Спосіб визначення кількості вільної та зв’язаної води сахаридів у водних розчинах

1 Спосіб визначення КІЛЬКОСТІ ВІЛЬНОЇ та зв'язаної води сахаридів у водних розчинах, що включає фізико-хімічний метод, який відрізняється тим, що як фізико-хімічний метод використовують метод спінового зонда 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що методом спінового зонда визначають час кореляції обертальної дифузії вільного радикала і його залежність від мольної частки сахариду Визначення часу релаксації пов'язане із швидким бміном протонів гідроксильних груп цукриду та протонів вільної та зв'язаної води Проте розділити обмін гідроксильних груп протонів вільної та зв'язаної води практично неможливо Тому результат, отриманий даним методом, має наближений характер В методі калориметрії практично неможливо визначити залежність кількості незв'язаної та зв'язаної води (чисел гідратації} від температури, що є недоліком цього методу В основу винаходу поставлена задача створення зручного методу визначення кількості вільної та зв'язаної води у водних розчинах сахаридів Поставлена задача вирішується тим, що спосіб визначення кількості вільної та зв'язаної води у водних розчинах цукридів включає фізико-хімічний метод Згідно винаходу в якості фізико-хімічного методу використовують метод спінового зонда, за допомогою якого визначають час кореляції обертальної дифузії вільного радикала (х) і його залежність від мольної частки сахариду Нами встановлено зв'язок між величинами часу кореляції обертальної дифузії спінового зонда ( або показниками динамічної боязкості розчинів ) і молярною часткою зв'язаної води в розчинах сахарози, що дало змогу визначити кількість молекул води у ВІДПОВІДНИХ гідратах сахарози Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та технічним результатом полягає у наступному Розроблено новий спосіб визначення КІЛЬКОСТІ незв'язаної та зв'язаної води методом спінового зонда Цим методом визнача 00 00 48782 ють час кореляції обертальної дифузії вільного радикала (х) і його залежність від мольної частки сахариду Отримані результати можуть бути використані для дослідження процесів кристалізації сахаридів На підставі експериментальне отриманих значень часу кореляції (х) вільного нітроксильного радикала в розчинах сахарози нами отримані стехіометричні коефіцієнти зв'язаної сахарозою молекул води в залежності від концентрації (від 2 до 65%) і температури (від 5 до 50°С), а також досліджені термодинамічні параметри утворення ВІДПОВІДНИХ гідратних структур Процес гідратації в розчинах сахарози (Sc) можна представити таким чином HaO + Sc^i* (Scn-НгО), де п - визначає КІЛЬКІСТЬ молекул води, зв'язаної в надмолекулярній структурі Літературні джерела дають підстави вважати, що означена рівновага практично повністю зміщена праворуч ( Ахумов Е И Гидратация сахарозы в растворах // Журн Прикл Химии -1975 -Т 48, №2 с 458-460) Загальний мольний об'єм (V) води розчину цукрози складається з парціальних, що відповідають общему зв'язаної (УЗВ ) і вільної (УВЛ) води, помножених на ВІДПОВІДНІ концентрації ЩО (I), Н3О Н2О де с зв і с вл - мольні частки звязаної і вільної води Зазначимо, що частка зв'язаної води дорівнює мольній частці сахарози (c S c ), помноженої на стехіометричний 4° =п с Sc коефіцієнт (п) а сума мольних часток зв'язаної і НО вільної води дорівнює одиниці с зв2 вл Відомо, ЩО добуток мольного об'єму на в'язкість розчину (ті) є сталою величиною (N) Vr| = N (Мельвин-Хьюз Э А Физическая химия 2 том Изд Ин Лит М-1962) Приймаючи до уваги дане співвідношення, рівняння (1) за результатом множення на J- перетворюється до N 1 J _ r л H 2 O J _ c + ^зв. •• *« H 2 ° ^вл. (2), де - в'язкість розчинів сахарози Величини Лзв і Лап - в'язкість води у зв'язаному і вільному станах, вони є сталими за даної температури Можна очікувати, що перша - в'язкость води у зв'язаному стані - суттєво перевищує в'язкість вільної води Шляхом комбінації (2) і наведених співвідношень щодо суми концентрацій обох форм роди і зв'язку з величиною мольної частки цукрози нескладно записати наступне співвідношення Враховуючи той факт, що ті в л « г\зв, а час кореляції обертальної дифузії (х) стабільного радикала R де v - об'єм, який займає радикал, f- коефіцієнт мікров'язкості, k - стала Больцмана, Т - температура, отримаємо Дотичні ДО залежності першої частини рівняння від значення мольної частки сщрози дозволяють визначити КІЛЬКІСТЬ молекул ( п ) зв'язаної води Вигляд такої залежності представлено фігурою 1 Приклад здійснення способу Готуються водні розчини ссахарози концентрації (від 2 до 65%) До розчинів додається нітроксильний радикал ( 2,2,5,5-тетраметил-1імідазолил-4-карбонат натрію ) в концентрації 5 • 104моль/л Знімаються спектри ЕПР зразків та води на спектрометрі "Vanan-100" в межах температур від 5 до 50 °С Аналіз ЛІНІЙ спектрів здійснюється за допомогою компьютерної програми "EWVOIGHT" На основі отриманих значень часу кореляції обертальної дифузії будується графік залежності Залежність значень т = 1 - вл (співвідношення 4) від мольної частки цукрози в розчині (c Sc ) за температури, 293К наведена на фіг 1 Проводиться аналіз графіку, з якого отримують значення чисел гідратації сахарози в водному розчині Залежність КІЛЬКОСТІ молекул води (п, ± 5%), зв'язаних сахарозою у надмолекулярних структурах, від концентрації сахарози в розчині (С, %) і температури наведена на фіг 2 Даний спосіб може бути використаний для визначення чисел гідратації інших сахаридів Отримані результати можуть бути використані для всебічного контролю процесів кристалізації сахаридів у харчовій промисловості 48782 ФІГ.1 с Т 278 283 288 293 303 298 308 313 35 37 33 30.5 26 20 18 13 11 9 6 45 . 4 5 36 38 34 31 26.5 20.5 18 13 11.5 9 6 45 . 3 2 3 318 323 1 2 5 12 15 18 21 24 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 38 39.5 37 35 31.5 26 22 17 16 17 37 37 37 39 40 39 36 36 35 34 34 33 28 31 25 ~ 2 3 ~ ~ 23 21 20 19.5 16 15 14 16 15 12 16 15 9 б 4 35 . 45 . 36 38 34.5 32 28 22.5 19 13.5 12 9 6 45 . 4 5 5 3 15 . 1 2 7 3 15 . 1 5 3 15 . І 2 Фіг. 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71