Устройство для анализа молока Советский патент 1984 года по МПК G01N33/04 

Изобретение относится к анализу состава пищевых продуктов, а именно к анализу состава молока, и может быть использовано в молочной промыш ленности, а также при проведении работ по селекции скота. Известно устройство для анализа молокаt содержащее источник света, кювету, светофильтр, фотоприемники прямопрошедшего и рассеянного свето вого потоков и линзу для фокусирова ния рассеянного света lj . Однако для этого устройства характерна недостаточно высокая точность анализа. Известно также устройство для ан лиза молока, содержащее дозаторы молока и растворителя, связанные че рез последовательно размещенные сме сительный блон, гомогенизатор и кювету для измерения содержания белка стабилизированный источник излучения, светофильтр, расположенный в оптическом канале кюветы, приемник излучения, блок усилен я и преобра зования сигнала приемника излучения и показывающий прибор 2J , Однако для известного устройства характерны недостаточно высокая точ ность определения содержания белка и невозможность одновременного опре деления содержания жира. Целью изобретения является повышение точности определения. ПостайЛенная цель достигается тем, что устройство, содержащее дозаторы молока и растворителя, связанные через последовательно разме. щенные смесительный блок, гомогенизатор и кювету для измерения содержания белка, стабилизированный источник излучения, светофильтр, расположенный в оптическом канале кюве ты, приемник излучения, блок усипения и преобразования сигнала приемн ка излучения и показывающий прибор, дополнительно снабжено кюветой для , измерения содержания жира и свето4 шьтром, расположенным в оптическом канале последней, причем кювета для измерения содержания жира соединена последовательно с кюветой для измерения содержания белка, а с отношение оптических длин кювет нах дится в пределах 6-10. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 графики зависимостей Д и К от длины волны. Устройство состоит из емкостей 1 и 2 соответственно для анализируемого образца молока и растворителя, дозаторов 3 и 4 соответственно молока и растворителя смесительного блока 5, гомогенизатора 6, кювет 7 и 8 для измерения содержания жира и белка соответственно, стабилизированного источника 9 излучения, светофильтров 10 и 11, расположенных соответственно в оптических каналах кювет 7 и 8 приемников 12 и 13 излучения, расположенных соответственно в оптических каналах.кювет 7 и 8, блока 14 усиления и преобразования сигналов приемников излучения и показывающего прибора 15. Спектральный диапазон стабилизированного источника 9 излучения 200-430 нм, диапазон пропускания светофильтра 10 400-430 нм, а светофильтр 11 - 200-210 нм. Оптическая лина.кюветы 7-300 мкм, кюветы 8-40 мкм. В качестве растворителя используется водный раствор лаурилсульфата натрия с концентрацией 10 г/л. Устройство работает следующим образом. Дозатор 3 молока отбирает 1,4 мл молока из емкости 1 и подает его в смесительный блок 5. Одновременно дозатор 4 растворителя отбирает 13,5 мл растворителя из емкости 2 и подает его в смесительный блок 5. При смешивании молока с растворителем происходит разрушение мицелл казеина на сублицеллы, и прозрачность молока резко возрастает. Гомогенизатор 6 отбирает смесь молока с растворителем из смесительного блока 5, подвергает ее гомогенизации при давлении не менее 14 мПа, измельчая жировые щарики, и подает гомогенизированную смесь в кюветы 7 и 8, вытесняя из них предьщущий анализируемый образец. Излут ение от источника 9 проходит через светофильтры 10 и 11, кюветы 7 и 8 и попадает на приемники 12 и 13 излучения. При этом в кювете 7 происходит рассеяние излучения частицами жира, а в кювете 8 - поглощение излучения белком и рассеяние его частицами жира. В связи с этим сигнал от приемника 12 излучения пропорционален содержанию жира в исследуемом образце молока,.а сигнал от приемника 13 излучения представляет собой функцию содержания жира и белка в исследуемом образце молока. Оба сиг i нала поступают в блок 14 усиления и преобразования сигналовi где прои ходит их усиление и преобразование в конкретную информацию о содержании жира и белка в молоке, выводимую на показывающий прибор. 15. Фотометрирование гомогенизирован ной смеси осуществляют в спектральных диапазонах 200-210 и 400-430 нм в слоях разной толщины, причем отношение толщины фотометрируемого слоя для спектрального диапазона 200-210 нм к толщине фотометрируемого слоя для спектрального диапазо на 400-430 нм должно находиться в пределах 0,1-0,15, а степень разбав ления выбирают таким образом, чтобы отношение толщины фотометрируемого слоя для спектрального диапазона нм к степени разбавления находилось в пределах 0,000250,0005см. По измеренным в двух спектральных диапазонах значениям оптической плотности определяют содержание белка и жира в молоке рещая систему уравнений D, 2i(K,C, + ) + (1) Dj + Kg, .(2) где D. - оптическая плотность, изме ренная в спектральном диа пазоне 200-210 нм, DJ - оптическая плотность, измеренная в спектральном диапазоне 400-430 нм; С;, - процентная концентрация ж ра в молоке J Сп - процентнаяконцентрация белка в молоке; KJ-KC- калибровочные коэффициенты. В диапазоне длин волн около 200 белки молока обладают очень сильным поглощением благодаря наличию пеп.тидных связей. Наличие полипептидных цепей является характерным приз наком всех белковых веществ,.поэтому удельные коэффициенты поглощеНИН различных фракций белков отличаются незначительно. На фиг. 2 представлены экспериментальные зависимости относительных удельных коэффициентов поглоще« ния растворов казеината натрий (кривая 1), сывороточных белков (кривая 2), общего молочного белка (кривая 3) и относительного удельного коэффициента ослабления излучения гомогенизированной жировой эмульсией молока (кривая 4) от длины волны (за единицу принята величи на удельного коэффициента поглощения раствора общего белка на длине волны (190 нм). Изменения соотношения между различными фракциями белка молока в пределах 10% приводит к крайне незначительным погрешностям в определении содержания общего белка при Лотометрировании в диапазоне длин |волн 200-210 нм. Более короткие .длины волн ( 200 нм) использовать нецелесообразно, так как на результатах измерений начинает сказьшаться поглощение солей молока, а также поглощение воды и воздуха. Использование для фотометрирования более длинных длин волн ( 210 нм) также нецелесообразно, так как при этом увеличивается относительный вклад в оптическую плотность ослабления излучения на жировых частицах (фиг. 2, кривые 3 и 4) и соответственно уменьшается точность определения содержания белка. Применение для фотометрирования достаточно узкого спектрального интервала (200-210 нм) целесообразно еще и потому, что при этом, несмотря на резкий спад зависимости коэффициента ослабления гомогенизированной смеси от длины волны, обеспечивается линейный характер зависимости D f(С,, С2) , что упрощает обработку сигналов и повьш1ает точность измерений. В данном случае толщина фотометрируемого слоя для диапазона длин волн 200-210 нм и степень разбавления выбирают таким образом, чтобы отношение толщины фотометрируемого слоя к степени разбавления находилось в пределах 0,00025-0,0005 см. Например, при степени разбавления 10 (1 объем молока плюс 9 объемов растворителя) толщина фотометрируемого слоя должна быть выбрана в пределах О,0025-0,005,см, а при степени разбавления 20 (1 объем молока плюс 19 объемов растворителя) толщина фотометрируемого слоя должна быть выбрана в пределах 0,005-0,01 см. При этом обеспечивается максимальная точность измерений, так как из теории фотометрии известно, что минимальная ошибка определения концентрации светопоглощающего агента наблюдается при значении оптической плотности D 0,434, а при В5;0,,3 измерения проводят с удвоенной минимальной ошибкой.

Для того, чтобы учесть влияние ослабления излуче1шя частицами жира на величину оптической плотности D (в спектральном диапазоне 200210 нм) и для одновременного определения содержания жира (зфавнения (1) и (2) в данном способе производят фотометрирование гомогенизированной смеси в спектральном диапазоне 400-430 нм, который выбран исходя из того, что в спектральном диапазоне при Ti 400 нм на оптическую плотность гомогенизированной смеси существенно влияет поглощение белка, и выбор этого спектрального диапазона при А «: 400 приводит к усложнению уравнения (2) и, соответственно, к усложнению обработки экспериментальных данных и снижению точности определения содержания жира и белка.

В спектральном диапазоне с i 400 нм ни белок, ни жир излучения не поглощают, ослабление излучения происходит TortbKo за счет рассеяния излучения на жировых частицах. Гомогенизация смеси молока с растворителем обеспечивает нормированное

распределение жировьтх частиц по размерам, тем самым устраняя влияние индивидуальных свойств молока, которое выражается в разбросе распределения частиц жира по размерам.

На фиг. 3 показана экспериментальная зависимость оптической плотности гомогенизированной смеси молока с растворителем от длины волны (содержание жира в исходном молоке 3,2%, разведение 1:10, оптическая длина кюветы 2 0,3 мм). Ширина спектрального диапазона 400-430 нм выбрана для обеспечения линейного

характера зависимости коэффициента ослабления жира от дпины волны.

Для обеспечения максимальной точности измерений при выбранных степени разбавления и толщине фотометрируемого.слой,необходимо, чтобы со- отношение оптических длин кювет соответственно для измерения содержания жира и белка находилось в пределах 6-10, что обеспечит измерение

данных компонентов пробы молока в оптимальном диапазоне оптических плотностей для спектральных диапазонов 200-210 и 400-430 нм. «

в результате использования данного устройства для анализов молока на содержание белка и жира только на селекционных станциях экономический эффект составит 16,4078 млн.руб.

ОтмеВ. 190 200 210

so Awj5wjV yw Sw Фиг

(Риг.2 220 230

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА МОЛОКА, содержащее дозаторы молока и растворителя, связанные через последовательно размещенные смесительный блок, гомогенизатор и кювету для измерения.содержания белка, стабилизированный источник излучения, светофильтр, расположенный в оптическом канале кюветы, приемник излучения, блок усиления и преобразования сигнала приемника излучения и показывающий прибор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено кюветой д1г1я измерения содержания лира и св тофильтром, расположенным в оптическом канале последней, причем кювета для измерения содержания жира соединена последовательно с кюветой для измерения содержания белка, а соотношение оптических длин кювет находится (Л в пределах 6-10.

ВНИШШ Зауз 4366/381 Тираж 823 Подписное Фили ал ,f. УжгородТ л. Проектная, 4

fffftMedA 190 200 210

в

иг.2 -220