Физико-химические методы исследований

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации  
Федеральное государственное бюджетное образовательное  
учреждение высшего образования 
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ 
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2023 
1 

УДК 664 (075)  
ББК 36-1я7 
Ф50 
 
Рекомендовано учебно-методическим советом Самарского ГАУ 
 
Рецензенты: 
Г. А. Ларионов, профессор кафедры «Биотехнологии и переработка 
сельскохозяйственной продукции», ФГБОУ ВО Чувашский ГАУ,  
д-р биол. наук; 
В. А. Корнилова, профессор кафедры «Зоотехния», ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, д-р с.-х. наук 
 
Авторы:  
Т. Н. Романова, Л. А. Коростелева, Р. Х. Баймишев, Е. В. Долгошева, 
Н. В. Праздничкова, Д. Ш. Кашина 
 
 
 
Ф50     Физико-химические методы исследований : учебное пособие /  
Т. Н. Романова, Л. А. Коростелева, Р. Х. Баймишев [и др.]. – Кинель : 
ИБЦ Самарского ГАУ, 2023. – 123 с.  
ISВN 978-5-88575-728-7 
 
В учебном пособии описаны современные методы исследования состава 
и свойств сырья и продуктов питания. 
Издание предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 
подготовки 35.03.07 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции», 36.04.03 «Зоотехния» и 19.04.03 «Продукты питания 
животного происхождения».  
УДК 664 (075)  
ББК 36-1я7 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISВN 978-5-88575-728-7                             © ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2023  
2 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
В технологии изготовления пищевых продуктов качество и состав 
сырья, эффективность производственных процессов, экологическая безопасность, соответствие выпускаемой продукции установленным нормам, соблюдение санитарно-гигиенических требований имеют большое 
значение. Физико-химические методы анализа позволяют исследовать 
сырье и готовую продукцию и установить строение отдельных веществ, 
их функции и взаимосвязи с другими компонентами. 
Цель издания – способствовать формированию у обучающихся 
системы компетенций для решения профессиональных задач по эффективному использованию теоретических знаний, приобретенных 
умений и навыков использования физико-химических методов исследования продукции животноводства и растениеводства. 
Курс «Физико-химические методы исследований» относится к 
обязательным дисциплинам и служит основой для освоения следующих дисциплин: пищевая химия, биохимия сельскохозяйственной продукции, основы научных исследований, технология хранения и переработки продукции растениеводства, технология хранения и переработки 
продукции животноводства, технохимический контроль сельскохозяйственного сырья и продуктов переработки. 
Учебное пособие позволит обучающимся получить и закрепить 
знания по изучению передовых достижений в области науки и практики, а также рассмотреть:   
- основные понятия, термины и принципы организации контроля 
качества продукции животноводства и растениеводства; 
- методы пробоотбора и пробоподготовки при анализе сырья и готовой продукции; 
- изучить принципы физико-химических методов исследований; 
- изучить основные методы современного инструментального 
анализа продукции животноводства и растениеводства; 
- изучить основы работы на современных приборах, используемых для анализа продукции животноводства и растениеводства. 
3 

1. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ 
 
1.1. Теоретические основы оценки качества сырья  
и готовой продукции. Термины и определения 
 
Исследование любого пищевого продукта – сложная аналитическая задача. Из-за особенностей состава и многокомпонентности продуктов необходимо приспосабливать стандартные методы к особенностям состава и физико-химической структуры продукта – т.е. в каждом 
конкретном случае требуется проведение в той или иной мере аналитической исследовательской работы. 
Сегодня можно выделить следующие методы, нашедшие широкое 
применение в пищевой промышленности: газовая хроматография, жидкостная хроматография, атомно-абсорбционная спектрометрия, фотометрия, люминесценция, капиллярный электрофорез, инфракрасная 
спектроскопия, электрохимия, классические методы анализа (титриметрия, гравиметрия), реологические методы исследования. 
В настоящее время отмечается увеличение доли хроматографических методов и капиллярного электрофореза, что указывает на 
первоочередную важность освоения данных методов для пищевой 
промышленности. В будущем возрастет использование спектральных, 
атомно-абсорбционных методов и методов капиллярного электрофореза для проведения исследований качества сырья и готовой продукции. 
Из этого следует, что освоение методологией оценки свойств сырья и 
готовой продукции для инженеров-технологов имеет самое важное 
значение. 
При оценке качества применяют следующие понятия: 
- Свойство продукции – это объективная особенность продукции, 
которая может появляться при ее создании, эксплуатации или потреблении. Свойства продукции можно условно разделить на простые и 
сложные. К числу простых свойств можно отнести вкус, внешний вид, 
цвет, а к сложным – перевариваемость, усвояемость и другие. 
- Качество продукции – это общая совокупность технических, 
технологических и эксплуатационных характеристик продукции, посредством которых продукция будет отвечать требованиям потребителя. Для оценки качества продукции используют показатели качества – это количественная характеристика одного или нескольких 
свойств продукции, составляющих ее качество, которая рассматрива4 

ется применительно к определенным условиям создания или потребления. 
Данный показатель количественно характеризует пригодность продукции удовлетворять определенные потребности. 
Показатель качества может выражаться в различных единицах 
(ккал, процентах, баллах и т.п.), но может быть и безразмерным. Для 
оценки качества продукции может применяться система показателей 
(единичный, комплексный, определяющий, интегральный). 
Единичный показатель – это показатель качества продукции, характеризующий одно из ее свойств (например, вкус, цвет, аромат, 
влажность, упругость, консистенция, набухаемость и т.п.) 
Комплексный показатель – показатель, характеризующий несколько свойств продукции или одно сложное свойство, состоящее из 
нескольких простых. 
К комплексным показателям относятся: 
- пищевая ценность – содержание в продукции широкого перечня 
пищевых веществ (белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, 
витаминов и др.), энергетическая ценность и органолептические достоинства продукции; 
-биологическая ценность – качество белков, содержащихся в продукции, их сбалансированность по аминокислотному составу, перевариваемость и усвояемость, которые зависят не только от аминокислотного состава, но и от его структурных особенностей; 
- энергетическая ценность – термин, характеризующий ту долю 
энергии, которая может высвободиться из пищевых веществ в процессе 
биологического окисления и использоваться для обеспечения физиологических функций организма. 
Состав продукции (содержание белков, жиров, углеводов и др.) 
характеризует пищевую ценность продукции, дает (иногда косвенно) 
представление о ее биологической и энергетической ценности. 
С продуктами питания в организм человека поступает значительная часть веществ, опасных для его здоровья, особенно этот фактор 
важен для детского и профилактического питания.  
В связи с этим остро стоят проблемы, связанные с повышением ответственности за эффективность и объективность контроля качества 
сырья и пищевых продуктов, призванного гарантировать их безопасность для здоровья детей. 
Безопасными для здоровья принято считать продукты, которые не 
5 

содержат (или содержат в минимальных, допустимых санитарными 
нормами качества) токсические вещества, не обладают канцерогенными, мутагенными или иными неблагоприятными воздействиями на организм человека. 
Безопасность пищевых продуктов и сырья оценивают по количественному или качественному содержанию в них микроорганизмов и 
продуктов их жизнедеятельности, веществ химической и биологической природы. Опасность для здоровья человека представляет присутствие в пищевых продуктах патогенных микроорганизмов, искусственных и естественных радионуклеидов, солей тяжелых металлов, 
нитритов, нитратов, нитрозосоединений, пестицидов, а также пищевых 
добавок – консервантов, красителей и ряда других. 
 
1.2. Организация лабораторного контроля 
 
В обеспечении высокого качества продуктов питания важная роль 
принадлежит работе производственной лаборатории, выполняющей на 
предприятиях пищевой промышленности функции отдела технического контроля. Успешное выполнение этих функций зависит от квалификации сотрудников, оснащенности лаборатории необходимыми 
средствами контроля, реактивами, посудой, вспомогательным оборудованием, обеспеченности нормативной документацией и справочными данными. 
За последние годы в организации и проведении контроля качества 
продуктов питания произошли существенные изменения. В промышленность внедрены новые правила приемки и отбора проб, которые основаны на методах статистического приемочного контроля, введены 
также новые стандарты на методы определения физико-химических 
показателей пищевых продуктов. 
Особое место занимают методы определения показателей молочных продуктов для детского питания. 
На предприятиях пищевой промышленности производственная лаборатория выполняет функции отдела технического контроля, оговоренные нормативным документом «Типовым положением об отделе 
(управлении) технического контроля промышленного предприятия 
(объединения)». Предприятие может реализовать только ту продукцию, 
которая принята производственной лабораторией и оформлена документом, удостоверяющим ее соответствие установленным требованиям. 
6 

Производственная лаборатория является самостоятельным структурным подразделением предприятия и действует на основании «Положения о производственной лаборатории», утверждаемого директором 
предприятия. 
Структура и штаты производственной лаборатории предприятия 
устанавливаются в зависимости от категории предприятия, с учетом 
объема и ассортимента выпускаемой продукции и условия работы 
производства и утверждаются директором предприятия или объединения. В структуре производственной лаборатории в обязательном порядке должны быть предусмотрены химико-аналитическая группа, 
возглавляемая старшим химиком, и микробиологическая группа, возглавляемая старшим микробиологом. 
Основными задачами производственной лаборатории являются 
предотвращение выработки и поставки потребителям продукции, не 
соответствующей требованиям действующей нормативно-технической 
документации, утвержденным рецептурам и технологическим инструкциям; укрепление производственной и санитарной дисциплины 
на предприятии; повышение ответственности всех звеньев производства за качество выпускаемой продукции. 
Для решения этих задач производственная лаборатория предприятия выполняет следующие функции: 
- 
осуществляет входной контроль поступивших на предприятие 
сырья, полуфабрикатов, материалов, тары, проводит или организует 
контроль качества воды, участвует в контроле производственного процесса, выполняя необходимые химические и микробиологические анализы в соответствии с действующей технологической документацией и 
документацией но санитарно – бактериологическому контролю, организует или проводит контроль за содержанием в продуктах токсических веществ, организует органолептические испытания и осуществляет приемочный контроль готовой продукции; 
- 
проводит инспекционный контроль за соблюдением при производстве установленных рецептур, требований технологической документации; норм и правил, оговоренных действующей документацией 
по вопросам санитарии; 
- 
оформляет необходимые документы, удостоверяющие соответствие принятой готовой продукции установленным требованиям, а 
также документы, содержащие обоснование для предъявления претензий к поставщикам сырья, полуфабрикатов, материалов и тары; 
7 

- 
ведет учет претензий потребителей на несоответствие поставленной предприятием продукции установленным требованиям и подготавливает отчеты о качестве продукции по утвержденной форме; участвует в испытаниях новых видов продукции и работах по технологическому сортоиспытанию новых видов сырья, применению новых технологических процессов или уточнению технологических режимов по ведению учета расходования сырья, представляя данные химико-технической отчетности, в анализе потерь сырья и материалов и разработке 
мероприятий по устранению повышенных потерь и отходов; 
Средства измерения 
Большая часть работ по анализу качества продукции связана с измерениями, выполняемыми с помощью тех или иных средств измерений, особым образом выбираемых и находящихся на специальном обслуживании, что обеспечивает единство и точность результатов контроля. К средствам измерений относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и измерительные принадлежности. 
Меры предназначены для воспроизведения физической величины 
(массы, объема и пр.) заданного размера. Мерами являются гири, 
наборы гирь, шаблоны, концевые меры длины, песочные часы, мерная 
химическая посуда, стандартные растворы, образцовые вещества и пр. 
Измерительные преобразователи служат для выработки сигнала в 
форме, удобной для его передачи, хранения и обработки; измерительные преобразователи обычно являются составной частью более или 
менее сложных измерительных комплексов. 
Измерительные приборы предназначены для выработки сигнала в 
форме, удобной для непосредственного восприятия. Приборы могут 
быть шкальными, цифровыми и регистрирующими. К измерительным 
приборам относятся термометры, ионометры, манометры, секундомеры, рефрактометры, фотоколориметры, мономеры, амперметры, вольтметры и др. 
Измерительные принадлежности используются при измерениях и 
влияют на их результаты. К ним могут быть отнесены сушильные шкафы, термостаты и другие устройства. 
Выбор средств измерений осуществляют исходя из их метрологических характеристик, т.е. таких технических параметров, от которых 
зависит точность измерения. 
Одной из основных метрологических характеристик любого средства измерения, определяющей его пригодность для выбранной цели 
8 

измерений, является нижний и верхний пределы измерения, т.е. 
наименьшее и наибольшее значения величины, которые можно измерить данным средством контроля. Нижний и верхний пределы измерений ограничивают диапазон измерений. Под диапазоном измерений 
понимается область значений измеряемой величины, для которой 
нормированы допускаемые погрешности средства измерения. 
Немаловажной метрологической характеристикой измерительного прибора является его чувствительность, представляющая собой отношение сигнала на выходе прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины. 
Важнейшей метрологической характеристикой, на которой базируется выбор средства измерения, является его погрешность. Способ 
выражения погрешности зависит от вида средства измерений. Точность 
мер характеризуют абсолютной и относительной погрешностями. 
Погрешности средств измерений принято подразделять на статические, имеющие место при измерении постоянных во времени величин, и динамические, появляющиеся при измерении переменных во 
времени величин и обусловленные инерционными свойствами средства измерения. 
В нормативной документации на меры, измерительные преобразователи и приборы часто указывают класс точности средства измерения. 
Класс точности представляет собой обобщенную характеристику, определяемую пределами основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность результатов измерений. 
Метрологическое обслуживание, т.е. учет, ревизию, ремонт, поверку всех средств измерений, применяемых в лаборатории, должна 
осуществлять (своими силами или с помощью сторонних организаций) 
метрологическая служба предприятия. Однако заведующий производственной лабораторией несет ответственность за применение при анализах неисправных и неповеренных средств измерений и поэтому 
должен обеспечить контроль за их состоянием и соблюдением сроков 
поверки, наличием поверительных клейм или свидетельств о поверке. 
Сроки периодических поверок (межповерочные интервалы) устанавливаются метрологической службой предприятия с учетом данных 
о фактической надежности, интенсивности использования и условий 
эксплуатации каждого из средств измерений. Как правило, срок поверки основных видов приборов, применяемых в производственной 
лаборатории, – один раз в год. 
9 

В химических лабораториях пользуются посудой из специального 
химико-лабораторного стекла, кварцевого стекла или фарфора. Основными требованиями к химико-лабораторному стеклу являются химическая стойкость (способность противостоять действию разных химических реагентов) и термическая стойкость, выражающаяся в способности выдерживать резкие колебания температуры. 
Кварцевое стекло более стойкое к действию высоких температур 
и температурным перепадам, так коэффициент теплового расширения 
прозрачного кварца примерно в 15 раз меньше коэффициента расширения обычного химико-лабораторного стекла. Кварцевое стекло обладает также наивысшей по сравнению с другими стеклами химической стойкостью по отношению к воде и кислым агрессивным средам. 
Поэтому посуду из прозрачного кварцевого стекла используют для 
работы с кислыми и нейтральными веществами при температурах до 
1000°С. Из прозрачного кварцевого стекла изготавливают тигли, чаши, 
стаканы, колбы, пробирки и др. Кварцевое стекло более хрупко, чем 
обычное, и его надо оберегать от удара. 
Посуда из фарфора механически прочна и термостойка. Коэффициент линейного расширения фарфора примерно такой же, как стекла пирекс. Тем не менее изделия из фарфора нужно разогревать постепенно, 
разогретый сосуд не следует брать холодными щипцами или ставить на 
холодную подставку, иначе фарфор даст трещину или расколется. 
В лабораториях при анализах применят химические вещества разной степени чистоты. Согласно ГОСТ 13867 «Продукты химические. 
Обозначения чистоты» все выпускаемые промышленностью химические продукты подразделяют на 4 группы: 
- 
сырые продукты природного происхождения и полуфабрикаты с большим количеством примесей; 
- 
технические продукты с относительно небольшим содержанием примесей; 
- 
реактивы для аналитических, препаративных и иных лабораторных работ; 
- 
продукты особой чистоты, качество которых значительно выше качества химических реактивов. 
Для химических анализов в пищевой промышленности в основном используют реактивы, которые в зависимости от содержания основного вещества и допустимых примесей выпускаются следующей 
квалификации: чистый (ч.) – низшая квалификация реактива; чистый 
10