Титруемая кислотность напитков

Введение

Контроль кислотности играет ключевую роль в производстве напитков, таких как соки, вино и алкогольные изделия. Кислотность не только влияет на вкусовые характеристики продукции, но и является важным показателем её качества и безопасности. Неправильный уровень кислотности может привести к ухудшению вкуса, сокращению срока хранения и несоответствию стандартам, регулирующим производство.

Для обеспечения контроля качества в данной сфере разработаны стандарты, устанавливающие требования к методам измерения титруемой кислотности. Например, ГОСТ 32114-2013 регламентирует методы определения кислотности для алкогольной продукции, а ГОСТ Р 51434-99 — для соков. Следование этим нормативам гарантирует точность измерений и соответствие продукции требованиям законодательства.

Точное измерение кислотности требует использования современных инструментов, обеспечивающих высокую точность и надежность данных. Для автоматизации процесса широко применяются автоматические титраторы, которые позволяют значительно упростить процедуру анализа и повысить её эффективность.

В рамках данной работы проведены эксперименты по измерению титруемой кислотности яблочного и апельсинового соков, а также вина с использованием автоматических титраторов. Оценивались сходимость и воспроизводимость результатов, что позволяет определить надежность применяемых методов и их соответствие требованиям стандартов.

Титруемая кислотность: принципы определения и стандарты

Что такое титруемая кислотность?

Титруемая кислотность — это показатель содержания кислот в жидкости, который выражается через их способность реагировать с основанием в процессе титрования. Этот параметр отражает общую кислотность продукта, включая как свободные, так и связанные формы кислот, и является важным критерием для оценки вкусовых характеристик и стабильности напитков.

В зависимости от типа продукта, различаются основные кислоты, определяемые в процессе анализа. В соках, например, яблочная кислота преобладает в яблочном соке, а лимонная кислота — в апельсиновом. В вине, помимо яблочной и лимонной кислот, значительную роль играет винная кислота, которая влияет на формирование вкуса и химическую стабильность напитка.

ГОСТы для соков и алкогольных напитков

Для стандартизации методов измерения титруемой кислотности в Российской Федерации разработаны соответствующие нормативные документы.

ГОСТ 32114-2013 регламентирует методы определения массовой концентрации титруемых кислот в алкогольной продукции, включая вино. Стандарт описывает методику кислотно-основного титрования, требования к подготовке проб и применяемым реактивам, что обеспечивает точность и воспроизводимость результатов.

ГОСТ Р 51434-99 охватывает методику определения титруемой кислотности в фруктовых и овощных соках. Он также предполагает использование кислотно-основного титрования и регулирует параметры, такие как концентрация стандартных растворов, объем титруемых проб и расчёт содержания кислот.

Автоматические титраторы значительно упрощают и ускоряют процесс измерения титруемой кислотности. Эти приборы автоматизируют все этапы анализа: добавление титранта, определение точки эквивалентности и расчёт результата. После завершения анализа титратор самостоятельно рассчитывает результаты и выводит их в нужных единицах измерения, включая пересчёт на анализируемую кислоту, характерную для конкретного напитка, например, яблочную или винную.

Одним из ключевых преимуществ автоматических титраторов является высокая точность и воспроизводимость результатов. Благодаря автоматическому определению конца титрования, ошибки, связанные с субъективной оценкой цвета индикатора при ручных методах, полностью исключаются. Это особенно важно для массового производства, где даже небольшие погрешности могут повлиять на качество продукции.

Кроме того, автоматизация минимизирует влияние человеческого фактора, сокращает время анализа и делает процесс удобным и эффективным. Таким образом, автоматические титраторы являются оптимальным решением для контроля кислотности в напитках.

Метод определения титруемой кислотности по ГОСТ Р 51434-99

ГОСТ Р 51434-99 устанавливает порядок определения титруемой кислотности для фруктовых и овощных соков, а также аналогичных продуктов. Методика охватывает измерение молярной концентрации, массовой концентрации или массовой доли титруемых кислот, что позволяет адаптировать её к разным типам продукции и требованиям.

Область применения и основные параметры

Стандарт охватывает диапазон молярной концентрации от 40 до 300 ммоль/дм³, массовой концентрации от 2 до 21 г/дм³, и массовой доли от 0,2 % до 2,1 %.

Сущность метода

Метод основан на потенциометрическом титровании раствором гидроксида натрия до достижения pH 8,1. Анализ проводится при температуре 20 °C, но допускается диапазон от 10 до 30 °C при использовании pH-метров с температурной компенсацией. Для точности анализа проводят два параллельных определения, а результат вычисляется как среднее значение.

Ход анализа

Подготовка пробы:
В мерный стакан вносят 10-25 мл сока. Проба разбавляется водой до объёма, обеспечивающего погружение электродов в анализируемый раствор.

Титрование:
Проба перемешивается мешалкой и титруют стандартным раствором гидроксида натрия. Контроль конца титрования осуществляется потенциометрически до достижения pH 8,1. Фиксируется объём титранта, израсходованный на титрование.

Расчёт:
Формула для расчёта титруемой кислотности в граммах на литр (г/л):

где:

• C — концентрация титруемых кислот в пересчёте на выбранную кислоту (г/л);

• M — молярная масса эквивалента кислоты (г/моль):

  • для яблочной кислоты: M=67;

  • для лимонной кислоты: M=64;

  • для винной кислоты: M=75;

• V — объём раствора щелочи, израсходованный на титрование, в миллилитрах (мл);

• c — номинальная концентрация раствора щелочи (моль/л);

• T — коэффициент поправки раствора щелочи (безразмерная величина), учитывающий отклонения от номинальной концентрации;

• m — масса навески исследуемой пробы (г).
  

Для расчёта массовой доли титруемых кислот в процентах (w%)

Обработка результатов

Окончательный результат определяется как среднее значение двух параллельных определений, при этом относительное расхождение между ними не должно превышать 1 % при сходимости и 2 % при воспроизводимости.

Погрешность метода не превышает ±1,5 % при соблюдении условий, указанных в стандарте.

Согласно ГОСТ Р 52474-2005 "Соки фруктовые и овощные. Общие технические условия", массовая доля титруемых кислот для натурального яблочного сока должна составлять от 0,2% до 0,8% в пересчёте на яблочную кислоту. Этот нормативный показатель используется для оценки качества и соответствия продукта требованиям стандарта.

Диапазон кислотности важен для обеспечения органолептических свойств, таких как вкус и аромат, а также для соблюдения технологических процессов при переработке соков. Значения ниже или выше установленных пределов могут свидетельствовать о нарушении технологических процессов или использовании неподходящего сырья.

Методы определения массовой концентрации титруемых кислот по ГОСТ 32114-2013

Стандарт ГОСТ 32114-2013 устанавливает методы измерения массовой концентрации титруемых кислот в алкогольной продукции и сырье для её производства. Этот стандарт применяется к винам, виноматериалам, спиртным и слабоалкогольным напиткам, а также к сокам, используемым для промышленной переработки. Методика основана на кислотно-основном титровании с использованием индикатора бромтимолового синего или потенциометрического титрования.

Общие этапы проведения анализа

1. Подготовка образца:

   • Для анализа отбирают 10 мл дегазированного продукта.

   • Добавляют 30 мл свежекипяченой охлажденной дистиллированной воды.

2. Титрование:

   • Раствор гидроксида натрия (или калия) с молярной концентрацией 0,1 моль/дм³ добавляют к подготовленному раствору.

   • Процесс проводится до достижения значения pH 7, что указывает на нейтральную реакцию.

Обработка результатов

Массовая концентрация титруемых кислот, выраженная в граммах на литр (г/л), рассчитывается по формуле как и для соков:

• для винной кислоты: M=75.

Оформление результатов

• Окончательный результат определяется как среднеарифметическое значение двух параллельных измерений.

• Итог округляется до первого десятичного знака, а расчёты выполняются с точностью до второго.

Определение титра (коэффициента поправки) NaOH

При проведении титрования по ГОСТ 32114-2013 и ГОСТ Р 51434-99 необходимо точно знать концентрацию используемого раствора гидроксида натрия (NaOH). Даже если используется готовый титрованный раствор NaOH, приготовленный из фиксанала, его концентрацию следует проверять с помощью первичного стандарта. Это требуется для исключения погрешностей, связанных с возможными изменениями концентрации при хранении или приготовлении раствора.

Метод проверки концентрации NaOH

Концентрацию раствора NaOH проверяют, проводя титрование первичного стандарта — калия фталевокислого (КН(C8H4O4)), который является эталонным веществом для определения щелочности. Процесс включает:

Точно взвешенную навеску вещества, растворяют в дистиллированной воде и проводят титрование до точки эквивалентности. Объём NaOH, израсходованный на титрование, позволяет вычислить его фактическую концентрацию и поправку.

Калибровка оборудования: настройка по буферным растворам

При работе с кислотно-основным титрованием по обоим ГОСТам, конечной точкой титрования является строго определённое значение pH:

• pH 7 — для титрования алкогольной продукции (ГОСТ 32114-2013);

• pH 8.1 — для титрования фруктовых и овощных соков (ГОСТ Р 51434-99).

Для обеспечения точности измерений и предотвращения ошибок при определении конечной точки обязательно выполняют калибровку оборудования, включая pH-метры и автоматические титраторы.

Для калибровки используют стандартные буферные растворы с заданным значением pH (например, 4.01, 7.00 и 9.18). Последовательно измеряют потенциалы буферных растворов на автоматическом титраторе. Для точной настройки применяют буферные растворы, температура которых соответствует рабочим условиям (обычно 20 °C). Титратор автоматически рассчитывает значения крутизны и нулевой точки и использует эти значения в дальнейшем при титровании реальных проб.

Частота проведения калибровки регламентируется самим предприятием, но чаще всего калибровку проводят на ежедневной основе.

Описание результатов эксперимента

В ходе эксперимента были проведены три параллельных определения титруемой кислотности яблочного сока, апельсинового сока и белого вина с использованием автоматических титраторов Mettler Toledo T50 и Титровойс Автоматик.

Полученные результаты приведены в таблице ниже.

В рамках исследования оценивалась сходимость и воспроизводимость результатов титрования кислотности соков и вина, полученных с использованием автоматических титраторов Mettler Toledo T50 и Титровойс Автоматик.

Для определения качества метода использовались критерии, установленные стандартами:

• ГОСТ Р 51434-99: относительное расхождение между результатами сходимости не должно превышать 1 % при P=0,95P = 0,95. Для воспроизводимости норматив составляет до 2 %.

• ГОСТ 32114-2013: нормативы сходимости составляют 0,04 г/дм³ для вин и 0,07 г/дм³ для остальных продуктов, а воспроизводимости — 0,2 г/дм³ и 0,3 г/дм³ соответственно.

Анализ проводился по данным титрования яблочного и апельсинового соков, а также белого вина, с расчётом средних значений, отклонений и проверки соответствия нормативам.

Сходимость (reproducibility) в контексте аналитических измерений, таких как титрование, представляет собой характеристику метода, которая отражает степень согласованности результатов, полученных при повторных измерениях одной и той же пробы.

Она описывает вариации, возникающие между результатами, когда:

1. Один оператор выполняет измерения.

2. Используется одно и то же оборудование.

3. Работы проводятся в кратчайший временной интервал.

Основные аспекты сходимости:

• Математическое выражение: Сходимость рассчитывается как разность между повторными измерениями, разделенная на среднее значение, и выражается в процентах:

  

• Нормативы: ГОСТы обычно задают максимальное допустимое отклонение, чтобы считать метод удовлетворяющим требованиям. Например, для титруемой кислотности часто допускается отклонение не более 1-2 %.

• Значение сходимости: Высокая сходимость подтверждает надежность метода в условиях однократного использования оборудования и исключает значительные ошибки оператора.

• Практическая важность: Если результаты титрования имеют хорошую сходимость, это свидетельствует о высокой точности измерений, что особенно важно для контроля качества пищевых продуктов и напитков.

Воспроизводимость (repeatability) – это характеристика метода измерения, которая отражает степень согласованности результатов, полученных при выполнении одинакового анализа в различных условиях. В отличие от сходимости, воспроизводимость учитывает более широкий спектр влияющих факторов.

Основные аспекты воспроизводимости:

• Математическое выражение: Воспроизводимость рассчитывается как относительное отклонение между средними значениями, полученными при анализе одной и той же пробы в разных условиях:

  

• Условия, учитываемые при воспроизводимости:

  • Различные операторы.

  • Разные аналитические приборы.

  • Проведение измерений в разные дни или в разных лабораториях.

  • Возможное использование различных партий реактивов.

• Нормативы: ГОСТы и другие стандарты устанавливают допустимый предел для воспроизводимости, чтобы определить, соответствует ли метод требованиям. Например, в аналитической химии часто приемлемым считается значение воспроизводимости не более 2-3 %.

• Практическое значение: Высокая воспроизводимость указывает на надежность метода, его пригодность для использования в разных лабораториях и при массовом производственном контроле. Если воспроизводимость невысока, результаты, полученные разными лабораториями или аналитиками, могут существенно различаться, что делает метод непрактичным.

Анализ результатов и их соответствие нормативам ГОСТ

В ходе эксперимента были получены следующие результаты, которые проверялись на соответствие нормативам сходимости и воспроизводимости, установленным ГОСТ Р 51434-99 и ГОСТ 32114-2013.

• Сходимость: Разница между максимальным и минимальным значениями для каждой пробы на одном титраторе.

• Воспроизводимость: Разница между средними значениями, полученными на разных титраторах.

• Все результаты соответствуют нормативам ГОСТ 51434-99 и ГОСТ 32114-2013.

Заключение

Использование автоматических титраторов демонстрирует существенные преимущества по сравнению с ручными методами титрования, основанными на использовании индикаторов. Эти приборы обеспечивают высокую точность и воспроизводимость измерений, устраняя субъективность оценки, связанную с человеческим фактором, например, при интерпретации изменения цвета индикатора.

Автоматические системы снижают вероятность ошибок, ускоряют анализ и делают процесс контроля качества удобным даже при большом объёме проб. Благодаря автоматизации ключевых этапов титрования (от добавления титранта до определения конечной точки и расчёта результатов) анализ становится более стандартизированным и надежным. Это особенно важно в условиях промышленного производства, где даже минимальные отклонения могут повлиять на стабильность и соответствие продукции нормативным требованиям.

Сервис автоматических титраторов

Мы оказываем полную поддержку на всех этапах установки и запуска в эксплуатацию, а также предлагаем дальнейшее сервисное обслуживание. Проводим настройку методик, диагностику, ремонт, квалификацию, обучение. Узнать подробнее

Проведем у Вас тренинг: Экспертное Титрование

Профессиональный тренинг для пользователей, желающих улучшить свои навыки в работе с автоматическими титраторами. Узнать подробнее