ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пример 3. Химия пищевых продуктов из "Компьютеры в аналитической химии" Если рассматривать понятие пища в самом широком смысле, то следует признать, что пищевая промышленность, несомненно, является одной из самых развитых и важных отраслей, с которой непосредственно связаны научно-исследовательские, технологические и административные учреждения. Так, например, пищевая промышленность располагает весьма большим набором вспомогательных производств — от предприятий по переработке отходов до заводов по выпуску холодильников и другого оборудования и учреждений, обеспечивающих поставку исходных продуктов. [c.32] По существу развитие пищевой промышленности идет по трем основным направлениям 1) совершенствование способов хранения сырья (продуктов земледелия, молока и молочных продуктов, мяса, рыбы и т. д.) 2) разработка способов обработки продуктов и соответствующего оборудования (подготовка, кулинарная обработка, хранение, упаковка, распределение и т. д.) и 3) организация торговли. [c.32] В настоящее время ассортимент продуктов, выпускаемых пищевой промышленностью, чрезвычайно велик. В такой же степени разнообразны и корма для животных, которые могут производиться из пищевых отходов или из специально выращиваемых кормовых культур. Все больший интерес привлекают синтетические продукты питания, изготавливаемые из нефтехимического или другого сырья и применяемые в качестве специальных кормов для животных [30]. [c.32] Аналитические методы. Выбор аналитических методов анализа продуктов определяется их следующими двумя особенностями широким ассортиментом и разнообразием свойств. Пищевые продукты подвергаются самому тщательному контролю, например определяются их внешний вид, запах, качество (калорийность, содержание питательных веществ и углеводов и т. д.), степень сохранности (отсутствие загрязнений или вредящих здоровью примесей). Чтобы справиться с анализом разнообразных образцов и обеспечить выполнение различных требований, необходимо множество аналитических методов, как традиционных, так и современных, которые должны позволять осуществлять точный и надежный контроль за разнообразными физическими, химическими и микробиологическими характеристиками исходных, конечных и промежуточных продуктов. [c.33] Наиболее распространенные методики анализа пищевых продуктов [31, 32] включают использование таких методов, как тонкослойная хроматография, колоночная высокоэффективная жидкостная хроматография, газовая хроматография, атомно-абсорбционный и атомно-эмиссионный спектральный анализ, УФ-и ИК-спектроскопия, спектрофотометрия, масс-спектрометрия, ЯМР низкого разрешения, электрохимические методы (электрофорез, потенциометрия и др.). люминесцентный анализ (фосфоресценция и флуоресценция), рентгеновская флуоресценция, непрерывный анализ в потоке. [c.34] Чтобы дать некоторое представление о том, как эти методы применяются на практике, рассмотрим те из них, которые предназначены для а) определения содержания питательных веществ в зерновых культурах (качество сырья), б) контроля за стерилизацией пищевых продуктов (предназначенных, например, для долговременного хранения), в) контроля за упаковкой продуктов питания (защита от внещних воздействий), г) биохимических анализов (защита здоровья потребителя), д) определения содержания белка (контроль качества), е) анализа запаха (защита окружающей среды). [c.34] Проведение всех этих операций предусмотрено схемой показанной на рис. 1.13. Определение содержания питательных веществ в почве и зерновых культурах играет важную роль по многих причинам [33]. Поскольку основную массу сырья, перерабатываемого пищевой промышленностью, составляют именно продукты сельскохозяйственного производства, первоочередной задачей является поддержание таких условий землепользования, которые обеспечивали бы хорошее состояние посевов и домашнего скота. В частности, в почве доллсна поддерживаться определенная концентрация микроэлементов железа, кобальта, магния, марганца, молибдена и цинка. Снижение уровня этих микроэлементов может существенно сказываться как на состоянии посевов зерновых культур, так и на состоянии домашнего скота. Так, животные начинают страдать от недостатка кобальта, если они пасутся на пастбищах, почва которых содержит менее 3- 10 % кобальта. Поэтому всем, кто занимается сельским хозяйством, важно иметь представление о содержании питательных веществ в почве и тканях выращиваемых растений. [c.34] И записи полученных данных. Улучшение урожая и повышение содержания питательных веш,еств в растениях целесообразно также как-то скоррелировать с характером проведенной обработки почвы, и поскольку данные могут потребоваться в будущем, их целесообразно сохранить. [c.35] Скорость производства пищевых продуктов при современном уровне технологии намного превышает скорость их потребления. Чтобы продлить срок хранения продуктов питания и замедлить или предотвратить изменения в цвете, запахе, содержании питательных веществ, внешнем виде (строении и плотности), часто их консервируют или стерилизуют [34]. В этих целях используются различные газообразные химические соединения, например окись этилена, метилбромид, окись пропилена и озон. Обработка продуктов указанными соединениями осуществляется в точном соответствии с инструкциями, и в поступающих в продажу продуктах контролируется их остаточное содержание. Более того, чтобы обработка дала надлежащие результаты, концентрацию консерванта необходимо поддерживать на требуемом уровне. [c.35] В качестве примера рассмотрим, как используется окись этилена. Этим соединением уже в течение многих лет обрабатывают пищевые продукты, с тем чтобы предотвратить рост грибов и плесени. Самым удачным методом определения концентрации окиси этилена, по-видимому, следует считать газовую хроматографию (ГХ). Авторы работы [35] разработали установку автоматизированного газохроматографического определения окиси этилена, которая обеспечивает надежный контроль за концентрацией газа в камере. В описанную в работе [35] систему входит компьютеризированный газовый хроматограф и автоматически действующий восьмиходовой кран. Устройство для ввода пробы в хроматограф соединено с шестью автоматическими пробоотборниками, расположенными таким образом, чтобы получаемая информация была достаточно надежной. Заложенная в компьютер программа контролирует готовность системы к проведению анализа, проводит обработку шести полученных хроматограмм, а также выдает результаты анализа. [c.35] Срок сохранности пищевых продуктов в большой степени зависит также от способа их упаковки. Существует много подходов к исследованию эффективности различных видов упаковки. Один из интересных методов, основанный на математическом моделировании, описан в работе [36]. Автор работы использует методы моделирования для изучения кинетики ухудшения свойств пищевых продуктов и тех требований, которым должна отвечать упаковка продуктов при заранее заданном сроке хранения. [c.35] Пищевые продукты должны производиться в условиях скрупулезного соблюдения требований гигиены, чтобы избежать возможности их бактериального заражения. Для обнаружения бактерий и определения их концентрации, разработан ряд методов, многие из которых, к сожалению, предусматривают использование дорогостоящих материалов, технически трудновыполнимы, трудоемки и требуют много времени, что серьезно препятствует их внедрению. Следовательно, именно в этой области анализа особенно необходимы высокая оснащенность приборами и автоматизация. Некоторые ранние подходы к решению этих проблем описаны в работе [37], в которой рассмотрены возможность разработки количественных инструментальных методов анализа на основе биолюминесцентных реакций и различные приспособления, облегчающие проведение анализа. В настоящее время используется разнообразное компьютеризованное вспомогательное оборудование контролируемые микропроцессорами пипетки, шприцы, устройства для разбавления, дозаторы и многие другие приборы [38, 39]. [c.37] Градуировка прибора проводится при помощи метода Кьель-дала [42]. После градуировки анализ каждого отдельного образца длится всего 20 мин, поэтому образцы можно поместить в дозатор и пропускать через прибор в автоматическом режиме. Система предусматривает контролируемые микропроцессором градуировку спектрометра и обработку данных, что позволяет считывать показания непосредственно в виде значений концентрации белка (мкг/мл или масс.%). В приборе имеются устройство для распечатки экспериментальных результатов и клавиатура для ввода числовых данных, а также встроенный осциллограф (для визуального контроля за разверткой сигнала) и экран цифрового дисплея для представления результатов и вывода сообщений для оператора. [c.38] Этот прибор является отличной иллюстрацией того, как объединение компьютерной технологии, электроники и аналитической химии приводит к созданию аналитического метода, помогающего решать сложнейшие проблемы. Еще одним примером объединения этих различных, но взаимосвязанных областей является создание аппаратуры для анализа запахов. [c.38] Контроль и анализ запахов представляют собой практически важную и в то же время чрезвычайно интересную аналитическую проблему. Бедбороу [43] описал использование для анализа запаха группы специально подобранных людей с тонким обонянием. Бейли [44] и Мак-Гилл [45] рассмотрели возможность решения этой проблемы при помощи инструментальных методов анализа. Однако, к сожалению, эти методы непригодны для качественного анализа, и их применяют главным образом для идентификации тех химических соединений, которые могут придавать содержащей их смеси специфический запах. [c.38] Заключение. Ввиду многообразия свойств пищевых продуктов их анализ часто требует применения большого числа методик — от традиционных анализов до сложнейших биохимических определений. Обычно предпочтительны такие методы анализа, которые можно автоматизировать и, следовательно, подключить под оперативный контроль компьютером. Важным этапом анализа пищевых продуктов является отбор проб, которые должны быть достаточно представительны, так что в ряде случаев разрабатываются специальные методики. Из-за быстрой порчи пищевых продуктов на результаты анализа может оказать влияние длительность промежутка времени между моментом отбора пробы и началом проведения анализа. [c.39] Вернуться к основной статье