Способ определения протеина в воздушно-сухих смесях Советский патент 1993 года по МПК G01N33/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для экспресс-анализа всех воздушно-сухих смесей, качество которых оценивается по содержанию протеина.

Целью изобретения является сокращение времени одного анализа при определении протеина в воздушно-сухих смесях.

Поставленная цель достигается тем, что навеску воздушно-сухой смеси помещают в электромагнитное поле и измеряют величину взаимодействия электромагнитного поля со смесью путем измерения разности резонансной частоты колебательного контура без смеси и со смесью в режиме автоколебаний. Эту разность относят к произведению частоты без навески на массу навески.

д,f -m

(1)

где f - резонансная частота контура без смеси;

fe.c. - резонансная частота контура со смесью в воздушно-сухом состоянии;

m - масса навески, г.

хоксей, жащелечтот в чилязораледеки.

(1)

ез

со

Затем навеску воздушно-сухой смеси выдерживают при 100-105°С в течение 4 ч и доводят до остывания до комнатной температуры без доступа воздуха в течение 0,5 ч. После этого снова измеряют величину взаимодействия электромагнитного поля со смесью.

f - fee

Д,(2)

f m

где f - резонансная частота контура без смеси;

fa.c - резонансная частота контура со смесью после нагрева до 100-105°С;

m - масса навески, г.

Массовую долю протеина определяют по разности AI - .

На фиг.1 представлена одна из предлагаемых схем устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - график зависимости величины AI - Ли от содержания протеина, %; на фиг.З - график изменения температуры по оси X.

Устройство состоит из генератора 1, во входную цепь которого включен колебательных контур, состоящий из катушки индукел

с

со

О

со

00 0 СЛ

тивности 2, внутри которой расположена капсула 3 и конденсатор 4. Выход генератора соединен с частотомером 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряют резонансную частоту контура без образца, Затем берут навеску образца воздушно-сухой смеси массой Зги помещают ее в капсулу 3, и, затем все вместе-в катушку индуктивности 2. С помощью частотомера 5 измеряют резонансную частоту колебательного контура и рассчитывают Дт . После этого навеску смеси подвергают воздействию температурой 100-105°С в течение 4 ч и доводят до осты- вания до комнатной температуры без доступа воздуха, например в эксинаторе, в течение 0,5 ч и измеряют резонансную час- тдту контура без образца. Затем навеску помещают в капсулу и снова измеряют ре- зонансную частоту и рассчитывают величину Дг . Массовую долю протеина и воздушно-сухой смеси определяют по разности AI - Дг .

П р и м е р 1. Навеску воздушно-сухой смеси кормовой свеклы массой 3 г помещают в электромагнитное поле частотой порядка 5 МГц. Величина Д1 101,24-10 6 1/г. Затем эту навеску нагревают при 100-105°С в течение 4 ч с последующим остыванием в эксикаторе до комнатной температуры в течение 0,5 ч. Величина Дг 98-65-10 1/г. . Ai- Де 2,59-10 6 1/г Это соответствует массовой доли проте- ина4,81%.

П р и м е р 2, Навеску воздушно-сухой смеси сена массой 3 г помещают в электромагнитное поле. Величина Ai 120, 1 /г. Затем навеску нагревают в течение 4ч при 100-105РС с последующим остыванием в эксикаторе до комнатной температуры в течение 0,5 ч. Величина Дг 111, 1 /г. Ai- A 9,94 10 6 1/г.

Это соответствует массовой доли проте- ина.8,56%.

П р и м е р 3, Навеску воздушно-сухой смеси кукурузного силоса массой 3 г помещают в элетромагнитное поле. Величина Ai 112,68«10 6 1 /г. Затем навеску нагрева- ют в течение 4 ч при 100-105°С с последующим остыванием в эксикаторе до комнат ной температуры в течение 0,5 ч. Величина Аг 100.57. 1/г.

Ai- Дг 12,11. 1/г Это соответствует массовой доли протеина 10,31%.

Пример 4. Навеску воздушно-сухой кормовой смеси для крупного рогатого скота массой 3 г помещают в электромагнитное

5 0

5 0

5

поле. Величина Ai 12, 1/г. Затем навеску нагревают с последующим остыванием как в ранее рассмотренных примерах. Величина Да 110,

Ai- А2-14,21.10 61/г, Это соответствует массовой доли протеина 12,38%.

П р и м е р 5, Навеску воздушно-сухой смеси сенажа массой 3 г помещают в электромагнитное поле. Величина AI 123, 1/г. После тепловой обработки и остывания как в предыдущих пределах,

Д .104,81-10 в 1/г AI- Да 18,84-4О 6

Это соответствует массовой доли протеина 19,69%.

Результаты приведенных примеров представлены на фиг.2.

Точность определения массовой доли протеина рассчитывалась дисперсионным методом согласно методическим указаниям Госстандарта МИ 23-74 Методика экспертизы нормативов точности в .проектах стандартов на сырье и материалы и на методы испытания их химического состава и физико-химических свойств. Полная относительная ошибка.

Е 0 + а,(3) где 0 - величина систематической ошибки, определяемой классом точности применяемых приборов для измерения частоты. В качестве данного прибора использовался частотомер 43-35 и аналитические весы. В соответствии с паспортными данными этих приборов 0 0,27%. а - случайная относительная ошибка

a ZS1(5,r(4) Для доверительной вероятности Р 0,975, Z -1.96

S(5 r - относительное среднеквадратичное отклонение

Sb.r

Ach0(Pb)Vn

(5)

где d - значение допустимых расхождений между наиболее отличающимися данными в ряду параллельных определений Ач и А;)

п - число параллельных определений;

Дер - среднеарифметическое значение среды и параллельных определений. Для доверительной вероятности Р - 0,95 Q(.2.77

Для расчета случайной относительной ошибки были проведены измерения в трехкратной повторности. Каждая повторность измерялась 5 раз. Таким образом было проведено 15 параллельных определений. Результаты расчета относительной ошибки дЛя каждой экспериментальной точки фиг.2 представлены в табл.1.

В табл.2 дан расчет необходимого времени для проведения одного анализа.

Время, необходимое для тепловой обработки .при 100-105°С в течение 4 ч с последующим остыванием в эксикаторе до комнатной температуры в течение 0,5 ч сни- жа ет производительность и увеличивает время одного анализа. Проведем расчет времени одного анализа с учетом последнего и данных табл.2. Предположим, что в тепловую камеру одновременно загружаются 40Q образцов. Таким образом, непосредст- вейно для анализа остается следующее время, исходя из восьмичасового рабочего дня

8 ч-4,5 ч 3,5 ч 210 мин 12600с. За это время можно провести следующее количество анализов, исходя из данных табл.2.

N 1 50JU370.

Таким образом, производительность способа порядка 370 анализов за восьмичасовой рабочий день. Время одного анализа с учетом тепловой обработки составит

, - 8 3600 77 я 1--370---77 8сОбоснования необходимости температурного режима 100-105°С в течение 4 ч

ро всех способах анализа вещества на содержание протеина, например, химический, спектроскопический, используется воздушно-сухая смесь, т.е. смесь, полученная при нагреве исходного вещества до 60- 65°С в течение промежутка времени, когда разность масс между последующими нагревами не составляет менее 1%. В заявляемом способе исходным компонентом также является воздушно-сухая смесь. Теоретические и экспериментальные исследования содержания влаги в биологических материалах, например, в кормах (Секанов Ю.П. Влагрметрия сельскохозяйственных материалов. М.: Агропромиздат, 1985) позволяют установить, что весь пул влаги можно разделить на три составляющих:

,1v Свободная влага, то есть влага, свя- зайнйя с материалом физико-механическими силами;

2. Гигроскопическая влага - влага, связанная с материалом химически и физико- химически;

3. Влага, связанная только с белковыми молекулами вещества, то есть с протеином.

Различные виды термической, вакуумной обработки позволяют установить, что первые две составляющие можно удалить

из.материала. Свободная влага удаляется при нагреве до 60-65°С, а связанная - при нагреве 100-105°С в течение 4 ч. Третья составляющая, как было экспериментально 5 доказано методом ЯМР (ядерный магнитный резонанс) не удаляется никакими внешними воздействиями. Причем количество этой влаги пропорционально содержанию белка или протеина.

0 Таким образом, нагревая исходную воздушно-сухую смесь до 100-105°С и выдерживая ее в течение 4 ч, удаляют всю связанную влагу и остается только влага. связанная с белковыми молекулами. По ко5 личеству этой влаги судят о содержании протеина, а содержание влаги определяют заявленным способом.

Обоснование необходимости технологического приема - остывание без доступа

0 воздуха в эксикаторе до комнатной температуры в течение 0,5 ч.

После тепловой обработки 100-105°С в течение 4 ч образец должен остыть перед измерениями до комнатной температуры.

5 Остывание образца может проходить в естественных условиях окружающей среды, имеющей в различное время различную величину относительной влажности, которая является естественно-метериологической и

0 не поддается регулированию. Образец при

остывании из окружающей среды возьмет

ее влажность, которая, как было сказано

выше, не поддается регулированию. Таким

образом, при повторении измерений через

5 час, сутки и т.д. возможна другая влажность а следовательно, и другие параметры, измеренные предлагаемым способом. Создаются условия неповторяемости результатов от опыта к опыту на одних и тех же образцах.

0 Пример. Были проведены измерения предлагаемым способом на воздушно-сухих образцах пшеницы при 3 значениях влажности окружающей среды: 5i 72%, 62 76% и . Содержание протеина - 15,94%.

5 Результаты представлены в табл.3.

Таким образом, из экспериментальных результатов, представленных в табл.3, видно, что остывание образцов до комнатной температуры в окружающей среде при раэ0 ной ее относительной влажности приводит к значительным разбросам результатов из- мерения для одного и того же образца. Для исключения такого нежелательного явления предлагается проводить остывание образ5 цов до комнатной температуры без доступа воздуха. Расчет времени остывания от 105 до 20°С проводится ниже на основании решения уравнения теплопроводности для плоского случая.

Допустим, что воздушно-сухая смесь после нагрева до 105°С(среда 1) помещена в среду без доступа воздуха (среда П) с температурой 20°С. Для определения времени остывания воздушно-сухой смеси воспользуемся решением уравнения теплопроводности для плоского случая (Мучник Г.Ф., Рубанов И.Б. Методы теории теплообмена, ч. 1. Высшая школа, 1970, с. 66),

-tfLL A dTf6)

,2 л Г rl t V0

ах

рС dt

а - коэффициент температуропроводности

2V

tape

2VtA

р- плотность;

С - теплоемкость.

Решение уравнения (6) находим для граничного условия в виде ступенчатой функции (Кнонфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. М.: Мир, 1972, с. 69-69).

T(0,t) fli, для t 0 ТТа, для t О и для начального условия

Т(Х,0) Т2 0 Х оо.

Решение уравнения (6) для данного граничного и начального условий известного из курса математической физики и дается выражениемT(X,t) T2-(T2-Ti)PZ),

X X где Z 0

5

0

5

()

с

процесс температуропроводности для слоя воздушно-сухой смеси толщиной м с учетом, что А 2,48-10 5 Втм град. Результаты расчета изменения температуры по оси X для различных интервалов времени представлены в табл.4.

Результаты представлены на фиг.З в виде трех графиков для различных интервалов времени нахождения в среде без доступа воздуха. Кривая 1 t 10 с, кривая 2 60 с, кривая 3 1600 с. Из графиков видно, что почти полное остывание воздушно-сухого образца в эксикаторе происходит через 1600 с. Поэтому в качестве временного интервала охлаждения воздушно-сухой смеси в заявленном способе был принят 30 мин 1800 с.

Формула изобретен и.я Способ определения протеина в воздушно-сухих смесях, включающий помещение исследуемой смеси в электромагнитное поле, измерение величины взаимодействия электромагнитного поля со смесью и последующий анализ содержания протеина в смеси по калибровочному графику, отличающийся тем, что, с целью ускорения способа, исследуемую смесь подвергают термообработке при 100-105°С в течение 4 ч и выдержке в течение 30 мин до комнатной температуры без доступа воздуха, а измерение проводят путем определения разности величин взаимодействия электромагнитного поля со смесью в воздушно-сухом состоянии ( AI ) и обработанной исследуемой смеси (Де ) по формулам

.

f fe.c . А. f foe

m

m

Использование: в кормопроизводстве. Сущность: способ определения протеина в воздушно-сухих смесях, включающий помещение исследуемой смеси в электромагнитное поле, измерение величины взаимодействия электромагнитного поля со смесью и последующий анализ содержания протеина в смеси, причем исследуемую смесь подвергают термообработке при 100- 105оС в течение 4 ч и выдержке в течение 30 мин до комнатной температуры без доступа воздуха, а измерение проводят путем определения разности величин взаимодействия электромагнитного поля со смесью в воздушно-сухом состоянии и обработанной исследуемой смеси по формулам. 3 ил., 4 табл.

А- коэффициент теплопроводности

2 Ф(1)- /о ег dA - интеграл

ошибок.

Интеграл ошибок табулирован в работе Ян- не Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функ- ции. М.: Наука, 1969. с. 71-73. Рассчитаем

где f - резонансная частота контура без смеси;

fep - резонансная частота контура со смесью в воздушно-сухом состоянии; ,

m - масса навески, г;

foe - резонансная частота контура с обработанной исследуемой смеси.

Таблица2

ТаблицаЗ

Т а б л и ц а 4

0

8

Фиг, 2

//76 7&

(,

22

&Ј/. 3