З дисципліни «Хімія, технологія та фізико-хімічні методи дослідження харчових добавок та косметичних засобів»

Курсова робота

З дисципліни «Хімія, технологія та фізико-хімічні методи дослідження харчових добавок та косметичних засобів»

На тему: Харчова добавка Тіосульфат натрію Е 539

РЕФЕРАТ

 

КЛЮЧОВІ СЛОВА: ТІОСУЛЬФАТ НАТРІЮ, ТІОСУЛЬФАТИ, ВЛАСТИВОСТІ, ОДЕРЖАННЯ, ВИЯВЛЕННЯ, МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ, ТОКСИЧНА ДІЯ, ЗАСТОСУВАННЯ.

Об’єкт розроблення: Харчова добавка Е-539 Тіосульфат натрію. Антиоксидант, консервант, стабілізатор, комплексоутворювач, поліпшувач борошна та хліба.

Мета роботи: Дослідження та аналіз існуючих методів виявлення та визначення харчової добавки Тіосульфат натрію, описаних в національних та міжнародних літературних джерелах, з’ясування перспективних напрямків розвитку методів дослідження, підготовка матеріалу для науково-дослідницької роботи по визначенню тіосульфату натрію в продуктах харчування.

В основній частині записки розглядаються особливості будови тіосульфату натрію, його основні фізичні та хімічні властивості, методи одержання, розділення та якісного виявлення тіосульфату натрію, його застосування в харчовій промисловості, косметичних та лікарських засобах, санітарно-гігієнічні норми на вміст тіосульфату натрію в продуктах харчування. Докладно висвітлюються основні методи контролю досліджуваної харчової добавки, методи аналізу.

Наводиться список використаної літератури, а також додатки – ГОСТ на визначення тіосульфату натрію в йодованій солі та Наказ Міністерства охорони здоров’я України «Про затвердження Санітарних правил і норм по застосуванню харчових добавок».

ВСТУП

 

Тіосульфат натрію класифікований за міжнародною класификацією Кодекс Аліментаріус JECFA - об'єднаного комітету з харчових добавок ФАО/ВООЗ як «харчова добавка Е-539 Тіосульфат натрію (гіпосульфіт)» з технологічними функціями «антиоксидант, комплексоутворювач, стабілізатор, поліпшувач якості борошна та хліба». Дана речовина також широко використовується в лікувальних та лікувально-косметичних засобах завдяки своїм високим протизапальним, десенсибілізуючим та антитоксичним властивостям. Але так як тіосульфат натрію є джерелом сірчистого ангідриду, його використання чітко нормується, а вміст а продуктах харчування регламентується державними стандартами та санітарно-гігієнічними нормами. Для підвищення якості та експресивності виявлення та кількісного визначення тіосульфату натрію в продуктах харчування та косметичних засобах проводяться дослідження з метою розробки нових методик та найкращих умов визначення харчової добавки Е-539. На сьогодні розроблено багато різноманітних методів визначення, але більшість з них не є селективними або потребують тривалої пробопідготовки і є довготривалими, трудомісткими та коштовними.

Зараз все більшої популярності набувають фізико-хімічні методи визначення вмісту речовини, так як вони більш експресивні, дозволяють досягти більшої точності та відтворюваності результатів. Проте і сьогодні для визначення концентрації тіосульфату натрію широко використовують йодометричне титрування. Серед фізико-хімічних та фізичних же методів найбільш часто використовуваними є потенціометричне титрування, полярографічне та спектрофотометричне визначення тіосульфату натрію, хоч навіть для кожного методу існує декілька підходів та розроблена велика кількість методик проведення визначення.

Метою даної роботи є ознайомлення з уже існуючими фізико-хімічними методами виявлення тіосульфату натрію, розробленими для виявлення макро- та мікрокількостей речовини в різних середовищах, висвітлення позитивних та негативних рис кожного методу.

Загальна характеристика харчової добавки Е539

Коротка характеристика

 

Назва: Е539 Тіосульфат натрію (гіпосульфіт натрію, сульфідотриокси-сульфат натрію, динатрієва сіль тіосірчаної кислоти)

Тип: Харчова добавка

Категорія: Емульгатор, консервант, поліпшувач хліба

Дія на організм: Вважається нешкідливим

Будова молекули

Тіосульфат натрію Na₂S₂O₃ містить в своїй молекулі іон тіосірчаної кислоти складу S₂O₃^2-. За будовою іон тіосульфату близький до іона SO₄^2-: тетраедр [SO₃S] дещо викривлений через велику довжину зв’язку S-S (1,97Å) у порівнянні зі зв’язком S-O (1,48 Å). Раніше вважали, що будова тіосульфату натрію буде такою як на рисунку 1.1:

 

Рис. 1.1 - Будова молекули тіосульфату натрію

 

Але у зв’язку з проведеними рентгеноструктурними та іншими дослідженнями будови тіосульфатів, були отримані дані, що в іоні тіосульфатів всі хімічні зв’язки рівноцінні між собою. Тому будова іона можна зобразити так як він показаний на рисунку 2.2:

 

Рис. 1.2 - Будова іона тіосульфату натрію

 

Просторову будову молекули тіосульфату натрію можна представити як на рис. 1.3:

 

Рис. 1.3 - Просторова будова молекули тіосульфату натрію

 

Проте в більшості випадків при розгляданні властивостей тіосульфату натрію продовжують використовувати стару його структуру, з деяким припущенням вважаючи, що атоми сірки в молекулі тіосульфату натрію мають різну ступінь окиснення. У зв’язку з наявністю атомів сірки зі ступенем окиснення рівним 0 та +4 іон S₂O₃^2- проявляє відновлювальні властивості.

Потенціометричні методи

Для визначення тіосульфатів запропоновано декілька потенціометричних методів, деякі з яких дозволяють визначати тіосульфати в присутності інших сірковмісних іонів. Наприклад, йодометричне титрування тіосульфатів можна проводити потенціометрично. Титрування йодом ведуть в середовищі 2-10 М розчину NaOH, використовуючи платиновий та каломельний електроди.

а) Розроблені прямі та непрямі потенціометричні методи визначення тіосульфатів з застосуванням ацетату свинцю (IV) в якості титранту. При непрямому визначенні до розчину тіосульфату, який аналізують, додають надлишок ацетату свинцю (IV) та невикористаний окисник відтитровують гідрохіноном. Непряме визначення слід проводити швидко, так як в прикрому випадку відбувається гідроліз тетраацетату свинцю (тривалість визначення не повинна перевищувати 35 хвилин). При використанні 0,02 - 0,05 М розчину титр анту в точці еквівалентності потенціал змінюється приблизна на 70мВ.

б) Потенціометричне титрування тіосульфатів гексаціанофератом (ІІІ) використовують для аналізу сумішей дитіоніту, тіосульфату та сульфіту. Точку еквівалентності при титрування знаходять методом «кінцевої мертвої точки». В якості каталізатора реакції використовують тетраоксид осмію, а титрування проводять в середовищі NaOH. В іншому варіанті тіосульфат титрують гексаціанофератом (ІІІ) в кислому середовищі в присутності цинку (ІІ) та міді (ІІ) в якості каталізатору.

в) Для потенціометричного титрування тіосульфат-іону застосовують ацетат кобальту (ІІІ). Титрування проводять в атмосфері азоту з платиновим та каломельним електродами, кількісно воно проходить лише в насиченому розчині ацетату натру. Окиснення тіосульфату в тетратіонат потребує близько 40 хвилин. Середня похибка визначення 70 – 240 мг тіосульфатів складає 0,15%.

г) Для титрування запропоновано також хлорид ртуті (ІІ). Достоїнством цього методу є те, що сульфат, сульфіт та нітрит не заважають визначенню. Цей титр ант було застосовано для аналізу суміші тіосульфату, сульфіду та полісульфідів за методом «кінцевої мертвої точки».

д) Іонселективні електроди є перспективними в галузі автоматизованого та дистанційного виробничого контролю. Датчики з іонселективними електродами можна розмістити прямо в технологічний розчин, а їх дані використовувати для керування регулятором або вводити в обчислювальну машину.

Іонселективні електроди, чутливі до сульфід-іонів, виготовляються на основі сульфіду срібла та значно перевершують за селективністю та чутливістю класичний сульфід-срібний електрод ІІ роду. На сульфід-срібний мембранний електрод не впливають речовини, що утворюють комплексні сполуки або важкорозчинні осади, окисники та відновники, іони Cl^-, Br^-, I^-, SCN^-, CrO₄^2-, NO₃^- та SO₄^2-.

Робочий діапазон електрода простягається від насичених розчинів до концентрації сульфід-іону до 10^-8 моль/л. В розчинах H₂S можна легко визначити концентрацію вільних іонів сульфіду до 10^-19 моль/л.

Метод приготування сульфід-селективних електродів був детально розроблений Пунгором. Електрод отримують при введенні сульфіду срібла в матрицю з силіконового каучука; гомогенна полікристалічна мембрана Ag₂S використовується в чутливому Оріон-електроді.

Використання сульфід-селективного електрода дозволяє швидко і точно визначити одночасно S^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2- та полісульфіди. Сульфіди визначають в середовищі 0,1 М NaOH, потім в нейтральному середовищі з цим же електродом титрують суму SO₃^2-, S₂O₃^2- розчином HgCl₂. Іони S₂O₃^2- визначають в окремій пробі в присутності формальдегіду. Полісульфіди визначають непрямим чином переведенням їх в S₂O₃^2- взаємодією з сульфітами. Меркаптани не заважають визначенню S^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2- і можуть бути відтитровані в лужному середовищі після сульфідів.

Полярографічні методи

Полярографічні методи мають високу чутливість при визначенні сульфід-іонів.

а) Метод плівкової полярографії з накопиченням дозволяє визначити до 0,005 мкг/мл S₂O₃^2- в речовинах високої чистоти. Визначення засноване на відновленні сірки розчином Ті(ІІІ) та поглинанні сірководню 4 – 5 н розчином КОН.

Тіосульфат-іон утворює дві хвилі. Перша – анодна хвиля (для 0,001 М розчину S₂O₃^2- Е_1/2 = -0,15 в) обумовлена утворенням комплексного аніону з ртуттю Hg(S₂O₃)₂^2-. Вона має чітку форму.

Другу хвилю отримують при Е_1/2 = +0,15 в, але вона виражена погано. Вважається, що ця хвиля відповідає незворотньому окисненню тіосульфат-іону до сульфіту.

б) Одним з найбільш чутливих та селективних методів кількісного визначення тіосульфат-іону вважається метод анодної змінно-токової полярографії на фоні нейтрального KNO₃, що використовується для визнчення тіосульфатів в желатині з межою визначення 2∙10^-6 М.

Однак через кінетичні ускладнення надійність визначення на цьому рівні не досить висока. Для зниження межі визначення тіосульфат-іону доцільно використовувати введення домішок, що екзальтують струм.

В ході проведення ряда досліджень були визначенні найкращі характеристики для аналітичного визначення тіосульфату методом полярографії. Такі характеристики забезпечує методика з використанням 0,1∙10^-3 М формальдегіда в 1М H₂SO₄. Межа визначення тіосульфата 1∙10^-6 М, чутливість за током 176 мкА/моль∙мм², що приблизно у 8 разів перевищує значення двоелектронного дифузійного току.

На фоні сірчаної кислоти можна визначати тіосульфати методом змінно-токової полярографії, при цьому селективність визначння зростає. Розділення сигналів тіосульфату та сульфіту залежить від співвідношення їх концентрацій. В присутності формальдегіду пік сульфіту не спостерігається.

Зміна тривалості індукційного періоду реакції кислотного розкладу тіосульфата використовується для полярографічного визначення тіосульфата на фоні 1М H₂SO₄ з додаванням речовин, що пов'язують однозарядний іон тіосульфату. Запропонована методика визначення тіосульфату в розчинах з діапазоном концентрацій 1∙10^-6 – 1∙10^-4 М на фоні 1М H₂SO₄ з додаванням 0,2∙10^-3 М формальдегіду.

 

Амперометричні методи

Для амперометричного титрування тіосульфатів в якості титрантів запропоновані KIO₃, талій (ІІІ), KBrO₃, K₂Cr₂O₇, KMnO₄. При титруванні талієм (ІІІ) та KMnO₄ визначенню не заважають сульфати, нітрати, хлориди, карбонати, ацетати, тартрати, H₂PO₃^-, H₃BO₃, значні відхилення спостерігаються в присутності високих концентрацій молібдатів.

 

Інші методи

Для визначення тіосульфатів використовують також газову хроматографію. Метод заснований на початковому перетворенні тіосульфатів в сульфат барію під дією гідроксиду барію та брому. Це дозволяє відокремити тіосульфати від ацетатів, нітратів та хлоридів, які перешкоджають наступному газохроматографічному визначенню. В подальшому сульфат відновлюють до сірководню за допомогою 20%-го розчину хлориду олова (ІІ) в концентрованій H₃PO₄, після чого визначають сірководень методом газової хроматографії.

ВИСНОВКИ

 

Узагальнюючи вищесказане, можна зробити висновок, що на цей час тіосульфат натрію не є широковживаною харчовою добавкою через токсичні продукти його розкладу. Проте в деяких технологічних процесах він досі є незамінним. Тож проблема його виявлення та кількісного визначення є актуальною і сьогодні. Так як в кінцевому продукті залишкові кількості тіосульфату натрію можуть бути незначними, методи визначення повинні мати високу чутливість. У зв’язку з частим використанням тіосульфату натрію в суміші з іншими сірковмісними речовинами, методи якісного виявлення та кількісного визначення повинні мати також високу селективність відносно тіосульфат-іону.

Розглянуті в роботи фізичні та фізико-хімічні методи визначення вмісту тіосульфату натрію досить різноманітні. Проаналізовано запропоновані методи екстракційно-фотометричного, спектрофотометричного, потенціометричного, полярографічного визначення тіосульфат-іону в сумішах з іншими іонами за різних умов. Кожен метод ми оцінили за співвідношенням параметрів чутливість – селективність – експресивність, але жоден з методів не задовольняє водночас всі три вимоги, тобто жоден з методів, запропонованих на цей час для визначення даної сполуки, не є досконалим.

Тому питання про вдосконалення існуючих методик та розроблення нових шляхів виявлення та кількісного визначення тіосульфату натрію в продуктах харчування та косметичних, косметико-лікувальних засобах є актуальним і сьогодні.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Інформаційно-правовий портал «Закони України». Спосіб доступу: http//www.uazakon.com

2. Інформаційний портал України. Спосіб доступу: http//www.ua-info.biz

3. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.1293-03. "Гигиенические требования по применению пищевых добавок"

4. Пат. 2242879 Россия, МПК⁷ А 21 D 2/02. Композиция для приготовления улучшителя хлебопекарского/ Чижикова О.Г, Смертина Е.С., Коршенко Л.О.. -№ 2002110619/13; Заявл. 19.04.2002; Опубл. 27.12.2004.

5. Сарафанова Л.А.. Энциклопедия. Пищевые добавки. – С.-Пб.: ГИОРД, 2004. – 810 с.

6. Пат. 2218912 Россия, МПК⁷ А 61 К 7/50. Средство для лечебных ванн/ Абакумов А.В.. - № 2001124475/15; Заявл. 03.09.2001; Опубл. 20.12.2003.

7. ГОСТ Р 51575-2000. Соль поваренная пищевая йодированная. Методы определения йода и тиосульфата натрия. – Введ. С 23.03.2000. – М.: Изд-во стандартов, 2000. – 12 с.

8. Пат.7135163 США, МПК⁷ А 61 К 8/46, А 61 Q 11/00. Prevention of crystal formation in toothpaste/ Church & Dwight Co., Inc,. Winston Anthony. - № 10/686879; Заявл. 16.10.2003; Опубл. 14.11.2006; НПК 424/52.

9. Пат. 6488920 США, МПК⁷ А 61 К 7/06, А 61 К 7/09. Gradual hair relaxation composition/ GT Merchandising & Licensing Corp., Thomas Lillie C. - № 09/615449; Заявл. 13.07.2000; Опубл. 03.12.2002; НПК 424/70.1.

10.  Методичні вказівки для виконання та оформлення курсової робот из дисципліни «Хімія, технологія та фізико-хімічні методи дослідження харчових добавок та косметичних засобів» для студентів V курсу (магістри) спеціальності 8.091628 «Хімічна технологія харчових добавок та косметичних засобів». – Дніпропетровськ: ДВНЗ УДХТУ, - 2009. – 15 с.

11.  Бусев А.И., Симонова Л.Н.. Аналитическая химия серы. – М.: Наука, 1975. – 272 с.

12. Ластухін Е-коди.

13.  Посторонние вещества и пищевые добавки в продуктах. -М.: Легкая пром-сть, 1982. -264 с.

14.  Габович Р.Д., Припутина Л.С. Гигиенические основы охраны продуктов питания от вредных химических веществ. -К.: "Здоров'я", 1987. - 237 с.

15.  Григонене К.М., Раманаускас Э.И., Буткявичюс Ю.П.. Об экстракции тиосульфат-ионов с некоторомы основными красителями. Экстракционно-фотометрическое определение тиосульфатов// ЖАХ. – 1972. – Т.27. - №10. – с.2028 – 2034.

16. Нечаев А.П., Кочеткова А.А., Зайцев А.Н.. Пищевые добавки. – М.: «Колосс», 2002. – 239 с.

17. Булдаков А.С.. Пищевые добавки. Справочник. – С-Пб.: «UT», 1996. – 240 с.

18. Норкус П.К., Шемкявичюте Г.С.. Прямое потенциометрическое титрование восстановителей йодом в сильнощелочной среде // ЖАХ. – 1971. – Т.26. - №1. – с.39 – 42.

19. Воробьева Г.С., Гороховская В.И.. Полярографическое определение тиосульфата // ЖАХ. – 1984. – Т.39. - №12. – с.2137 – 2141.

20. Еремин Ю.Г., Киселева К.С.. Спектрофотометрическое определение анионов S2-, S2O32-, SO32-, SO42- в водных растворах // ЖАХ. – 1969. – Т.24. - № 8. – с.1201 – 1204.

21. Зимкин Е.А., Гороховский В.М., Калиновская Н.А.. Метод анодной переменно-токовой полярографии на фоне нейтрального KNO₃ для определения S₂O₃^2- в желатине с пределом обнаружения 2∙10^-6 М // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. – 1975. - №6. – с.427 - 429.

22. Уильямс Дж.. Определение Антонов

 

 

Курсова робота

з дисципліни «Хімія, технологія та фізико-хімічні методи дослідження харчових добавок та косметичних засобів»