СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ТВЕРДОГО ЖИРА ПО ДАННЫМ ЯМР-РЕЛАКСАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК G01N24/08 

Описание патента на изобретение RU2506573C1

Изобретение относится к области пищевой (масложировой, кондитерской), микробиологической, фармацевтической промышленности, в частности к методам контроля качества сырья и готовой продукции, для быстрого определения процентного содержания твердой фазы в двухфазных жировых системах.

Содержание твердого жира (solid fat content, SFC) - важный параметр, влияющий на органолептические свойства готового продукта, зависящий от компонентного состава и температуры. В некоторых случаях он может служить индикатором замены натурального жира на более дешевый аналог. Производство высококачественной продукции как правило включает контроль этого параметра на той или иной стадии приготовления.

Известен способ определения содержания твердого жира ГОСТ Р 53158-2008 "Масла растительные, жиры животные и продукты их переработки. Определение содержания твердого жира методом импульсного ядерно-магнитного резонанса" ("косвенный метод"). Метод основан на сравнении уровней сигнала магнитной индукции, измеренных через 70 микросекунд после поляризующего импульса, для полностью расплавленного образца при 60°С и образца после процедуры темперирования (предусматривающей выдерживание образца в течение заданных промежутков времени при нескольких температурах в соответствии с протоколом измерений), а также эталонного вещества - триолеина при 60°С и после темперирования. Содержание твердого жира вычисляют по формуле 1.

Формула 1

где SFC - содержание твердого жира в процентах;

- сигнал S2 триолеина при 60°С;

- сигнал S2 триолеина после темперирования;

S60 - сигнал S2 образца при 60°С;

ST - сигнал S2 образца после темперирования.

Известен также способ определения содержания твердого жира [Авторское свидетельство СССР №649995], основанный на измерении амплитуд ЯМР сигналов при двух различных задержках между импульсами для полностью расплавленного образца, полностью затвердевшего образца, и образца при заданной температуре, при которой требуется определить содержание твердого жира. Содержание твердого жира вычисляют по формуле 2.

Формула 2

где Ажф1) - амплитуда эхо-сигнала полностью расплавленного образца и при задержке между импульсами τ1;

Ажф2) - амплитуда эхо-сигнала полностью расплавленного образца и при задержке между импульсами τ2;

Асм1) - амплитуда эхо-сигнала при заданной температуре и при задержке между импульсами τ1;

Асм2) - амплитуда эхо-сигнала при заданной температуре и при задержке между импульсами τ2;

Атф1) - амплитуда эхо-сигнала при температуре затвердевания жира и при задержке между импульсами τ1;

Атф2) - амплитуда эхо-сигнала при температуре затвердевания жира и при задержке между импульсами τ2.

Общим недостатком данных способов является то, что для получения одного значения содержания твердого жира требуется проведение не менее трех измерений, а в первом из упомянутых способов - еще и использование триолеина в качестве эталонного вещества.

Техническим результатом изобретения является упрощение процедуры измерений, исключение использования эталонного вещества.

Технический результат достигается путем применения следующего алгоритма: исследуемый образец помещают в ампулу для ЯМР измерений, выдерживают в термостате не менее 15 минут при заданной температуре измерений. Затем ампулу с образцом быстро перемещают в датчик ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, и получают полную кривую спада магнитной индукции после поляризующего импульса, с заданным числом накоплений, которая в виде файла, содержащего пары чисел (время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке) записывается на ПК. Затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой формулой до наилучшего совпадения с формой полной кривой спада (минимальной суммы средних квадратичных отклонений). Процедуру повторяют при каждой из температур образца, при которых требуется определить содержание твердого жира, и в обязательном порядке - при температуре полного расплавления жира в образце (которая обычно не превышает 60°С). Содержание твердого жира в образце при каждой заданной температуре рассчитывают по формуле

где АЖР - значение амплитуды АЖ полученное для полностью расплавленного образца.

Измерения обычно проводят сериями при нескольких температурах; верхняя граница диапазона обычно соответствует полному расплавлению образца. Полученные кривые, характеризующие поведение данной жировой смеси при различных температурах, называют «кривыми плавления».

Форма спада магнитной индукции в образце после поляризующего импульса во многих случаях может быть с высокой точностью описана при помощи математических моделей с не слишком большим количеством параметров.

Для автоматизированного анализа нами была выбрана модель в виде суммы трех функций:

Формула 3

где S(t) - наблюдаемая интенсивность сигнала;

t - время;

АЖ, АГ и АА - амплитуды жидкой части, функций Гаусса и Абрагама;

Т, Т и T2a - соответствующие времена релаксации T2;

Т - временной коэффициент для учета неоднородности поля;

b - характеристика осцилляции сигнала.

Первый член суммы АЖ×exp(-t/Т)×exp(-t/Т)2 описывает релаксацию жидкой части образца. Для полностью жидких образцов характерны спады, по форме близкие к экспоненте АЖ×exp(-t/Т). Дополнительный множитель exp(-t/Т)2 позволяет учесть влияние на форму спада неоднородности поля [Е. Trezza, А.М. Haiduc, G.J.W. Goudappel and J. P.М. van Duynhoven, Rapid phase-compositional assessment of lipid-based food products by time domain NMR, Magnetic Resonance in Chemistry 2006; 44:1023-1030].

Очень многие твердые аморфные вещества имеют форму спада, хорошо описывающуюся функцией Гаусса АГ×exp(-t/Т)2.

Форма спада у твердых веществ, имеющих признаки кристалличности структуры, часто имеет характерную волну, для описания которой удобно использовать функцию Абрагама [Abragam A. The Principles of Nuclear Magnetism, Oxford: London, 1961]

В данном случае точность описания формы той части спада, которая соответствует твердым компонентам, не играет существенной роли, так как содержание твердого жира вычисляется по разнице амплитуды жидкой компоненты в образце при заданной температуре, и в полностью расплавленном образце.

Согласно предлагаемому способу определение содержания твердого жира производится следующим образом:

- образец помещают в ампулу для ЯМР измерений, а ампулу - в термостат, и выдерживают при заданной температуре измерений не менее 15 минут;

- ампулу быстро перемещают в датчик ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером;

- получают полную кривую спада магнитной индукции с заданным числом накоплений, которая в виде файла, содержащего пары чисел (время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке) записывается на ПК;

- в параллельный столбец заносятся значения, рассчитанные по математической модели;

- параметры модели при помощи программы "поиск решения" в Microsoft Excel, либо при помощи программы Micorocal Origin, либо любой другой аналогичной по функциям программы - подбираются такими, чтобы сумма квадратов отклонений в каждой точке полной кривой спада и ее математической модели была минимальной, т.е. кривые совпадали по форме в максимальной степени;

- одно из измерений обязательно должно быть проведено при температуре, соответствующей полному расплавлению образца.

Содержание твердого жира в процентах определяют по формуле 4:

где АЖ - амплитуда, соответствующая жидкой части образца при заданной температуре измерений; АЖР - предельное значение амплитуды АЖ, соответствующее полностью расплавленному образцу, который весь представляет собой жидкость.

На практике проводится лишь серия измерений при нескольких заданных температурах, начиная с низких, и заканчивая в обязательном порядке температурой, соответствующей полному расплавлению образца.

Ниже приведены примеры кривых плавления для различных образцов, полученные при помощи описанного способа. Так как содержание твердого жира в образце может зависеть от температурного режима перед измерениями, во всех случаях при подготовке образца применяли стандартную процедуру темперирования.

Фиг.1 - кривая плавления пальмового жира;

Фиг.2 - кривая плавления масла какао;

Фиг.3 - кривая плавления заменителя масла какао.

Пример 1:

Образец пальмового жира расплавляют при 60°C, заливают в ампулу для ЯМР измерений, выдерживают в термостате в течение 15 минут при температуре 60°C, затем помещают в криостат и выдерживают в течение 60 минут при 0°C, затем помещают в термостат и выдерживают в течение 30 минут при заданной температуре измерений. Затем ампулу быстро переносят в датчик ЯМР анализатора «ХРОМАТЭК-ПРОТОН 20М» и проводят измерение содержания твердого жира. Серия измерений (кривая плавления пальмового жира) при температурах от 20°С до 60°С показана на фиг.1.

Пример 2:

Образец масла какао (северная Африка) расплавляют при 60°C, заливают в ампулу для ЯМР измерений, выдерживают в термостате в течение 15 минут при температуре 60°C, затем помещают в криостат и выдерживают в течение 60 минут при 0°C, затем помещают в термостат и выдерживают в течение 30 минут при заданной температуре измерений. Затем ампулу быстро переносят в датчик ЯМР анализатора «ХРОМАТЭК-ПРОТОН 20М» и проводят измерение содержания твердого жира. Серия измерений (кривая плавления масла какао) при температурах от 20°C до 40°C показана на фиг.2. Так как при 40°C происходит полное расплавление образца, в продолжении измерений до температуры 60°C нет необходимости.

Пример 3:

Образец заменителя масла какао фирмы MARS расплавляют при 60°С, заливают в ампулу для ЯМР измерений, выдерживают в термостате в течение 15 минут при температуре 60°С, затем помещают в криостат и выдерживают в течение 60 минут при 0°C, затем помещают в термостат и выдерживают в течение 30 минут при заданной температуре измерений. Затем ампулу быстро переносят в датчик ЯМР анализатора «ХРОМАТЭК-ПРОТОН 20М» и проводят измерение содержания твердого жира. Серия измерений (кривая плавления заменителя масла какао) при температурах от 20°C до 50°C показана на фиг.3. Так как при 50°C происходит полное расплавление образца, в продолжении измерений до температуры 60°C нет необходимости.

Таким образом, число измерений не превышает минимально необходимого при использовании данного непрямого, или косвенного метода. Современная вычислительная техника позволяет производить подбор параметров математической модели с высокой скоростью, поэтому время, затрачиваемое на получение «кривых плавления» определяется временем, необходимым для подготовки образцов к измерениям.

Предлагаемый способ благодаря использованию полной кривой спада магнитной индукции и ее математической модели позволяет отказаться от использования эталонных веществ и проведения дополнительных измерений.

Похожие патенты RU2506573C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ТВЕРДОГО ЖИРА ПО ДАННЫМ ЯМР-РЕЛАКСАЦИИ, ПРЯМОЙ МЕТОД 2012
  • Сахаров Борис Васильевич
  • Вирясов Сергей Николаевич
  • Корнюшина Татьяна Петровна
  • Сахарова Галина Евгеньевна
RU2506572C1
КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ФИТОСТЕРИНОВ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ 2018
  • Даелс, Эва
  • Фауберт, Имоген
RU2797521C2
Способ количественного анализа твердой фазы в жире из ямр-измерений 1976
  • Бабкин Анатолий Федорович
  • Чернышев Валентин Маркович
  • Аввакумов Анатолий Константинович
  • Матвеев Владимир Александрович
  • Вышемирский Франц Адамович
  • Язов Анатолий Николаевич
SU649995A1
ЖИРОВЫЕ ЗАМЕНИТЕЛИ КАКАО-МАСЛА С ХОРОШЕЙ ТЕРМОСТОЙКОСТЬЮ И ОЩУЩЕНИЕМ ВО РТУ И ВКЛЮЧАЮЩАЯ ИХ ШОКОЛАДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2011
  • Ким Чул Дзин
  • Ли Мин Хиун
  • Канг Дзи Хиун
  • Ли Юн Дзеонг
  • Лим Чун Сон
RU2477961C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРА В МУЧНОМ КОНДИТЕРСКОМ ИЗДЕЛИИ 2004
  • Петрик Анатолий Алексеевич
  • Прудников Сергей Михайлович
  • Турков Валентин Павлович
  • Корнен Николай Николаевич
  • Кравчук Наталья Сергеевна
  • Биболетова Аминат Борисовна
  • Джиоев Теймураз Ервандович
  • Витюк Борис Яковлевич
  • Гореликова Ирина Александровна
RU2270999C1
Способ определения термического состояния рыбного сырья 2017
  • Абрамова Любовь Сергеевна
  • Колончин Кирилл Викторович
RU2654359C1
Способ определения группового состава битума в породе с помощью низкочастотной ЯМР релаксометрии 2022
  • Фазлыйяхматов Марсель Галимзянович
  • Галеев Ранэль Ильнурович
  • Сахаров Борис Васильевич
  • Хасанова Наиля Мидхатовна
  • Шаманов Инсаф Накипович
  • Варфоломеев Михаил Алексеевич
RU2796819C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДЛОЖКАХ 2012
  • Алексеев Алексей Валентинович
  • Белоусов Виктор Сергеевич
  • Яремчук Александр Федотович
  • Звероловлев Владимир Михайлович
  • Заикин Андрей Валерьевич
  • Старков Алексей Викторович
  • Эйдельман Борис Львович
  • Короткевич Аркадий Владимирович
RU2515415C1
Способ определения морозостойкости растительных образцов 1990
  • Кузьмина Рузольда Ивановна
  • Холостова Зоя Гавриловна
  • Фишов Виктор Владимирович
SU1738150A1
СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ КЕРНА 2011
  • Шеляго Евгений Владимирович
  • Язынина Ирэна Викторовна
RU2471176C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 506 573 C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ТВЕРДОГО ЖИРА ПО ДАННЫМ ЯМР-РЕЛАКСАЦИИ

Использование: для определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации. Сущность заключается в том, что осуществляют помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, при этом при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой соответствующей формулой до наилучшего совпадения с зарегистрованной полной кривой спада и рассчитывают содержание твердого жира по определенной формуле. Технический результат: упрощение процедуры измерений, исключение использования эталонного вещества. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 506 573 C1

Способ определения содержания твердого жира по данным ЯМР-релаксации, включающий помещение исследуемого образца в ампулу для ЯМР измерений, проведение стандартной процедуры темперирования, помещение ампулы в датчик ЯМР-анализатора, поляризацию образца намагничивающим импульсом, отличающийся тем, что при помощи ЯМР-анализатора, работающего в комплексе с персональным компьютером, получают полную кривую спада магнитной индукции, которая записывается на ПК в виде файла, содержащего пары чисел - время и соответствующее значение амплитуды в каждой точке, затем осуществляют автоматизированный подбор параметров математической модели, описываемой формулой

где S(t) - наблюдаемая интенсивность сигнала;
t - время;
АЖ, АГ, АА - амплитуды жидкой части, функций Гаусса и Абрагама;
Т, Т и Т - соответствующие времена релаксации Т2;
Т - временной коэффициент для учета неоднородности поля;
b - характеристика осцилляции сигнала,
до наилучшего совпадения с зарегистрированной полной кривой спада, и рассчитывают содержание твердого жира по формуле

где АЖР - предельное значение амплитуды АЖ, соответствующее полностью расплавленному образцу.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2506573C1

Кисть для окраски труб изнутри 1937
  • Борисов А.А.
SU53158A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРА В МАРГАРИНЕ 2006
  • Петрик Анатолий Алексеевич
  • Прудников Сергей Михайлович
  • Корнена Елена Павловна
  • Нагапетян Сергей Сергеевич
  • Панкрашкин Владимир Павлович
  • Воронцова Оксана Сергеевна
  • Минц Инна Александровна
RU2308709C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЖИРА В МУЧНОМ КОНДИТЕРСКОМ ИЗДЕЛИИ 2004
  • Петрик Анатолий Алексеевич
  • Прудников Сергей Михайлович
  • Турков Валентин Павлович
  • Корнен Николай Николаевич
  • Кравчук Наталья Сергеевна
  • Биболетова Аминат Борисовна
  • Джиоев Теймураз Ервандович
  • Витюк Борис Яковлевич
  • Гореликова Ирина Александровна
RU2270999C1
Способ количественного анализа твердой фазы в жире из ямр-измерений 1976
  • Бабкин Анатолий Федорович
  • Чернышев Валентин Маркович
  • Аввакумов Анатолий Константинович
  • Матвеев Владимир Александрович
  • Вышемирский Франц Адамович
  • Язов Анатолий Николаевич
SU649995A1
Способ определения содержания жира в молочных продуктах 1980
  • Язов Анатолий Николаевич
  • Бабкин Анатолий Федорович
  • Аввакумов Анатолий Константинович
  • Поляков Валентин Федорович
SU943569A1
Устройство измерения твердой фазы жира 1984
  • Бабкин Анатолий Федорович
  • Макаренко Василий Лукич
  • Русанов Александр Викторович
SU1206662A1
СПОСОБ РАСЩИПЫВАНИЯ ТАБАЧНЫХ ЛИСТЬЕВ 0
  • В. Г. Вейцлер, Н. В. Журавлев, В. Ф. Трубников В. А. Федотенко
SU201186A1
US 6946837 В2, 20.09.2005.

RU 2 506 573 C1

Авторы

Сахаров Борис Васильевич

Вирясов Сергей Николаевич

Корнюшина Татьяна Петровна

Сахарова Галина Евгеньевна

Даты

2014-02-10Публикация

2012-08-16Подача