utilizate in analiza alimentelor. . . 123 3.1. Spectrofotometria de absorbţie UV-VIS . . . 123 3.1.1. Construcţia spectrofotometrului UV-VIS . . . 126 3.1.2. Tipuri de spectrofotometre UV-VIS . . . 128 3.1.2.1. Spectrofotometre cu un singur fascicol . . . 128 3.1.2.2. Spectrofotometre cu două fascicole . . . 128 3.2. Metode separative de analiza alimentelor. . . 129 3.2.1. Cromatografia . . . 129 3.2.1.1. Principiile cromatografiei . . . 129 3.2.1.1.1. Clasificarea metodelor cromatografice . . . 129 3.2.1.1.2. Mecanismul cromatografierii. . . 130 3.2.1.1.3. Cromatografia pe coloană. . . 131 3.2.1.2. Cromatografia de adsorbţie . . . 133 3.2.1.2.1. Operaţii ale cromatografiei de adsorbţie . . . 135 3.2.1.2.2. Adsorbanţi şi calitatea lor . . . 136 3.2.1.2.3. Compoziţia fazei mobile . . . 137 3.2.1.2.4. Procedee cromatografice folosite . . . 138 3.2.1.2.5. Cromatografie de lichide de înaltă
performaţă (presiune ridicată) (HPLC) . 138 3.2.1.2.6. Interpretarea cromatogramelor . . . 141 3.2.1.3. Cromatografia de repartiţie . . . 141 3.2.1.3.1. Repartiţia, legile repartiţiei . . . 142 3.2.1.3.2. Bazele teoretice ale cromatografiei de repartiţie . . . 142 3.2.1.3.3. Cromatografia pe strat . . . 143 3.2.1.3.4. Cromatografia pe hârtie . . . 144 3.2.1.3.5. Determinări calitative şi cantitative. . . 145 3.2.1.4. Cromatografia prin schimb ionic . . . 146 3.2.1.4.1. Mecanismul schimbului ionic . . . 146 3.2.1.4.2. Răşini schimbătoare de ioni şi proprietăţile lor . . . 147 3.2.1.4.3. Metodica cromatografiei prin schimb ionic . . . 148 3.2.1.5. Cromatografia prin gel. . . 149 3.2.1.5.1. Teoria cromatografiei prin gel . . . 149 3.2.1.5.2. Tipuri de geluri şi gelul dextran . . . 150 3.2.1.5.3. Procedeul cromatografiei prin gel . . . 151 3.2.1.5.4. Cromatografie prin gel tip coloană . . . 151 3.2.1.5.5. Cromatografia prin gel subţire . . . 152 3.2.1.5.6. Utilizări ale cromatografiei în gel . . . 152 3.2.1.6. Cromatografie de gaz . . . 153 3.2.1.6.1. Bazele teoretice ale cromatografiei de gaze . . . 154 3.2.1.6.2. Funcţionarea cromatografelor de gaze . . . 154 28 Cuprins
3.2.1.6.3. Câteva utilizări ale cromatografiei de gaze în analiza alimentelor . . . 159 3.2.1.7. Cromatografia pe strat şi cromatografia pe hârtie . . . 159 3.2.1.7.1. Bazele teoretice ale cromatografiei pe strat . . . 159 3.2.2. Folosirea spectrometriei de masă în analiza alimentelor . . . 161 3.2.2.1. Principiul spectrometriei de masă . . . 163 3.2.2.2. Structura unui spectrometru de masă . . . 163 3.2.2.2.1 Surse de ioni . . . 163 3.2.2.2.1.1. Ionizarea în vid . . . 163 3.2.2.2.1.2. Ionizarea la presiune atmosferică. . . 164 3.2.2.2.2. Spectrometre de masă . . . 166 3.2.2.2.3. Sistem în vid. . . 167 3.2.2.3. Tehnicile de separare GC-MS şi HPLC-MS. . . 168 3.2.3. Electroforeza şi focusarea izoelectrică . 169 3.2.3.1. Utilizări analitice ale electroforezei . . . 169 3.2.3.2. Electroforeză prin gel de poliacrilamaidă (PAGE) . . . 172 4. Determinarea componenţilor din alimente . . . 175 4.1. Determinarea conţinutului de umiditate. . . 179 4.1.1 Determinarea conţinutului de umiditate fără preuscare . . . 179 4.1.2. Determinarea conţinutului de umiditate cu preuscare . . . 180 4.2. Determinarea componentelor minerale. . . 181 4.2.1. Determinarea cenuşei crude şi cenuşei insolubile
în acid clorhidric. . . 181 4.2.1.1. Determinarea cenuşei crude . . . 181 4.2.1.2. Determinarea cenuşei insolubile în acid clorhidric . . . 182 4.2.2. Determinarea componentelor minerale prin metode
spectroscopice. . . 183 4.2.2.1. Spectroscopie cu emisie . . . 184 4.2.2.1.1. Fotometrie în flacără. . . 184 4.2.2.1.2. Emisie de plasmă . . . 185 4.2.2.2. Spectroscopie de absorbţie . . . 186 4.2.2.2.1. Fotometrie de absorbţie atomică . . . 186 4.2.2.2.2. Fotometrie de absorbţie UV-VIS . . . 190 4.2.2.3. Spectroscopie în infraroşu . . . 191 4.2.2.4. Capitole selectate. . . 193 4.2.2.4.1. Examinarea mineralelor suplimentare la om . . . 193 4.2.2.4.2. Conţinutul în minerale a laptelui de vacă şi
schimbarea acestuia în timpul inflamaţiei ugerului . . . . 195 4.2.2.4.2.1. Determinarea conţinutului de ioni de clor. . . 195 4.2.2.4.2.2. Determinarea conţinutului de sodiu . . . 196 4.2.2.4.2.3. Determinarea conţinutului de minerale în lapte . . . 197 Cuprins 29
4.2.2.4.2.4. Determinarea proporţiei de lapte mastitic din mixturi de lapte pe baza conţinutului de
minerale. . . 198 4.2.2.4.3. Determinarea seleniului prin metoda fluorimetrică. . . . 199 4.2.2.4.4. Determinarea conţinutului de sulf a alimentelor cu
emisie de plasmă cuplată inducativ . . . 200 4.2.2.4.5. Aplicarea electrozilor ionselectivi în analiza
alimentelor . . . 201 4.2.2.4.5.1. Aplicarea electrozilor ionselectivi . . . 201 4.2.2.4.5.2. Determinarea amoniei formate prin destrucţie de
către electrozi ionselectivi . . . 204 4.3. Determinarea componenţilor organici. . . 205 4.3.1. Determinarea nitrogenului şi a materialelor nitrogenoase . . . 205 4.3.1.1. Extracţia şi precipitarea proteinelor . . . 206 4.3.1.2. Măsurarea conţinutului de proteine pe baza conţinutului
de nitrogen . . . 208 4.3.1.3. Măsurarea conţinutului de nitrogen prin metoda Dumas . . . . 210 4.3.1.4. Metoda Kjeldahl. . . 213 4.3.1.5. Aparatul automatic Kjel-Foss pentru determinarea
nitrogenului . . . 216 4.3.1.6. Analizatorul de proteine Kjeltec . . . 218 4.3.1.7. Determinarea proteinei reale. . . 220 4.3.1.8. Determinarea conţinutului de proteină crudă digestibilă . . . 221
4.3.1.8.1. Determinarea conţinutului de proteină crudă
digestibilă prin hidroliză pepsinică in vitro . . . 221 4.3.1.8.2. Determinarea conţinutului de proteină crudă
digestibilă prin hidroliză pepsinică-tripsinică in vitro . 222 4.3.1.8.3. Metodă multienzimică pentru stabilirea
digestibilităţii in vitro a proteinelor . . . 223 4.3.1.8.4. Determinarea digestibilităţii in vitro a proteinelor
prin hidroliza cu pancreatină şi analiza aminoacizilor . 224 4.3.1.9. Determinarea conţinutului de proteine prin metoda
spectrofotometrică. . . 224 4.3.1.9.1. Metoda UV spectrofotometrică . . . 224 4.3.1.9.2. Metoda spectrofotometrică în lumina vizibilă . . . 225 4.3.1.9.2.1. Metoda Biuret . . . 226 4.3.1.9.2.2. Metoda Lowry . . . 227 4.3.1.9.3. Determinarea conţinutului de proteine prin metoda
colorimetrică. . . 230 4.3.1.9.3.1. Metoda Bradford . . . 231 4.3.1.9.4. Alte metode pentru determinarea conţinutului de
proteine. . . 233 30 Cuprins
4.3.1.10. Examinarea proteinelor alimentare prin electroforeză şi focusare isoelectrică . . . 235 4.3.1.10.1. Electroforeza şi aplicaţiile ei analitice. . . 235 4.3.1.10.2. Poliacrilamid gel electroforeză (PAGE) . . . 235
4.3.1.10.2.1. Prepararea probelor de proteine, stratificare în gel, şi procesul electroforetic . . . 236 4.3.1.10.2.2. Aplicaţiile speciale în cercetarea proteinelor din
alimente. . . 237 4.3.1.10.3. Separarea şi determinarea diferitelor proteine
folosind focusarea isoelectrică. . . 238 4.3.1.11. Cromatografia de coloană a proteinelor . . . 239
4.3.1.11.1. Examinarea proteinelor prin cromatografia de
absorbţie pe coloană. . . 240 4.3.1.11.2. Examinarea proteinelor prin cromatografia de
partiţie pe coloană . . . 240 4.3.1.11.3. Examinarea proteinelor prin cromatografia de
schimb ionic . . . 241 4.3.1.11.3.1. Separarea pe răşine schimbătoare de ioni . . . 241 4.3.1.11.3.2. Separarea cu schimbători de ioni pe bază de
celuloză. . . 242 4.3.1.11.3.3. Separarea pe geluri schimbătoare de ioni . . . 242 4.3.1.11.3.4. Examinarea proteinelor folosind alte metode
cromatografice. . . 243 4.3.1.12. Cromatografia de gel a proteinelor . . . 243 4.3.1.13. Cromatografia de strat subţire a proteinelor. . . 244 4.3.1.13.1. Fundamentele cromatografiei de strat subţire. . . 245 4.3.1.13.2. Aplicarea cromatografiei de strat subţire pentru
examinarea proteinelor alimentare . . . 246 4.3.1.14. Determinări nedestructive a proteinelor. . . 248 4.3.1.15. Determinarea compoziţiei de aminoacizi a proteinelor . . . . 248
4.3.1.15.1. Determinarea aminoacizilor cu cromatografia de
coloană cu schimb ionic . . . 254 4.3.1.15.2. Determinarea aminoacizilor prin cromatografia
lichidă de înaltă performanţă. . . 258 4.3.1.15.3. Determinarea aminoacizilor
prin metoda fotometrică . . . 258 4.3.1.15.3.1. Determinarea conţinutului de metionină. . . 260 4.3.1.15.3.2. Determinarea conţinutului de cisteină. . . 262 4.3.1.15.3.3. Determinarea conţinutului de triptofan . . . 264 4.3.1.15.3.4. Determinarea conţinutului de lizină utilizabilă . . 265 4.3.1.16. Capitole selectate. . . 265 Cuprins 31
4.3.1.16.1. Determinarea conţinutului de keratină a proteinelor de origine animală . . . 266 4.3.1.16.2. Determinarea proteinelor de origine bacteriană . . . 268 4.3.1.16.3. Metode cromatografice specifice pentru
determinarea individuală a aminoacizilor . . . 269 4.3.1.16.4. Separarea şi determinarea fracţiei de proteine din
lapte . . . 270 4.3.1.16.5. Detectarea laptelui provenit de la uger mastitic pe
baza conţinutului de D aminoacizi liberi . . . 272 4.3.1.16.6. Determinarea conţinutului de carbamidă. . . 273 4.3.2. Determinarea conţinutului de grăsimi şi de acizi graşi . . . 273 4.3.2.1. Determinarea conţinutului de grăsime crudă. . . 275 4.3.2.2. Determinarea indicelui de peroxid şi a celui de aciditate . . . . 276 4.3.2.3. Determinarea compoziţiei de acizi graşi a grăsimilor prin
cromatografia de gaze . . . 276 4.3.2.3.1. Teoria cromatografiei de gaze. . . 280 4.3.2.3.2. Determinarea compoziţiei de acizi graşi a uleiului de
floarea soarelui şi a grăsimii de porc . . . 282 4.3.2.4. Capitole selectate. . . 282
4.3.2.4.1. Determinarea acizilor graşi volatili prin cromatografia de gaze . . . 283 4.3.2.4.2. Determinarea F2-toxinei prin cromatografie de gaze . . . 285 4.3.2.4.3. Determinarea antioxidanţilor (BHT) . . . 286 4.3.2.4.4. Determinarea conţinutului de seleniu a probelor
biologice prin tehnica cromatografiei de gaze. . . 287 4.3.3. Determinarea fibrelor crude şi a fracţiilor de fibre . . . 287 4.3.3.1. Determinarea fibrelor crude prin metoda clasică. . . 289 4.3.3.2. Determinarea fracţiilor de fibre prin metoda Van Soest. . . 291 4.3.4. Determinarea materialelor extractabile fără conţinut de
nitrogen . . . 291 4.3.4.1. Detectarea şi determinarea zaharurilor. . . 292
4.3.4.1.1. Detectarea aldozelor cu reacţia Fehling şi reacţia
oglindei de argint . . . 293 4.3.4.1.2. Determinarea conţinutului total de zaharuri . . . 295 4.3.4.1.3. Separarea şi determinarea monozaharidelor prin
cromatografia lichidă de înaltă performanţă. . . 296 4.3.4.2. Amidonul şi determinarea lui. . . 296 4.3.4.2.1. Experimente cu amidon . . . 298 4.3.4.2.2. Determinarea conţinutului de amidon . . . 299 4.3.4.3. Capitole selectate. . . 299 32 Cuprins
4.3.4.3.1. Determinarea conţinutului de cenuşă în zahărul industrial şi în produse zaharoase pe baza
conductivităţii electrice . . . 300 4.3.4.3.2. Examinarea melasei . . . 300
4.3.4.3.2.1. Determinarea substanţei uscate din melasă
folosind refractometrul de mână . . . 302 4.3.4.3.2.2. Determinarea electrometrică a pH-ului melasei . . . 303 4.3.4.3.2.3. Determinarea conţinutului total de anioni a
melasei prin cromatografia de schimb ionic . . . 304 4.3.4.3.2.4. Determinarea conţinutului de potasiu şi sodiu a
melasei prin fotometrie de flacără . . . 304 4.3.4.3.3. Examinarea purităţii amidonului menajer prin
metoda polarimetrică. . . 305 4.3.5. Determinarea provitaminelor şi a vitaminelor. . . 307 4.3.5.1. Determinarea carotinei şi a xantofilei. . . 308 4.3.5.2. Determinarea vitaminelor solubile în grăsimi . . . 309
4.3.5.2.1. Determinarea conţinutului de vitamina A prin
metoda HPLC . . . 309 4.3.5.2.2. Determinarea vitaminei D3 prin cromatografia lichidă
de înaltă performanţă. . . 310 4.3.5.2.3. Determinarea vitaminei E (-tocoferol) prin
cromatografia lichidă de înaltă performanţă. . . 311 4.3.5.2.4. Determinarea simultană a vitaminelor solubile
în grăsimi prin cromatografia lichidă de înaltă
performanţă . . . 311 4.3.5.3. Determinarea vitaminelor solubile în apă . . . 312
4.3.5.3.1. Determinarea conţinutului de vitamina B1 (tiamin)
prin HPLC cu detectare fluorimetrică . . . 312 4.3.5.3.2. Determinarea nicotinamidei prin HPLC . . . 313 4.3.5.3.3. Determinarea conţinutului de vitamina C. . . 314
4.3.5.3.3.1. Determinarea conţinutului de vitamina C prin
titrimetrie cu 2,6-dicloro-fenol-indofenol . . . 314 4.3.5.3.3.2. Determinarea conţinutului de acid ascorbic cu
metoda spectrofotometrică. . . 315 4.3.5.3.3.3. Determinarea acidului ascorbic prin metoda
HPLC . . . 316 4.3.5.3.3.4. Determinarea conţinutului de acid ascorbic al
laptelui. . . 317 4.3.5.3.4. Determinarea conţinutului de vitamina U folosind
analizatorul automat de aminoacid . . . 318 4.3.5.3.5. Determinarea carnitinei prin fotometrie . . . 318 4.3.6. Micotoxinele şi determinarea lor . . . 319 Cuprins 33
34 Cuprins
4.3.6.1. Trăsăturile generale ale micotoxinelor . . . 319 4.3.6.2. Condiţiile formării micotoxinei . . . 319 4.3.6.3. Proprietăţile fizice, chimice şi biologice ale micotoxinelor . 320 4.3.6.4. Determinarea micotoxinelor folosind metode chimice . . . 321
4.3.6.4.1. Examinarea conţinutului de F2-toxină cu
cromatografia de strat subţire . . . 321 4.3.6.4.2. Determinarea F2-toxinei cu cromatografie de gaze . . . 322 4.3.7. Capitole selectate . . . 323
4.3.7.1. Determinarea activităţii inhibitorului de tripsină din soia şi produsele de soia . . . 323 4.3.7.2. Determinarea ureazei active din soia . . . 324 4.3.7.3. Determinarea expunerii tratamentului termic al soiei
cu colorare cu roşu de crezol . . . 325 4.3.7.4. Metode imunologice pentru separarea
şi determinarea proteinelor . . . 326 4.3.7.5. Metode analitice potrivite pentru detectarea
şi cuantificarea glutenului. . . 328 4.3.7.5.1. Semnificaţia determinării glutenului . . . 329 4.3.7.5.2. Metode analitice pentru extragerea
şi determinarea glutenului din alimente . . . 330 4.3.8. Aplicarea izotopilor stabili în analiza alimentelor . . . 341 Literatură de specialitate. . . 345 Abstract. . . 347 Rezumat. . . 349 Despre autori. . . 351 Numărul atomic, simboluri chimice şi masa atomică a elementelor. . . 353 Sistemul periodic al elementelor. . . 357
Bevezetés
Az Analitikai kémia élelmiszermérnököknek című könyv a Sapientia Erdélyi Ma-gyar Tudományegyetem Csíkszeredai Karának élelmiszermérnök-hallgatói számá-ra készült. Reményeink szerint e könyvet a leendő élelmiszermérnökökön kívül a környezetmérnök szak hallgatói is fogják használni, sőt talán a leendő új szakok hallgatóinak is segítségére lesz tanulmányaik során. A könyv megírásakor figye-lemmel kellett lenni a karon kialakult hagyományokra, hogy a könyvben szereplő analitikai módszerek kapcsolódjanak az egyéb tárgyak keretében oktatott anyag-hoz, ezért olyan könyvet szerettünk volna írni, amelyet a hallgatók több tárgy gyakorlati oktatása során is hasznosítani tudnak, sőt a leendő élelmiszeripari mérnökök is szívesen lapozgatni fognak.
A könyv rövid minőségi kémiai analízissel indul, melyet nagyobb terjedelmű klasszikus mennyiségi kémiai analízis követ. E fejezetekben a hallgatók meg-ismerkedhetnek a minőségi és mennyiségi analízis menetével, az acidi-alkali-metriával, az oxidációs-redukciós, valamint csapadékos titrálási módszerekkel, legvégül pedig a komplex vegyületek képződésén alapuló meghatározásokkal. Ezt követően az ultraibolya-látható abszorpciós spektrofotometria és az elválasztási módszerek, ezen belül az élelmiszerek analízisében rendkívül nagy jelentőségű kromatográfia, elektroforézis és izoelektromos fókuszálás elméleti alapjait ismer-tetik a szerzők.
Ezen fejezetek után az élelmiszerek főbb komponenseinek meghatározására kifejlesztett módszerek kerülnek tárgyalásra. E rész elején a nedvességtartalom meghatározását követően az ásványi alkotórészek meghatározásával és a különbö-ző spektroszkópiai módszerekkel ismerkedhetnek meg a hallgatók. A továbbiak-ban a nitrogéntartalmú anyagok meghatározásával; ezen belül a fehérjetartalom, a fehérjefrakciók, illetve a fehérje aminosav-összetételének meghatározásával foglalkozunk. Az élelmiszerek legdrágább makrokomponensével, a fehérjével ki-emelten foglalkozunk, és próbálunk minden olyan módszert ismertetni, amelyek alkalmasak az élelmiszer-fehérjék minősítésére. A zsírtartalom és a zsírsavössze-tétel meghatározását követően a nyersrost, a nyersrostfrakciók analízisét tárgyal-juk. A nitrogénmentes kivonható anyagok sorában meghatározzuk a cukrokat és a keményítőt, és vizsgáljuk a különböző cukortartalmú készítmények tulajdonsá-gait is. Jelentős helyet szentelünk a provitaminok és vitaminok meghatározásá-nak, valamint a mikotoxinoknak. A legtöbb fejezetet a Válogatott fejezetek című összeállítás zárja, amelyekben speciális élelmiszer-analitikai módszerek kerülnek ismertetésre.
A könyv írása során igyekeztünk a fejezeteket úgy összeállítani, hogy azok megismerésére és a vizsgálatok végzésére, az Élelmiszer-tudományi tanszék mű-szereire és eszközeire alapozva, a hallgatóknak lehetőségük legyen. A fejezeteket
36 Bevezetés
próbáltuk úgy egymásra építeni, hogy a hallgató az egyszerűbb vizsgálatoktól folyamatosan jusson el a bonyolultabbakig, megismerve az élelmiszerek analízi-sének legfontosabb lépéseit.
Végül hálás köszönetünket szeretnénk kifejezni lektorunknak, dr. Kovács Béla professzornak és Stanics Judit vegyész technikusnak a lelkiismeretes gé-pelésért és a könyvben lévő képletek szerkesztéséért. A könyvben maradt hibák kizárólag a szerzők „érdemei”. Kérjük a hallgatókat, szíveskedjenek ezekre a fi-gyelmet felhívni.
Csíkszereda, 2020. augusztus 30.
Dr. Albert Csilla Dr. Csapó János Kiss Dóra egyetemi adjunktus az MTA doktora, egyetemi tanár PhD-hallgat ó