; вишневый, гранатовый - 1:5; абрикосовый, сливовый, яблочный, грушевый и черносмородиновый - 1:5,5. Более кислые экстракты разводят водой в соотношениях 1: 6,5, 1:7,5 и 1: 8.
Гарантийный срок хранения для экстрактов в алюминиевых тубах и бочках составляет 1 год, в таре других видов - до 1,5 лет [8].
Колер - это водный раствор карамелизованной сахарозы, полученный нагреванием сахара-песка до 180-200 ОС, то есть до температуры, превышающей температуру плавления сахарозы. Плотность готового колера составляет 1,35, содержание сухих веществ 79-80%. Хранят колер в деревянных бочках. Его применяют для производства напитков, имеющих коричневый или светло-коричневый цвет [2].
Основными компонентами современных газированных напитков стали пищевые красители (карамельные - Е150 либо каротиноидные красно-желтые растительные пигменты - Е120, 162) и ароматизаторы в виде эссенций синтетических душистых веществ. Также используют заменители сахара типа сорбита (Е420), аспартама (Е951) или ксилита (Е967) [1].
2.Технология производства
Для получения газированной воды в сатуратор подают одновременно охлажденную до 4°С воду и углекислоту из баллона, доводя давление в сатураторе до 2 атм.
Для получения газированных напитков в бутылках в бутылки вносят определенную дозу купажного сиропа (смесь всех составляющих напитка, за исключением газированной воды), разбавляемого затем газированной водой. После доведения до необходимого объема бутылки с напитком герметично укупоривают кроненпробками. На более современных предприятиях существует другая схема приготовления: купажный сироп смешивают с холодной водой и насыщают углекислотой в больших емкостях, после чего разливают в бутылки, которые немедленно герметизируют.
Напитки безалкогольные газированные разливают в бутылки по 0,33 и 0,5 л и герметично укупоривают кроненпробками. Бутылки с напитками укладывают в ящики из древесины, картона или из полимерных материалов, а также в ящики и корзины металлические.
Напитки сухие фасуют массой нетто по 20 г в двойные пакетики; внутренний пакетик может быть изготовлен из пергамента, подпергамента или целлюлозной пленки, внешний - из писчей бумаги с красочной печатью. Маркировка безалкогольных напитков должна содержать все необходимые данные, предусмотренные стандартом, обязательно с указанием даты изготовления и срока хранения. В процессе перевозок и хранения оптимальная температура должна быть 2-12°С .
3. Потребительские свойства газированных напитков
Газированные напитки должны быть прозрачными, без осадка и мути, иметь цвет, соответствующий данному виду напитка. Вкус и запах должны быть приятными, свойственными плодам и ягодам. Потеря прозрачности, появление мути и осадка могут свидетельствовать о развитии микроорганизмов, химических реакций.
Сухие нешипучие напитки. Полное растворение таблетки или порошка должно произойти не более чем за 2 мин. Сенсорные свойства полученного напитка должны полностью соответствовать его наименованию, содержание сухих веществ - 5,0-6,0%, кислотность - от 2 до 3,5 мл 1 н. раствора щелочи на 100 см3 напитка.
Сухие шипучие напитки Содержание сухих веществ в напитках, приготовленных из порошков, - 5,5-6,5%. Содержание солей тяжелых металлов, мышьяка, консервирующих веществ не допускается.
Стойкость напитков различна (в сут.): непастеризованных и без консервантов - 10; пастеризованных - 30; с консервантами - 20; сухих шипучих напитков - 30 [1].
4. Дефекты газированных напитков
Дефекты безалкогольных напитков могут быть вызваны микробиологическими процессами (болезни), пороками и недостатками.
Из микробиологических дефектов газированных напитков можно выделить бактериальное загрязнение и плесневелый запах и вкус.
Бактериальное загрязнение возникает при наличии в напитке микроорганизмов выше допустимых норм ввиду нарушения санитарных условий обработки исходного сырья и технологического оборудования. Развитие микроорганизмов может сопровождаться помутнением, изменением вкуса и запах напитка.
Плесневелый запах и вкус появляются при поражении плесенью исходного сырья, технологического оборудования.
Пороки вызываются в основном физико-химическими процессами, нарушающими стабильность систем напитка, вследствие чего появляются следующие дефекты: Потемнение возникает, если в процессе производства напитков повышается содержание железа, при этом они могут приобретать неприятный металлический вкус.
Небиологическое помутнение проявляется в результате химических взаимодействий между компонентами напитка и нарушения равновесия его коллоидной системы. Опалесценция газированных напитков, приготовленных на соках и экстрактах, содержащих повышенное количество пектиновых веществ, терпенов, либо при использовании воды с повышенным содержанием железа.
Посторонние привкусы и запахи: - вяжущий (металлический, чернильный) формируется изза соприкосновения напитка с непокрытыми железными поверхностями, высокого содержания железа в технологической воде;
- солнечный неприятный вкус и запах (терпеноподобный и др.) с сероводородными тонами проявляется в бутылочных напитках при хранении на свету, особенно под действием прямых солнечных лучей вследствие фотохимической реакции, при которой многие вещества восстанавливаются с образованием меркаптанов, имеющих резкий неприятный запах. При этом данный дефект сопровождается помутнением напитка.
Из недостатков (незначительные отклонения в составе и свойствах напитков) наиболее распространенными являются: - хлорные привкус и запах возникают изза избыточного хлорирования технологической воды;
- фенольный (аптечный) привкус формируется ввиду избытка нитритов в технологической воде или использования в производстве хлорсодержащих материалов (хлорной извести, дезинфицирующих средств и т.п.).
Дефектами напитков также считаются посторонние включения в напитках, посторонние привкусы (фильтр-картона и т.д.)
5. Сущность потенциометрического титрования
Виды потенциометрического титрования.
Потенциометрическое титрование основано на регистрации изменения потенциала индикаторного электрода в процессе химической реакции между определяемым компонентом и титрантом. Конечную точку титрования (к.т.т.) находят по скачку потенциала, отвечающему моменту завершения реакции.
Потенциометрическая индикация к.т.т., как и визуальная, преследует чисто прикладную цель - количественное определение содержания анализируемого вещества. Но по сравнению с последней потенциометрический метод обладает рядом несомненных преимуществ: 1) как инструментальный метод исключает субъективные ошибки, связанные с визуальным установлением к.т.т.;
2) более чувствителен , т.е. при той же величине погрешности можно снизить нижний предел определяемых концентраций;
3) позволяет осуществлять титрование в мутных и окрашенных средах;
4) дает возможность при определенных условиях дифференцированно (последовательно) определять компоненты из одной пробы;
5) легко поддается автоматизации процесса титрования.
К недостаткам потенциометрического титрования можно отнести не всегда быстрое установление потенциала после добавления титранта и необходимость во многих случаях проводить при титровании большое количество отсчетов.
Виды потенциометрического титрования. Подобно титриметрии с визуальным обнаружением к.т.т., в потенциометрии могут быть использованы все четыре типа химических реакций: кислотно-основные , осаждения, комплексообразования и окисления- восстановления. К химическим реакциям, применяемым в потенциометрическом титровании, предъявляют те же требования, что и в обычном титриметрическом методе.
Методы потенциометрического титрования. В области к.т.т. происходит замена электрохимической (индикаторной) реакции на другую, что сопровождается скачком потенциала. Исходя из различной степени поляризации электродов и характера обратимости исследуемых систем , можно рекомендовать преимущественное применение в каждом конкретном случае одного из двух методов потенциометрического титрования: - для определения компонентов обратимых систем успешно применяется классическая потенциометрия в отсутствии тока в цепи;
- для необратимых систем (или когда в испытуемом растворе присутствует лишь один компонент обратимой системы в отсутствии сопряженной формы) более приемлема потенциометрия с контролируемым током.
Титр раствора - это масса растворенного вещества, обычно в граммах, содержащаяся в одном миллилитре раствора. Обозначается как T и выражается в г/мл.
Титрант - это реагент, с точно известной его концентрацией (титром) в растворе, добавляемый к исследуемому раствору для количественного анализа содержащихся в нем веществ или их элементов, таких как ионы или функциональные группы.
Титрование (титриметрический анализ) - это процесс выявления количественного содержания веществ или элементов, содержащихся в анализируемом растворе, через измерение количества реагента в титранте, вступающего в реакцию с анализируемым веществом до полного завершения реакции.
Другими словами, титрование - это процесс определения титра исследуемого вещества.
Пример: Допустим, что количество гидроксида калия (KOH) (в граммах или молях), израсходованного в реакции с соляной кислотой (HCL), известно точно. Тогда, используя уравнение реакции
KOH HCL = KCL H2O можно рассчитать, какое количество граммов (или молей) хлороводорода (HCL) содержалось в анализируемом растворе.
Все реакции, для которых возможно провести титрование, обязательно должны быть стехиометрическими, т.е. должны реагировать в строго определенных пропорциях. Это понятие вывел немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер. Таким образом, если для растворения 2 частей извести требуется 5 частей соляной кислоты, то для растворения 6 частей извести потребуется 15 частей соляной кислоты.
Для того, чтобы анализ получился точным, помимо полноты протекания реакции, необходимо, чтобы реагент добавлялся к анализируемому веществу малыми порциями, а также, необходимо точно определить момент окончания реакции.
Первое условие выполнимо, если добавлять, например, при помощи бюретки, по одной капле титранта. Бюретка - это тонкая градуированная стеклянная трубка, с ценой деления 0,1 мл и емкостью, как правило, от 25 до 50 мл, открытая с одного конца и снабженная тефлоновым или стеклянным запорным клапаном с другого.
Для выполнения второго условия применяют различные индикаторы. Индикатором может служить выделяющийся в ходе реакции газ, выпадающий осадок или другие специальные индикаторы, которые изменяют свой цвет. Изменение цвета, выпадение осадка или выделение газа свидетельствует об окончании реакции - достижении, так называемой, точки эквивалентности.
Одни из самых распространенных индикаторов - кислотно-щелочные (кислотно-основные), которые применяются при изменении РН среды в ходе титрования, (постепенного добавления реагента к анализируемому раствору). Это реакции нейтрализации, когда к анализируемому раствору кислоты из бюретки добавляют раствор щелочи (или наоборот) до достижения точки эквивалентности. При этом объем израсходованного для полного проведения реакции раствора реагента измеряют по делениям бюретки.
Кислотно-основных индикаторов известно огромное количество (около сотни), каждый из которых применяется для разных целей, разных кислотно-щелочных реакций. Самыми распространенными из них являются: нитразиновый желтый, бромтимоловый синий, метиловый оранжевый, фенолфталеин.
Виды титрометрического анализа: В титровании, за основу могут браться различные типы химических реакций, в соответствии с которыми выделяют: - Кислотно-основное титрование - реакции нейтрализации, т.е. взаимодействие кислот с основаниями (щелочами), с образованием соли и воды. Такие реакции экзотермичны, т.е. часто проходят с выделением тепла
HCL NAOH = NACL Н2О);
- Окислительно-восстановительное титрование - окислительно-восстановительные реакции, в процессе которых восстановитель отдает электроны, при этом окисляясь, а окислитель присоединяет электроны, при этом восстанавливаясь (напр., Н2S Cl2 > S 2HCL). Сюда относят перманганатометрию, иодометрию, хроматометрию;
- Осадительное титрование - реакции, которые протекают с образованием малорастворимого соединения, при этом концентрации осаждаемых ионов в растворе изменяются. Сюда относят аргентометрию, гексоцианоферратометрию, меркурометрию;
- Комплексонометрическое титрование (меркуриметрия) - реакции, основанные на образовании прочных комплексных соединений с комплексоном, в качестве которого, обычно, выступает этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), при этом концентрации ионов металлов в титруемом растворе изменяются.
Также, различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.
- Прямое титрование - при проведении данного вида титрования, рабочий раствор титранта добавляют небольшими порциями к раствору определяемого вещества (титруемому веществу).
- Обратное титрование - сначала, заведомый избыток специального реагента добавляют к раствору определяемого вещества, а уже после этого, титруют не вступивший в реакцию остаток этого реагента.
- Заместительное титрование - здесь, сначала заведомый избыток специального реагента добавляют к раствору определяемого вещества, после чего титруют один из продуктов реакции между анализируемым веществом и добавленным реагентом.
Описанные виды титрования охватывают далеко не полный список всех существующих приемов и методов титрования. В современном мире широкое распространение получили методы, в которых за ходом титрования следят при помощи приборов. Например, для кондуктометрического анализа характерно измерение электропроводности раствора, которая изменяется в ходе титрования. Потенциометрический метод заключается в измерении потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор. При Фотометрическом методе измеряют показатели поглощения света при изменении интенсивности окраски раствора.
Разработаны приборы, которые способны не только определить точку эквивалентности, но и самостоятельно автоматически дозировать добавление рабочего раствора к анализируемому по каплям и выдавать уже готовый результат анализа.
Титраторы - приборы для автоматического титрования, нашли широкое применение в промышленности (фармацевтика, химическое производство, металлургия и др.). Автоматические титраторы очень удобны для проведения массовых однотипных анализов. Они могут работать в отсутствии лаборанта, предоставляя ему время для проведения другой работы, при этом такие приборы самостоятельно отбирают пробы, а лаборанту остается только получить результаты проведенного анализа. Особенно критичным это является при работе с ядовитыми, радиоактивными или взрывчатыми веществами.
Примером таких приборов могут служить блоки автоматического титрования серии БАТ-15.2, которые предназначаются для проведения, совместно с РН-метром или иономером, потенциометрического титрования.
Приборы серии БАТ-15.2 применяются в заводских или научно-исследовательских лабораториях в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины.
6. Потенциометрическое титрование воды «Мелекесский источник»
Сущность работы: определение основано на измерении РН при помощи РН-метра и титровании смеси раствором гидроксида натрия.
Характеристика воды, указанная на упаковке: Основной химический состав (мг/дм3): Гидрокарбонат .400-600
Не рекомендуется употреблять больным фенилкетонурией.
V(NAOH) РН РН/V
0 8,1 0,8
0,5 7,7 0,4
1 7,5 0,4
1,5 7,3 0,5
2 7,0 0,2
2,5 7,0 0,2
3 6,8 0,6
3,5 6,5 0,2
4 6,5 0,6
4,5 6,2 0,8
5 5,7 3
5,5 4,2 2,2
6 3,2 0,8
6,5 2,7 0,2
7 2,5 0,4
7,5 2,3 0,4
8 2,2 0,2
8,5 2,2 0,2
Вывод
1. В состав газированных напитков входят кислоты, которые добавляются для улучшения вкуса и как консерванты;
2. Кислотность раствора можно определять с помощью индикаторов или ионометрически, для определения кислотности газированных напитков удобнее использовать ионометрический способ;
3. Количественной характеристикой кислотности служит величина РН, для газированных напитков величина РН приблизительно равна 3, самыми кислым является «Сказочный»
4. Содержание кислот в напитках достаточно высоко, что может вызывать ряд заболеваний, соответственно употреблять их нужно умеренно.
Список литературы
1. О. С. Габриелян, Т. В. Смирнова, Изучаем химию в 8 классе, Москва, «Блик и КО», 2002.
2. О. С. Габриелян, Химия 8 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений, Москва, Дрофа, 2003.
3. Г. И. Шелинский, Н. М Юрова, Химия: Пробный учебник для 8 класса общеобразоват. школы, САНКТПЕТЕРБУРГ , СПЕЦЛИТ, 1998
4. О. С. Аранская, И. В. Бурая, Проектная деятельность школьников в прцессе обучения химии, М., Вентана-Граф, 2005.
5. А. П. Гаршин, Неорганическая химия, СПБ, Лань, 2003.