СПОСОБ ЭКСПЕРТИЗЫ КОФЕ Российский патент 2003 года по МПК G01N30/00 G01N33/02 

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть применено для идентификации и установления фактов фальсификации кофе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ анализа сырых и жареных зерен кофе с детектированием легколетучих компонентов с помощью матрицы сенсоров. Способ заключается в избирательной сорбции индивидуальных компонентов смеси легколетучих примесей кофе на пленочных покрытиях сенсоров. Многовариантная обработка откликов отдельных сенсоров осуществляется с помощью специальной программы (Saw vapor sensor apparatus and multicomponent signal processing: пат. 5465608 США, МКИ⁶ G 01 N 29/02 / Lokshin A. , Burchfield D., Tracy D.; Orbital Sciences Cor. - 85604; заявл. 30.06.93; опубл. 14.11.95).

Недостатком существующего способа является сложность аппаратуры, необходимость специального математического алгоритма для обработки сигналов матрицы сенсоров.

Задачей изобретения является создание матрицы пьезосенсоров, обеспечивающей экспрессность и простоту определения основных летучих компонентов кофе любого товарного вида (молотый, гранулированный, растворимый).

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе экспертизы кофе, включающем создание матрицы сенсоров для определения основных компонентов кофейного аромата, состоящей из модифицированных сорбентами электродов пьезокварцевых резонаторов, ввода равновесной газовой фазы анализируемой пробы кофе в ячейку детектирования, регистрацию аналитического сигнала, новым является то, что матрицу формируют из 8 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов массой 10-20 мкг, регистрацию аналитических сигналов пьезосенсоров производят последовательно в соответствии с индивидуальными кинетическими параметрами взаимодействия основных компонентов кофейного аромата с 4-аминоантипирином, полиэтиленгликолем марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидоном, динонилфталатом, лукоойлом, Тритоном Х-100, прополисом, полистиролом.

Из модифицированных сорбентами пьезокварцевых резонаторов формируют матрицу, последовательно фиксируют сигналы пьезосенсоров (с 1-го по 8-й) в парах анализируемой пробы кофе. Сигналы формируются в "визуальный образ" запаха кофе с установлением подобия стандарту.

Технический результат заключается в том, что при тестировании проб кофе любого товарного вида с помощью матрицы на основе 8 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов на электродах суммарный отклик формируется в "визуальный отпечаток" запаха каждой пробы. Вероятность фальсификации кофе устанавливается по результатам сопоставления "визуальных отпечатков" запаха тестируемой пробы и стандартного образца с применением меньшего, по сравнению с прототипом, числа пьезосенсоров.

Способ осуществляется следующим образом. Электроды 8 пьезокварцевых резонаторов с собственной частотой вибрации 8-10 МГц модифицируют путем равномерного нанесения микрошприцем растворов сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100 в ацетоне, прополиса в этиловом спирте, полистирола в толуоле. Концентрации растворов 10 мг/мкдм³. Удаление растворителей проводят при температуре 50-60^oС в сушильном шкафу в течение 30-40 мин. Масса сорбентов после удаления растворителей составляет 10-20 мкг. Приготовленные таким образом пьезосенсоры закрепляют в ячейке детектирования и выдерживают в течение 2 мин для установления исходного сигнала каждого элемента. В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы стандартного образца кофе и поочередно фиксируют аналитические сигналы каждого пьезосенсора в определенной последовательности. По результатам опроса формируется "визуальный отпечаток" аромата в виде "лепестковой" или круговой диаграмм. Экспертизу кофе проводят визуальным сравнением "лепестковых" диаграмм сорбции тестируемых проб с "визуальным отпечатком" стандарта, какао, чая. Какао и чай выбраны для демонстрации распознавания ароматов этих продуктов и кофе, являющихся близкими по составу.

Примеры осуществления способа
Пример 1. Электроды 8 пьезокварцевых резонаторов с собственной частотой вибрации 10 МГц модифицируют путем равномерного нанесения микрошприцем растворов сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100 в ацетоне, прополиса в этиловом спирте, полистирола в толуоле. Концентрации растворов 10 мг/мкдм³. Удаление растворителей проводят при температуре 55^oС в сушильном шкафу в течение 35 мин. Масса сорбентов после удаления растворителей составляет 10-20 мкг.

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы стандартного образца кофе (свежеразмолотые зерна кофе определенного сорта). Минимальная масса пробы кофе 1 г в бюксе вместимостью 20 см³. Пробу воздуха над кофе отбирают шприцем через герметичный затвор бюкса. Модифицированные резонаторы, неподвижно закрепленные в держателях, опускают в ячейку детектирования. Фиксируют исходные частоты колебаний каждого пьезосенсора с пленкой сорбента (F_i ^пл, i-->1-8). Через инжекторное отверстие в детектор вкалывают пробу. В соответствии с продолжительностью сорбции основных компонентов аромата на каждом сорбенте поочередно фиксируют аналитические сигналы - изменение частоты колебаний пьезокварцевого резонатора (ΔF_1-8, Гц) - в следующем порядке: 4-аминоантипирин (1), полиэтиленгликоль марки ПЭГ-2000 (2), поливинилпирролидон (3), динонилфталат (4), лукоойл (5), Тритон Х-100 (6), прополис (7), полистирол (8). Полное время опроса матрицы пьезосенсоров от момента ввода пробы не превышает 1 мин.

Пленки пьезосенсоров регенерируют либо в сушильном шкафу при температуре 55^oС в течение 15 мин, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, либо продувают через ячейку осушенный чистый или содержащий пары этилового спирта воздух, после чего возможны дальнейшие определения.

По результатам опроса формируется "визуальный отпечаток" аромата в виде "лепестковой" или круговой диаграмм. Параметры диаграмм всех проб постоянны и выбраны в соответствии с параметрами диаграмм стандартов. По ΔF_1-8 строят "лепестковую" диаграмму сорбции стандарта(ов) - "визуальный отпечаток" стандарта различных сортов кофе, последовательность расположения осей в диаграмме соответствует опросу пьезосенсоров (фиг.1-а).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы кофе (проба 1). Последующие операции проводят, как указано выше.

По ΔF_1-8 строят "лепестковую" диаграмму сорбции пробы 1 - "визуальный отпечаток" запаха кофе (фиг.1-б).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесных газовых фаз других анализируемых проб кофе (пробы 2-6). Последующие операции проводят, как указано выше.

По ΔF_1-8 строят "лепестковые" диаграммы сорбции проб 2-6 кофе (фиг.1-в-е).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы чая (проба 7). Последующие операции проводят, как указано выше.

По ΔF_1-8 строят "лепестковую" диаграмму сорбции пробы чая "визуальный отпечаток" запаха чая (фиг.1-ж).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы какао (проба 8). Последующие операции проводят, как указано выше.

По ΔF_1-8 строят "лепестковую" диаграмму сорбции пробы какао "визуальный отпечаток" запаха какао (фиг.1-з).

Экспертизу проб 2-7 проводят визуальным сравнением "лепестковых" диаграмм сорбции проб кофе с "визуальным отпечатком" стандарта, какао, чая. С вероятностью 90% проба 1 - кофе соответствует стандарту; проба 2 - кофе с ароматизатором; проба 3 - кофе либо низкого качества, либо хранящийся с нарушением методики; 4 - кофе соответствует стандарту, но "выветренный" (нарушение методики хранения - снижена интенсивность аромата); проба 5 - кофе низкого качества.

Способ осуществим. Метрологические характеристики приведены в таблице.

Пример 2. В ячейку детектирования помещают, изменяя последовательность их опроса, пьезосенсоры с регенерированными покрытиями: лукоойл (1), динонилфталат (2), 4-аминоантипирин (3), полиэтиленгликоль марки ПЭГ-2000 (4), полистирол (5), прополис (6), Тритон Х-100 (7), поливинилпирролидон (8) (фиг. 2, а-г). Далее помещают в ячейку детектирования равновесные газовые фазы анализируемых проб кофе. Регистрируют сигналы пьезосенсоров поочередно в режиме, описанном в примере 1. По ΔF_1-8 строят "лепестковые" диаграммы сорбции пробы-стандарта (фиг.2-а), чая (фиг.2-ж), какао (фиг.2-з), проб кофе 2-6 (фиг.2-б-е). Последующие операции проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим. Визуальное сравнение "лепестковых" диаграмм сорбции проб кофе со стандартом не позволяет различить пробы и устанавливать факты фальсификации кофе.

Метрологические характеристики приведены в таблице.

Пример 3. Электроды пьезокварцевого резонатора модифицируют растворами сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100, прополиса (пчелиного клея), полистирола (масса пленок m=5-9 мкг).

В ячейку детектирования помещают поочередно пробы воздуха анализируемых кофе. Регистрируют сигналы пьезосенсоров в режиме, описанном в примере 1. По ΔF_1-8 строят "лепестковые" диаграммы сорбции стандарта (фиг.3-а), проб 2-6 (фиг. 3-б-е), чая (фиг.3-ж), какао (фиг.3-з). Последующие операции проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим. Визуальное сравнение "лепестковых" диаграмм сорбции проб кофе со стандартом, какао и чаем не позволяет идентифицировать и устанавливать факты фальсификации и плохого качества кофе вследствие низкой чувствительности пьезосенсоров.

Метрологические характеристики приведены в таблице.

Пример 4. Электроды пьезокварцевого резонатора модифицируют растворами сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100, прополиса, полистирола (масса пленок m=21-30 мкг).

В ячейку детектирования помещают поочередно пробы воздуха анализируемых кофе. Регистрируют сигналы пьезосенсоров в режиме, описанном в примере 1. По ΔF_1-8 строят "лепестковые" диаграммы сорбции стандарта (фиг.4-а), проб 2-6 (фиг, 4-б-е), чая (фиг.4-ж), какао (фиг.4-з). Последующие операции проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим. Визуальное сравнение "лепестковых" диаграмм сорбции проб кофе со стандартом, какао и чаем невозможно вследствие их идентичности.

Метрологические характеристики приведены в таблице.

Из примеров 1-4 и таблицы следует, что заявляемое решение может быть осуществлено с помощью матрицы из 8 пьезосенсоров, модифицированных пленками сорбентов с массами 10 -20 мкг. Сигналы пьезосенсоров фиксируют поочередно в последовательности нанесения сорбентов на электроды резонаторов: 4-аминоантипирин (1), полиэтиленгликоль марки ПЭГ-2000 (2), поливинилпирролидон (3), динонилфталат (4), лукоойл (5), Тритон Х-100 (6), прополис (7), полистирол (8) в парах анализируемой пробы кофе. При нанесении пленок сорбентов с меньшими (пример 3), большими (пример 4) массами способ экспертизы кофе неосуществим вследствие малых откликов пьезосенсоров (на уровне шумов, пример 3) и идентичности "отпечатков" (пример 4). При изменении последовательности установки пьезосенсоров в матрице (пример 2) способ установления фальсификации и плохого качества кофе неосуществим вследствие отсутствия идентичности "лепестковых" диаграмм запаха для анализируемых и стандартных проб.

Преимущества заявляемого способа создания матрицы пьезосенсоров для экспертизы кофе в оптимальных условиях по сравнению с прототипом позволяет:
1) определять факты грубой фальсификации и плохого качества кофе в течение 5 мин от момента отбора пробы;
2) сократить число сенсоров в матрице с 16-32 до 8, тем самым упростить стадии настройки и считывания результатов;
3) однозначно трактовать результаты анализа путем сопоставления со стандартными диаграммами без сложных математических расчетов полученных диаграмм для тестируемых образцов (программное обеспечение Word 97).

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть применено для идентификации и установления случаев фальсификации кофе. Способ экспертизы кофе включает создание матрицы пьезосенсоров для определения основных компонентов кофейного аромата. Способ предусматривает ввод равновесной газовой фазы анализируемой пробы кофе в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала. Матрица состоит из 8 пьезосенсоров, электроды которых модифицируют сорбентами с различным сродством к основным компонентам кофейного аромата в оптимальном диапазоне масс 10-20 мкг. Регистрацию аналитических сигналов сенсоров производят последовательно в соответствии с индивидуальными кинетическими параметрами взаимодействия основных компонентов кофейного аромата с 4-аминоантипирином, полиэтиленгликолем марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидоном, динонилфталатом, лукоойлом, Тритоном Х-100, прополисом (пчелиным клеем), полистиролом. Из модифицированных сорбентами резонаторов формируют матрицу, последовательно фиксируют сигналы пьезосенсоров (с 1-го по 8-й) в парах анализируемой пробы кофе. Сигналы формируются в "визуальный отпечаток" запаха кофе с установлением подобия стандарту. Это направлено на установление идентичности "визуальных отпечатков" запаха кофе, полученных по откликам матрицы пьезокварцевых резонаторов с предварительной модификацией их электродов сорбентами различной природы. Это позволяет обеспечить экспрессность и простоту определения основных летучих компонентов кофе любого товарного вида (молотый, гранулированный, растворимый) и установления случаев грубой фальсификации. 1 табл., 32 ил.

Способ экспертизы кофе, включающий создание матрицы сенсоров для определения основных компонентов кофейного аромата, состоящей из модифицированных сорбентами электродов пьезокварцевых резонаторов, ввод равновесной газовой фазы анализируемой пробы кофе в ячейку детектирования, регистрацию аналитического сигнала, отличающийся тем, что матрицу формируют из 8 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов массой 10-20 мкг, регистрацию аналитических сигналов пьезосенсоров производят последовательно в соответствии с индивидуальными кинетическими параметрами взаимодействия основных компонентов кофейного аромата с 4-аминоантипирином, полиэтиленгликолем марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидоном, динонилфталатом, лукоойлом, Тритоном Х-100, прополисом, полистиролом.