CAPITOLUL III*Curs 7Compozitia alimentelorAnaliza alimentelorAnaliza cenusii Determinarea substantelor mineraleDeterminarea umiditatiiAnaliza lipidelorAnaliza proteinelorAnaliza zaharurilor

*

De ce?

Legal: coninut minim /maxim de ap (pe eticheta) Economic: preul depinde de coninutul de ap, apa fiind un ingredient ieftin, Stabilitatea microbian: ap liber, Calitatea alimentului textura, gustul, aspectul Operaiile de procesare a alimentului cunoaterea umiditii este necesar pentru a prevedea comportamentul alimentului n timpul procesrii industriale: amestecare, uscare, curgerea prin conducte sau ambalare.

*

Tehnici de analiza bazate pe:- structura moleculei de apei - proprietile fizico-chimice ale apei.

Caracteristicile: - punctul de fierbere relativ sczut (in comparatie cu alti componenti alimentari), - polaritate mare, - spectru de absorbie a undelor electromagnetice caracteristic- proprietii fizice specifice (densitate, compresibilitate, conductivitate electric, indice de refracie). - abilitatea unic de a reaciona chimic cu anumii reactivi.

Metodele pot fi clasificate n 3 categorii: - fizice, - chimice,- mixte (fizico-chimice). *

Compusul determinat:- metode directe cnd se msoar coninutul de ap - metode indirecte - cnd se msoar cantitatea de substana uscat.

Avantaje/dezavantaje (probleme practice asociate)

METODE EVAPORATIVE - FIZICE

1. Determinarea umiditii prin deshidratare (metoda indirecta)- metoda const n evaporarea apei din produsul alimentar, prin nclzire cu diferite mijloace, - umiditatea se determin prin diferena dintre masa probei cntrit nainte i dup uscare. *

Temperatura: corelata cu natura alimentului- de regula la 1050C sau inferioare temperaturii de fierbere,- alimente termorezistente - ntre 130-1400C.

Timp de uscare:- predefinit pentru un aliment dat- pn la mas constant

Viteza de uscare depinde de:- suprafaa de evaporare,- intensitatea nclzirii,- tipul apei: liber/legat

DISPOZITIVE DE EVAPORARE Energia termic poate fi furnizat - direct (convecie/conducie de energie termic, cuptor - aliment)- indirect (conversia radiaiei electromagnetice incident n cldur la absorbia energiei de ctre moleculele de ap).*

Cuptoare cu convecieEnergia termic aplicat asupra probei prin intermediul poliei i a aerului din jurul probei. Exist variaii considerabile de temperatur n cuptoarele cu convecie, Probele care conin cantiti semnificative de carbohidrai care pot participa la reacii chimice sau materiale volatile altele dect apa nu trebuie uscate n astfel de cuptoare. Avantaje: operare simpl, uor de standardizat

Cuptoare cu vidEnergia termic este transmis prin conducie Timp uscare: prestabilit/pn la mas constant,Presiune: mai mic dect cea atmosferic , de regul 25-100 mm Hg.Temperatur: mai mic dect temperatura de fierbere,Avantaje: probe termolabile i compui volatili.*

Cuptoarele cu microundeEnergia termic furnizat prin conversie A. nivel dat de putere prestabilit, perioad prestabilit. B. nivel de putere prestabilit, pn la mas constant (cuptorul conine o microbalan) Avantaje: evaporarea apei din interior spre exterior

Lmpi de uscare cu infrarouEnergia termic: furnizat prin conversie A. perioad prestabilit (10-15 min) B. variaia masei / timp (cuptorul conine o microbalan) Avantaje: evaporarea apei din interior spre exteriorDezavantaje: controlul distanei lamp - prob i dimensiunile probei pentru a obine rezultate reproductibile, : nu sunt oficial recunoscute - standardizare dificil*

Cerine:- nlturarea total a apei, - evitarea modificrii matricei. - rezultate exacte i reproductibile - parametrii operaiei (temperatur i timp) trebuie standardizai. CONSIDERAII PRACTICE1.Dimensiunile probei Msura i viteza de ndeprtare a moleculelor de ap depinde de - mrimea - forma - gradul de mrunire.Cu ct aria suprafeei de evaporare este mai mare cu att viteza procesului este mai mare.*

2. Aglomerarea i formarea crustei pe suprafa. Unele probe au tendina de a se aduna, de a forma agregate, sau de a forma la suprafa o crust semi-permeabil n timpul uscrii.- pierderea de ap este restricionat, - rezultate eronate i ireproductibile Probele semisolide sunt amestecate iniial cu nisip de mare pur. Se impiedic:- formarea de agregate - formarea crustei Procesul de evaporare este facilitat prin creterea suprafeei de schimb.

3.Creterea punctului de fierbere. n condiii normale de laborator apa pur fierbe la 1000C. n cazul n care n ap exist dizolvate diferite substane punctul de fierbere poate s creasc. Aceasta se poate explica pe baza faptului c presiunea parial de vapori pentru ap creste, deci trebuie atinse temperaturi mai mari astfel nct presiunea de vapori a sistemului s egaleze presiunea atmosferic. n consecin viteza de uscare este mai mic. Punctul de fierbere al apei care conine un solut Ts este dat de expresia:

unde Ta temperatura de fierbere a apei pure, m este molalitatea solutului n soluie (mol/kg soluie)*

_1257217593.unknown

4.Tipul de ap. Uurina cu care apa este nlturat din aliment depinde de interaciunile ei cu cu ceilali componeni prezeni. Apa liber este cel mai uor de ndeprtat prin evaporare, n timp ce condiii mai severe sunt necesare pentru ndeprtarea apei fizic i chimic legate.

Descompunerea componenilor. Dac temperatura de uscare este prea mare sau dac uscarea se efectueaz o perioad prea lung de timp, pot s apar fenomene de descompunere a compuilor termolabili din aliment. Aceasta va produce modificri de mas a matricei alimentului respectiv erori n determinarea umiditii. n acest caz se face un compromis ntre timpul i temperatura de uscare astfel nct marea majoritate a apei s fie ndeprtat, dar procesul sa nu fie att de dur nct s afecteze matricea. Ex. 1: formare de apC6H12O6 6C + 6 H2O Ex. 2: consum de ap zaharoza + H2O fructoza + glucoza

*

6.Volatilizarea altor componente. De cele mai multe ori se presupune c pierderea de greutate se datoreaz evaporrii apei. Practic, alimentul mai conine i ali componeni volatili care se pot pierde prin nclzire, de exemplu arome. Pentru multe alimente, aceste substane sunt prezente doar n cantiti mici, i deci pot fi ignorate. n schimb pentru alimentele care au un coninut ridicat de compui volatili cum ar fi condimentele i plantele este necesar utilizarea unei metode alternative de deteminare a umiditii, cum ar fi distilarea sau metodele chimice.

7.Probele cu umiditate mare. Probele cu coninut mare de ap se usc n dou etape, pentru a preveni pierderea de prob prin improcare i acumularea umiditii n cuptor. mprocarea este un proces prin care apa, datorit faptului c se nclzeste brusc, foarte puternic sare afar antrennd particole din aliment. Ex. Umiditatea laptelui - nclzire pe baia de ap pentru nlturarea majoritii apei, urmat de uscare n cuptor pentru a ndeprta restul de ap. *

8.Temperatura i nivelul de putere. Majoritatea metodelor de evaporare stipuleaz condiiile de operare a cuptorului, astfel nct s se obin rezultate reproductibile. n practic exist variaii semnificative de temperatur sau putere, astfel nct procesul de evaporare depinde de locul de poziionare a probei n cuptor.

9. Creuzetele. Este important utilizarea unor creuzete potrivite probelor analizate i de manipularea lor corect. De obicei se utilizeazt vase de aluminiu deoarece sunt relativ uor de curat i au conductivitate termic mare. Aceste vase au capace pentru a preveni pierderea prin improcare. La manipulare se utilizeaz cletele pentru c amprentele contribuie la mas. Vasele trebuie uscate n cuptor i pstrate n exicator nainte de utilizare pentru a ne asigura c nu exist umiditate rezidual.

*

AVANTAJE I DEZAVANTAJE

Avantaje- relativ ieftin,- uor de utilizat, - acceptat oficial pentru multe aplicaii, - pot fi analizate mai multe probe simultan.

Dezavantaje - metod distructiv, - nu e potrivit pentru toate tipurile de prob, - consumatoare de timp (cronofag), - exactitate i reproductibiliare puternic influenat de: - deshidratarea neuniform, - modificri chimice prin descompunere sau oxidare, - pierderi prin volatilizarea altor compui (arome, uleiuri eterice, alcooli etc), necesit standardizare.

*

2. Determinarea umiditii prin distilare (metoda direct)

- distilarea implic nclzirea unei cantiti cunoscute de prob mI n prezena unui solvent organic nemiscibil cu apa. Apa din distilat este colectat ntr-un flacon gradat. Pe baza volumului se calculeaz masa de ap ma.

- umiditatea se determin direct, pe baza relaiei:*

Metoda Dean - Stark O cantitate cntrit de prob este plasat balonul aparatului mpreun cu un solvent organic (toluen, xilen). Solventul organic trebuie s fie nemiscibil cu apa, s aib un punct de fierbere mai mare dect apa, densitate mai mic dect apa i s nu prezinte risc. La balon este atasat printr-un bra lateral un refrigerent care la partea inferioar este prevzut cu flaconul gradat de colectare. Balonul cu proba este nclzit iar apa i solventul organic se evapor. Ajungnd n refrigerent se condenseaz i este colectat n flaconul de colectare. Cnd acesta se umple solventul organic deverseaz napoi n balonul cu proba. Distilarea se face pn cnd volumul de ap colectat rmne constant. *

CONSIDERAII PRACTICE - factori care pot influena rezultatul: - formarea emulsiilor ap-solvent organic greu de separat, - picturile de ap pot adera la pereii interiori ai sticlriei,- descompunerea compuilor termolabili. AVANTAJE I DEZAVANTAJE Avantaje - metoda este potrivit pentru alimente cu umiditate mic, - alimente care conin uleiuri volatile,- echipament relativ ieftin, - oprare simpl,- aprobate oficial. Dezavantaje- metoda este distructiv, - cronofag,- implic utilizarea solvenilor inflamabili, - nu poate fi aplicat tuturor tipurilor de alimente.*

METODE CHIMICE- se bazeaz pe o reacie chimic dintre moleculele de ap i anumii reactivi chimici - reactivul chimic trebuie s reacioneze cantitativ i selectiv cu apa. - de regul reactivul chimic este adugat la aliment - n urma reaciei specifice cu apa rezult o modificare msurabil a unei proprieti a sistemului: - mas, - volum, - presiune, - pH, - culoare, - conductivitate etc. - modificarea parametrului este asociat fie direct cu umiditatea fie prin intermediul unei curbe de etalonare. *

Metoda volumetric Karl Fischer- Metod titrimetric, reactivul de titrare se prepar n piridin pentru a evita modificarea concentraiei SO2 i I2. - In prezena urmelor de ap I2 trece n HI incolor are loc urmtoarea reacie chimic:2H2O + SO2 + I2 H2SO4 + 2HI- Piridina reacioneaz cu acizii formai, rezultnd iodhidrat i sulfat de piridin

3C5H5N + HI + H2SO4 (C5C5NH)2SO4 + C5H5NHI

- Prima pictur de reactiv de titrare n exces va colora soluia n rou-brun, culoare caracteristic I2. - Punctul de echivalen poate fi apreciat direct, prin apariia unei coloraii brune persistente (30s) sau instrumental: electrometic, fotocolorimetric. - pe baza volumului corespunztor modificri de culoare se poate calcula cantitatea de ap consumat n reactia de titrare. *

- apa este extras din prob cu ajutorul metanolului anhidru (direct sau prin fierbere uoar), cu formamid, etanol, acid acetic anhidru sau dioxan. - metoda este utilizat la determinarea umiditii produselor alimentare cu un coninut mic de ap legume i fructe uscate, produse ce cofetrie i patiserie, cafea, uleiuri, grsimi.

2. Metoda cu carbur de calciureacie specific a apei cu carbura de calciu :CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 - Variatia de masa/volum este corelat direct cu cantitatea de ap - Modificarile produse pot fi msurate prin diferite metode:- cantitatea de C2H2 produs -GC- creterea presiunii ntr-un flacon nchis; - metode spectroscopice IR (captare in CCl4); - gravimetric pe baza scderii de masa a probei dup degajarea acetilenei.*

METODE INSTRUMENTALE - se bazeaz pe proprieti fizice diferite de ale matricei (densitate, conductivitate electric, indice de refracie) ex. emulsie ulei-ap, msurarea densitii sau conductivitate electric .

METODE DE DETERMINAREA A DIFERITELOR TIPURI DE AP 1. Metode termogravimetrice- termogravimetrie: variaia masei funcie de cresterea temperaturii de nclzire la o vitez dat. - temperatura la care apa se evapor depinde de moleculele cu care interacioneaz: apa liber se evapor la temperaturi mai joase dect apa legat. - msurnd variaia masei la diferite temperaturi se pot obine informaii privind cantitatea de ap din diferite forme.

2. Metode calorimetrice - analiza termic diferenial: variaia entalpiei funcie de temperatura furnizeaza informaii calitative i cantitative. *

3. Metoda presiunii de vaporiactivitatea apei - parametru strns legat de cantitatea de ap liber :

unde P este presiunea parial a apei deasupra alimentului iar P0 este presiunea parial a vaporilor de ap deasupra apei pure, ambele msurate la aceeai temperatur. - informaii despre cantitatea de ap liber (apa legat este mai puin volatil dect apa liber) - proba se plaseaz ntr-un container nchis, se las s se stabileasc echilibru cu faza gazoas de deasupra. - coninutul de ap din aceast zon este determinat prin diferite metode i comparat cu cel al apei pure n aceleai condiii.

*

**