Способ определения кофеина в чае и кофе

Способ определения кофеина в чае и кофе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности определению кофеина в кофе и чае.

Известен способ определения кофеина в чае путем взвешивания золы после сжигания взвешенной пробы чая и расчета ее содержания по отношению веса золы и веса пробы; взвешивания высушенного экстракта, полученного из взвешенной пробы чая и расчета содержания экстрактивных веществ по отношению веса высушенного экстракта и веса пробы; экстрагирования пробы чая водным раствором аммиака в хлороформе, сушки экстракта, обработки соляной кислотой, добавления раствора йода, фильтрации и титрования тиосульфатом натрия, по результатам которого рассчитывают содержание кофеина (ГОСТ 1938).

Однако этим способом определение кофеина в кофе невозможно из-за низкой чувствительности метода и низкой полноты выделения кофеина, так как он экстрагируется при температурах 185-200°С.

Известен способ контроля чая, заключающийся в экстракции чая горячей водой, выделение ароматобразующих веществ смесью пентана с диэтиловым эфиром, получение концентрата путем отгонки растворителя с последующим разделением и определением терпеновых соединений методом газовой хроматографии. RU 8220185, G01N 33/02

Однако этим способом определение кофеина в кофе затруднительно вследствие образования коллоидного раствора и загрязнения хроматографических колонок.

Известен способ определения качества кофе путем взвешивания золы после сжигания взвешенной пробы кофе и расчета ее содержания по отношению веса пробы кофе и веса золы; взвешивания высушенного экстракта, полученного из взвешенной пробы кофе, и расчета содержания экстрактивных веществ по отношению веса высушенного экстракта и веса пробы; экстрагирования взвешенной пробы кофе кипящей дистиллированной водой, экстракции водного экстракта водным раствором хлороформа в гидроокиси калия, сушки хлороформного экстракта, его обработки соляной кислотой и перекисью водорода для окисления кофеина в тетраметилпурпуровую кислоту, сушки, растворения в дистиллированной воде и измерения его оптической плотности на колориметре, по результатам которого вычисляют содержание кофеина [ГОСТ 29148-97 Кофе натуральный растворимый. Минск, 1.01.1999, с.14].

Недостатками способа являются его трудоемкость, длительность и неудовлетворительная точность определения.

Известен способ определения качества кофе по содержанию экстрактивных веществ, золы и кофеина, предусматривающий измельчение кофе, его экстрагирование кипящей дистиллированной водой, приготовление пробы, соответствующей 10 мг кофе на 200 мл дистиллированной воды, измерение светопропускания в диапазоне длин волн 200-360 нм и расчет качественных показателей по уравнениям. RU 22561747, G01N 33/02

Известен способ определения кофеина, включающий обработку образца раствором аммиака, отделением от основы путем адсорбции кофеина диатомовой землей, дальнейшей его реэкстракции хлороформом и фотометрированием полученного образца при 276 нм [ГОСТ 291548-97 ИСО 4052-83 (Е) Кофе. Определение содержания кофеина (эталонный метод)].

Способ отличается широтой сферы применения, воспроизводимостью результатов, специфичностью, легкостью использования, быстротой получения результатов, однако он весьма чувствителен к условиям его применения, что понижает его селективность и дорогостоящий вследствие использования в качестве адсорбента диатомовый земли.

Задачей настоящего изобретения является разработка йодометрического способа определения кофеина в кофе и чае.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение селективности и чувствительности определения.

Это достигается тем, что способ определения кофеина, включающий предварительное отделение его от основы экстракцией хлороформом с последующим выпариванием экстракта до сухого остатка, растворение сухого остатка в соляной кислоте, количественное определение анализируемого вещества в подготовленной пробе, согласно изобретению количественное определение анализируемого вещества проводят путем помещения подготовленной пробы в ячейку, содержащую фотогенерированный йод в присутствии смеси сенсибилизаторов: эозина, флуоресцеина натрия, аурамина в молярном соотношении 1:1:1, фиксирования уменьшения количества йода, осуществляемое амперометрически по изменению силы тока в ячейке, с последующим облучением светом поглотительного раствора до восполнения убыли йода и определение количества кофеина по изменению силы тока и времени генерации йода в ячейке.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что кофеин, находящийся в образце окисляется йодом до тетраметилпурпуровой кислоты, в результате чего происходит изменение количества йода, что приводит к изменению силы тока в ячейке. После достижения постоянства силы тока ячейку облучали светом от стабилизированного источника и измеряли время генерации, необходимое для восполнения убыли йода в поглотительной ячейке. Количество кофеина в образцах определяют по градуировочным графикам.

Скорость генерации йода зависит от используемого сенсибилизатора, что позволяет регулировать чувствительность определения.

При выборе смеси сенсибилизаторов для генерации йода использовались следующие красители, приведенные в таблице 1.

Таблица 1
Характеристики сенсибилизаторов
Сенсибилизатор	Структурная формула	Молекулярная масса	Масса навески, г	λmax, нм [3]
Эозин		648	0,3240	518
Флуоресцеин натрия		354	0,1770	680
Аурамин		268	0,1340	440

Кинетику образования фотогенерированного йода рассматривали в присутствии данных сенсибилизаторов. Результаты определения приведены в таблице 2.

Пример 1

Массу навески сенсибилизатора, приведенную в таблице 1, количественно переводили в мерную колбу на 50 мл. Объем в мерной колбе доводили водой до метки.

В стакан помещали 40 мл 0,5 М раствора йодида калия, 20 мл ацетатного буферного раствора с рН 5,6, 1 мл 0,01 М раствора красителя (или смеси красителей). Объем доводили до 250 мл дистиллированной водой. К полученному раствору добавляли 1 мл 0,01 н раствора йода и нагревали до кипения. Раствор кипятили в течение 1-2 минут. После кипячения раствор охлаждали и в случае упаривания вновь доводили до 250 мл дистиллированной водой. Раствор помещали в стакан амперометрической ячейки и облучали светом от стабилизированного источника до изменения показаний на шкале микроамперметра, время действия света измеряли секундомером. При выполнении анализов в растворе генерируют некоторое количество йода и затем прибавляют 0,1-2,0 мл 0,001 н раствора тиосульфата натрия для перевода йода в йодид-ион. Результаты определения приведены в таблице 2.

Состав выбранной смеси сенсибилизаторов эозин/флуоресцеин натрия/аурамин, скорость генерации йода при этом составляет 5,4·10^-7 мМ/с, что в 2 раза выше скорости генерации при использовании в качестве сенсибилизатора эозина. Увеличение скорости генерации происходит за счет поглощения смесью красителей более широкого диапазона длин волн, что позволяет более полно использовать мощность источника света и понизить интенсивность его облучения, следовательно, опасности перегрева системы.

Пример 2. Навеску растворимого кофе массой 0,2 г и 0,3 г помещают в стакан, заливают 50 мл кипящей дистиллированной воды. Полученный раствор охлаждают до 18÷20°С, переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят объем дистиллированной водой до метки. В делительную воронку вместимостью 25 мл последовательно вносят 10 мл хлороформа, 2 мл пробы и 0,5 мл раствора гидроксида калия. Пробу экстрагируют в течение 1 мин. После расслаивания смеси нижний хлороформный слой переносят в выпарительную чашку. Хлороформ отгоняют на водяной бане. К сухому остатку прибавляют 1,0 мл раствора соляной кислоты (ρ=1,19 г/мл), смывая остаток на дно чашки и количественно переносят в мерную колбу емкостью 25 мл. Объем в мерной колбе доводят дистиллированной водой до метки.

В амперометрическую ячейку помещают 40 мл 0,5 М раствора йодида калия, 20 мл ацетатного буферного раствора с рН 5,6, 10 мл раствора смеси сенсибилизаторатов: эозина/флуоресцеина натрия/аурамина, взятых в молярном соотношение 1:1:1 соответственно. В раствор помещают 2 платиновых микроэлектрода, на которые подается разность потенциалов - 0,04 В. При постоянной скорости перемешивания на раствор действуют светом от стабилизированного источника и проводят генерацию йода до его содержания 2,9·10^-4 мМ, со скоростью генерации 2,278·10^-7 мМ/с.О концентрации йода судят по изменению тока в цепи по шкале гальванометра.

После генерирования определенного количества йода отключают источник света и вводят в ячейку 0,5-1,5 мл анализируемого раствора, фиксируя при этом изменение показаний гальванометра. После достижения постоянства силы тока ячейку продувают воздухом в течение 1-2 мин, облучают светом и измеряют время генерации, пошедшее на восполнение убыли йода.

Для проведения последующих определений раствор, находящийся в амперометрической ячейке, снова облучают светом как описано выше, генерируя в нем определенное количество йода. Одну и ту же систему используют для определений 8-12 раз. Содержание кофеина определяют по калибровочным графикам, полученным по стандартным растворам (рис.1, 2). Достоверность полученных результатов контролировали по стандартной методике и методом добавок. Результаты определения компонента в кофе и чае приведены в таблице 3.

Таким образом, нами предложена методика определения кофеина в чае и кофе, основанная на экстракции водной вытяжки кофеина хлороформом, последующим удалением хлороформа и окислением кофеина до тетраметилпурпуровой кислоты раствором фотогенерированного йода, полученного облучением раствора иодида калия в ацетатной буферной среде в присутствии смеси сенсибилизаторов стабилизированным источником света. Нижний предел определения кофеина данным методом составляет 1,17 мкг по изменению силы тока и 0,022 мкг по изменению времени генерации йода в поглотительной ячейке. Метод определения не требует дорогостоящих реактивов и оборудования, прост в исполнении.

Для проведения анализа нами были использованы следующие реактивы: гидроксид калия ГОСТ-24363-80; уксусная кислота ГОСТ 61-75; гидроксид натрия ГОСТ-4328-77; йодид калия ГОСТ-4232-74; соляная кислота ГОСТ-14261-77; кофеин безводный ФС 42-0249-07; эозинат натрия ТУ-6-09-183-73; аурамин О ТУ 6-09-2247-75; флуоресцеин натрия ТУ 609-2464-82; хлороформ ГОСТ 20015-88.

Способ определения кофеина, включающий предварительное отделение его от основы экстракцией хлороформом с последующим выпариванием экстракта до сухого остатка, растворение сухого остатка в соляной кислоте, количественное определение анализируемого вещества в подготовленной пробе, отличающийся тем, что количественное определение анализируемого вещества проводят путем помещения подготовленной пробы в ячейку, содержащую фотогенерированный йод в присутствии смеси сенсибилизаторов: эозина, флуоресцеина натрия, аурамина в молярном соотношении 1:1:1, фиксирования уменьшения количества йода, осуществляемого амперометрически по изменению силы тока в ячейке, с последующим облучением светом поглотительного раствора до восполнения убыли йода и определения количества кофеина по изменению силы тока и времени генерации йода в ячейке.