OPTICAL SPECTRAL DIAGNOSTICS OF CASEIN
Authors: САМАРИН Г.Н. , БЕЛЯКОВ М.В. 
Published: April 2024

Изучение свойств молока и его компонентов, в частности казеина, применяемых в производстве раз- личной молочной продукции, возможно с применением оптических спектральных методов. Исследовали свойства молочного казеина в видимой и ближней инфракрасной области методами отражательной, люминесцентной и рама- новской спектроскопии. Для анализа использовали мицеллярный казеин, полученный фильтрацией молока без ис- пользования агрессивных химикатов и нагревания для сохранения структуры белка, с массовыми долями белка, жира и углеводов 81; 1,5 и 5% соответственно. Спектральные характеристики отражения казеина в видимой и ближней инфракрасной области (400 ... 2400 нм) получали на приборе NIRS DS2500. Спектры возбуждения и фотолюминес- ценции водного раствора казеина измеряли на спектрофлуориметре СМ2203 по ранее апробированной методике. Измерение спектров комбинационного (рамановского) рассеяния проводили на конфокальном рамановском микро- скопе SenterraII. Установлено, что в видимой области спектра коэффициент отражения снижается примерно в два раза, а в инфракрасной области он плавно увеличивается примерно в шесть раз. Наиболее эффективна диагностика казеина по его отражательным свойствам в ближней инфракрасной области при длинах волн свыше 1400 нм, по поглощательным свойствам – в диапазоне 600 ... 1050 нм. При возбуждении казеина оптическим излучением диа- пазона 230 ... 500 нм выделяются три максимума: 298, 360 и 445 нм. По интегральной поглощательной способно- сти наибольший вклад (696 отн. ед.) вносит центральный максимум возбуждения на длине волны 360 нм. Спект- ральные характеристики фотолюминесценции расположены в диапазонах 330 ... 450, 400 ... 650 и 480 ... 665 нм. Наибольший для возбуждения интегральный поток фотолюминесцентного излучения получен при 360 нм. Спектр рамановского рассеяния содержит основные максимумы в диапазонах 790 ... 1200, 1250 ... 1450, 1450 ... 1495, 1650 ... 1720 и 2850 ... 3030 см–1. Пик 1002 см–1 от казеина был отнесен к циклическому дыханию фенилаланина. Наибо- лее перспективны по диагностике казеина фотолюминесцентная и рамановская спектроскопия, однако рамановская спектроскопия требует сложного и дорогостоящего оборудования и строго регламентированных условий измерения.
The study of the properties of milk and its components, in particular, casein, used in the production of various dairy products is possible using optical spectral methods. The properties of milk casein in the visible and near infrared regions were studied by methods of reflective, luminescent and Raman spectroscopy. For the analysis, micellar casein was used, obtained by filtration of milk without the use of aggressive chemicals and heating to preserve the protein structure, with mass fractions of protein, fat and carbohydrates 81; 1.5 and 5%, respectively. Spectral characteristics of casein reflection in the visible and near infrared regions (400 ... 2400 nm) were obtained using the NIRS DS2500 device. The excitation and photoluminescence spectra of an aqueous casein solution were measured using a CM2203 spectrofluorimeter using a previously tested technique. The Raman scattering spectra were measured using a SenterraII confocal Raman microscope. It has been found that in the visible region of the spectrum, the reflection coefficient decreases by about two times, and in the infrared region it gradually increases by about six times. The most effective diagnosis of casein is based on its reflective properties in the near infrared region at wavelengths over 1400 nm, and its absorption properties in the range of 600 ... 1050 nm. When casein is excited by optical radiation in the range of 230 ... 500 nm, three maxima are distinguished: 298, 360 and 445 nm. According to the integral absorption capacity, the largest contribution (696 rel. units) introduces a central excitation maximum at a wavelength of 360 nm. The spectral characteristics of photoluminescence are located in the ranges 330 ... 450, 400 ... 650 and 480 ... 665 nm. The lagest integral photoluminescent radiation flux for excitation was obtained at 360 nm. The Raman scattering spectrum contains the main maxima in the ranges 790 ... 1200, 1250 ... 1450, 1450 ... 1495, 1650 ... 1720 and 2850 ... 3030 cm–1. The peak of 1002 cm–1 from casein was attributed to cyclic respiration of phenylalanine. Photoluminescent and Raman spectroscopy are the most promising methods for the diagnosis of casein, but Raman spectroscopy requires complex and expensive equipment and strictly regulated measurement conditions.