Способ определения водорастворимых экстрактивных веществ чая Российский патент 2024 года по МПК G01N33/02 A23F3/18 

Изобретение относится к технической биохимии, а именно к оценке количества водорастворимых экстрактивных веществ в растительном сырье.

Вне зависимости от природы растительного материала и методики количественной оценки содержания водорастворимых экстрактивных веществ в нем, первым шагом всегда является получение экстракта, суть которого заключается в извлечении водорастворимых компонентов из растительной ткани. Полученные таким образом экстракты исследуют одним из существующих способов.

Известен способ определения водорастворимых экстрактивных веществ, предполагающий оценку количества полифенолов чая и осуществляемый следующим образом. Готовят 50 см³ рабочего раствора танина концентрацией 0,5 мг/см³. Разбавляют рабочий раствор танина дистиллированной водой в пропорциях 0,25 мг/см³, 0,5 мг/см³, 0,075 мг/см³ и 0,05 мг/см³. В 5 пробирок вносят по 0,6 см³ каждого раствора танина, добавляют по 3 см³ 0,5 М раствора Na₂CO₃, перемешивают и прибавляют по 0,3 см³ реактива Folin-Ciocalteu. Содержимое пробирок перемешивают и через 2-3 мин на спектрофотометре при длине волны 765 нм или на фотоэлек-троколориметре при использовании светофильтра измеряют оптическую плотность растворов против воды. Листовой чай измельчают по ИСО 1572 и хранят в герметичных контейнерах, обеспечивая защиту от солнечного света. Далее берут пробу измельченного чая массой 1,0-1,5 г, переносят количественно в химический стакан вместимостью 150-200 см³, добавляют 50-75 см³ дистиллированной воды с температурой 95-100°С, перемешивают, настаивают в течение 5 мин при комнатной температуре и фильтруют. Полученный экстракт чая разбавляют дистиллированной водой в 25 раз. В пробирку переносят 0,5-0,6 см³ разбавленного экстракта чая, добавляют 3,0 см³ 0,5 М раствора Na₂CO₃, перемешивают и прибавляют 0,3 см³ реактива Folin-Ciocalteu. Содержимое пробирки перемешивают и через 2-3 мин на спектрофотометре при длине волны 765 нм или на фотоэлектроколориметре при использовании светофильтра, обеспечивающего измерение при длине волны, ближайшей к 765 нм, измеряют оптическую плотность раствора против воды. Используя градуировочный график, по величине оптической плотности разбавленного экстракта чая за вычетом оптической плотности холостой пробы находят концентрацию полифенолов (по танину) в разбавленном экстракте чая. Количество полифенолов чая, перешедших в водный экстракт, выражают их массовой долей в анализируемой пробе чая X, % на сухое вещество, которую рассчитывают по формуле (1):

где с - массовая концентрация полифенолов в разбавленном экстракте чая, мг/см³;

25 - кратность разведения исходного экстракта чая;

50 - общий объем исходного экстракта чая, см³;

m - масса пробы, мг;

ω_св - массовая доля сухого вещества в пробе, %.

(Патент RU №2519767, A23L 1/0524, опубл. 20.06.2014 г.).

К недостаткам этого способа можно отнести то, что при заявленных параметрах экстрагирования выход водорастворимых экстрактивных веществ в раствор будет недостаточным для объективной оценки их количества, а высокая степень разбавления при подготовке пробы для исследования резко снижает точность получаемых результатов, что потребует увеличения числа повторностей исследуемых образцов и вариантов опыта.

Известен метод определения водорастворимых экстрактивных веществ, который реализуется следующим образом. Осуществляют подготовку тигля из спеченного боросиликатного стекла, класса пористости Р160 (размер пор от 100 до 160 мкм) вместимостью 70 см³ и диаметром 40 мм, который нагревают в лабораторной печи с терморегулятором и вентилятором, способной поддерживать темпера туру (103±2)°С, в течение 1 ч при температуре 103°С, охлаждают в эксикаторе с эффективным осушителем и взвешивают с погрешностью не более 0,001 г. Затем в колбу с пробой чая массой приблизительно 2 г, которую взвешивают с погрешностью не более ± 0,001 г, добавляют 200 см горячей дистиллированной воды или воды эквивалентной чистоты и кипятят с обратным холодильником в течение 1 ч, периодически вращая колбу. Фильтруют в горячем состоянии под вакуумом через чистый подготовленный тигель, закрепленный в колбе для фильтрования объемом 1000 см³. Многократно промывают колбу горячей дистиллированной водой, перенося весь нерастворимый осадок в тигель. Промывают осадок 200 см горячей дистиллированной воды. Сушат осадок под вакуумом. Нагревают тигель с содержимым в лабораторной печи при температуре 103°С в течение 16 ч (т. е. в течение ночи). Охлаждают в эксикаторе и взвешивают с точностью до 0,001 г. Содержание водорастворимых экстрактивных веществ в пересчете на сухое вещество (массовая доля, в процентах) вычисляют по формуле (2):

где m₀ - масса пробы, в граммах;

m₁ - масса высушенного нерастворимого осадка, в граммах;

W - массовая доля сухого вещества в пробе, в процентах; рассчитывают, как 100 минус потеря массы при 103°С, определенная в соответствии с ИСО 1573.

(ГОСТ Р ИСО 9768-2011 Чай. Метод определения водорастворимых экстрактивных веществ).

К недостаткам известного метода следует отнести тот факт, что нерастворимым остатком, который предстоит высушивать, в описанном случае по сути является разваренный чайный лист, порой имеющий в таком состоянии немалый объем и характеризующийся определенными неудобствами в обработке, связанными с необходимостью собрать и максимально перенести сырой и несыпучий клейкий материал в тигль. Сложность реализации процесса анализов по данному способу также определяет необходимость фильтрования и высушивания чайного листа (т. н. нерастворимого остатка) под вакуумом, при этом высушивание должно продолжаться в течение 16 ч, что существенно повышает длительность, а также делает процесс небезопасным, поскольку требует оставлять сушильное электрооборудование во включенном состоянии в течение ночи, когда сложно обеспечить контроль процесса.

Известно техническое решение, в котором определяют водорастворимые экстрактивные вещества, реализуемое следующим образом. Подготавливают бюксы, снимают с них крышки и нагревают в сушильном шкафу при (103±2)°С в течение 1 ч, затем накрывают крышками, охлаждают в эксикаторе 20-30 мин и взвешивают с погрешностью не более 0,001 г. В плоскодонную колбу вместимостью 500 см³ с навеской чая массой нетто 2 г, взятой с погрешностью не более 0,001 г из измельченной по нормативно-технической документации пробы добавляют 200 см³ горячей дистиллированной воды, соединяют колбу с обратным холодильником и кипятят на слабом огне в течение 1 ч, периодически вращая колбу. После чего колбу охлаждают до 20°С, переносят содержимое без потерь в мерную колбу вместимостью 500 см³ и доводят до метки водой. Тщательно перемешивают и фильтруют через складчатый фильтр. Пипеткой отбирают 50 см³ фильтрата в заранее подготовленные бюксы и выпаривают до сухого состояния на водяной бане. Бюксу с сухим экстрактом и крышку к ней нагревают в сушильном шкафу при (103±2)°С в течение 2 ч, закрывают крышкой, охлаждают 20-30 мин в эксикаторе и взвешивают. Высушивание повторяют до тех пор, пока разница между двумя последовательными взвешиваниями не превысит 0,002%. Массовую долю водного экстракта (X) в процентах вычисляют по формуле (3):

где m₁ - масса сухого водного экстракта, г;

m₀ - масса навески чая, г;

R₁ - массовая доля сухих веществ, определяемая по ГОСТ 28550.

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,5% (ГОСТ 28551-90 Метод определения водорастворимых экстрактивных веществ).

Недостатками описанного способа являются: необходимость применения огневого подогрева; высокие объемы получаемых и анализируемых рабочих растворов экстрактов; сушка экстракта в две стадии с применением водяной бани на первом этапе.

Кроме того, рекомендация повторять высушивания в сушильном шкафу до тех пор, пока разница между двумя последовательными взвешиваниями не превысит 0,002%, предусматривает необходимость проведения ряда повторных нагреваний бюксы с сухим экстрактом и крышки к ней в сушильном шкафу при (103±2)°С в течение 2 ч, с последующими охлаждениями при закрытой крышке в течение 20-30 мин в эксикаторе, что делает длительность процесса анализа неопределенной. Обычно необходимо проведение 3-4 последовательных высушиваний.

Общим недостатком двух известных методик является необходимость применения дополнительного оборудования - обратного холодильника, установки для осуществления вращения колбы, тигля из спеченного боросиликатного стекла или стеклянного бюкса с крышкой, - которое характеризуется высокой стоимостью и не всегда имеется в наличии или в требуемом для проведения экспериментов количестве в каждой лаборатории, делая при этом процесс проведения анализа довольно громоздким, что существенно сокращает количество одновременно проводимых исследований. Кроме того, проведение длительного экстрагирования при постоянном поддержании предельно высокой температуры процесса влечет за собой максимально полное извлечение водорастворимого экстракта - это позволяет получить сведения о потенциальных возможностях сырья, что актуально для производства таких продуктов, как сублимированный растворимый чай, но не отражает реальной экстрактивности, получаемой потребителем при традиционном заваривании чая. При этом проведение длительной экстракции неизбежно влечет переход в получаемый раствор некоторого количества содержащихся в сырье чая байхового пектиновых веществ, а, следовательно, и кальция, участвующего в связке пектин-целлюлозного комплекса, что в значительной степени способно исказить получаемые данные, также делая их неинформативными для случая оценки результативности экстрагирования чая потребительским способом.

Техническим результатом изобретения является возможность определения количества водорастворимых экстрактивных веществ чая с повышением точности результатов определения, сокращением затрат труда и времени, необходимых для проведения анализов при отказе от использования специфического оборудования.

Технический результат достигается тем, что в способе определения водорастворимых экстрактивных веществ чая, включающем подготовку емкостей, состоящую в сушке для установления их массы, взвешивание пробы чая, получение экстракта чая, его фильтрацию, отбор проб и их сушку в подготовленных емкостях, охлаждение, взвешивание и оценку результатов, согласно изобретению используют питьевую воду температурой 95-100°С в количестве 100 см³ на 1 г чая и проводят экстракцию на водяной бане в течение 5-7 мин при температуре воды 100±2°C с последующей фильтрацией и доведением объема полученного образца экстракта до 100 см³ промывными водами, полученными 2-3-кратным ополаскиванием разваренного в ходе экстрагирования чайного листа питьевой водой; далее осуществляют отбор пробы от образца экстракта в соответствии с объемом емкостей для сушки, в качестве которых берут выпарительные чашки фарфоровые вместимостью 25 см³, сушку чашек с образцами проводят при температуре 135°С в течение 150-180 мин с последующим охлаждением в течение 20-30 мин, взвешиванием и оценкой результатов по формуле (4):

где 400 - коэффициент, учитывающий массу анализируемой навески чая, объем воды, взятый для экстрагирования и количество экстракта, отобранное для выпаривания;

100 - коэффициент перевода в проценты;

m - масса сухого водного экстракта, г;

w - влажность навески исследуемого образца чая, %.

Применение питьевой воды температурой 95-100°С взамен дистиллированной позволяет получить результаты, максимально приближенные к потребительским.

Сокращение длительности этапа экстрагирования до 5-7 мин позволяет сделать результаты анализов максимально объективными, поскольку они будут соответствовать свойствам продукта, проявляемым при обычном заваривании.

Использование водяной бани взамен огневого подогрева позволяет равномерно распределить температуру при постоянном ее поддержании в продолжение процесса экстрагирования на уровне 100±2°С, сократив его продолжительность с 60 до 5 мин. При этом, отказ от применения обратного холодильника является оправданным решением, поскольку потери на испарение при таких условиях минимальны, а доведение объема жидкости до исходных 100 см³ промывными водами минимизирует потери экстракта.

Пропорциональное уменьшение массы навески и объема воды для экстрагирования позволяют увеличить количество вариантов опыта без снижения числа повторностей по образцам. При этом, доведение объема полученного образца экстракта до 100 см³ промывными водами, полученными 2-3-кратным ополаскиванием разваренного в ходе экстрагирования чайного листа позволяет обеспечивать повторяемость и высокую точность получаемых результатов.

Выпарительные фарфоровые чашки вместимостью 25 см³ имеют оптимальные, в сравнении с бюксами и тиглями, объем и форму, обеспечивающие при температуре 135°С завершение высушивания экстракта в сушильном шкафу с принудительной конвекцией в течение 150-180 мин. При этом, такие условия высушивания позволяют получать требуемый результат в один этап.

Способ реализуют следующим образом. Подготавливают фарфоровые чашки, высушивая их до постоянной массы в сушильном шкафу с принудительной конвекцией при температуре 130±2°С в течение 60 мин, после чего охлаждают в эксикаторе 20-30 мин и взвешивают с точностью до 0,001 г. Подготавливают пробы исследуемого образца чая, оценивая его влажность для определения массовой доли сухого вещества по ГОСТ 28550. В коническую колбу с пробой чая массой 1 г добавляют 100 см³ питьевой воды температурой 95-100°С. Колбу помещают на водяную баню при температуре 100±2°С и проводят экстракцию в течение 5-7 мин. По истечении этого времени экстракт фильтруют в мерную колбу через складчатый фильтр и доводят объем полученного образца экстракта до 100 см³ промывными водами, полученными 2-3-кратным ополаскиванием разваренного в ходе экстрагирования чайного листа питьевой водой. Затем отбирают пробы от образца экстракта в емкости для сушки, в качестве которых применяют выпарительные фарфоровые чашки вместимостью 25 см³. Сушку чашек с образцами проводят при температуре 135°С в течение 150-180 мин в сушильном шкафу с принудительной конвекцией. Затем чашки с сухим экстрактом охлаждают в течение 20-30 мин и взвешивают. Результаты оценивают по формуле (4):

где 400 - коэффициент, учитывающий массу анализируемой навески чая, объем воды, взятый для экстрагирования и количество экстракта, отобранное для выпаривания;

100 - коэффициент перевода в проценты;

m - масса сухого водного экстракта, г;

w - влажность навески исследуемого образца чая, %.

Для доказательства эффективности заявляемого способа, были проведены производственные испытания, представленные в примерах 1-3.

Пример 1 (по заявляемому способу). Подготавливают фарфоровые чашки, в необходимом количестве высушивая их в сушильном шкафу с принудительной конвекцией при температуре 101°С. Через 60 мин чашки вынимают, охлаждают в течение 20 мин в эксикаторе и взвешивают с точностью до 0,001 г. Подготавливают пробы исследуемого образца чая, оценивая его влажность для определения массовой доли сухого вещества. В коническую колбу с пробой чая массой 1 г добавляют 100 см³ питьевой воды температурой 95°С. Колбу помещают на водяную баню при температуре 92°С и проводят экстракцию в течение 5 мин. По истечении этого времени экстракт фильтруют в мерную колбу через складчатый фильтр и доводят объем полученного образца экстракта до 100 см³ промывными водами, полученными 3-кратным ополаскиванием разваренного в ходе экстрагирования чайного листа питьевой водой. Затем отбирают пробы от образца экстракта в емкости для сушки, в качестве которых применяют выпарительные фарфоровые чашки вместимостью 25 см³. Сушку чашек с образцами проводят при температуре 135°С в течение 150 мин в сушильном шкафу с принудительной конвекцией. Затем чашки с сухим экстрактом охлаждают в течение 20 мин и взвешивают. Результаты оценивают по формуле (4):

Пример 2 (по ГОСТ Р ИСО 9768-2011 Чай. Метод определения водорастворимых экстрактивных веществ). Подготавливают тигель из спеченного боросиликатного стекла, класса пористости Р160 (размер пор от 100 до 160 мкм) вместимостью 70 см³ и диаметром 40 мм, нагревая его в лабораторной печи с терморегулятором и вентилятором в течение 1 ч при температуре 103°С, охлаждают в эксикаторе с осушителем и взвешивают с погрешностью не более 0,001 г. После этого в колбу с пробой чая массой 2 г, которую взвешивают с погрешностью не более ± 0,001 г, добавляют 200 см горячей дистиллированной воды и кипятят с обратным холодильником в течение 1 ч, периодически вращая колбу. Затем фильтруют в горячем состоянии под вакуумом через чистый подготовленный тигель, закрепленный в колбе для фильтрования объемом 1000 см³. Многократно промывают колбу горячей дистиллированной водой, перенося весь нерастворимый осадок в тигель. Промывают осадок 200 см горячей дистиллированной воды. Сушат осадок под вакуумом. Нагревают тигель с содержимым в лабораторной печи при температуре 103°С в течение 16 ч (т.е. в течение ночи). Охлаждают в эксикаторе и взвешивают с точностью до 0,001 г. Содержание водорастворимых экстрактивных веществ в пересчете на сухое вещество (массовая доля, в процентах) вычисляют по формуле (2):

Пример 3 (по ГОСТ 28551-90 Метод определения водорастворимых экстрактивных веществ). Подготавливают бюксы: в открытом виде вместе с крышками нагревают в сушильном шкафу при (103±2)°С в течение 1 ч, после чего накрывают крышками, охлаждают в эксикаторе 30 мин и взвешивают с погрешностью не более 0,001 г. Затем в плоскодонную колбу вместимостью 500 см³ с навеской чая массой нетто 2 г, взятой с погрешностью не более 0,001 г из измельченной по нормативно-технической документации пробы добавляют 200 см³ горячей дистиллированной воды, соединяют колбу с обратным холодильником и кипятят на слабом огне в течение 1 ч, периодически вращая колбу. После чего колбу охлаждают до 20°С, переносят содержимое без потерь в мерную колбу вместимостью 500 см³ и доводят до метки водой. Тщательно перемешивают и фильтруют через складчатый фильтр. Пипеткой отбирают 50 см³ фильтрата в заранее подготовленные бюксы и выпаривают до сухого состояния на водяной бане. Бюксу с сухим экстрактом и крышку к ней нагревают в сушильном шкафу при (103±2)°С в течение 2 ч, закрывают крышкой, охлаждают 30 мин в эксикаторе и взвешивают. Высушивание повторяют до тех пор, пока разница между двумя последовательными взвешиваниями не превысит 0,002%. Массовую долю водного экстракта (X) в процентах вычисляют по формуле (3):

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,5%. Таким образом:

Х=33,26%.

Сравнение параметров, характеризующих процесс реализации рассмотренных способов, приведено в таблице 1.

Из приведенных в таблице данных видно, что заявляемый способ числом осуществляемых операций и количеством необходимого оборудования на большинстве этапов заметно меньше, что определяет снижение трудозатрат и, наряду с сокращением продолжительности отдельных приемов - снижение затрат времени на весь процесс анализа.

Технический результат достигается только при сочетании описанных параметров процесса, что позволяет получить точные данные при высокой сходимости параллельных анализов.

Положительный эффект при реализации разработанного метода заключается в простоте выполнения и экономии затрат труда и времени на всех стадиях процесса.

Изобретение относится к чайной промышленности. Описан способ определения водорастворимых экстрактивных веществ чая, включающий подготовку емкостей, состоящую в сушке для установления их массы, взвешивание пробы чая, получение экстракта чая, его фильтрацию, отбор проб и их сушку в подготовленных емкостях, охлаждение, взвешивание и оценку результатов по формуле. При этом для получения экстракта чая используют питьевую воду температурой 95-100°С в количестве 100 см³ на 1 г чая, экстракцию проводят на водяной бане в течение 5-7 мин при температуре воды 100±2°C с последующей фильтрацией и доведением объема полученного образца экстракта до 100 см³ промывными водами, далее осуществляют отбор пробы от образца экстракта в соответствии с объемом емкостей для сушки, в качестве которых берут выпарительные чашки фарфоровые вместимостью 25 см³, сушку чашек с образцами проводят при температуре 135°С в течение 150-180 мин с последующим охлаждением в течение 20-30 мин, взвешиванием и оценкой результатов. Изобретение позволяет повысить точность результатов определения, сократить затраты труда и времени, отказаться от использования специфического оборудования. 1 табл., 3 пр.

Способ определения водорастворимых экстрактивных веществ чая, включающий подготовку емкостей, состоящую в сушке для установления их массы, взвешивание пробы чая, получение экстракта чая, его фильтрацию, отбор проб и их сушку в подготовленных емкостях, охлаждение, взвешивание и оценку результатов, отличающийся тем, что для получения экстракта чая используют питьевую воду температурой 95-100°С в количестве 100 см³ на 1 г чая, экстракцию проводят на водяной бане в течение 5-7 мин при температуре воды 100±2°C с последующей фильтрацией и доведением объема полученного образца экстракта до 100 см³ промывными водами, полученными 2-3-кратным ополаскиванием разваренного в ходе экстрагирования чайного листа питьевой водой; далее осуществляют отбор пробы от образца экстракта в соответствии с объемом емкостей для сушки, в качестве которых берут выпарительные чашки фарфоровые вместимостью 25 см³, сушку чашек с образцами проводят при температуре 135°С в течение 150-180 мин с последующим охлаждением в течение 20-30 мин, взвешиванием и оценкой результатов по формуле:

где 400 - коэффициент, учитывающий массу анализируемой навески чая, объем воды, взятый для экстрагирования и количество экстракта, отобранное для выпаривания;

100 - коэффициент перевода в проценты;

m - масса сухого водного экстракта, г;

w - влажность навески исследуемого образца чая, %.