Существует несколько способов измерения и анализа соли в пище. В этой статье вы узнаете, для чего пище нужна соль, как она влияет на наше здоровье и какие методы используются для измерения её концентрации.
О соли в еде
Натрий встречается как в природе, так и в качестве добавки в продукты питания. Обычно его добавляют в продукты в форме хлорида натрия (NaCl) но также допустимы и другие формы, включая нитрит натрия, бикарбонат натрия (пищевая сода), бензоат натрия и глутамат натрия (MSG). Эти соединения добавляются в пищу для улучшения вкуса, в качестве связующего вещества и/или для подавления роста микроорганизмов, с тем, чтобы продлить срок годности продукта. По оценкам специалистов, до 75% нашего потребления натрия с пищей поступает из упакованной магазинной или ресторанной пищи.
Другими основными источниками натрия являются поваренная соль, а также соль с приправами. Важно отметить, что не все соли содержат хлорид натрия. Есть и другие соли, включая хлорид калия (KCl) и хлорид кальция (CaCl2). Но, вообще говоря, хлорид натрия является одной из наиболее распространенных солей, добавляемых в пищу – именно той, которую мы привыкли называть «пищевая соль».
Влияние натрия на здоровье
Для всех нас натрий является необходимым минералом. Он необходим для нормального функционирования нервной и мышечной систем и находится, главным образом, в крови и внеклеточных жидкостях. Количество натрия в крови влияет на кровяное давление. Например, повышение уровня натрия в крови приведёт к увеличению объема крови, а это, в свою очередь, вызовет повышение кровяного давления, что несёт за собой немало вредных последствий, включая повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний, сердечной недостаточности и заболеваний почек.
Основным источником нашего потребления натрия является хлорид натрия. Совет по продовольствию и питанию при Американском Институте медицины утверждает, что для людей в возрасте 9-50 лет адекватный уровень потребления натрия должен составлять 1.5 грамма в день. Это не следует путать с рекомендуемой суточной нормой. Необходимое количество натрия (AI) является общим утверждением. Существует немало примеров, когда требуется более высокое потребление натрия. Например, спортсмен, который много потеет, будет терять больше натрия при потении по сравнению с человеком, который ведет сидячий образ жизни. Совет по продовольствию и питанию также заявляет, что допустимое потребление натрия (UL) для предотвращения изменений артериального давления у людей в возрасте 14 лет и старше составляет 2.3 г в день, что эквивалентно примерно 1 чайной ложке поваренной соли (NaCl).
Количество натрия в обработанных и готовых продуктах питания должно быть измерено и указано на этикетке к продукту. Натрий должен быть указан вместе с соответствующим процентным значением (% DV) натрия в одной порции пищи в перерасчёте на суточную норму. 100% DV составляет менее 2.4 г/день. Пищевые продукты также могут быть маркированы в соответствии с количеством натрия на порцию.
Методы анализа натрия
Существует много различных методов определения содержания натрия (соли) в пище, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор метода является важным для разработки плана обеспечения качества продуктов и здоровья человека.
При выборе подходящих методов учитываются стоимость оборудования, требуемая точность измерения содержания натрия и уровень опыта лица, проводящего тестирование. Наиболее распространенными методами являются рефрактометрия, измерение электропроводимости, использование ион-селективных электродов (ИСО) и титрование.
Метод 1: Рефрактометрия
Метод рефрактометрии основан на определении содержания соли в веществе посредством измерения показателя преломления. Показатель преломления определяется путём пропускания света через измерительную призму с исследуемым образцом и измерения изгиба светового луча. Рефрактометрия может использоваться для определения концентрации широкого спектра веществ, включая сахар, пропиленгликоль, желатин, соль и др.
Каждый рефрактометр функционирует на основе влияния плотности и температуры на показатель преломления для определенного измеряемого параметра. Показатель преломления преобразуется в единицу измерения, такую как % Brix (применяется для растворимых твёрдых веществ, таких как сахароза) или % соли.
Существует два типа рефрактометров: цифровые и механические (ручные). В механических рефрактометрах образец помещается на призму и пользователь смотрит в окуляр, чтобы наблюдать «теневую линию» для определения критического угла. Ручные рефрактометры являются недорогими, но имеют ограниченную точность из-за субъективности определения «тени», изменений в окружающем освещении и ограниченной температурной компенсации.
Цифровые рефрактометры используют внутренний источник света с фиксированной длиной волны. Этот внутренний свет проходит через призму и попадает в образец, а внутренний световой детектор определяет критический угол. Цифровые рефрактометры устраняют субъективность визуального определения теневой линии и имеют улучшенную температурную компенсацию, благодаря использованию предварительно запрограммированных алгоритмов. Также они могут выполнять измерения в более широких диапазонах температур и при минимальных затратах.
Как цифровые, так и механические рефрактометры привлекательны из-за их низкой стоимости и того, что они не используют химические реагенты. Всё, что необходимо для исследования – это небольшой объём образца. Это делает рефрактометры идеальными для работы с простыми растворами, в том числе солевыми. Однако этот метод не является специфическим для определения соли, поскольку другие вещества, присутствующие в образце, могут изменять показатель преломления. Это, например, жиры, сахара и минералы.
Метод 2: Измерение электропроводности (ЕС)
Поваренная соль диссоциирует в растворе в виде двух ионов: натрия и хлорида. Поскольку ионы являются заряженными частицами, то электричество проводится легче. В результате анализ электропроводности (EC) может использоваться для оценки количества соли в растворе. После того, как будет получено измерение ЕС, должен быть применён специфический коэффициент пересчета для получения информации о количественном содержании соли в растворе. Многие ЕС-метры производят этот расчёт автоматически.
Существует два основных типа датчиков, используемых для измерения проводимости в пищевых продуктах: амперометрические и потенциометрические. Амперометрические выполнены из двух электродов, расположенных друг от друга на определённом расстоянии, называемом «постоянной ячейкой». На оба электрода подаётся напряжение и между ними измеряется ток. Таким образом можно определить сопротивление, которое используют для расчёта электропроводности жидкости.
Преимущество амперометрических датчиков электропроводности в том, что они требуют небольшого объёма образца и, как правило, дешевле, чем другие технологии измерения проводимости. Однако для разных диапазонов солесодержания требуется несколько разных амперометрических датчиков.
В потенциометрических датчиках проводимости используются четыре кольцевых электрода. Два из них являются чувствительными электродами, а два других – приводными. Электроды привода подают переменное напряжение, которое индуцирует ток в растворе. Чувствительные электроды измеряют падение напряжения, которое преобразуется в электрическую проводимость. Потенциометрические датчики имеют широкий диапазон измерений и могут охватывать практически все образцы пищевых продуктов. Однако они обычно требуют большего объёма образца, с тем, чтобы электроды были полностью в них погружены в процессе измерений. Эти зонды также более дорогие, во многом, из-за платины, необходимой для их изготовления.
Проводимость – это весьма привлекательный вариант контроля солёности растворов, однако датчики проводимости всё же измеряют проводимость, а не удельные соли. Это означает, что любые ионы (например, кальций, магний и т. д.) будут мешать измерениям. Таким образом, измерения проводимости только оценивают солесодержание, но не определяют его точное значение.
Метод 3: Использование ион-селективного (ионочувствительного) электрода (ИСЭ)
Третий метод – это использование ион-селективного электрода, который часто называют ИСЭ (ISE). Это химический датчик, используемый для определения концентрации конкретного иона в растворе. В натриевых ИСЭ наконечник представляет собой чувствительную к натрию стеклянную колбу. Подобно pH-электроду, ИСЭ подчиняются уравнению Нернста, что позволяет соотнести показания в милливольтах со значением концентрации соли.
ISE требуют осторожности и бережного ухода для обеспечения точных измерений. Чувствительная колба должна быть всегда гидратирована в растворе электролита. Кроме того, электрод нуждается в ежедневной калибровке, чтобы гарантировать точные измерения. Номиналы растворов для калибровки должны быть приближены к ожидаемой концентрации содержания натрия в пище. Например, один калибровочный буфер должен иметь более высокое значение, чем ожидаемое, а другой – более низкое.
ИСЭ одинаково работает как с жидкими, так и с твёрдыми образцами, однако твёрдые требуют предварительной обработки до состояния суспензии, которую затем можно исследовать с помощью зонда.
Метод 4: Титрование
Титрование является наиболее распространенным методом анализа соли. Стандартообразующие организации, в том числе AOAC, рекомендуют метод титрования для анализа различных пищевых продуктов, включая сыры, мясо и овощи. Титрование – это процедура, при которой раствор известной концентрации (титрант) используется для определения концентрации неизвестного раствора (аналита). Результаты рассчитываются на основе количества титранта, использованного для достижения «конечной точки», которой может соответствовать изменение цвета под воздействием химического индикатора или регистрация с помощью потенциометрического датчика.
Одним из способов определения содержания соли путем титрования является метод Мора. Исторически под этим методом понимают ручное титрование с использованием нитрата серебра в качестве титранта и хромата калия в качестве индикатора цвета.
В результате реакции между ионами серебра и хлорида образуется нерастворимый осадок хлорида серебра (AgCl). Нитрат серебра добавляют до тех пор, пока все хлорид-ионы не вступят в реакцию с нитратом серебра. Затем ионы серебра, полученные в результате реакций, будут связываться с индикатором цвета хромата калия для получения красного цвета в растворе. Это символизирует конечную точку титрования. Ручное титрование опирается на субъективную интерпретацию цвета, поэтому данный метод не является точным.
Титрование может быть автоматизировано с помощью потенциометрической системы. ISE-датчик, чувствительный к концентрации ионов хлорида или серебра, используется для контроля раствора на изменение потенциала мВ в результате потребления хлорид-ионов или избытка ионов серебра. Системы потенциометрического титрования автоматически контролируют дозирование титранта и определение конечной точки, что повышает точность титрования, устраняя субъективность, связанную с использованием визуального индикатора. Автоматические титраторы также выполнят все необходимые вычисления и отображают результаты в желаемых единицах концентрации.
Итак, выбор метода измерения содержания соли – это один из наиболее важных шагов для установления контроля солёности в пищевых продуктах. В зависимости от конкретных продуктов идеальными могут быть совершенно разные методы, однако во всех случаях их следует проверять на предмет точности, стоимости и простоты применения.
По материалам статьи Дэйва Масулли, выпускника Колледжа Род-Айленда, обладателя ученой степени по химии и биологии, сотрудника Ханны. Среди главных увлечений Дэйва – научный анализ продуктов питания под чашечку хорошего кофе.
