Applikation. Bestimmung des Gefrierpunktes. Lebensmittel Milch Osmometrie Gefrierpunkt, Temperatur, Osmolarität, Gefrierpunktosmometer, Fremdwasser

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1 Applikation Bestimmung des Gefrierpunktes von Milch Kategorie Matrix Methode Schlüsselwörter Lebensmittel Milch Osmometrie Gefrierpunkt, Temperatur, Osmolarität, Gefrierpunktosmometer, Fremdwasser Analyten ID Gefrierpunkttemperatur VFD0126N_O_D Zusammenfassung Einleitung Diese Applikation zeigt eine einfache und schnelle Methode zur Bestimmung des Gefrierpunktes der Milch. Die Gefrierpunktbestimmung gehört zu den wichtigsten Qualitätsmerkmaluntersuchungen entsprechend der Milch- Güteverordnung. Die Gefrierpunktbestimmung ist die Standardmethode, um eine mögliche Verwässerung der Milch nachzuweisen. Da Milch gelöste Stoffe wie Zucker und Mineralstoffe enthält, liegt der natürliche Gefrierpunkt leicht unter 0 C. Unbehandelte Rohmilch hat normalerweise einen Gefrierpunkt von -0,525 bis -0,535 C. In Deutschland legt die Milch-Güteverordnung fest, dass mindestens einmal im Monat eine Probe der Anlieferungsmilch jedes Erzeugers auf den Gefrierpunktwert untersucht werden muss. Wird der Temperaturwert von -0,520 C in Richtung 0 C überschritten, kann der Verdacht auf Fremdwasser in der Milch bestehen. In Molkereien und Lebensmittel- untersuchungslaboratorien Ist die Gefrierpunktbestimmung eine der wichtigsten Testmethoden. Da vor der Milchabfüllung alle Rohrsysteme mit heißem Wasserdampf sterilisiert werden, ist auch da eine strenge Kontrolle der Produkte in puncto Gefrierpunkt notwendig. Bei einem höheren Gefrierpunkt als -0,515 C werden die Produkte aus dem Verkehr gezogen.

2 Zusammenhang zwischen Osmometrie und Gefrierpunkt Der osmotische Druck in einer Lösung ist proportional zu der Erniedrigung des Gefrierpunktes der Lösung. Eine wässrige Lösung deren osmotischer Druck einer idealen einmolaren Lösung entspricht, gefriert bei -1,858 C. Eine wässrige Lösung mit diesem Gefrierpunkt hat eine Konzentration von 1 Osmol/kg. Zur Messung wird eine Probelösung zunächst ohne zu rühren unter den Gefrierpunkt abgekühlt. Hierbei kann reines Wasser auf etwa -5 bis -8 C unterkühlt werden, ohne dass es gefriert. Durch automatisches Auslösen des Vibrators bei einer definierten Unterkühlungstemperatur wird das Gefrieren eingeleitet und die Temperatur des Wassers stellt sich exakt auf den Gefrierpunkt von 0 C ein. C 10 0 Gefrierplateau Unterkühlung Abb. 1 Temperatur-Zeit- Kurve für reines Wasser min Bei einer Lösung liegt die Gefriertemperatur unter 0 C. Die Gefrierpunktserniedrigung ΔT ist ein Maß für die Osmolarität der Lösung. Wahlweise kann sie in mosmol/kg oder die Gefrierpunkttemperatur vom Display abgelesen werden. C 10 Gefrierpunkt 0 Δ T Unterkühlung Abb. 2 Temperatur-Zeit- Kurve einer Probelösung min VFD0126N_O_D Page 2 of 7

3 Die jeweils aktuelle Temperatur wird während einer Messung auf dem Display angezeigt. Das Gerät erkennt den erreichten Minimalwert der Temperatur (Gefrierpunkt), speichert diesen und zeigt ihn dann im Falle einer einwandfreien Kristallisation an. Methodenparameter Gerät KNAUER Semi-Mikro Osmometer K 7400 Probengefäße Glasmessgefäße Temperatur der -5,5 C Kristalisation Probenvolumen 150 µl Laufzeit 2 min Standardvorbereitung Die Zweipunkt-Kalibrierung des Messgerätes erfolgt mit deionisiertem Wasser (für den 0,000 C Punkt) und einem 300 mosmol/kg Kalibrierstandard (für den -0,557 C Punkt), da die zu erwartenden Messwerte um -0,5 C liegen. Probenvorbereitung Es ist keine Probenvorbereitung notwendig. Die Milchproben können direkt aus der Verpackung bzw. dem Probenahmegefäß entnommen werden. Durchführung 1. Pipettieren Sie in ein sauberes und trockenes Messgefäß 0,15 ml der Proben- oder Kalibrierlösung ein. 2. Setzen Sie das Messgefäß bis zum Anschlag in den Adapter ein. Der Meniskus der Flüssigkeit muss horizontal ausgerichtet sein. 3. Setzen Sie den Messkopf auf das Gerät, so dass das Messgefäß in die Kühlöffnung ragt. 4. Das Gerät ist damit bereit für einen Kalibrier- oder Messlauf. 5. Drücken Sie den Startknopf am Gerät oder den Startbutton in der Software 6. Nach erfolgter Messung ziehen Sie vorsichtig das Messgefäß vom Thermistor VFD0126N_O_D Page 3 of 7

4 Kalibrierung Tab. 1 Mit der EuroOsmo7400 generierte Ergebnistabelle Tab. 2 Messwerterfassung der Kalibrierlösungen Deionisiertes Wasser als Nullstandard Sollwert:±0,000 C Kalibrierstandard 300 mosmol/kg Sollwert:-0,557 C 1. Messung +0,000-0, Messung +0,002-0, Messung +0,000-0, Messung +0,000-0, Messung +0,002-0, Messung +0,000-0,554 Max. Messwertabweichung 0,002 0,004 Die nach der Gerätekalibrierung erfolgte Messwerterfassung der Kalibrierlösungen ergab eine Messwertabweichung <1 %. Das entspricht der Geräterichtlinie für die KNAUER Osmometer. Nach der erfolgreichen Gerätekalibrierung kann mit der Probenvermessung begonnen werden. Die Bestimmung der Gefrierpunkttemperaturen der Milchproben erfolgt auf die gleiche Weise wie die der Kalibrierlösungen. Optional kann die Messwerterfassung mit der EuroOsmo erfolgen. VFD0126N_O_D Page 4 of 7

5 Ergebnisse Tab. 3 Messwerterfassung der Gefrierpunkte der Milchproben Gefrierpunkttemperatur von HM 1,5% Fett ohne Wasserzusatz in C 1. Messung -0,527-0,476 Gefrierpunkttemperatur von HM 1,5% Fett mit Wasserzusatz in C 2. Messung -0,527-0, Messung -0,527-0, Messung -0,528-0, Messung -0,530-0, Messung -0,527-0,475 Mittelwert -0,528-0,476 Max. Messwertabweichung 0,003 0,003 Die jeweils in einer 6-fach-Bestimmung erfassten Gefrierpunktwerte der reinen Milchproben ergaben Resultate < -0,520. Das bedeutet, dass diese Milchprobe keinen Fremdwasseranteil aufzeigt. Nach Wasserzusatz zur Ausgangsprobe wurden die Gefrierpunkte wiederum in einer 6-fach-Bestimmung gemessen. Die erzielten Ergebnisse lagen weit über dem zulässigen Grenzwert von -0,515 C. Damit wird eine starke Verwässerung der Milchprobe nachgewiesen. Aus den Mittelwerten beider Ergebnisreihen lässt sich auf einfache Weise, wie im folgenden Abschnitt aufgeführt, der Fremdwasseranteil berechnen. VFD0126N_O_D Page 5 of 7

6 Berechnungen Berechnung des Fremdwasseranteils in der Milch (nach Töpel) Aus dem ermittelten Gefrierpunkt nach dem Messverfahren mit dem Gefrierpunktosmometer kann der Fremdwassergehalt W in 100 g Milch nach folgender Gleichung berechnet werden: Hierbei bedeuten: GP = Gefrierpunkt der untersuchten Probe in C GV = Gefrierpunkt der Bezugsprobe, d.h.aus der Normalmilch des Bestandes oder der Molkerei oder des allgemeinen Richtwertes für Milch(-0,520 C) Beispiel: GP der untersuchten modifizierten Probe: -0,476 C GV der Bezugsprobe: -0,528 C Daraus lässt sich schlussfolgern, dass in dieser Milchprobe in 100 g Milch 9,85 g Wasser enthalten sind. Für die Umrechnung auf das Volumen benötigt man die Dichte. Milch mit einem Fettgehalt von 1,5% hat bei einer Temperatur von 20 C eine Dichte von 1,03 g/l Damit ergibt sich ein Fremdwassergehalt von 95,6 ml in 1 Liter Milch. Schlussfolgerung Die hier beschriebene Methode der Gefrierpunktbestimmung in Milch ist als Standarduntersuchungsmethode weit verbreitet. Sie dient der Fremdwasserbestimmung in Milch und ist ein wichtiger Bestandteil der Milchgüteverordnung. Mit Hilfe des Knauer Gefrierpunkt-Osmometers kann die Bestimmung des Gefrierpunktes schnell und zuverlässig erfolgen. VFD0126N_O_D Page 6 of 7

7 Literatur 1. Alfred Töpel: Chemie und Physik der Milch, Naturstoff-Rohstoff-Lebensmittel, 3. Auflage (2004), Verlag BEHR 2. KNAUER Handbuch K-7400 Halbmikro-Osmometer, V / "Milch-Güteverordnung vom 9. Juli 1980 (BGBl. I S. 878, 1081), die zuletzt durch Artikel 1 der Verordnung vom 17.Dezember 2010 (BGBl. I S. 2132) geändert worden ist" Autor Katrin Schubert, Product Management, KNAUER Empfohlene instrumentelle Ausstattung Für diese Applikation wird ein Halbmikroosmometer K-7400 benötigt. Dieses kann wahlweise standalone, mit externem Drucker oder mittels Software (EuroOsmo7400) und PC betrieben werden. Weiterhin kann zwischen Glas- und Plastikmessgefäßen gewählt werden. Kontaktieren Sie bitte KNAUER, um sich eine Gerätekombination nach Ihren Wünschen zusammenstellen zu lassen. Bezeichnung Halbmikro-Osmometer K-7400 EuroOsmo7400 Bestellnummer No. A3707 A3705 Kontakt Wissenschaftliche Gerätebau Tel: Dr. Ing. Herbert Knauer GmbH Fax: Hegauer Weg 38 info@knauer.net Berlin, Germany Internet: VFD0126N_O_D Page 7 of 7