Machine Translated by Google
Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
pubs.acs.org/jchemeduc
Chuẩn độ và đặc tính HPLC của quá trình lên men Kombucha: Thí nghiệm trong phòng
thí nghiệm về phân tích thực phẩm Breanna
Miranda,† Nicole M. Lawton,‡ Sean R. Tachibana,† Natasja A. Swartz,*,† và W. Paige Hall*,†
†
Đại học Thái Bình Dương, 2043 College Way, Forest Grove, Oregon 97116, Hoa Kỳ
‡
Đại học Portland, 5000 Đại lộ Bắc Willamette, Portland, Oregon 97203, Hoa Kỳ
*S Thông tin hỗ trợ
TÓM TẮT: Việc định lượng nhiều thành phần tạo nên thực phẩm của chúng ta, dù chúng là những gì mong muốn (vitamin, chất chống oxy hóa,
chất dinh dưỡng) hay không mong muốn (thuốc trừ sâu, chất độc), là một trong những ứng dụng thực tế nhất của hóa học. Trong nghiên cứu
này, kombucha, một loại đồ uống trà lên men phổ biến, được phân tích bằng phương pháp chuẩn độ axit-bazơ và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
Kombucha được tạo ra thông qua quá trình lên men trà đen có đường với môi trường nuôi cấy cộng sinh của vi khuẩn và nấm men (SCOBY), tạo
ra axit axetic cùng với nhiều loại axit hữu cơ và vitamin khác. Mục đích của nghiên cứu này là phân tích hàm lượng axit của kombucha
trong thời gian lên men 21 ngày để mô tả động học lên men. Phân tích chuẩn độ cho thấy tổng độ axit tăng tuyến tính theo thời gian lên
men với tốc độ 1,5 mM/ngày. Hàm lượng axit axetic cũng được định lượng bằng HPLC trong khoảng thời gian 7 ngày bằng cách thêm chuẩn và
so sánh với tổng độ axit được xác định bằng phép chuẩn độ. Bài kiểm tra t của Học sinh được ghép đôi đã được sử dụng để xác nhận các
phương pháp. Trong một phòng thí nghiệm mở rộng, HPLC cũng được sử dụng để xác định và định lượng hàm lượng caffeine trong kombucha. Các
thí nghiệm được sử dụng trong nghiên cứu này cung cấp một phương tiện để mô tả đặc điểm của đồ uống và quá trình lên men cũng như dạy
các kỹ năng thống kê và định lượng quan trọng. Nghiên cứu này được thực hiện như một phòng thí nghiệm giảng dạy kéo dài ba tuần trong
khóa học phân tích định lượng dành cho các chuyên ngành hóa học ở bậc đại học.
TỪ KHÓA: Hóa phân tích, Hướng dẫn thí nghiệm, Chuẩn độ/Phân tích thể tích, Khoa học thực phẩm, Phân tích định lượng, Ứng dụng hóa
học, Sắc ký, Đại học năm thứ nhất/Đại cương, Đại học khối trên, Hợp tác
được điều chế bằng cách cho phép nuôi cấy cộng sinh vi khuẩn và nấm
Tuần lễhóa
Hóathực
học phẩm
Quốc với
gia chủ
2014đềthu
hútSweet
sự chú
ý of
“The
Side
men (SCOBY) phát triển trong chế phẩm trà đen có đường. Nấm men
Hóa học
trong SCOBY tiêu thụ đường để sản xuất ethanol và carbon dioxide,
Kẹo”. Mặc dù hướng đến trẻ nhỏ, chủ đề này nêu bật giá
trị sư phạm của việc sử dụng thực phẩm như một công cụ giảng dạy ở
trong khi vi khuẩn (chủ yếu là các giống Acetobacter và
tất cả các giai đoạn giáo dục về hóa học.1 Thực phẩm là một chủ đề
Gluconabacter) chuyển hóa ethanol do nấm men tạo ra để tạo thành
hấp dẫn có sức hấp dẫn rộng rãi và có thể thu hút học sinh tham gia
axit axetic.4 Cùng với nhau, vi khuẩn và nấm men cũng tạo ra một số
các khóa học hóa học ở cấp đại học một cách hiệu quả. Ngoài ra,
chất chuyển hóa khác , bao gồm vitamin C, B1, B2, B3, B6 và B12;
khoa học thực phẩm là một lĩnh vực hóa học quan trọng, mặc dù nó
axít folic; axit hữu cơ, bao gồm gluconic, L-lactic và glucoronic;
thường bị bỏ qua trong phòng thí nghiệm đại học do tính phức tạp
và nhiều enzym khác nhau.5,6 Ngoài ra, trà đen dùng để chế biến
của nền mẫu. Việc giới thiệu về phân tích thực phẩm ở cấp đại học
kombucha còn là nguồn cung cấp caffeine. Tất cả các thành phần này
có thể vừa dạy các kỹ năng phân tích thiết yếu vừa khơi dậy sự quan
tâm đến ứng dụng thực tế của phân tích hóa học. Các bài báo gần đây
đều là những ứng cử viên xuất sắc để phân tích trong phòng thí
trên tạp chí này2,3 gợi ý rằng chương trình giảng dạy đang bắt đầu
nghiệm hóa học.
phản ánh sự quan tâm ngày càng tăng của sinh viên đối với hóa học
thực phẩm.
Đã nhận: ngày 5 tháng 5 năm 2016
Trong phòng thí nghiệm này, sinh viên đã phân tích hàm lượng axit
Sửa đổi: ngày 15 tháng 7 năm 2016
của kombucha, một loại đồ uống trà lên men. Đồ uống cổ xưa này là
© XXXX Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ
và Phòng Giáo dục Hóa học, Inc.
MỘT
DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00329
J. Chem. Giáo dục. XXXX, XXX, XXX XXX
Machine Translated by Google
Tạp chí Giáo dục Hóa học
Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
đã được thêm vào, nâng tổng thể tích bia lên 10 L. Kombucha mẹ được
lấy từ một loại kombucha homebrew ở địa phương, nhưng cũng có thể sử
Mục đích của thí nghiệm này là điều tra độ axit của kombucha như
một phương tiện để hiểu động học lên men của nó. Khi quá trình lên
men diễn ra, vi khuẩn trong SCOBY tạo ra lượng axit axetic ngày càng
dụng bất kỳ loại đồ uống kombucha có hương vị đơn giản nào từ một nhà
bán lẻ thực phẩm sức khỏe thương mại. Việc pha chế trà được phép lên
tăng cũng như một lượng nhỏ các axit hữu cơ khác. Do đó, động học
của quá trình lên men có thể được theo dõi bằng cách đo sự thay đổi
men trong máy pha chế đồ uống bằng thủy tinh 2,8 gallon ở góc tối ở
hàm lượng axit theo thời gian. Kombucha được phép lên men trong phòng
thí nghiệm trong suốt 21 ngày, người hướng dẫn và trợ lý sinh viên
nhiệt độ phòng trong 21 ngày. Lỗ mở của bộ phân phối được che bằng
sẽ thu thập mẫu 2
ngừa ô nhiễm. Mẫu được thu vào các thời điểm 0, 2, 4, 7, 10, 14, 17
khăn giấy được buộc bằng dây cao su để cho phép trao đổi khí và ngăn
4 ngày một lần trong suốt thời gian lên men. Các
mẫu được bảo quản ở
và 21 ngày. Để đảm bảo tính đồng nhất của kombucha trong quá trình
20 °C để tạm dừng quá trình lên men, sau đó
được rã đông và phân phát cho các sinh viên để phân tích chuẩn độ
lấy mẫu, toàn bộ quá trình ủ kombucha trước tiên được khuấy trong
trong tuần đầu tiên của thí nghiệm. Các mẫu kombucha được tiến hành
1
chuẩn độ điện thế bằng cách sử dụng natri hydroxit (NaOH) làm bazơ
muốn được phân phối từ vòi ở đáy hộp đựng đồ uống. Mỗi mẫu được dán
2 phút bằng đĩa khuấy và thanh khuấy. Sau đó, thể tích mẫu mong
mạnh và phân tích Gran Plot để xác định điểm cuối. Sau đó, mỗi học
nhãn và bảo quản trong hộp nhựa kín ở -20 ° C cho đến thời điểm phân
sinh tính toán nồng độ axit có thể chuẩn độ (TA) trong mẫu của mình
tích. Đông lạnh các mẫu được cho là một bước cần thiết để ngăn chặn
và tổng hợp dữ liệu của lớp để tạo ra biểu đồ độ axit như một hàm số
quá trình lên men. Trước khi phân tích, các mẫu được lấy ra khỏi tủ
của thời gian lên men.
đông và rã đông trong bể nước ấm trong 1-2 giờ.
Trong tuần thứ hai của thí nghiệm, phương pháp sắc ký lỏng hiệu
Đặc tính động học lên men bằng cách chuẩn độ Các mẫu kombucha
năng cao (HPLC) đã được sử dụng để định lượng lượng axit axetic trong
được chuẩn độ axit-bazơ bằng dung dịch natri hydroxit (NaOH) danh
kombucha trong khoảng thời gian 7 ngày trong quá trình lên men bằng
nghĩa 0,1 M được chuẩn hóa bằng kali hydro phthalate khô (KHP).
phương pháp bổ sung tiêu chuẩn. Do phân tích chuẩn độ không thể phân
biệt giữa axit chiếm ưu thế (axit axetic) và các axit hữu cơ vi lượng
Quá trình chuẩn độ được theo dõi bằng máy đo pH và điện cực (Vernier)
khác, nên phải sử dụng phương pháp sắc ký như HPLC để tách các loại
được kết nối với giao diện máy tính chạy phần mềm LoggerPro. Các
đường và axit khác nhau để định lượng chọn lọc.
đường cong chuẩn độ thu được được phân tích bằng Gran Plot để xác
định điểm cuối chuẩn độ. Sau đó, mỗi học sinh sẽ tính toán nồng độ
Học sinh so sánh hàm lượng axit axetic được xác định bằng HPLC với
axit trong mẫu kombucha của họ và dữ liệu của lớp được ghi lại vào
hàm lượng axit tổng số được xác định bằng phép chuẩn độ và được sử
bảng tính Google Tài liệu được chia sẻ. Bộ dữ liệu kết hợp được sử
dụng trong bài kiểm tra để xác nhận hai phương pháp phân tích.
dụng để tạo ra biểu đồ hàm lượng axit tổng số theo thời gian lên men.
Người hướng dẫn cũng có thể thực hiện thí nghiệm như một dự án độc
lập hoặc một thí nghiệm kéo dài ba tuần. Trong tuần thứ ba, HPLC có
thể được sử dụng để xác định caffeine hoặc các thành phần hữu cơ khác
Phân tích HPLC của Axit axetic và Caffeine Phân
của kombucha, chẳng hạn như axit gallic.7 Trong nghiên cứu này, sinh
tích HPLC được thực hiện trên các mẫu lên men trong 0, 7, 14 hoặc 21
viên đã sử dụng chất bổ sung tiêu chuẩn để định lượng lượng caffeine
ngày bằng hệ thống sắc ký lỏng sê-ri Shimadzu DGU-28 được trang bị
có trong cùng một mẫu được nghiên cứu về hàm lượng axit axetic.
máy dò mảng photodiode SPD-20A được đặt ở bước sóng 210 nm ( axit)
và 273 nm (caffeine). Các mẫu được phân tách bằng cột pha đảo
Những thí nghiệm này được thực hiện trong 3 tuần trong khóa học
phân tích định lượng dành cho sinh viên chuyên ngành hóa học ở trường
Phenomenex C18 (5 μm, 150 mm × 4,6 mm) sử dụng pha động gradient áp
đại học (n = 44 sinh viên). Mục tiêu giảng dạy của tuần 1 (chuẩn độ)
suất thấp 0,1% H3PO4 trong H2O với gradient 20
bao gồm việc sử dụng buret và máy đo pH, tiêu chuẩn hóa chất chuẩn
MeOH từ t = 0
6 phút, 40% 20% từ t = 6
40
20 MeOH (20% 40%
9 phút, giữ ở mức 20% MeOH
độ, kỹ thuật chuẩn độ thích hợp cũng như nhận dạng và ý nghĩa của
trong 1 phút). Tốc độ dòng là 0,75 mL/phút và tổng thời gian chạy là
điểm cuối chuẩn độ. Mục tiêu giảng dạy của tuần thứ hai (sắc ký) bao
10 phút. Cột được vận hành ở nhiệt độ phòng và thể tích tiêm mẫu là
gồm các nguyên tắc cơ bản của HPLC, việc sử dụng phương pháp thêm
20 µL. Chất chuẩn bổ sung đã được chuẩn bị cho axit axetic (Sigma-
chuẩn để định lượng chất phân tích và phân tích thống kê. Tùy thuộc
Aldrich) và caffeine (JT
vào mục tiêu của khóa học, thí nghiệm này cũng có thể được sử dụng
để thảo luận về tính chất hóa học của quá trình lên men. Ngoài ra,
phần chuẩn độ của thí nghiệm có thể được triển khai độc lập cho một
Thợ làm bánh). Tất cả các mẫu được lọc trước khi phân tích HPLC bằng
khóa học hóa học tổng quát hoặc không chuyên ngành.
bộ lọc 0,45 μm. Quy trình đầy đủ dành cho sinh viên và ghi chú của
người hướng dẫn có sẵn trong Thông tin hỗ trợ.
■ NGUY HIỂM
■ PHƯƠNG PHÁP
Natri hydroxit là một bazơ mạnh và cần được xử lý cẩn thận. Nên sử
Chuẩn bị Kombucha
dụng găng tay và kính bảo hộ mọi lúc.
Kombucha được pha chế đầu tiên bằng cách pha một mẻ trà đen có đường
Kombucha được pha chế trong phòng thí nghiệm này sẽ tiếp xúc với dụng
10 L. Trà đen Looseleaf Lipton và đường trắng được mua từ một siêu
cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm và KHÔNG nên tiêu thụ.
thị địa phương. Trà được chuẩn bị bằng cách ngâm 1,5 g/L (tổng cộng:
■ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
15 g) trà lỏng trong 5 phút trong 8,75 L nước cất sôi. Lá trà được
Đầu tiên, học sinh được yêu cầu chuẩn hóa dung dịch natri hydroxit
loại bỏ bằng cách lọc qua bộ lọc cà phê tiêu chuẩn và sau đó thêm
đường cát trắng với tỷ lệ 65 g/L (tổng cộng: 650 g). Sau đó, hỗn hợp
dùng chung để phân tích chuẩn độ. Sử dụng kali hydro phthalate khô
trà ngọt được để nguội đến 25
làm chất chuẩn, mỗi học sinh chuẩn độ bốn mẫu NaOH và dữ liệu riêng
30 °C. Tiếp theo, 12,5% v/v của môi
trường mẹ kombucha lỏng (tổng cộng: 1,25 L)
lẻ được chia sẻ trong bảng tính của lớp. Sử dụng kết quả tổng hợp
của lớp,
B
DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00329
J. Chem. Giáo dục. XXXX, XXX, XXX XXX
Machine Translated by Google
Tạp chí Giáo dục Hóa học
Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
Dung dịch NaOH được phát hiện có nồng độ 0,0987 ± 0,0008 M.
chặn vùng tuyến tính của biểu đồ Gran gần điểm cuối chuẩn độ
Sau đó, học sinh được cung cấp 100 mL mẫu kombucha được thu
nhất. Ở thể tích tương đương, số mol bazơ thêm vào bằng số
thập trong một ngày lên men để phân tích chuẩn độ. Làm việc
mol axit có trong mẫu. Các học sinh đã sử dụng thể tích
theo cặp, học sinh chuẩn độ từng mẫu ba lần bằng NaOH 0,0987
tương đương được tính toán từ biểu đồ Gran để xác định tổng
M đã được tiêu chuẩn hóa (Hình 1A). Quá trình chuẩn độ được
nồng độ axit trong mỗi mẫu trong số ba mẫu kombucha của họ
theo đơn vị mol trên lít và sau đó ghi lại các giá trị này
theo dõi bằng pH tiêu chuẩn
vào bảng tính của lớp. Mỗi thời điểm được phân tích bởi ít
nhất ba nhóm học sinh, đưa ra tổng cộng ít nhất chín phép đo
nồng độ độc lập mỗi ngày. Chín nồng độ axit (hoặc nhiều hơn)
được sử dụng để tìm độ lệch trung bình và độ lệch chuẩn của
nồng độ axit trong thời gian lên men nhất định. Nồng độ axit
trung bình sau đó được vẽ theo hàm số của thời gian lên men
tính bằng ngày (Hình 2). Axit
Hình 2. Động học lên men. Tổng hàm lượng axit trong bia kombucha
được theo dõi theo thời gian lên men để hiểu động học lên men.
Điểm dữ liệu và thanh lỗi tương ứng biểu thị khoảng tin cậy trung
bình và 95% của ít nhất chín lần chuẩn độ riêng lẻ. Nồng độ axit
được nhận thấy tăng tuyến tính theo thời gian với tốc độ 1,5 ±
0,1 mM/ngày. Sự phù hợp tuyến tính với dữ liệu cho thấy phương
trình y = 0,0015(±0,0001)x + 0,022(±0,001).
Hình 1. Kết quả chuẩn độ. (A) Độ pH của mẫu kombucha lên men
trong 14 ngày được theo dõi theo hàm số của thể tích chất chuẩn
nồng độ được chứng minh là tăng tuyến tính theo thời gian
độ được thêm vào. (B) Dữ liệu chuẩn độ được vẽ bằng phương trình
lên men, đạt giá trị tối đa 0,055 ± 0,004 M vào ngày 21 của
đồ thị Gran. Đường liền nét màu đỏ phù hợp với vùng tuyến tính
thời gian lên men 21 ngày. Để minh họa độ chính xác của dữ
của biểu đồ Gran, trong đó giao điểm x bằng thể tích tương đương
của phép chuẩn độ. Ở đây, đường phù hợp nhất có độ dốc
0,1) × 10
5 và điểm chặn y là (3,6 ± 0,1) × 10
liệu chuẩn độ, học sinh đã sử dụng khoảng tin cậy 95% để
thêm các thanh lỗi vào từng phép đo nồng độ trên biểu đồ
(3,5 ±
4 . Thể tích
tương đương tính được từ phương trình này là 10,4 mL.
động học.
Điều thú vị là quá trình lên men kombucha trước đây đã
được chứng minh là tuân theo động học phức tạp, một phần bị
máy đo được kết nối với giao diện máy tính. Chất chỉ thị
axit-bazơ trực quan không được sử dụng vì màu của kombucha
ảnh hưởng bởi sự phát triển của vi khuẩn và nấm men. Một
nghiên cứu cho thấy số lượng vi khuẩn sản xuất axit axetic
che khuất quan sát điểm cuối trực quan. Thay vào đó, học
trong kombucha tăng lên đến 4 ngày lên men và sau đó giảm
sinh xác định điểm cuối chuẩn độ gần đúng bằng cách quan sát
xuống.9 Một nghiên cứu khác cho thấy sự trao đổi chất có độ
hình dạng của đường cong chuẩn độ.
trễ ban đầu, sau đó là hàm lượng axit tăng đều sau 8 giờ lên
Sau đó, điểm cuối chuẩn độ được xác định định lượng cho
men; 10 tuy nhiên, động học không được theo dõi sau 12 giờ
từng bộ dữ liệu bằng cách sử dụng biểu đồ Gran (Hình 1B và
lên men đầu tiên. Dữ liệu của chúng tôi cho thấy động học
Hình S1) (để có hướng dẫn tuyệt vời, hãy xem phần bổ sung
lên men đơn giản hơn, với nồng độ axit tăng tuyến tính theo
thử nghiệm cho Phân tích hóa học định lượng của Harris).8 Dữ
thời gian với tốc độ 1,5 ± 0,1 mM/ngày. Các điểm thời gian
liệu chuẩn độ được vẽ theo phương trình Gran Plot:
V. =
10bpH
KV
Ae(Vb ×
sau đó thể hiện sự biến thiên lớn hơn về nồng độ và cần thời
gian cân bằng lâu hơn để tạo ra số đọc pH ổn định (như được
)
biểu thị bằng các thanh lỗi lớn hơn trong Hình 2). Vì các
trong đó Vb là thể tích bazơ (NaOH) được thêm vào và pH là
mẫu không được lọc trước khi chuẩn độ nên những bất thường
giá trị pH ở thể tích bazơ Vb được thêm vào. KA là hằng số
này có thể là do sự tích tụ của các axit bổ sung và các chất
phân ly axit (1,75 × 10
chuyển hóa gây cản trở khác từ nền mẫu ngày càng phức tạp.
5 đối với axit axetic) và tương
Sau khi phân tích chuẩn độ hoàn chỉnh các mẫu kombucha,
đương với độ dốc của vùng tuyến tính của đồ thị Gran; Ve là
học sinh được yêu cầu định lượng axit axetic
thể tích tương đương và được xác định bằng cách tìm x-
C
DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00329
J. Chem. Giáo dục. XXXX, XXX, XXX XXX
Machine Translated by Google
Tạp chí Giáo dục Hóa học
Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
Hình 3. Phân tích HPLC của mẫu kombucha lên men trong 14 ngày. Axit axetic được rửa giải ở 3,05 ± 0,01 phút (cực đại được biểu thị bằng dấu
hoa thị) và caffeine được rửa giải ở 8,084 ± 0,008 phút (cực đại được biểu thị bằng hình thoi). Các giá trị biểu thị giá trị trung bình và
độ lệch chuẩn của ba lần chạy cho mỗi chất phân tích. Sắc ký đồ được chuẩn hóa theo chiều cao đỉnh caffeine vì nồng độ caffeine không đổi bất
kể thời gian lên men.
nồng độ tại các thời điểm chọn sử dụng HPLC. Trước khi triển khai phân
tích HPLC trong lớp, chúng tôi đã thử nghiệm với nhiều pha động khác nhau,
bao gồm hỗn hợp metanol/nước và acetonitril/nước, theo công trình của Wang
et. al.7 Mặc dù các tác giả này đã sử dụng phương pháp rửa giải đẳng cấp,
nhưng chúng tôi thấy rằng sự phân tách tốt nhất các thành phần axit của
kombucha đã đạt được bằng cách sử dụng gradient 20
40
20 metanol làm
thành phần hữu cơ và axit orthophosphoric 0,1% trong nước làm thành phần
nước. của pha động.
Axit axetic và caffeine được theo dõi ở bước sóng tương ứng là 210 và 273
nm. Trong các điều kiện này, axit axetic được rửa giải ở thời gian 3,05 ±
0,01 phút và caffeine được rửa giải ở thời gian 8,084 ± 0,008 phút (Hình 3).
Phương pháp thêm tiêu chuẩn được sử dụng để xác định đỉnh axit axetic và
caffeine cũng như định lượng lượng axit axetic và caffeine trong các mẫu
kombucha lên men trong 14 ngày (Hình 4 và 5). Để định lượng, ba mẫu riêng
biệt (kombucha và hai chất chuẩn bổ sung) được phân tích mỗi mẫu hai lần.
Chiều cao pic được vẽ như là một hàm số của nồng độ chất chuẩn được thêm
vào, và sau đó các đồ thị này được phân tích bằng hồi quy tuyến tính. Đối
với axit axetic, việc thêm tiêu chuẩn mang lại độ phù hợp tuyến tính là y
= 5,7 (±0,4)x + 0,22 (±0,02).
Đối với caffeine, việc bổ sung tiêu chuẩn mang lại mức độ phù hợp tuyến tính
là y = 0,025 (± 0,003)x + 0,98 (± 0,03).
Phân tích dữ liệu là thành phần trung tâm của phòng thí nghiệm này và
sinh viên nên được yêu cầu so sánh hàm lượng axit được xác định bằng phân
tích HPLC với hàm lượng được xác định bằng phép chuẩn độ (Hình 6).
Ví dụ, ở đây, phân tích chuẩn độ mang lại hàm lượng axit ngày 14 là 41 ± 3
mM, trong khi HPLC mang lại nồng độ axit axetic ngày 14 là 39 ± 1,5 mM.
Điều quan trọng là phép chuẩn độ đo tất cả các axit trong mẫu kombucha,
trong khi HPLC có thể định lượng có chọn lọc axit axetic. Do đó, thật hợp
lý khi cho rằng nồng độ axit axetic HPLC phải thấp hơn hàm lượng axit tổng
số được xác định bằng phép chuẩn độ. Bài kiểm tra t của Học sinh theo cặp
được sử dụng để so sánh hai phương pháp, với giả thuyết không (H0) cho
biết hai phương pháp sẽ mang lại kết quả khác nhau đáng kể. Thử nghiệm t
Hình 4. Kết quả HPLC axit axetic. (A) Xác định axit axetic bằng
ghép đôi được sử dụng để đánh giá sự khác biệt trung bình giữa các kết quả
cách thêm chất chuẩn. Sắc ký đồ được thu thập từ ba mẫu trong 14
ngày: kombucha (không bổ sung axit axetic), kombucha +38,7 mM axit
[axit axetic] cho mỗi ngày lên men, trong đó tcalc = 0,692. Vì tcalc <
axetic và kombucha + 66,9 mM axit axetic. (B)
tcritiical (=3,18 với DF = 3), H0 bị bác bỏ và không tìm thấy sự khác biệt
Định lượng axit axetic bằng cách thêm chất chuẩn. Chiều cao của pic
đáng kể giữa các phương pháp ở mức ý nghĩa 95%.
axit axetic được vẽ như là một hàm của nồng độ được thêm vào, mang
lại mức hồi quy tuyến tính phù hợp là y = 5,7 (±0,4)x + 0,22
(±0,02) và R2 = 0,99559 .
Ngoài việc phân tích axit, học sinh có thể so sánh nồng độ caffeine đo
được với lượng caffeine dự kiến
D
DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00329
J. Chem. Giáo dục. XXXX, XXX, XXX XXX
Machine Translated by Google
Tạp chí Giáo dục Hóa học
Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
Hình 6. So sánh phương pháp chuẩn độ và định lượng HPLC hàm lượng
axit trong kombucha. Dữ liệu giữa hai phương pháp được so sánh bằng
cách sử dụng bài kiểm tra t của Học sinh được ghép nối. Giả thuyết
khống cho biết sẽ có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa hai phương
pháp và H0 bị bác bỏ ở mức ý nghĩa 95%, trong đó tcalc = 0,69 < tcrit = 3,18.
Độ dốc của hai đường cũng rất phù hợp, trong đó độ chuẩn độ = 1,5 mM/
ngày và mHPLC = 1,1 mM/ngày.
Tuần 1 của phòng thí nghiệm (chuẩn độ axit-bazơ). Toàn bộ phòng thí
nghiệm kéo dài ba tuần, bao gồm cả phân tích HPLC, phù hợp cho khóa
học phân tích định lượng cấp cao hơn hoặc khóa học khoa học lên men.
Ngoài ra, có thể dễ dàng khám phá các khía cạnh khác của quá trình
lên men: ví dụ: ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ đường hoặc khối lượng
SCOBY đến tốc độ lên men.11 Là một dự án nâng cao hơn, sinh viên có
thể tối ưu hóa các điều kiện HPLC để tách hoàn toàn các chất các chất
phân tích khác trong kombucha, chẳng hạn như catechin.12
14
Hình 5. Kết quả HPLC Caffeine. (A) Xác định caffeine bằng cách sử
dụng chất bổ sung tiêu chuẩn. Sắc ký đồ được thu thập từ ba mẫu trong
■ NỘI DUNG LIÊN QUAN *S Thông tin
14 ngày: kombucha (không bổ sung caffeine), kombucha +9,1 μg/mL
hỗ trợ Thông tin hỗ trợ có sẵn
caffeine và kombucha +16,7 μg caffeine. (B) Định lượng caffeine bằng
cách sử dụng chất bổ sung tiêu chuẩn. Độ cao của caffeine được vẽ như
trên trang web của ACS Publications tại DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00329.
một hàm của nồng độ được thêm vào, mang lại mức hồi quy tuyến tính
phù hợp là y = 0,025(±0,003)x + 0,98 (±0,03) và R2 = 0,98899 .
Phân tích đồ thị Gran, sắc ký đồ HPLC và chiều cao pic từ sắc
ký đồ bổ sung chuẩn (PDF,
nội dung cho trà đen. Theo thông tin dinh dưỡng từ nhà sản xuất trà,
DOCX)
mỗi túi trà 2 g chứa 55 mg caffeine. Vì trà kombucha được pha chế
Sổ tay thí nghiệm sinh viên (PDF, DOCX)
bằng 1,5 g trà mỗi lít nên tổng nồng độ caffeine ban đầu theo nhà sản
Hướng dẫn giảng viên (PDF, DOCX)
xuất sẽ là 41,3 μg/mL (đây là phép tính mà học sinh có thể tự thực
hiện). Nồng độ caffeine được xác định bằng HPLC trong nghiên cứu này
■ THÔNG TIN TÁC GIẢ
là 39 ± 5 μg/mL, với sai số tương đối là 4,1%. Học sinh được xếp loại
Các tác giả tương ứng *E-
dựa trên độ chính xác của việc chuẩn bị mẫu liên quan đến mức độ sai
mail: paige.hall@pacificu.edu.
số tương đối của họ khi phân tích caffeine.
*E-mail: natasjaswartz@gmail.com.
Ghi chú
Các tác giả tuyên bố không có lợi ích tài chính cạnh tranh.
■ KẾT LUẬN
■ LỜI CẢM ƠN
Nhìn chung, các sinh viên đánh giá cao khía cạnh thực tế của phòng
thí nghiệm giảng dạy này và rất hào hứng tìm hiểu cũng như thảo luận
Các tác giả cảm ơn Kevin Cantrell vì những thảo luận hữu ích về thí
về hóa học thực phẩm và hóa học lên men. Phòng thí nghiệm sử dụng
nghiệm, cũng như Rick Whiteley và Angela Hoffman vì đã chia sẻ kiến
thuốc thử rẻ tiền và không độc hại, có thể hoàn thành trong hai buổi
thức chuyên môn về HPLC quý giá của họ.
thí nghiệm kéo dài 3 giờ và là một nền tảng tuyệt vời để giảng dạy về
■ TÀI LIỆU THAM KHẢO
phép chuẩn độ và sắc ký axit-bazơ. Dữ liệu mang lại nhiều cơ hội để
thực hành phân tích thống kê, chẳng hạn như xác định độ lệch chuẩn và
(1) Mitchell, SB Thử nghiệm khía cạnh ngọt ngào của Hóa học: Kết
lan truyền sai số.
nối Sinh viên và Khoa học thông qua Hóa học Thực phẩm. J. Chem.
Đối với môn hóa học đại cương, chỉ nên thực hiện
Giáo dục. 2014, 91, 1509
E
1510.
DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00329
J. Chem. Giáo dục. XXXX, XXX, XXX XXX
Machine Translated by Google
Tạp chí Giáo dục Hóa học
Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
(2) Dặm, ĐT; Borchardt, Phòng thí nghiệm phát triển AC và
Đổi mới bài giảng cho một khóa học khoa học về thực phẩm và nấu ăn. J.
Chem. Giáo dục. 2014, 91, 1637
1642.
(3) Gái bán dâm, PD; Deutschman, WA; Avery, BJ Sinh học và
Hóa học sản xuất bia: Một khóa học liên ngành. J. Chem. Giáo dục.
2014, 91, 336
339.
(4) Marsh, AJ; O'Sullivan, O.; Đồi, C.; Ross, RP; Cotter, PD
Phân tích dựa trên trình tự thành phần vi khuẩn và nấm của
nhiều mẫu kombucha (nấm trà). Vi sinh thực phẩm. 2014, 38,
171 178.
(5) Jayabalan, R.; Marimuthu, S.; Swaminathan, K. Những thay đổi trong
hàm lượng axit hữu cơ và polyphenol trong trà trong trà kombucha
quá trình lên men. Hóa chất thực phẩm. 2007, 102, 392
398.
̌
̌
(6) Jayabalan, R.; Malbasa, RV; Lonc ar, ES; Vitas, JS; Sathishkumar, M.
Đánh giá về Trà Kombucha
Vi sinh,
Thành phần, lên men, tác dụng có lợi, độc tính và trà
Nấm. Compr. Rev. Khoa học thực phẩm. Thực phẩm an toàn. 2014, 13, 538
550.
(7) Vương, H.; Helliwell, K.; Bạn, X. Hệ thống rửa giải Isocratic cho
Xác định catechin, caffeine và axit gallic trong trà xanh bằng phương pháp
HPLC. Hóa chất thực phẩm. 2000, 68, 115
121.
(8) Harris, DC: Phân tích hóa học định lượng, tái bản lần thứ 8; Macmillan:
New York, New York, Hoa Kỳ, 2011.
(9) Sreeramulu, G.; Chu, Y.; Lên men Knol, W. Kombucha và
hoạt động kháng khuẩn của nó. J. Agric. Hóa chất thực phẩm. 2000, 48, 2589
2594.
̌
̌
(10) Malbasa, R.; Vitas, J.; Lonc ar, E.; Grahovac, J.; Milanovic, S.
Tối ưu hóa hoạt động chống oxy hóa của sữa lên men kombucha
các sản phẩm. Séc J. Khoa học thực phẩm. 2014, 32, 477
484.
̌
̌
̌
́
(11) Loncar, E.; Djuric, M.; Malbas a, R.; Kolarov, LJ; Klas nja, M.
Ảnh hưởng của điều kiện làm việc đến việc tiến hành Kombucha
Lên men trà đen. Thực phẩm sinh học. Quá trình. 2006, 84, 186
192.
(12) Tả, Y.; Chen, H.; Đặng, Y. Xác định đồng thời
Catechins, caffeine và axit gallic có trong màu xanh lá cây, ô long, đen và pu-erh
trà sử dụng HPLC với máy dò mảng photodiode. Talanta 2002, 57,
307
316.
(13) Vương, H.; Provan, GJ; Helliwell, K. Xác định HPLC
Catechin trong lá trà và chiết xuất trà sử dụng các yếu tố phản ứng tương đối.
Hóa chất thực phẩm. 2003, 81, 307
312.
(14) Rahim, AA; Nofrizal, S.; Saad, B. Catechin trà nhanh và
xác định caffeine bằng HPLC sử dụng phương pháp chiết có hỗ trợ vi sóng
và cột nguyên khối silic. Hóa chất thực phẩm. 2014, 147, 262
268.
F
DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00329
J. Chem. Giáo dục. XXXX, XXX, XXX
XXX