СПОСОБ АНАЛИЗА МОЛОЧНЫХ И КИСЛОМОЛОЧНЫХ НАПИТКОВ Российский патент 2009 года по МПК G01N33/04 

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть использовано для анализа молочных и кисломолочных напитков на наличие в них искусственных ароматизаторов и для определения их кислотности с применением устройства «электронный нос» (матрица пьезосенсоров с дифференциальным алгоритмом обработки сигналов).

Технической задачей изобретения является разработка способа анализа молочных и кисломолочных напитков с применением матрицы пьезосенсоров с дифференциальным алгоритмом обработки сигналов («электронный нос»), позволяющим устранить или минимизировать влияние фона на аналитический сигнал прибора и за одно измерение без дополнительных стадий и процедур экспрессно определить наличие и содержание искусственных ароматизаторов, нарушение технологических режимов производства, показатель качества - кислотность (К, °Т) с высокими воспроизводимостью, надежностью, объективно, с малыми объемами проб.

Для решения поставленной технической задачи изобретения предложен способ анализа молочных и кисломолочных напитков, характеризующийся тем, что устанавливают наличие и концентрацию искусственных ароматизаторов и качественный показатель - кислотность молочных и кисломолочных напитков с применением матрицы пьезосенсоров, включающей 4 пьезосенсора с собственной частотой колебаний 8-20 МГц, предварительно на поверхность электродов которых наносят пленки ацетоновых растворов триоктилфосфиноксида, дициклогексано-18-краун-6, 4-аминоантипирина и полиэтиленгликоль адипината таким образом, чтобы после сушки пьезосенсоров при температуре 40-50°C в течение 15-20 минут масса пленочного покрытия составляла 10-25 мкг, высушенные пьезосенсоры помещают в ячейку детектирования, затем отбирают пробу молочного или кисломолочного напитка, помещают в бюкс с полиуретановой мембраной на крышке, выдерживают 10 минут, через полиуретановую мембрану отбирают шприцем 3 см³ равновесной газовой фазы образца и инжектируют в ячейку детектирования, фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение 1 минуты и формируют суммарный аналитический сигнал в виде кинетической «весовой ароматограммы» по дифференциальному алгоритму, вычитая аналитический сигнал матрицы равновесной газовой фазы пробы-стандарта из аналитических сигналов матрицы равновесной газовой фазы анализируемых проб, геометрические характеристики «весовой ароматограммы» анализируемых проб сопоставляют с банком данных по результатам анализа проб-стандартов ароматизаторов, при этом наличие искусственного ароматизатора и его содержание оценивают по форме и площади «весовой ароматограммы», а кислотность пробы определяют по максимальному аналитическому сигналу пьезосенсора с пленкой ацетонового раствора полиэтиленгликоль адипината и графику зависимости максимального аналитического сигнала (ΔF, Гц) от кислотности продукта (К, °Т).

Технический результат изобретения заключается в повышении экспрессности анализа, точности измерений, объективности измерения и надежности определения; обеспечении простоты обработки результатов и принятия решения, получении информации о постоянстве и соблюдении технологических условий и режимов, качестве продукта по важнейшему показателю качества - кислотности за одно измерение в течение 5 мин при анализе малых количеств проб.

Фиг.1 - «Весовые ароматограммы» стандартных проб:

стандарт 1 - интегральная «весовая ароматограмма» молока без добавок (фон);

стандарт 2 - дифференциальная «весовая ароматограмма» молока с добавлением искусственных ароматизаторов (например, «Ванилин», «Клубника», «Малина», «Вишня»);

стандарт 3 - дифференциальная «весовая ароматограмма» молока с добавлением натуральных ингредиентов (например, натуральная ваниль, сок клубники, малины или вишни);

стандарт 4 - дифференциальная «весовая ароматограмма» молока с добавлением искусственных ароматизаторов и соответствующих натуральных ингредиентов («Ванилин» и ваниль, «Клубника» и сок клубники, «Малина» и сок малины, «Вишня» и сок вишни).

Фиг.2 - Дифференциальные «весовые ароматограммы» анализируемых проб молочных и кисломолочных напитков с добавлением клубники (пример):

проба 1 - молочно-соковый напиток «Мажитэль»;

проба 2 - молочный коктейль «Чудо»;

проба 3 - питьевой йогурт «Растишка»;

проба 4 - питьевой йогурт «Naturally».

Фиг.3 - График зависимости аналитического сигнала пьезосенсора с пленкой полиэтиленгликоль адипината (ΔF, Гц) от кислотности молочного или кисломолочного напитка (К, °Т):

а) - для кисломолочных напитков;

б) - для молочных напитков.

Способ анализа молочных и кисломолочных напитков реализуется следующим образом.

Подготовка устройства.

Формируют матрицу пьезосенсоров, включающую 4 пьезосенсора с собственной частотой колебаний 8-20 МГц, предварительно на поверхность электродов которых наносят пленки ацетоновых растворов триоктилфосфиноксида, дициклогексано-18-краун-6, 4-аминоантипирина и полиэтиленгликоль адипината массой 10-25 мкг. Затем пленки сушат при температуре 40-50°C в течение 15-20 минут. Высушенные пьезосенсоры помещают в ячейку детектирования. Стабилизируют фоновый сигнал.

Подготовка пробы молочного или кисломолочного напитка.

Отбирают пробу молочного или кисломолочного напитка, помещают в бюкс с полиуретановой мембраной на крышке, выдерживают 10 минут.

Измерения и получение аналитического сигнала.

Через полиуретановую мембрану отбирают шприцем 3 см³ равновесной газовой фазы образца и инжектируют в ячейку детектирования. Фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение 1 минуты и формируют суммарный аналитический сигнал по дифференциальному алгоритму в виде кинетической «весовой ароматограммы» (фиг.1, 2), вычитая аналитический сигнал матрицы равновесной газовой фазы пробы-стандарта (молоко без добавок) из аналитических сигналов матрицы равновесной газовой фазы анализируемых проб. Геометрические характеристики «весовой ароматограммы» анализируемых проб сопоставляют с банком данных по результатам анализа проб-стандартов.

Определение искусственных ароматизаторов в молочных и кисломолочных напитках.

Наличие искусственного ароматизатора и его содержание («норма», «завышено») определяют по форме и площади «весовой ароматограммы», которую сопоставляют с банком данных по результатам анализа проб-стандартов ароматизаторов, применяемых в молочной промышленности (фиг.1).

Определение кислотности молочных и кисломолочных напитков.

По максимальному аналитическому сигналу пьезосенсора с пленкой ацетонового раствора полиэтиленгликоль адипината определяют кислотность молочного или кисломолочного напитка по полученному для пробы-стандарта графику зависимости аналитического сигнала пьезосенсора (ΔF, Гц) от кислотности молочного и кисломолочного напитка (К, °Т) (фиг.3).

Погрешность определения не превышает 20%. Время анализа 15 мин. Для определения искусственных ароматизаторов и кислотности необходимо не более 10 см³ пробы с учетом воспроизведения измерений.

Возможен анализ молочных и кисломолочных напитков на наличие в них искусственных ароматизаторов, оценки их содержания и на определение показателя кислотности.

Способ поясняется следующим примером.

Пример. Продемонстрируем способ на примере анализа различных проб молочных и кисломолочных напитков с добавлением клубники.

Подготовка устройства.

Формируют матрицу пьезосенсоров, включающую 4 пьезосенсора с собственной частотой колебаний 8-10 МГц, предварительно на поверхность электродов которых наносят пленки ацетоновых растворов триоктилфосфиноксида, дициклогексано-18-краун-6, 4-аминоантипирина и полиэтиленгликоль адипината массой 20-25 мкг. Затем пленки сушат при температуре 50°C в течение 20 минут. Высушенные пьезосенсоры помещают в ячейку детектирования.

Подготовка пробы молочного или кисломолочного напитка.

Выбранные в качестве примера для демонстрации возможностей заявляемого способа пробы молочных или кисломолочных напитков без добавок и с добавлением клубники отбирают объемом 2 мл, помещают в бюкс объемом 10 см³ с полиуретановой мембраной на крышке и выдерживают 10 минут.

Измерения и получение аналитического сигнала.

Через полиуретановую мембрану отбирают шприцем 3 см³ равновесной газовой фазы пробы-стандарта (молока без добавок; с добавками натуральной клубники; искусственного ароматизатора «Клубника») и инжектируют в ячейку детектирования. Фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение 1 минуты и формируют суммарный аналитический сигнал по дифференциальному алгоритму в виде кинетической «весовой ароматограммы» (фиг.1, 2), вычитая аналитический сигнал матрицы равновесной газовой фазы пробы-стандарта (молоко без добавок) из аналитических сигналов матрицы равновесной газовой фазы других проб-стандартов (молока с добавками натуральной клубники и ароматизатора «Клубника») и анализируемых проб. Геометрические характеристики «весовой ароматограммы» анализируемых проб сопоставляют с банком данных по результатам анализа проб-стандартов искусственных ароматизаторов.

Определение искусственных ароматизаторов в молочных и кисломолочных напитках.

Наличие искусственного ароматизатора «Клубника» и его содержание («норма», «завышено») в анализируемых пробах молочных и кисломолочных напитков определяют по форме и площади «весовой ароматограммы», которую сопоставляют с банком данных по результатам анализа проб-стандартов искусственных ароматизаторов (фиг.1).

Результаты анализа представлены в таблице 1.

Определение кислотности молочных и кисломолочных напитков.

Регистрируют максимальный аналитический сигнал пьезосенсора с пленкой ацетонового раствора полиэтиленгликоль адипината (фиг.2). Параллельно определяют титруемую кислотность проб-стандартов в соответствии с ГОСТ 3624-92. По полученным данным строят график зависимости аналитического сигнала пьезосенсора (ΔF, Гц) от кислотности молочного и кисломолочного напитка (К, °Т) (фиг.3).

Аналогично анализируют отобранные для анализа пробы молочных и кисломолочных напитков с добавлением клубники. Регистрируют максимальный аналитический сигнал пьезосенсора с пленкой ацетонового раствора полиэтиленгликоль адипината и по полученному для проб-стандартов графику зависимости максимального сигнала пьезосенсора (ΔF, Гц) от кислотности молочного или кисломолочного напитка (К, °Т) находят кислотности пробы.

Результаты анализа представлены в таблице 2.

Продолжительность анализа с учетом пробоподготовки составляет 15 мин, время измерения и обработки результатов - 2 мин, число измерений без обновления пьезокварцевых резонаторов с пленками - 100. Продолжительность стадии нанесения пленок на электроды пьезокварцевых резонаторов не превышает 20 мин. Погрешность измерений не превышает 20%.

Способ осуществим. Возможен анализ молочных и кисломолочных напитков и решение поставленных технических задач.

Как следует из примера, фиг.1, 2, 3 и таблиц 1, 2, предлагаемым способом возможен анализ молочных и кисломолочных напитков на присутствие в них искусственных ароматизаторов и определение их кислотности с применением матрицы пьезосенсоров, которая включает 4 пьезосенсора с пленками ацетоновых растворов триоктилфосфиноксида, дициклогексано-18-краун-6, 4-аминоантипирина полиэтиленгликоль адипината массой 10-25 мкг.

Изменение массы пленок на электродах пьезосенсоров, природы сорбентов и замены их на среднеполярные, неполярные, смешанные или комбинированные, алгоритмов обработки откликов пьезосенсоров приводят к увеличению ошибки анализа, малому различию «весовых ароматограмм» стандартов и анализируемых образцов, ухудшает метрологические характеристики способа, не позволяет установить кислотность молочных и кисломолочных напитков.

Предложенный способ анализа молочных и кисломолочных напитков позволяет: повысить экспрессность анализа (время анализа не превышает 15 минут), точность измерений и надежность полученных результатов; обеспечить простоту обработки результатов и принятия решения; получить информацию о постоянстве и соблюдении технологических условий и режимов, качестве продукта по важнейшему показателю качества - кислотности за одно измерение.

Аналоги изобретения не обнаружены.

Таблица 1Результаты анализа проб молочных и кисломолочных напитков по заявляемому способуНаименование молочных и кисломолочных напитковСоответствие стандартамРезультат анализа пробСтандарт 1Стандарт 2 (добавлены только искусственные ароматизаторы)Стандарт 3 (добавлены только натуральные компоненты)Стандарт 4 (добавлена смесь искусственных и натуральных компонентов)«Мажитэль»не соответствуетне соответствуетне соответствуетсоответствует на 90%фальсифицирована частично«Чудо»не соответствуетсоответствует на 90%не соответствуетне соответствуетфальсифицирована«Растишка»не соответствуетне соответствуетне соответствуетсоответствует на 85%Фальсифицирована частично«Naturally»не соответствуетне соответствуетсоответствует на 80%не соответствуетне содержит искусственных ароматизаторов

Таблица 2
Результаты анализа проб молочных и кисломолочных напитков по заявляемому способуНаименование молочных и кисломолочных напитковМаксимальный аналитический сигнал, ΔF, ГцКислотность, К, °ТРезультат анализа проб«Мажитэль»919Соответствует ТУ«Чудо»817Соответствует ТУ«Растишка»1090Соответствует ТУ«Naturally»875Соответствует ТУ

Способ анализа молочных и кисломолочных напитков, характеризующийся тем, что устанавливают наличие и концентрацию искусственных ароматизаторов и качественный показатель - кислотность молочных и кисломолочных напитков с применением матрицы пьезосенсоров, включающей 4 пьезосенсора с собственной частотой колебаний 8-20 МГц. Предварительно на поверхность электродов пьезосенсоров наносят пленки ацетоновых растворов триоктилфосфиноксида, дициклогексано-18-краун-6, 4-аминоантипирина и полиэтиленгликоль адипината таким образом, чтобы после сушки пьезосенсоров при температуре 40-50°С в течение 15-20 минут масса пленочного покрытия составляла 10-25 мкг. Высушенные пьезосенсоры помещают в ячейку детектирования, затем отбирают пробу молочного или кисломолочного напитка, помещают в бюкс с полиуретановой мембраной на крышке и выдерживают 10 минут. Через полиуретановую мембрану отбирают шприцем 3 см³ равновесной газовой фазы образца и инжектируют в ячейку детектирования. Фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение 1 минуты. Формируют суммарный аналитический сигнал в виде кинетической «весовой ароматограммы» по дифференциальному алгоритму, вычитая аналитический сигнал матрицы равновесной газовой фазы пробы-стандарта из аналитических сигналов матрицы равновесной газовой фазы анализируемых проб. Геометрические характеристики «весовой ароматограммы» анализируемых проб сопоставляют с банком данных по результатам анализа проб-стандартов ароматизаторов. Наличие искусственного ароматизатора и его содержание оценивают по форме и площади «весовой ароматограммы». А кислотность пробы определяют по максимальному аналитическому сигналу пьезосенсора с пленкой ацетонового раствора полиэтиленгликоль адипината и графику зависимости максимального аналитического сигнала (ΔF, Гц) от кислотности продукта (К, °Т). Предложенный способ позволяет повысить экспрессность анализа, точность измерений и надежность полученных результатов, обеспечить простоту обработки результатов и принятия решения, получить информацию о постоянстве и соблюдении технологических условий и режимов, качестве продукта по важнейшему показателю качества - кислотности за одно измерение. 3 ил., 2 табл.

Способ анализа молочных и кисломолочных напитков, характеризующийся тем, что устанавливают наличие и концентрацию искусственных ароматизаторов и качественный показатель - кислотность молочных и кисломолочных напитков с применением матрицы пьезосенсоров, включающей 4 пьезосенсора с собственной частотой колебаний 8-20 МГц, предварительно на поверхность электродов которых наносят пленки ацетоновых растворов триоктилфосфиноксида, дициклогексано-18-краун-6, 4-аминоантипирина и полиэтиленгликоль адипината таким образом, чтобы после сушки пьезосенсоров при температуре 40-50°С в течение 15-20 мин масса пленочного покрытия составляла 10-25 мкг, высушенные пьезосенсоры помещают в ячейку детектирования, затем отбирают пробу молочного или кисломолочного напитка, помещают в бюкс с полиуретановой мембраной на крышке, выдерживают 10 мин, через полиуретановую мембрану отбирают шприцем 3 см³ равновесной газовой фазы образца и инжектируют в ячейку детектирования, фиксируют частоту колебаний пьезосенсоров в течение 1 мин и формируют суммарный аналитический сигнал в виде кинетической «весовой ароматограммы» по дифференциальному алгоритму, вычитая аналитический сигнал матрицы равновесной газовой фазы пробы-стандарта из аналитических сигналов матрицы равновесной газовой фазы анализируемых проб, геометрические характеристики «весовой ароматограммы» анализируемых проб сопоставляют с банком данных по результатам анализа проб-стандартов ароматизаторов, при этом наличие искусственного ароматизатора и его содержание оценивают по форме и площади «весовой ароматограммы», а кислотность пробы определяют по максимальному аналитическому сигналу пьезосенсора с пленкой ацетонового раствора полиэтиленгликоль адипината и графику зависимости максимального аналитического сигнала ΔF, Гц от кислотности продукта К, °Т.