Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHÂN TÍCH THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DNG TRONG CÔNG NGHIỆP ĐƯỜNG TP. HCM, tháng12/2011 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục MC LC 1. Giới thiệu chung 1 2. Một số thuật ngữ và định nghĩa 1 2.1 Chữ đường 1 2.1 Đường thô 1 2.1 Đường trắng 1 2.1 Đường tinh luyện 1 2.1 Độ Bx (Brix) 1 2.1 Độ Pol 1 2.1 Đường khử - RS 1 2.1 Nước mía trích mẫu 1 2.1 Xơ trong mía 1 3. Các chỉ tiêu chất lượng trong công nghiệp đường 1 3.1 Đường thô 1 3.2 Đường trắng và đường tinh luyện 2 3.3 Kẹo 2 4. Ứng dụng phương pháp phân tích vật lí 2 4.1 Xác định hàm lượng saccharose trong dung dịch bằng phương pháp đo chỉ số khúc xạ 3 4.1.1 Chỉ số khúc xạ (n D ) của một chất 3 4.1.2 Thiết bị đo chỉ số khúc xạ - Khúc xạ kế 3 4.1.3 Nguyên tắc phép đo 3 4.1.4 Tính toán kết quả 4 4.2 Xác định hàm lượng đường saccharose trong dung dịch bằng phương pháp đo độ phân cực 5 4.2.1 Phạm vi ứng dụng 5 4.2.2 Thiết bị đo độ phân cực – Phân cực kế 5 4.2.3 Nguyên tắc phép đo 6 4.3 Xác định hàm lượng các chất không tan trong đường trắng bằng phương pháp lọc màng 6 4.3.1 Phạm vi áp dụng 6 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 4.3.2 Lĩnh vực áp dụng 6 4.3.3 Nguyên tắc của phương pháp 6 5. Ứng dụng của phương pháp hóa học 6 5.1 Xác định hàm ẩm trong đường 6 5.1.1 Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy khô 7 5.1.1.1 Phạm vi ứng dụng 7 5.1.1.2 Nguyên tắc của phương pháp 7 5.1.1.3 Ưu-Nhược điểm của phương pháp 7 5.1.2 Xác định độ ẩm bằng phương pháp Karl Fischer 7 5.1.2.1 Phạm vi ứng dụng 7 5.1.2.2 Nguyên tắc của phương pháp 7 5.1.2.3 Một số máy chuẩn độ Karl Fischer hiện đạ 7 5.1.2.4 Ưu – Nhược điểm của phương pháp 8 5.2 Xác định hàm lượng đường khử trong đường thành phẩm bằng phương pháp Knight – Allen EDTA 9 5.2.1 Phạm vi ứng dụng 9 5.2.2 Nguyên tắc của phương pháp 9 5.2.3 Ưu – Nhược điểm của phương pháp 10 5.3 Xác định hàm lượng đường khử trong kẹo bằng phương pháp Bentrand 10 5.3.1 Phạm vi ứng dụng 10 5.3.2 Nguyên tắc của phương pháp 10 5.3.3 Ưu – Nhược điểm của phương pháp 12 6. Ứng dụng của phương pháp quang phổ 12 6.1 Phạm vi ứng dụng 12 6.2 Nguyên tắc của phương pháp 12 6.3 Thiết bị và thuốc thử 12 6.4 Một số thiết bị đo 12 6.4.1 Quang phổ kế 12 6.4.2 Máy so màu 14 7. Ứng dụng của phương pháp sắc kí 14 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 7.1 Nguyên tắc của phương pháp 14 7.2 Sơ đồ và nguyên lí hoạt động của thiết bị 16 7.3 Một số thí nghiệm phân tích đường bằng HPLC 16 7.4 Ưu – Nhược điểm của phương pháp 19 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 1. Giới thiệu chung Trong công nghiệp đường, để dễ dàng kiểm soát các yếu tố về hàm ẩm, hàm lượng đường saccharose và đường khử, hàm lượng các kim loại nặng, ….nhằm đáp ứng được các tiêu chuẩn về chỉ tiêu chất lượng, người ta phải tiến hành phân tích các tiêu chí trên bằng một số phép phân tích thông dụng. Dưới đây, chúng tôi tập trung nghiên cứu các phương pháp phân tích được dùng phổ biến để xác định các chỉ tiêu của đường saccharose và đường khử có trong nguyên liệu mía và trong hai sản phẩm phổ biến của công nghiệp sản xuất đường là đường thành phẩm và kẹo. 2. Một số thuật ngữ và định nghĩa 2.1 Chữ đường Số đơn vị khối lượng đường saccharose theo lý thuyết có thể được sản xuất từ 100 đơn vị khối lượng mía. 2.2 Đường thô Đường thô là đường saccharose được làm sạch, kết tinh có độ Pol thường từ 96%-99%, tinh thể có bám một lớp mật đường màu vàng hoặc màu tím vàng (chủ yếu làm nguyên liệu sản xuất đường tinh luyện) 2.3 Đường trắng Đường trắng là đường saccharose được làm sạch, kết tinh có độ Pol trên 99,5% 2.4 Đường tinh luyện Đường tinh luyện là đường saccharose được làm sạch, kết tinh có độ Pol trên 99,8%. 2.5 Độ Bx (Brix) Là tỷ số phần trăm giữa khối lượng đường saccharose và khối lượng dung dịch nước đường, tính bằng gam, ký hiệu %mas hay 0 Brix. - Độ Bx quan sát: là độ Bx đo ở nhiệt độ bất kì bằng khúc xạ kế. - Độ Bx hiệu chỉnh: là độ Bx đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20 o C hoặc được hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn. 2.6 Độ Pol Là khối lượng đường saccharose có trong dung dịch tính theo phần trăm khối lượng dung dịch do kết quả đo được bằng máy phân cực kế. - Pol quan sát: Độ quay cực của dung dịch đường ở nhiệt độ nào đó đọc trực tiếp trên phân cực kế. - Pol hiệu chỉnh (Pol): Độ quay cực của dung dịch đường ở nhiệt độ chuẩn 20 0 C hoặc được hiệu chỉnh về 20 0 C. 2.7 Đường khử - RS Những loại đường trong công thức phân tử có chứa nhóm chức -CHO (andehyt) hoặc CO (xeton) ,chẳng hạn như glucose và fructose. 2.8 Nước mía trích mẫu Phần nước mía trích ra từ mía khi đi qua 2 trục ép đầu tiên của hệ thống ép với lực ép quy định 200 - 250 kg/cm 2 và được lấy ra để xác định các thông số đo cần thiết. 2.9 Xơ trong mía Tổng các chất không tan trong nước có trong mía 3. Các chỉ tiêu chất lượng trong công nghiệp đường Đây là một số tiêu chí để đánh giá chất lượng đường thông qua các phép phân tích. 3.1 Đường thô Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục Bảng 3.1. Chỉ tiêu hóa lí của đường thô Tên chỉ tiêu Mức Hạng 1 Hạng 2 Độ Pol ( 0 Z), không nhỏ hơn 98.5 96.5 Hàm lượng đường khử, % khối lượng, không lớn hơn 0.35 0.65 Tro dẫn điện, % khối lượng, không lớn hơn 0.3 0.4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105 0 C trong 3h, % khối lượng, không lớn hơn 0.2 0.5 Độ màu, đơn vị ICUMSA, không lớn hơn 1000 2500 3.2 Đường trắng và đường tinh luyện Hàm lượng các chất nhiễm bẩn cho phép: 3.3 Kẹo Bảng 3.2. Chỉ tiêu hóa lí của kẹo Tên chỉ tiêu Mức độ Kẹo cứng có nhân Kẹo mềm hoa quả Kẹo dẻo Độ ẩm, % 2 – 3 6.5 – 8 10 - 12 Hàm lượng đường khử (glucose), % Vỏ: 15 – 18 Nhân: 25 - 30 18 - 125 35 - 45 Hàm lượng đường toàn phần, %, không nhỏ hơn 40 40 40 Hàm lượng tro không tan trong acid HCl 10%, %, không lớn hơn 0.1 0.1 0.1 Dư lượng SO 2 : mức tối đa 70mg/kg 4. Ứng dụng phương pháp phân tích vật lí Sơ lược: Trong công nghiệp sản xuất đường từ nguyên liệu mía, chúng ta quan tâm chủ yếu đến lượng đường saccharose trong mía. Để xác định lượng chữ đường trong mía nguyên liệu cần tiến hành xác định đường saccharose thông qua nhiều bước. Từ nguyên liệu mía ban đầu, tiến hành lấy mẫu trung bình. Mía được chọn làm mẫu sẽ được đem ép với lực ép 200 - 250 kg/cm 2 để tách thành 2 phần riêng biệt là nước mía trích mẫu và phần bã mía. - Lượng mía trích mẫu sẽ được đem đi phân tích bằng phương pháp phân tích vật lý để đo hàm lượng đường saccharose thông qua phép đo chỉ số khúc xạ và chỉ số phân cực của saccharose trong nước mía trích mẫu, từ đó tính được Brix % và Pol % nước mía trích mẫu. - Phần bã mía cũng được đem đi sấy và cân để xác định hàm lượng xơ trong mía (F). Từ đó, áp dụng công thức CCS để suy ra hàm lượng chữ đường có trong nguyên liệu mía ban đầu. Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục Trong phần này, chúng tôi tập trung nói về cách xác định độ Brix và độ Pol của saccharose trong nước mía trích mẫu. 4.4 Xác định hàm lượng saccharose trong dung dịch bằng phương pháp đo chỉ số khúc xạ 4.4.1 Chỉ số khúc xạ (n D ) của một chất Đại lượng không thứ nguyên biểu diễn tỷ số giữa vận tốc ánh sáng truyền trong không khí tiêu chuẩn và vận tốc ánh sáng truyền trong chất đó. 4.4.2 Thiết bị đo chỉ số khúc xạ - Khúc xạ kế Khúc xạ kế dùng để xác định hàm lượng đường trong dung dịch thông qua mối tương quan giữa hàm lượng đường và chỉ số khúc xạ. Các loại khúc xạ kế được sử dụng bao gồm: - Khúc xạ kế cầm tay và khúc xạ kế Abbe: khúc xạ kế mà việc đặt mẫu dung dịch và đọc kết quả đo được thực hiện bởi người thao tác. - Khúc xạ kế tự động: khúc xạ kế mà việc đặt mẫu dung dịch và đọc kết quả đo được thực hiện tự động. - Khúc xạ kế bán tự động: khúc xạ kế mà việc đặt mẫu dung dịch được thực hiện bởi người thao tác, còn kết quả đo hiển thị tự động hoặc được in ra. Hình 4.1. Một số loại khúc xạ kế thường dùng 4.4.3 Nguyên tắc phép đo Nước mía trích mẫu được chuẩn bị sẵn được đưa vào bộ phận đo của khúc xạ kế với một lượng đủ để phủ hết bề mặt của lăng kính. Máy sẽ tiến hành đo độ khúc xạ n D của ánh sáng khi qua mẫu, dựa trên nguyên lý tuyến tính giữa nồng độ và chiết xuất (khúc xạ) máy sẽ tính toán và hiển thị chính xác nồng độ Brix nước mía trích mẫu. Khúc xạ kế làm việc dựa trên nguyên tắc xác định góc tới hạn. Mẫu được đặt giữa hai lăng kính là lăng kính đo lường (nằm trên) và lăng kính chiếu sáng (nằm dưới). Cho nguồn sáng đi qua lăng kính chiếu sáng vào mẫu. Vì bề mặt lăng kính chiếu sáng không bằng phẳng nên ánh sáng có thể đi vào mẫu ở nhiều góc độ, bao gồm cả những đường song song với bề mặt. Sau đó, ánh sáng được khúc xạ ở góc tới hạn tại bề mặt dưới cùng của lăng kính đo lường. Kính hiển vọng sẽ thu nhận và quay hình ảnh trở lại làm vùng tối Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục nằm phía dưới và vùng sáng nằm phía trên. Biết góc và chỉ số khúc xạ của lăng kính đo lường ta sẽ tính ra được chỉ số khúc xạ của mẫu. Hình 4.2. Sơ đồ hoạt động của abbe kế. Ghi nhận kết quả đo và nhiệt độ của mẫu khi đo. Theo tiêu chuẩn ICUMSA (International Commission for Uniform Method of sugar Analysis): Các giá trị đo được xác định tại bước sóng λ = 589,3 nm và nhiệt độ 20 o C. 4.4.4 Tính toán kết quả Brix % nước mía trích mẫu = Brix đọc ± ∆ ∆: giá trị hiệu chính nhiệt độ về nhiệt độ quy chuẩn 20 o C. Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 4.5 Xác định hàm lượng đường saccharose trong dung dịch bằng phương pháp đo độ phân cực 4.5.1 Phạm vi ứng dụng Phương pháp đo độ phân cực có thể ứng dụng cho tất cả các loại đường thô, đường trắng, đường đặc biệt có yêu cầu làm sạch, … 4.5.2 Thiết bị đo độ phân cực – Phân cực kế  Phân cực kế là thiết bị đo hàm lượng đường sucrose bằng phương pháp phân cực thông qua mối tương quan giữa sự xoay trục quang học gây ra bởi mẫu dung dịch và sự xoay trục quang học gây ra bởi dung dịch đường sucrose tinh khiết, sử dụng cùng một ánh sáng được phân cực.  Thang đo trên phân cực kế được chia theo thang đo đường quốc tế: o Z hay o S với nhiệt độ quy chuẩn là 20 o C. Chia độ đến 100 o Z hay 100 o S, trong đó: - 0 o Z hay 0 o S là giá trị mà máy đo được đối với nước tinh khiết (nước cất). Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục  Lưu ý: Vật liệu dùng cho phân cực kế là vật liệu không bị ăn mòn bởi hoá chất được sử dụng khi đo độ đường và hóa chất làm sạch ống. 4.5.3 Nguyên tắc phép đo Dung dịch mẫu được làm trong bằng dung dịch chì acetate kiềm tính và được hòa tan bằng nước tinh khiết đến 100ml., sau đó tiến hành lọc để làm sạch dung dịch và cho vào ống đựng mẫu. Tiến hành đặt ống vào phân cực kế và máy sẽ xuất giá trị Pol dựa vào sự quay cực quang học. Sự quay cực là tổng đại số các hiệu ứng chủ yếu của hàm lượng đường saccharose trong mẫu bị chuyển đổi do sự có mặt của các chất hoạt động quang học khác và do quy trình làm sạch. Để chuẩn hóa phân cực kế và hiệu chỉnh nhiệt độ về nhiệt độ tiêu chuẩn 20 0 C, ta sử dụng các tấm thạch anh phẳng, đồng nhất và các tấm thạch anh này sẽ tao ra một góc quay quang học bằng với góc quay mà dung dịch đường sachharose tạo ra. Hình 4.3. Phân cực kế tự động MCP 300/500 Sucromat 4.6 Xác định hàm lượng các chất không tan trong đường trắng bằng phương pháp lọc màng 4.6.1 Phạm vi áp dụng Phương pháp lọc qua màng của Hibbert và Phillipson để xác định hàm lượng chất không tan trong nước của đường trắng. 4.6.2 Lĩnh vực áp dụng Áp dụng cho tất cả các loại đường trắng dạng tinh thể và dạng bột không chứa các phụ gia. Đối với các loại đường có khả năng lọc kém thì cần có qui trình cải tiến khác. 4.6.3 Nguyên tắc của phương pháp Đường thử nghiệm được hòa tan trong nước nóng và lọc qua màng lọc có cỡ lỗ 8,0 µm.Màng lọc và chất không tan giữ lại trên màng được rửa sạch,sấy khô và cân. Hàm lượng chất không tan được tính từ phần khối lượng tăng thêm của màng lọc. Thuốc thử: Trước khi sấy ta có thể rửa màng nhiều lần,để xác định điểm dừng ta sử dụng thuốc thử. Thuốc thử:Thuốc thử phun dùng cho sắc ký,dung dịch 1-naphtol/axit phosphoric.Hòa tan 1,0g 1-naphtol trong 100ml etanol và thêm 10ml axit orthophosphoric. Thỉnh thoảng phun thuốc thử dạng phun dùng cho sắc ký 1-naphtol/axit phosphoric lên màng,sau khi sử dụng và nâng nhiệt lên đến 105 độ C.Màng lọc phải không có bất kì vết bắt màu tím nào.Như vậy,trên màng lọc không lưu lại đường. [...]... đường khử lớn, phân tích lượng khử nhỏ dễ gây sai số 6 Ứng dụng của phương pháp quang phổ Mục đích phép phân tích Xác định hàm lượng asen trong đường giúp quản lí tốt chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng cho phép có mặt trong đường thành phẩm Xác định hàm lượng asen trong đường thành phẩm bằng phương pháp so màu 6.1 Phạm vi ứng dụng Phương pháp xác định hàm lượng asen bằng phương pháp so màu trong sản phẩm... như chất lượng 5.1.1 Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy khô 5.1.1.1 Phạm vi ứng dụng Phương pháp này áp dụng cho đường cát trắng, đường viên và đường thô 5.1.1.2 Nguyên tắc của phương pháp Đây là phương pháp định lượng gián tiếp bằng cách sấy mẫu đường đến khối lượng không đổi trong điều kiện qui định 5.1.1.3 Ưu-Nhược điểm của phương pháp Ưu điểm: dụng cụ phân tích đơn giản, dễ thao tác, ít sai số,... nhiều loại đường thì phương pháp HPLC là một phương pháp phân tích hiệu quá,cho kết quả chính xác HPLC được áp dụng phổ biến để phân tích các loại đường nghịch đảo Pha tĩnh :silicagen Pha động:H2O-NaOH pha theo tỉ lệ thích hợp Một số thí nghiệm Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục Kết quả phân tích một mẫu đường 50ppm SUGARS 368-0405-98-2 Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục... độ chính xác cao Nhược điểm: độ nhạy kém, lượng mẫu phân tích lớn, tính chọn lọc không cao, thời gian phân tích dài 5.1.2 Xác định độ ẩm bằng phương pháp Karl Fischer 5.1.2.1 Phạm vi ứng dụng Phương pháp này dùng để xác định hàm ẩm trong mật mía, đường thô, đường chuyên dụng và sirô 5.1.2.2 Nguyên tắc của phương pháp  Dựa trên độ mất màu của iot trong thuốc thử Fischer: Ở nhiệt độ thường, iot kết... 5.3.1 Phạm vi ứng dụng Phương pháp Bentrand là một trong phương pháp hóa học dùng để định lượng hàm lượng đường khử cao trong các sản phẩm bánh, kẹo (lượng đường khử tạo thành do phản ứng nghịch đảo đường saccharose) dựa trên khả năng khử các hợp chất khác nhau của chúng Phương pháp này cho phép định lượng đường chính xác trong khoảng từ 1 – 40 mg 5.3.2 Nguyên tắc của phương pháp - Trong môi trường kiềm,... phục, ta phải tiến hành chuẩn hóa thiết bị 7 Ứng dụng của phương pháp sắc kí Xác định thành phần các loại đường bằng phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao áp (HPLC) Ứng dụng HPLC trong phân tích thành phần các loại đường trong mẫu Tùy vào kinh nghiệm người tiến hành mà pha động và pha tĩnh được chọn có thể khác nhau 7.1 Nguyên tắc của phương pháp - Pha tĩnh là một yếu tố quan trọng quyết định bản chất...Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 5 Ứng dụng của phương pháp hóa học 5.1 Xác định hàm ẩm trong đường Mục đích phép phân tích: Xác định độ ẩm rất quan trọng trong phân tích giá trị dinh dưỡng và chất lượng thực phẩm của đường Khi hàm ẩm vượt quá mức cho phép, giá trị dinh dưỡng của đường sẽ giảm,... + 8H2O - Trong thực tế, người ta cũng tiến hành xây dựng sẵn đồ thị chuẩn biểu diễn mối tương quan giữa lượng KMnO4 đã sử dụng với nồng độ đường khử (glucose) tương ứng trong mẫu Bảng 5.2 Mối tương quan giữa lượng KMnO4 dùng chuẩn độ và hàm lượng đường khử trong mẫu 5.3.3 Ưu – Nhược điểm của phương pháp Ưu điểm: dụng cụ phân tích đơn giản, dễ thực hiện, độ chính xác cao Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo... thành phẩm bằng phương pháp Knight – Allen EDTA 5.2.1 Phạm vi ứng dụng Dùng để xác định các chất có hàm lượng đường khử thấp mà tại đó phương pháp Fehling sẽ không cho ra được kết quả chính xác Ví dụ sử dụng phương pháo Knight – Allen EDTA để xác định lượng đường khử dưới 0.02% trong đường trắng hoặc các mẫu thử pha loãng có nồng độ sucrose ít chuyển hóa dưới 0.1% 5.2.2 Nguyên tắc của phương pháp - Đun... thu và nồng độ asen tương ứng trong mẫu chuẩn Ghi nhận đồ thị của mẫu cần đo và xác định mẫu chuẩn có dạng đồ thị tương ứng, ta xác định được lượng asen có trong mẫu cần phân tích - Theo định luật Beer, độ hấp thu là 1 đường tuyến tính phụ thuộc vào bề dày mẫu và nồng độ mẫu phân tích A = k.l.C với k: khả năng hấp thụ mol ( l.cm/mol) l: bề dày mẫu (cm) Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục C: nồng độ mẫu . sự nghiệp giáo dục TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHÂN TÍCH THỰC PHẨM BÀI TIỂU LUẬN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DNG TRONG CÔNG. của phương pháp 10 5.3 Xác định hàm lượng đường khử trong kẹo bằng phương pháp Bentrand 10 5.3.1 Phạm vi ứng dụng 10 5.3.2 Nguyên tắc của phương pháp 10 5.3.3 Ưu – Nhược điểm của phương pháp. Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 5. Ứng dụng của phương pháp hóa học 5.1 Xác định hàm ẩm trong đường Mục đích phép phân tích: Xác định độ ẩm rất quan trọng trong phân tích giá trị dinh