Контроль pH и титруемой кислотности соков

Кислотность соковой продукции оценивают по двум разным показателям - pH и титруемой кислотности. Их часто путают, хотя измеряют они не одно и то же и определяются разными методами. На производстве соков, нектаров и морсов оба показателя используют при входном контроле сырья, отработке рецептуры и проверке готового продукта. Ниже разобрано, что показывает каждый из них, какими приборами их измеряют по действующим стандартам и как подобрать оборудование под реальные пробы - от прозрачных осветлённых соков до продукции с мякотью.

Что показывает pH сока

Водородный показатель (pH) характеризует активную кислотность среды - активность ионов водорода в растворе. Чем ниже значение pH, тем выше активная кислотность пробы; при росте pH среда становится менее кислой. Для соковой продукции значения pH обычно лежат в кислой области.

pH не показывает, сколько кислот содержится в соке. Две пробы с одинаковым pH могут заметно отличаться по количеству органических кислот: на активность ионов водорода влияют состав кислот, наличие солей и буферные свойства продукта. Поэтому pH характеризует состояние среды, а не полное содержание кислот.

В соковом производстве pH измеряют потому, что этот показатель быстро отражает изменения в пробе и влияет на выбор режимов технологической обработки. Диапазон измерений pH для продуктов переработки фруктов и овощей, включая соковую продукцию, установлен в ГОСТ 26188-2016 - от 2 до 12 единиц pH.

Что такое титруемая кислотность

Титруемая кислотность показывает количество кислот и кислотно реагирующих соединений пробы, которые нейтрализуются титрантом в условиях, установленных методикой. В отличие от pH, это не характеристика среды, а результат прямого измерения содержания кислот титрованием.

Определяют её потенциометрическим титрованием: к пробе постепенно добавляют раствор щёлочи (титрант) и доводят реакцию до заданной точки окончания титрования. По ГОСТ 34127-2017 соковую продукцию титруют раствором гидроксида натрия концентрации 0,1 моль/дм³ до значения pH 8,1.

Результат пересчитывают на определённую органическую кислоту - ту, которая преобладает в конкретном виде продукции. Для яблочного сока это чаще яблочная кислота, для цитрусовых - лимонная. Какую кислоту использовать для пересчёта и в каких единицах выражать результат, определяет применяемая методика и вид продукции, поэтому единого пересчёта для всех соков нет.

Чем pH отличается от титруемой кислотности

Показатель	Что характеризует	Как определяется	В каких единицах выражается
pH	Активную кислотность — активность ионов водорода в пробе	Потенциометрическим измерением pH-метром с pH-электродом	В единицах pH
Титруемая кислотность	Количество кислот, нейтрализуемых титрантом в установленных условиях	Потенциометрическим титрованием до точки окончания	В единицах методики (в пересчёте на органическую кислоту, г/дм³ или ммоль/100 см³)

Расхождение объясняется буферными свойствами сока. Органические кислоты и их соли удерживают pH в узком диапазоне, поэтому проба с большим содержанием кислот может показывать почти такой же pH, как и менее кислая. При титровании нейтрализуются все доступные кислоты, и разница в их количестве становится видна. Поэтому продукты с близким pH нередко воспринимаются по вкусу как более или менее кислые: вкусовое ощущение ближе связано с титруемой кислотностью, а pH напрямую в неё не пересчитывается.

Зачем контролировать pH и кислотность соков

Контроль pH и титруемой кислотности сопровождает соковое производство на всех этапах:

• входной контроль сырья, концентратов и пюре, где отклонение показателей указывает на несоответствие партии;
• проверка рецептуры при восстановлении соков из концентрата и купажировании;
• контроль стабильности технологического процесса между варками и сменами;
• сравнение партий по единой методике;
• контроль готового продукта перед розливом;
• проверка соответствия нормативным документам и технической документации изготовителя.

pH и кислотность - важные, но не единственные показатели. Сами по себе они не определяют полностью ни безопасность, ни срок годности продукта: эти характеристики оценивают по комплексу микробиологических и физико-химических показателей, требования к которым установлены в том числе в ТР ТС 023/2011.

От чего зависят pH и кислотность сока

• вид сырья - разные фрукты и овощи содержат разный набор кислот;
• сорт и степень зрелости плодов - при созревании кислотность обычно снижается;
• состав органических кислот (яблочная, лимонная, винная и другие);
• разбавление при восстановлении сока из концентрата;
• смешивание разных соков в купаже;
• рецептура, включая внесение регуляторов кислотности;
• технологическая обработка;
• условия и длительность хранения.

Как измеряют pH сока

pH сока измеряют pH-метром с подключённым pH-электродом. Порядок измерения для продуктов переработки фруктов и овощей описан в ГОСТ 26188-2016. Основные этапы работы:

1. подготовка однородной пробы: сок перемешивают, а продукцию с мякотью при необходимости гомогенизируют, чтобы электрод контактировал с представительной пробой;
2. калибровка pH-метра по буферным растворам, охватывающим рабочий диапазон измерений;
3. измерение при контролируемой температуре - при отсутствии автоматической термокомпенсации пробу приводят к температуре, указанной в методике;
4. промывка электрода дистиллированной водой между пробами, чтобы исключить перенос предыдущей пробы.

Выбор электрода зависит от пробы. Прозрачные осветлённые соки измеряют обычным комбинированным электродом. Для соков с мякотью, вязких и окрашенных проб, а также проб со взвешенными частицами нужен электрод, устойчивый к загрязнению, - с керамической диафрагмой большой пропускной способности и пополняемым электролитом. Такой электрод реже засоряется и дольше сохраняет стабильный отклик.

Как определяют титруемую кислотность соков

Титруемую кислотность соков определяют потенциометрическим титрованием. Принцип метода несложный:

• к отмеренной пробе постепенно добавляют титрант - раствор гидроксида натрия известной концентрации;
• изменение pH пробы непрерывно контролируется pH-электродом;
• титрование продолжают до установленной точки окончания - для соковой продукции это pH 8,1;
• результат рассчитывают по объёму израсходованного титранта с пересчётом на выбранную органическую кислоту.

Для соковой продукции потенциометрический метод выделен в отдельный стандарт - ГОСТ 34127-2017, который предусматривает автоматический (метод А, контрольный) и ручной (метод Б) режимы. Общий метод определения титруемой кислотности продуктов переработки фруктов и овощей приведён в ГОСТ ISO 750-2013. Автоматический режим удобнее при большом числе проб, так как исключает субъективность оператора при определении точки окончания.

Оборудование для контроля pH и кислотности соков

В каталоге «АкваАналитикс Техника» можно заказать pH-метры, электроды, автоматические титраторы и прикладные комплекты для контроля pH и титруемой кислотности соковой продукции.

pH-метры и электроды для соков

Измерительная система для pH состоит из двух частей: измерительного прибора (pH-метра) и совместимого с ним pH-электрода. Прибор обрабатывает сигнал, а точность и стабильность измерения во многом определяет электрод.

В каталоге можно заказать переносной измеритель Hach HQ4100. Производитель - Hach. Прибор измеряет pH и работает с цифровыми электродами Intellical, которые распознаются автоматически. Одноканальный измеритель подходит для лаборатории и производственного участка, где нужно быстро измерять pH соковых проб.

Электрод подбирают под тип пробы:

• прозрачные осветлённые соки - комбинированный лабораторный pH-электрод общего назначения;
• соки с мякотью и пробы со взвешенными частицами - электрод для загрязнённых проб с керамической диафрагмой большой пропускной способности;
• вязкие и окрашенные пробы - пополняемый электрод, устойчивый к засорению.

Для соков с мякотью, продуктов питания и напитков подходит электрод Hach Intellical PHC735 RedRod — цифровой комбинированный pH-электрод со встроенным датчиком температуры, керамической диафрагмой и пополняемым электролитом. Он рассчитан на загрязнённые пробы, поэтому реже требует чистки при серийных измерениях соков.

Автоматические титраторы для определения кислотности

Титруемую кислотность в лаборатории удобнее определять на автоматическом титраторе. В каталоге можно заказать автоматический титратор SI Analytics TitroLine 5000. Производитель - SI Analytics (Xylem Analytics). Прибор объединяет точную автобюретку, pH/мВ-метр и встроенный микрокомпьютер: он дозирует титрант, контролирует изменение pH по электроду и рассчитывает результат по заданной методике до точки окончания титрования.

TitroLine 5000 рассчитан на серийные рутинные анализы и имеет предустановленные методы, в том числе для определения кислотности напитков. Прибор применяют в производственной лаборатории для серийного определения титруемой кислотности соковой продукции по утверждённой методике. В зависимости от исполнения титратор поставляется с pH-электродом или без него, поэтому комплектацию проверяют под конкретную задачу.

Готовые комплекты для анализа соков и напитков

Для анализа напитков Hach предлагает прикладные комплекты к автоматическим титраторам серии Titralab AT1000. В каталоге можно заказать набор Hach для титрования pH и общая кислотность: пиво, безалкогольные напитки, соки, энергетические напитки (AP0025.AT1102). В названии набора «общая кислотность» соответствует титруемой кислотности - сумме титруемых кислот пробы.

Чтобы правильно оценить комплектацию, разделяют элементы рабочего места:

• автоматический титратор серии Titralab AT1000 (например, AT1102) - базовый прибор;
• pH-электрод в этом наборе поставляется комбинированный датчик pH Intellical;
• бюретка (дозирующее устройство) титратора;
• реактивы, включая титрант, в прикладной набор AP0025 они не входят;
• прикладной набор - шприц, аксессуары и предварительно запрограммированные методы на USB-накопителе;
• установленная методика анализа.

Сам по себе прикладной набор AP0025 не является полностью готовым рабочим местом: он рассчитан на совместную работу с титратором Titralab AT1000 и требует реактивов. Перед заказом состав поставки проверяют под конкретную конфигурацию.

Оборудование	Что измеряет	Основная задача
Hach HQ4100 с pH-электродом	pH	Прямое измерение pH соковых проб
Hach Intellical PHC735 RedRod	pH в загрязнённых пробах	Измерение pH соков с мякотью и взвешенными частицами
SI Analytics TitroLine 5000	Титруемую кислотность и другие показатели титрованием	Серийное потенциометрическое титрование в лаборатории
Hach AP0025.AT1102 (с титратором AT1000)	pH и титруемую (общую) кислотность	Прикладной анализ соков и напитков по готовой методике

Как выбрать оборудование для анализа соков

При подборе оборудования учитывают несколько условий:

• нужно только измерение pH или также определение титруемой кислотности;
• количество проб за смену - от единичных измерений до серийного потока;
• требуется ли автоматизация титрования;
• наличие в пробах мякоти и взвешенных частиц;
• нужно ли сохранять и передавать результаты;
• какой нормативный метод применяется;
• входит ли электрод в комплект прибора;
• комплектация титратора: бюретка, электрод, реактивы;
• нужны ли дополнительные показатели, например хлориды.

Если помимо pH и кислотности нужно определять хлориды, в каталоге есть набор Hach AP0011 / AT1222 для определения pH, кислотности и хлоридов к титратору AT1222.

Частые ошибки при измерении pH и кислотности

• попытка оценить титруемую кислотность только по значению pH - это разные показатели, и один в другой напрямую не пересчитывается;
• работа без калибровки pH-метра по буферным растворам;
• использование электрода, не подходящего для данного типа пробы;
• измерение загрязнённым электродом без промывки и обслуживания;
• неоднородная проба, особенно для соков с мякотью;
• измерение без температурной стабилизации или термокомпенсации;
• применение титранта с неподтверждённой концентрацией;
• неправильная методика расчёта или пересчёт на не ту кислоту.

Часто задаваемые вопросы

pH и кислотность сока - это одно и то же?

Нет. pH характеризует активную кислотность - активность ионов водорода в пробе, а титруемая кислотность показывает количество кислот, нейтрализуемых титрантом. Показатели связаны, но напрямую один в другой не пересчитываются.

Можно ли определить титруемую кислотность обычным pH-метром?

Одним измерением pH - нет. pH-метр нужен как часть системы титрования: он контролирует изменение pH при добавлении титранта. Само значение титруемой кислотности рассчитывают по объёму титранта, израсходованного до точки окончания.

Какой электрод подходит для соков с мякотью?

Для проб с мякотью и взвешенными частицами берут электрод, устойчивый к загрязнению, с керамической диафрагмой большой пропускной способности и пополняемым электролитом. Такой электрод реже засоряется и дольше сохраняет стабильный отклик. Обычный электрод для прозрачных растворов в таких пробах быстрее выходит из строя.

Когда нужен автоматический титратор?

Автоматический титратор оправдан при регулярном и большом количестве анализов кислотности. Он дозирует титрант, сам определяет точку окончания и снижает влияние оператора на результат. Для единичных измерений достаточно ручного титрования.

Как часто необходимо калибровать pH-метр?

Периодичность задаётся методикой и внутренними требованиями лаборатории. На практике pH-метр калибруют по буферным растворам перед серией измерений или в начале смены, а также при заметном отклонении контрольных проб. Регулярная калибровка обязательна для достоверных результатов.

Заключение

pH и титруемая кислотность - два разных показателя, и подменять один другим нельзя. pH характеризует активную кислотность среды и измеряется pH-метром с подходящим электродом, а титруемая кислотность отражает количество кислот и определяется титрованием по установленной методике. Для полного контроля соковой продукции чаще всего нужны оба показателя. pH быстро оценивают переносным измерителем, а титруемую кислотность - на автоматическом титраторе или прикладном комплекте. Конкретное оборудование выбирают по составу проб, применяемому нормативному методу и количеству анализов за смену.

 

Источники и нормативы

• Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Продукты переработки фруктов и овощей, консервы мясные и мясорастительные. Метод определения рН. ГОСТ 26188-2016. http://docs.cntd.ru/document/120013887
• Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Продукция соковая. Определение титруемой кислотности методом потенциометрического титрования. ГОСТ 34127-2017. http://docs.cntd.ru/document/1200157009
• Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Продукты переработки фруктов и овощей. Определение титруемой кислотности. ГОСТ ISO 750-2013. http://docs.cntd.ru/document/1200106941
• Евразийская экономическая комиссия. Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей. ТР ТС 023/2011. http://docs.cntd.ru/document/902320562
• Hach. Автоматические титраторы серии Titralab AT1000 и прикладные наборы (Application Packs). Техническая документация. https://www.hach.com
• SI Analytics (Xylem Analytics). Автоматический титратор TitroLine 5000. Техническая документация. https://www.xylemanalytics.com