58. Методы определения кальция в молочных продуктах.

Кальций - один из самых важных элементов живой и неживой природы. В организме взрослого человека больше 1 кг кальция в виде соединений Са3(PO4)2 - 80% и СаСО3 - 13%. Это основные минеральные вещества костей скелета. Больше всего кальция содержится в молоке (до 120 мг%), молочных, мясных и других продуктах. Дополнительным источником кальция в качестве пищевой добавки может использоваться яичная скорлупа, которая издавна применяется в народной медицине.

Поэтому целью работы стало определение кальция в питьевом молоке местного производства, а также в яичной скорлупе.

1. Освоены титриметрические методы определения кальция в пищевых продуктах.
Содержание кальция, определённое оксалатным методом с использованием трихлоруксусной кислотой, составляет 114 мг% и соответствует литературным данным. Комплексонометрический метод не даёт достоверных данных при анализе молока.
Основным компонентом яичной скорлупы является не сам кальций, а карбонат кальция, содержание которого составляет около 94%, содержание карбоната магния - 2, 9%. Водный раствор яичной скорлупы имеет щелочную реакцию - рН=10, 9 и находит применение в народной медицине.

Для определения кальция наиболее часто применяют титриметрические методы анализа: оксалатный с использованием перманганатометрии и комплексонометрический.
В молоке кальций присутствует в трёх формах: в виде ионов Са2+ - 11% от всего кальция; в виде фосфатов и цитратов - около 66%; в составе казеинкальцийфосфатного комплекса - около 23%. Поэтому при анализе молока необходимо разрушить этот комплекс.
Для этого пробу выпаривают, а затем озоляют при более высокой температуре [3]. В золе содержится оксид кальция, который растворяют в избытке ортофосфорной кислоты:
CaO + 2H3PO4 = Ca(H2PO4)2 + H2O
При добавлении избытка оксалата аммония в щелочной среде выпадает белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция:
Ca(H2PO4)2 + (NH4)2C2O4 + 2NaOH = CaC2O4v + Na2HPO4 + (NH4)2HPO4 + 2H2O
Образовавшийся осадок отделяют фильтрованием, к фильтрату добавляют серную кислоту, нагревают и остаток щавелевой кислоты оттитровывают перманганатом калия. Реакции протекают по следующим уравнениям:
(NH4)2C2O4 + H2SO4 = H2C2O4 + (NH4)2SO4;
5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 10CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O.
Также в оксалатном методе по ГОСТу ISO 12081-2013 используют трихлоруксусную кислоту CCl3COOH, которую добавляют к пробе молока для разрушения казеинкальцийфосфатного комплекса, денатурации и осаждения белков. В этом методе сухое озоление не проводят.
Комплексонометрическим методом кальций определяют в природных водах, горных породах и минералах. В качестве титранта используют раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б). Это соединение имеет следующее строение:
Его координация при образовании комплекса происходит за счёт атомов азота и кислорода. При добавлении трилона Б (Na2H2R) в исследуемый раствор происходит его диссоциация и взаимодействие с катионами металлов с образованием устойчивых внутрикомплексных соединений:
Na2H2R - 2Na+ + H2R2- и Ca2+ (Mg2+) + H2R2- - CaR2- (MgR2-) + 2H+
Точку эквивалентности определяют с помощью комплексонометрических индикаторов в щелочной среде, создаваемой аммиачным буферным раствором.
2 Определение кальция в молоке оксалатным методом
Сухое озоление. Взвешивают фарфоровую чашку и наливают в нее 50 мл молока, ставят на электроплитку и досуха выпаривают. Озоляют твердый остаток, продолжая нагревание под тягой. После прекращения выделения летучих продуктов озоление заканчивают в муфельной печи (t = 500-550оС). При этом цвет золы должен быть белым без черных пятен. Затем чашку с золой вынимают из печи и охлаждают до комнатной температуры.
В чашку с золой приливают 20 мл раствора фосфорной кислоты состава 1: 3, помешивая стеклянной палочкой. Смесь переливают в стакан на 100 мл. Затем в чашку наливают 20 мл 2%-ного раствора оксалата аммония и 20 мл 10%-ной щелочи. Обмывают ими стенки чашки и сливают в стакан. Параллельно готовят холостой опыт, отмеряя в стакан те же объемы реагентов. Оба стакана оставляют стоять до выпадения в рабочем растворе осадка оксалата кальция, который затем фильтруют через двойной бумажный фильтр. Холостой раствор также фильтруют, чтобы условия опыта были одинаковы.
В две конические колбы на 250 мл отмеряют по 50 мл фильтрата рабочего и холостого растворов, добавляют по 20 мл раствора серной кислоты состава 1: 3, нагревают до 70оС и титруют 0, 1 моль-экв /л раствором перманганата калия до появления розовой окраски, не исчезающей в течение минуты. Находят разность между

объемами растворов перманганата калия, израсходованных на титрование холостого (V0) и рабочего (V1) растворов, и вычисляют массовую долю ионов кальция (мг %) по формуле:

где С- молярная концентрация раствора перманганата калия (0, 02 моль /л); 40 - молярная масса кальция, г/моль; V - объем молока для анализа (50 мл); ? - плотность молока, г/см3; 1, 2 - коэффициент пересчета на всю пробу молока.
Результаты определения по двум пробам (мг%): ? 1=104 и? 2=112, ? (среднее)=108.
Осаждение белковых веществ трихлоруксусной кислотой. Отмеряют 20 мл молока при 20°С в мерную колбу на 50 мл и взвешивают. В колбу постепенно добавляют при встряхивании 20% раствор CCl3COOH до 50 мл. Оставляют в покое 30 мин и затем фильтруют через беззольный фильтр. Фильтрат должен быть прозрачным.
В обычную пробирку на 20 мл (или центрифужную пробирку при наличии центрифуги) прибавляют 5 мл фильтрата, 5 мл 12% раствора CCl3COOH, 2 мл насыщенного раствора оксалата аммония, 2 мл 20%-ного раствора CН3COOH и 2 капли метилового красного. В полученный раствор добавляют по каплям 12, 5%-ный раствор аммиака до появления бледно-жёлтой окраски, а затем - несколько капель раствора уксусной кислоты до появления розовой окраски. Оставляют в покое на 4 часа при комнатной температуре.
Разбавляют содержимое пробирки водой до 20 мл. В виду отсутствия центрифуги пробирку с осадком мы оставляли на сутки для его отстаивания. Затем удаляют прозрачную надосадочную жидкость из пробирки с помощью отсасывающего устройства (пипетки с надетой грушей). Промывают стенки пробирки 5 мл 0, 5%-ным раствором аммиака и оставляют на 2-3 часа. Снова удаляют надосадочную жидкость и повторяют процедуру промывки. Осадок оксалата кальция растворяют в серной кислоте. Для полного растворения осадка пробирку помещают в кипящую водяную баню. Раствор переливают в колбу для титрования на 50 мл, титруют раствором перманганата калия при 60-70? С и записывают его израсходованный объём (V). Параллельно проводят холостой опыт, используя 20 мл воды вместо пробы молока, и также отмечают объём раствора KMnO4 (V0).
Массовую долю Са2+ вычисляют по формуле:
? (Са2+) = 0, 004(V - V0) · 100 · f/m
где m - масса пробы для анализа; 0, 004 - масса кальция, соответствующая 1 мл 0, 02 моль/л раствора перманганата калия, г/мл; f - поправочный коэффициент на объём осадка, равный 0, 980 для молока с массовой долей жира 2, 5%.
3. Определение кальция в молоке комплексонометрическим методом
В колбу для титрования добавляют 5 мл молока, 90 мл воды, 5 мл 2 моль/л раствора гидроксида натрия и индикаторную смесь мурексида и хлорида натрия. Смесь титруют раствором трилона Б до перехода розовой окраски в сиреневую. Массовую долю кальция рассчитывают по формуле:
? (Са2+) = (V1 · 2 · 0, 97 · 100)/ Vпр
где V1 - объём раствора трилона Б, пошедшего на титрование; 2 - масса Са2+, соответствующая 1 мл 0, 05 моль/л раствора трилона Б, мг; Vпр - объём пробы молока, мл.
Следует отметить, что в процессе титрования переход окраски индикатора в точке эквивалентности оказался нечётким и трудно было зафиксировать расход комплексона.