ТЕСТ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛЕТУЧЕЙ КИСЛОТНОСТИ ВИНА Российский патент 2008 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть применено для определения летучей кислотности вина.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является арбитражный метод потенциометрического титрования летучих кислот вина [Сборник международных методов анализа и оценки вин и сусел. / под ред. Л.Н.Гордеевой, О.З.Захариной, О.Я.Мизюк, Л.В.Аринушкиной. - М. "Пищевая пром-ть", 1993. С.128-131], включающий отбор и подготовку пробы, отгонку кислот с водяным паром, потенциометрическое титрование дистиллята раствором гидроксида натрия.

Недостатками способа являются длительность и многостадийность проведения анализа, большая погрешность определения за счет потерь летучих кислот на стадии пробоподготовки.

Технической задачей изобретения является разработка способа определения летучей кислотности вина с применением измерительных элементов - пьезокварцевых резонаторов (ПКР) с пленками (пьезосенсоров), чувствительными к карбоновым кислотам C₁-С₃, содержание которых является одним из основных показателей качества вина, позволяющих оценить летучую кислотность продукта без пробоподготовки, за короткий промежуток времени, с малой погрешностью определения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения летучей кислотности вина, включающем отбор пробы, новым является то, что пробу объемом 1 см³ помещают в герметично закрытый бюкс, через 10 мин отбирают 3 см³ равновесной газовой фазы (РГФ) и анализируют ее с применением детектирующего устройства с тремя измерительными элементами - пьезокварцевыми резонаторами, на оба электрода каждого из которых нанесены соответствующие пленки массой 20-25 мкг, при этом пленку β-аланина наносят методом статического испарения капли на подложку из полистирола (ПС) так, чтобы соотношение компонентов по массе составило 1:1, пленки дициклогексан-18-краун-6 (ДЦ-18-К-6) и 4'-диметиламино-4-азобензолсульфонат натрия (4'-ДМА-4-АБС) наносят методом намакивания их в ацетоновые растворы с добавлением толуольного раствора полистирола так, чтобы содержание чувствительных компонентов по массе после удаления свободных растворителей составляло в пленке 50-55 мас.% и 70-75 мас.% соответственно, сигналы трех измерительных элементов фиксируют по интегральному алгоритму через каждые 10 с в течение 70 с после введения в детектирующее устройство равновесной газовой фазы вина, рассчитывают по уравнению Зауэрбрея массу сорбируемых всеми пленками легколетучих кислот (Q, мкг) и по градуировочному графику Q=f(К) определяют летучую кислотность (К, г/л) с характеристикой: "занижено", "завышено", "соответствует норме".

Технический результат заключается в разработке тест-способа определения летучей кислотности вина, позволяющего исключить пробоподготовку, сократить продолжительность проведения анализа, снизить погрешность определения летучих кислот.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет высокой сорбционной чувствительности пьезосенсоров к легколетучим карбоновым кислотам C₁-С₃, содержащимся в вине.

Чертеж. Зависимость массы (Q, мкг) от показателя летучей кислотности вина (К, г/л).

Тест-способ определения летучей кислотности вина осуществляется по следующей методике.

1. Подготовка детектирующего устройства

В качестве измерительных элементов применяют пьезокварцевые резонаторы АТ-среза. Оптимальные массы пленок на электродах каждого ПКР, наносимые из растворов сорбентов, составляют 20-25 мкг.

Пленку ПС - β-аланин формируют путем послойного нанесения на электроды ПКР растворов двух сорбентов методом статического испарения капли. Первым наносят раствор ПС в толуоле в качестве подложки. После удаления из подложки толуола ее масса должна составлять 10-15 мкг. Затем на сформированную подложку наносят слой растворенного в воде β-аланина, из которого также удаляют избыток воды, при этом масса всей пленки - 20-25 мкг.

Подготовку пьезосенсоров на основе 4'-диметил-амино-4-азобензол-сульфоната натрия и дициклогексан-18-краун-6 осуществляют путем намакивания ПКР в смешанные растворы. Готовят ацетоновые растворы 4'-ДА-4-АБС и ДЦ-18-К-6 с концентрацией 10 мг/см³, смешивают каждый из них с толуольным раствором ПС (с=10 мг/см³) для стабилизации покрытия на электродах измерительных элементов таким образом, чтобы содержание активных компонентов (ПС-4'-ДА-4-АБС и ПС-ДЦ-18-К-6) по массе в сформированных и готовых к работе пленках составляло 70-75 мас.% и 50-55 мас.% соответственно. Избыток растворителя из пленок удаляют в сушильном шкафу, после охлаждения m_пл=20-25 мкг.

Подготовленные пьезосенсоры помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы и выдерживают 10 мин для установления стабильного нулевого сигнала F°. Пьезосенсоры считают готовыми к работе, если изменение частоты колебаний не превышает ±5 Гц/мин.

2. Построение градуированного графика

Градуировку пьезосенсоров проводят по экспонированию их в смесях, приготовленных в соответствии с ГОСТом Р 51822-2001. В качестве арбитражного метода определения летучей кислотности вина применяют потенциометрическое титрование. Устанавливают корреляцию между показателем кислотности, рассчитанным по результатам потенциометрического анализа, и данными, полученными с применением пьезосенсоров.

3. Подготовка пробы

Помещают 1 см³ анализируемого вина или градуировочной смеси в герметично закрытый бюкс, выдерживают 10 мин до установления термодинамического равновесия. Отбор РГФ объемом 3 см³ проводят методом дискретной газовой экстракции.

4. Проведение измерений

В ячейку детектирования шприцем вводят 3 см³ равновесной газовой фазы вина или градуировочной смеси. Регистрируют аналитические сигналы пьезосенсоров через каждые 10 с в течение 70 с, по уравнению Зауэрбрея рассчитывают массу адсорбированных всеми пленками кислот (Q, мкг). По результатам анализа градуировочных смесей строят график в координатах Q=f(К) (чертеж).

5. Определение летучей кислотности вина

Рассчитывают массу адсорбированных из РГФ анализируемой пробы кислот и по градуировочному графику находят летучую кислотность с характеристикой: "занижена", "завышена", "соответствует норме".

Сущность изобретения заключается в разработке способа определения летучей кислотности вина с применением пьезосенсоров, характеризующихся высокой чувствительностью к парам легколетучих карбоновых кислот. Способ поясняется следующим примером.

Пример осуществления способа

В качестве измерительных элементов применяли пьезокварцевые резонаторы АТ-среза (плотность кварца 2600 кг/м³) с алюминиевыми электродами (площадь 0,2 см²). Собственная резонансная частота 8-10 МГц. Оптимальные массы пленок пьезокварцевых резонаторов составляли 20-25 мкг.

Пленку ПС - β-аланин формировали путем послойного нанесения на электроды ПКР растворов двух сорбентов методом статического испарения капли. Первым наносили раствор ПС в толуоле в качестве подложки. После удаления из подложки в сушильном шкафу при t=40°С в течение 10-15 мин избытка толуола ее масса составила 10-15 мкг. Затем на сформированную подложку наносили слой растворенного в воде β-аланина, из которого удаляли избыток воды в сушильном шкафу при t=40°С в течение 40 мин так, что масса всей пленки составила 20-25 мкг.

Подготовку пьезосенсоров на основе 4'-диметил-амино-4-азобензолсульфоната натрия и дициклогексан-18-краун-6 осуществляли путем намакивания ПКР в растворы двух сорбентов. Готовили ацетоновые растворы 4'-ДА-4-АБС и ДЦ-18-К-6 с концентрацией 10 мг/см³, смешивали каждый из них с толуольным раствором ПС (с=10 мг/см³) для стабилизации покрытия на электродах измерительных элементов таким образом, чтобы содержание активных компонентов (ПС-4'-ДА-4-АБС и ПС-ДЦ-18-К-6) по массе в сформированных и готовых к работе пленках составляло 70-75 мас.% и 50-55 мас.% соответственно. Избыток растворителя из пленок удаляли в сушильном шкафу при температуре не выше 40°С в течение 10 мин так, что масса пленок составила 20-25 мкг.

Подготовленные пьезосенсоры помещали в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы и выдерживали 10 мин для установления стабильного нулевого сигнала F°. Пьезосенсоры считали готовыми к работе, если изменение частоты колебаний не превышало ±5 Гц/мин.

Градуировку пьезосенсоров проводили по экспонированию их в смесях, приготовленных в соответствии с ГОСТом Р 51822-2001. В качестве арбитражного метода определения летучей кислотности вина применяли потенциометрическое титрование.

Помещали 1 см³ анализируемого вина или градуировочной смеси в герметично закрытый бюкс, выдерживали 10 мин до установления термодинамического равновесия. Отбирали РГФ объемом 3 см³ над жидкостью методом дискретной газовой экстракции.

Отобранную пробу вводили в детектирующее устройство, фиксировали сигналы пьезосенсоров через каждые 10 с в течение 70 с, рассчитывали массу адсорбированных всеми пленками кислот по уравнению Зауэрбрея. По результатам анализа градуировочных смесей строили график в координатах Q=f(K) (чертеж), по которому определяли летучую кислотность вина с характеристикой: "занижена", "завышена", "соответствует норме". В качестве тестируемых проб выбраны модельная смесь кислот, вина из виноградов сортов "Лидия" и "Изабелла". Так, для анализируемых образцов установлено, что по критерию летучая кислотность модельная смесь и вино из винограда "Изабелла" соответствуют норме, вино из винограда "Лидия" не соответствует и характеризуется завышенным значением К (табл.1).

Таблица 1Результаты осуществления тест-способа определения летучей кислотности винаПробаК±ΔК, г/лQ, мкгЛетучая кислотностьмодельная смесь кислот0,76±0,050,2"соответствует норме"вино из винограда "Изабелла"1,12±0,060,3"соответствует норме"вино из винограда "Лидия"2,87±0,290,9"завышена"

Некоторые характеристики заявляемого способа и прототипа сопоставлены в табл.2.

Таблица 2Сопоставление характеристик прототипа и заявляемого способаПараметрПрототипЗаявляемый способПродолжительность пробоподготовки, мин3010Продолжительность анализа, мин:90 с модификацией электродов ПКР 60без модификации 10Число анализов за 1 час14-5

В РГФ вина содержатся помимо карбоновых кислот другие органические соединения, поэтому нами проанализировано мешающее влияние этилового спирта, воды, некоторых кетонов и альдегидов на интенсивность сорбции кислот пленками. Для этого рассчитывали массовую чувствительность пленок по отношению к различным группам соединений. В результате исследований установили, что применяемые нами пленки ПС-4'-ДМ-4-АБС, ПС-ДЦ-18-К-6, ПС - β-аланин максимально чувствительны к муравьиной, уксусной и пропионовой кислотам соответственно. Пьезосенсор с пленкой ПС - β-аланин при этом позволяет суммарно определять содержание муравьиной и уксусной кислот. Применение других сорбентов в качестве модификаторов электродов ПКР не позволяет определять летучую кислотность, т.к. влияние сопутствующих соединений, формирующих аромат вина, будет существенным. Так для быстрого и надежного контроля за содержанием летучих кислот в вине три пьезосенсора - минимальное достаточное число измерительных элементов в детектирующем устройстве для соблюдения простоты измерений, расчета суммарного сигнала и высоких метрологических характеристик измерений.

Определение летучей кислотности вина с применением пьезосенсоров позволяет быстро и надежно контролировать содержание летучих кислот и применимо в диагностике микробиологических заболеваний вина, вызываемых развитием уксуснокислых бактерий, а также фальсификации вин путем замены натуральных ингредиентов.

Таким образом, предлагаемый тест-способ определения летучей кислотности вина позволяет:

1) исключить стадию пробоподготовки;

2) сократить продолжительность анализа с 90 до 10 мин;

3) повысить число анализов за 1 час с 1-го до 4-5.

Способ определения летучей кислотности вина включает отбор пробы, объемом 1 см³, которую помещают в герметично закрытый бюкс, через 10 мин отбирают 3 см³ равновесной газовой фазы (РГФ) и анализируют ее с применением детектирующего устройства с тремя измерительными элементами - пьезокварцевыми резонаторами, на оба электрода каждого из которых нанесены соответствующие пленки массой 20-25 мкг. Сигналы трех измерительных элементов фиксируют по интегральному алгоритму через каждые 10 с в течение 70 с после введения в детектирующее устройство равновесной газовой фазы вина. Рассчитывают по уравнению Зауэрбрея массу сорбируемых всеми пленками легколетучих кислот (Q, мкг) и по градуировочному графику Q=f(К) определяют летучую кислотность (К, г/л) с характеристикой: "занижено", "завышено", "соответствует норме". Изобретение позволяет быстро и надежно контролировать содержание летучих кислот за счет исключения стадии пробоподготовки, сокращения анализа с 90 до 10 мин и повышения числа анализов за 1 час с 1 до 4-5. 2 табл., 1 ил.

Способ определения летучей кислотности вина, включающий отбор пробы, отличающийся тем, что пробу объемом 1 см³ помещают в герметично закрытый бюкс, через 10 мин отбирают 3 см³ равновесной газовой фазы (РГФ) и анализируют ее с применением детектирующего устройства с тремя измерительными элементами - пьезокварцевыми резонаторами, на оба электрода каждого из которых нанесены соответствующие пленки массой 20-25 мкг, при этом пленку β-аланина наносят методом статического испарения капли на подложку из полистирола (ПС) так, чтобы соотношение компонентов по массе составило 1:1, пленки дициклогексан-18-краун-6 (ДЦ-18-К-6) и 4′-диметиламино-4-азобензолсульфонат натрия (4′-ДМА-4-АБС) наносят методом намакивания их в ацетоновые растворы с добавлением толуольного раствора полистирола так, чтобы содержание чувствительных компонентов по массе после удаления свободных растворителей составляло в пленке 50-55 и 70-75 мас.% соответственно, сигналы трех измерительных элементов фиксируют по интегральному алгоритму через каждые 10 с в течение 70 с после введения в детектирующее устройство равновесной газовой фазы вина, рассчитывают по уравнению Зауэрбрея массу сорбируемых всеми пленками легколетучих кислот (Q, мкг) и по градуировочному графику Q=f(K) определяют летучую кислотность (К, г/л) с характеристикой: "занижено", "завышено", "соответствует норме".