Файл: Общая технология отрасли Часть 1.doc

На панели измерителя (рисунок 12) находится шкала, показывающая 5 значений рН: от 2 до4, от 2 до 6, от 6 до 10, от 10 до 14 и от 2 до 14, а также шкала для измерения ЭДС. На панель выведены также все ручки управления прибором.

Рисунок 11 – Схема РН-метра ЛПУ-01

1-стеклянный электрод;

2-панель измерительного прибора;

3-проточный вспомогательный электрод;

После прогрева прибора приступают к его настройке по стандартным буферным растворам с известным значением рН.

Буферные растворы готовят из специальных фиксоналов. Для настройки берут буферный раствор, рН которого близок к предполагаемому рН исследуемого раствора. Буферный раствор наливают в стакан на 200 мл, столик на штативе отводят влево, стакан подставляют под электроды, поворачивают столик и опускают на него стакан. Столик устанавливают на такой высоте, чтобы электроды были погружены в раствор на глубину 2-4 см, переключатель пределов измерений ставят против нужного диапазона измерений и через 0,5-1 минуту ручкой настройки по буферному раствору стрелку на шкале подводят к делению, соответствующему значению рН буферного раствора.

Измерение рН исследуемого раствора проводится в последовательности, принятой при настройке прибора. Если рН раствора совершенно неизвестен, то сначала производят ориентировочное определение, ставя переключатель пределов измерений в положение «2-14» и снимая отсчет по шкале, градуированной в единицах рН от 2 до 14. Затем, не меняя раствора, переключатель устанавливают на отметку найденного диапазона рН и отсчет снимают по соответствующей шкале.

В перерывах работы электроды держат в дистиллированной воде, так как при высыхании изменяется их характеристика. При появлении пленок на электродах их промывают органическими растворителями, растворами кислот и щелочей, а затем дистиллированной водой.

Погрешность прибора по стандартным буферным раствора не выше 0,02 рН, а чувствительность не ниже 0,01 рН.

Проверку нового прибора или нового стеклянного электрода проводят по буферным растворам в первые несколько дней ежедневно, а в последующем – раз в неделю.

В производственном контроле приборы используют для определения не только рН, но и титруемой кислотности методом электрометрического титрования.

Перед началом работы электроды тщательно промывают дистиллированной водой и высушивают фильтровальной бумагой. К гнезду 2 при помощи штекера подключают датчик, прибор включают в сеть, тумблер 7 ставят в положение «Включено» (при этом загорается контрольная лампочка) и прибор прогревают 30 минут. Рукоятку переключения «Виды работ» устанавливают в положение «рН», а рукоятку компенсатора температуры – на нужное значение температуры. Измерения проводят при температуре 20-30⁰С, так как при этой температуре отклонения в значениях рН лежат в пределах погрешности прибора.

Активная кислотность в солоде оказывает большое влияние на ферментативные процессы при затирании и рН в заторе обычно составляет 5,5-5,6.

рН сусла так же, как и затора, обуславливается ионами водорода, переходящего из сырья, а также химическим взаимодействием катионов и анионов воды и сусла.

В охмеленном сусле активная кислотность находится в пределах 5,3-5,5.

Определение окислительно-восстановительного потенциала

Окислительно-восстановительные реакции занимают ведущее место в бродильных производствах: они лежат в основе брожения. От степени окисленности среды зависит характер метаболизма дрожжей: при высокой окисленности среды происходит аэробное дыхание и сахар потребляется дрожжами на рост и размножение, при низкой – анаэробное дыхание с образованием спирта. Эти реакции протекают и на стадии выдержки пива, обусловливая его вкус и аромат.

Окислительно-восстановительные реакции являются электрохимическими реакциями и связаны с переносом электронов, поэтому их интенсивность можно измерить, определив при помощи гальванического элемента возникающую ЭДС, пропорциональную интенсивности химической реакции.

Потенциал, возникающий на индикаторном электроде гальванического элемента, называется окислительно-восстановительным потенциалом (ОВ-потенциалом). Он обозначается символом Еh и выражается в вольтах. Величина Еh прежде всего зависит от содержания в растворе газообразного водорода и кислорода, а также от содержания веществ с окислительными или восстановительными свойствами. Чистая вода диссоциирует не только на ионы Н⁺ и ОН^-, но и на молекулы по уравнению 2Н₂О = 2Н₂ + О₂. Эти величины связаны константой диссоциации К = Н₂ О₂ и при увеличении, например, Н₂ соответственно уменьшается О₂. При наличии в растворе восстановителя концентрация водорода по сравнению с содержанием его в чистой воде повышается, а кислорода соответственно уменьшается и наоборот. Следовательно, восстановительную и окислительную способность раствора можно характеризовать одной величиной Н₂ аналогично тому, как кислотность и щелочность растворов характеризуют концентрацией водородных ионов Н⁺. При этом также пользуются не абсолютным значением концентрации, а ее десятичным логарифмом с обратным знаком и обозначают его символом rН₂ = = - lgН₂.

В водном растворе, насыщенном водородом, rН₂=0, а при насыщении кислородом rН₂=41. Внутри этого интервала окислительно-восстановительная способность раствора характеризуется следующими величинами rН₂: от 0 до 8,5 – сильновосстанавливающая; от 8,5 до 17 – слабовосстанавливающая; от 18 до 25,5 – индифферентная; от 25,5 до 34 – слабоокисляющая; от 34 до 41 – сильноокисляющая.

Если в окислительно-восстановительной реакции принимает участие ион водорода, то потенциал электрода зависит также от величины рН. Взаимосвязь rН₂, рН и Еh выражается уравнением rН₂ = Еh: 0,029 + 2 рН.

Для определения окислительно-восстановительной способности применяют два метода – электрометрический и колориметрический.

Электрометрический метод

Определение Еh электрометрическим методом основано на измерении потенциала инертного платинового или золотого электрода. Электроды такого рода не принимают участия в реакции, а служат лишь передатчиком электронов между компонентами окислительно-восстановительной системы, поэтому только последние обусловливают величину потенциала электрода.

Колориметрический метод

Метод основан на использовании специальных окислительно-восстановительных индикаторов, которые изменяют свою окраску при определенном ОВ-потенциале. В качестве индикатора обычно применяют 2,6-дихлорфенолиндофенолят натрия (реактив Тильмана), окисленная форма которого в щелочной среде имеет синюю окраску, а в кислой – красно-фиолетовую, восстановленная же форма окраски не имеет. Скорость обесцвечивания индикатора зависит от природы восстанавливающих веществ.

Некоторые из меланоидинов восстанавливают индикатор в течение нескольких секунд; основная часть меланоидинов обесцвечивает индикатор за 5 минут; медленнее всех восстанавливают индикатор полифеноловые соединения, переходящие в сусло из оболочек зерен и из хмеля. Таким образом, по скорости обесцвечивания индикатора можно судить не только о содержании восстанавливающих, но отчасти и от природы этих соединений.

Величина окислительного потенциала, при котором наблюдается переход одной формы индикатора в другую, зависит от рН среды, поэтому при измерении восстанавливающей способности необходимо учитывать влияние рН анализируемой жидкости на цвет индикатора. 2,6-дихлорфенолиндофенолят натрия обладает сравнительно высоким ОВ-потенциалом, вследствие чего наличие в анализируемой жидкости растворенного молекулярного кислорода не оказывает заметного влияния на результаты определения.

Для определения ОВ-потенциала при помощи реактива Тильмана разработаны различные методы. Все они являются косвенными, так как определяют не величину потенциала, а восстановительную способность исследуемого раствора, зависящую от содержания редуцирующих веществ: чем больше таких веществ, тем быстрее происходит обесцвечивание индикатора. Наиболее известен метод Грея и Стоуна, в котором восстанавливающая способность оценивается по времени (в секундах), в течение которого определенный объем анализируемой жидкости обесцвечивает индикатор до заданной интенсивности окраски, и показатель обесцвечивания обозначают символом ITT (Indicator-Time-Test). В этом методе сравнение окрасок исследуемого и контрольного растворов производится визуально, что снижает его точность.

Модифицированный метод Штейнера позволяет получать более надежные результаты. Метод основан на измерении степени понижения оптической плотности раствора индикатора под действием редуцирующих веществ сусла или пива в течение 60 секунд. Степень обесцвечивания индикатора выражается в процентах от первоначальной величины его оптической плотности. Процент обесцвечивания красителя (ПОК) рассчитывается по формуле

, (15)

где Д₀ – первоначальная величина оптической плотности индикатора;

Д_х – величина оптической плотности индикатора через 60 с после прибавления сусла или пива.

Следовательно, чем больше редуцирующих веществ содержит исследуемая жидкость, тем выше процент обесцвечивания красителя.

Метод Штейнера не учитывает влияния рН среды на ОВ-потенциал индикатора. Для уточнения метода предложено определять первоначальную оптическую плотность индикатора не в водном, а в буферном растворе, рН которого соответствует рН исследуемой жидкости. Для серийных анализов рекомендуется пользоваться калибровочным графиком, построенным на серии фосфатных буферных растворов с рН 3,5-6,5. Определив значение рН сусла (пива), на графике находят соответствующую ему величину Д₀. Построение графика – трудоемкая работа, и для сокращения ее объема с достаточной точностью можно определить Д₀, пользуясь двумя буферными растворами: для сусла с рН 5,4, для пива – с рН 4,6.

Аппаратура и реактивы. Фотоэлектроколориметр; пипетки на 10 см³ и микропипетки на 1 см³ с делениями; 0,005 М раствор 2,6-дихлорфенолиндофенолят натрия (230,2 мг реактива растворяют в 70 см³ горячей дистиллированной воды, после полного растворения объем доводят до 100 см³). На 10 см³ этого раствора при йодометрическом титровании должно пойти 60 см³ 0,01 н раствора тиосульфата натрия; буферные растворы: раствор а (21,014 г кристаллической лимонной кислоты растворяют в 1 дм³ воды); раствор б (35,61 г Nа₂НPО₄ Н₂О растворяют в 1 дм³ воды). Смешивают 4,43 см³ раствора а с 5,57 см³ раствора б, получают буферный раствор с рН 5,4; смешивают 5,33 см³ раствора а с 4,76 см³ раствора б получают буферный раствор с рН 4,6.

Ход определения. К 10 см³ буферного раствора с соответствующим значением рН добавляют 0,25 см³ 0,005 М раствора индикатора, смесью заполняют кювету толщиной 10 мм. В качестве раствора сравнения берут дистиллированную воду. Оптическую плотность раствора индикатора (Д₀) измеряют при длине волны 520 нм (зеленый светофильтр). Для определения редуцирующей способности сусла или пива к 10 см³ исследуемой пробы прибавляют 0,25 см³ 0,005 М раствора индикатора и через 60 с измеряют оптическую плотность смеси (Д_х) при том же светофильтре. Раствором сравнения служит анализируемая проба сусла или пива. Затем рассчитывают процентное обесцвечивание красителя (ПОК) по приведенному выше уравнению.

Следует заметить, что величина ПОК для разных образцов пива колеблется в широких пределах. Так, по данным авторов, ПОК Украинского пива составлял 44, Московского – 49, Дипломат (Чехия)  97%. Несомненно, что с повышением значения ПОК увеличивается стойкость пива к помутнению. Следовательно, определение величины ПОК позволяет не только характеризовать стойкость готового продукта, но и осуществлять действенный контроль технологического процесса, направленный на повышение стойкости пива.

Пример. При анализе Жигулевского пива получено Д₀ = 0,522; а Д_х = 0,287. Редуцирующая способность пива ПОК = (0,522 – 0,287) : 0,522 = 45%.

Таблица 7 – Кислотность и окислительно-восстановительный потенциал различных продуктов бродильных производств