СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ В МАСЛЕ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА
METHOD FOR DETECTION OF OLEIC ACID CONTENT IN SUNFLOWER SEED OIL

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к области практического применения импульсных ЯМР-спектрометров для экспрессного определения показателей качества семян масличных культур, в данном случае для экспрессного определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника без разрушения анализируемых проб, то есть минуя процедуру извлечения масла из семян. Олеиновая кислота является одной из четырех основных жирных кислот, входящих в состав масла семян подсолнечника. Содержание ее в масле колеблется от 30-34% у сортов подсолнечника с традиционным жирно-кислотным составом и до 89-92% у высокоолеиновых сортов. Повышенное содержание олеиновой кислоты в подсолнечном масле значительно улучшает его потребительские качества. Такое масло не «горит» и не полимеризуется в процессе термообработки, поэтому его стало возможным применять для приготовления мучных кондитерских изделий, во фритюрном производстве и в рыбоконсервной промышленности, где ранее применялось исключительно оливковое масло. Кроме того, высокоолеиновое подсолнечное масло является более стойким по сравнению с низкоолеиновым к воздействию негативных факторов окружающей среды в процессе его хранения. Высокоолеиновые сорта и гибриды подсолнечника получают селекционными методами, выращиваются только в южных регионах и очень требовательны к соблюдению технологии их возделывания. Пониженные температуры окружающий среды в период маслообразования и нарушение технологии возделывания приводят к резкому снижению в масле олеиновой кислоты. Поэтому экспрессный контроль содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника необходим на всех этапах их производства, начиная от контроля семенного материала, включая производство, заготовку, хранение и заканчивая запуском семян на переработку на маслодобывающих предприятиях. Экспрессный контроль содержания олеиновой кислоты в масле также необходим для обеспечения селекционного процесса высокоолеиновых сортов и гибридов подсолнечника в селекционных центрах и на сортоиспытательных станциях.
Известен хроматографический метод определения жирно-кислотного состава растительных масел: Межгосударственный стандарт ГОСТ 30418-96 Масла растительные. Метод определения жирно-кислотного состава (прототип). Метод основан на превращении триглицеридов жирных кислот в метиловые эфиры жирных кислот и их газохроматографическом анализе. Метод предусматривает процедуру отбора пробы испытуемого масла, метилирование отобранной пробы масла (приготовление метиловых эфиров жирных кислот), введение метилированной пробы масла в хроматографическую колонку с помощью микропипетки, получение хроматограммы, определение количественного состава жирных кислот и расчет содержания олеиновой кислоты в процентах от суммы всех жирных кислот масла. Среднее время выполнения хроматографического анализа зависит от типа колонки и необходимого качества разделения пиков и составляет для современных хроматографов 15-60 минут без учета времени на пробоподготовку.
Недостатками хроматографического метода определения жирно-кислотного состава масел является: большая длительность и высокая трудоемкость выполнения анализов; необходимость применения ядовитых реактивов (метиловый спирт); необходимость содержания газового хозяйства (водород, азот, воздух).
Настоящим изобретением решается задача уменьшения времени выполнения анализов и снижение их трудоемкости при определении содержания в масле семян подсолнечника олеиновой кислоты.
Цель изобретения - определение аналитических ядерно-магнитных характеристик неразрушенных семян подсолнечника, функционально связанных с содержанием в масле олеиновой кислоты.
Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что в известном методе определения жирно-кислотного состава масел, включающем отбор пробы анализируемого материала определенного объема, измерение аналитических параметров, соответствующих содержанию жирных кислот в масле пробы, и вычисление по этим параметрам процентного содержания олеиновой жирной кислоты в масле, согласно изобретению в качестве анализируемого материала берут семена подсолнечника, измерение аналитических параметров, соответствующих содержанию жирных кислот в масле пробы, осуществляют на ЯМР-анализаторе, для чего последнюю помещают в датчик импульсного ЯМР-анализатора, регистрируют сумму амплитуд четных сигналов спинового эха на временном интервале 60-80 мс от начала огибающей и сигнал ЯМР, пропорциональный количеству масла в пробе, вычисление же процентного содержания олеиновой кислоты в масле осуществляют по градуировочному уравнению зависимости содержания в масле олеиновой кислоты от значения частного, полученного при делении суммы амплитуд четных сигналов спинового эха на временном интервале 60-80 мс от начала огибающей на величину сигнала ЯМР, пропорционального количеству масла в анализируемой пробе семян, при этом коэффициенты градуировочного уравнения находят при градуировке ЯМР-анализатора по образцам семян с известным содержанием в их масле олеиновой кислоты, найденным по стандартной методике, а градуировку ЯМР-анализатора и измерение аналитических параметров, соответствующих содержанию жирных кислот в масле пробы семян, проводят при одной и той же температуре, причем объем пробы семян выбирают из требований ее максимальной представительности и особенностей конструкции датчиков сигналов импульсного ЯМР-анализатора, в частности 25±1,0
3
см, а градуировку ЯМР-анализатора и последующее измерение ядерно-магнитных характеристик анализируемых образцов семян проводят при температуре, близкой к комнатной.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника отличается от известного условиями осуществления действий, а именно: используемым веществом (в прототипе - масло, уже извлеченное из семян, а в заявляемом изобретении - масло, находящееся в семенах) и применяемым оборудованием (в прототипе - хроматограф газовый и все необходимые для него аппаратура, материалы, реактивы, а в заявляемом изобретении - ЯМР-анализатор). Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию патентоспособности НОВИЗНА.
Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, мы не обнаружили тождественных заявляемому способу решений для определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. Мы пришли к заявляемому техническому решению после проведенных исследований. На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ.
Заявляемое техническое решение соответствует и критерию патентоспособности ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ, так как оно может быть использовано в измерительной технике, а именно для экспрессного определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника без разрушения анализируемой пробы семян с помощью импульсных ЯМР-спектрометров.
Применение импульсного метода ядерного магнитного резонанса для определения содержания олеиновой кислоты в масле семян основано на том, что с увеличением содержания в масле олеиновой кислоты изменяются его физические свойства, в частности увеличивается вязкость масла, то есть уменьшается подвижность входящих в его состав молекул. Изменение подвижности молекул приводит к синхронным вариациям формы огибающей сигналов спинового эха при исследовании образцов масла с различным содержанием олеиновой кислоты на импульсных ЯМР-спектрометрах. На фиг.1 приведены огибающие сигналов спинового эха для образцов подсолнечных масел одинаковой массы с содержанием олеиновой кислоты 40% (кривая 1) и 80% (кривая 2). Изменения формы огибающей, обусловленные различным содержанием в масле олеиновой кислоты, можно регистрировать, измеряя амплитуду сигналов спинового эха в определенный момент времени или сумму n-го числа сигналов эха на некотором временном интервале. На фиг.2 приведена зависимость амплитуды сигналов ЯМР от количества в масле олеиновой кислоты для образцов масла одинаковой массы. Каждый из сигналов ЯМР представляет собой сумму амплитуд 20-и четных сигналов спинового эха, измеренных на временном интервале 60-80 мс от начала огибающей (фиг.1). На фиг.2 видно, что величина сигнала ЯМР находится в функциональной зависимости от количества олеиновой кислоты в исследуемых образцах масла, что подтверждает принципиальную возможность определения ее количества в семенах подсолнечника на ЯМР-анализаторе. Выбор временного интервала 60-80 мс обусловлен тем обстоятельством, что на этом временном интервале достаточно отчетливо проявляются различия в форме огибающей сигналов спинового эха, обусловленные различным содержанием в масле олеиновой кислоты (рис.1) и имеется возможность определять содержание олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника одновременно с определением их масличности и влажности.
3
Способ осуществляют следующим образом. Отбирают пробу семян подсолнечника определенного объема, в масле которых необходимо определить содержание олеиновой кислоты, отобранную пробу семян помещают в датчик импульсного ЯМР-анализатора и измеряют аналитические параметры, соответствующие содержанию жирных кислот в масле пробы, путем регистрации суммы амплитуд четных сигналов спинового эха на временном интервале 60-80 мс от начала огибающей и сигнала ЯМР, пропорционального количеству масла в пробе, а затем вычисляют процентное содержание олеиновой кислоты в масле по градуировочному уравнению зависимости ее содержания от значения частного, полученного при делении суммы амплитуд четных сигналов спинового эха на временном интервале 60-80 мс от начала огибающей на величину сигнала ЯМР, пропорционального количеству масла в анализируемой пробе семян, при этом коэффициенты градуировочного уравнения находят при градуировке ЯМР-анализатора по образцам семян с известным содержанием олеиновой кислоты в масле, найденным по стандартной методике. Градуировку ЯМР-анализатора и измерение аналитических параметров, соответствующих содержанию жирных кислот в масле пробы семян проводят при одной и той же температуре. При этом объем пробы семян выбирают исходя из требований ее максимальной представительности и особенностей конструкций датчика сигналов импульсного ЯМР-анализатора, в частности 25±1,0 см, а градуировку последнего и последующее измерение аналитических параметров, соответствующих содержанию жирных кислот в масле пробы семян, проводят при температуре, близкой к комнатной.
ПРИМЕР.
2
Для определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника заявляемым способом был использован серийно выпускаемый ЯМР-анализатор АМВ-1006 М. Для его градуировки были отобраны 12 образцов семян подсолнечника с известным содержанием в масле олеиновой кислоты в диапазоне от 30 до 90%. Содержание олеиновой кислоты в них было определено хроматографическим методом в соответствии с ГОСТ 30418-96. Ядерно-магнитные характеристики таких же 12-и образцов (суммы амплитуд n четных сигналов спинового эха на временном интервале 60-80 мс от начала огибающей - сумма S) были измерены на указанном выше ЯМР-анализаторе и определены исходные данные для получения градуировочного уравнения зависимости количества в масле семян подсолнечника олеиновой кислоты от величины сигнала ЯМР, измеренного на временном интервале 60-80 мс от начала огибающей. Перед измерением ядерно-магнитных характеристик на ЯМР-анализаторе образцы были выдержаны при температуре 25±0,5°С в течение трех часов. Исходные данные для получения градуировочного уравнения зависимости количества в масле олеиновой кислоты от величины сигнала ЯМР приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Исходные данные для получения градуировочного уравнения зависимости количества олеиновой кислоты в масле от величины сигнала ЯМР.
Номер образца
Содержание олеиновой кислоты в масле, % от суммы кислот
S<sub>2</sub>, отн. ед
Аом, отн. ед.
S<sub>2</sub>/Аом, отн. ед.
1
29,7
5233
558,3
9,37
2
31,0
5508
588,6
9,36
3
39,1
5201
578,2
9,00
4
61,0
4701
567,1
8,29
5
62,4
4530
546,2
8,29
6
77,0
4525
581,0
7,79
7
83,1
4052
533,9
7,59
8
86,0
3467
461,4
7,51
9
86,0
4695
618,2
7,59
10
86,8
4618
610,3
7,57
11
88,0
4016
530,0
7,58
12
88,7
3970
524,8
7,56
В таблице 2 приведены результаты определения содержания в масле семян подсолнечника олеиновой кислоты на ЯМР-анализаторе АМВ-1006М по предлагаемому способу с использованием в качестве градуировочной характеристики зависимость, приведенную на фиг.3.
Таблица 2.
Результаты сравнительных определений содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника, проведенные в соответствии с ГОСТ 30418-96 и по предлагаемому способу
Номер образца
S<sub>2</sub>, отн. ед.
Аом, отн. ед.
S<sub>2</sub>/Аом, отн. ед.
Содержание олеиновой кислоты в масле, % от суммы кислот
Δ, %
Хроматографический метод (ГОСТ 30418-96)
Предлагаемый метод
1
4149
539,1
7,70
84,7
81,8
-2,9
2
3572
472,0
7,57
87,5
85,8
-1,7
3
3950
523,4
7,55
88,7
86,5
-2,2
4
4377
577,0
7,59
87,5
85,3
-2,2
5
3982
527,0
7,56
89,1
86,2
-2,9
6
3525
472,0
7,47
88,9
89,0
0,1
7
4058
537,4
7,55
89,0
86,4
-2,6
8
4627
613,8
7,54
86,8
86,8
0,0
9
5181
560,0
9,25
29,7
32,7
3,0
10
2590
340,3
7,61
85,7
84,5
-1,2
11
5610
596,1
9,41
30,1
27,6
-2,5
12
5585
593,9
9,40
30,6
27,9
-2,7
13
5195
577,7
8,99
39,1
40,9
1,8
14
4369
571,8
7,64
86,5
83,5
-3,0
15
5276
584,3
9,03
40,8
39,7
-1,1
16
5489
587,5
9,34
32,5
29,8
-2,7
17
4702
619,5
7,59
87,0
85,1
-1,9
18
4539
599,7
7,57
83,3
85,8
2,5
19
4504
583,4
7,72
78,4
81,0
2,6
20
4029
534,8
7,53
84,0
86,9
2,9
21
4699
565,3
8,31
60,0
62,3
2,3
22
4492
545,4
8,24
62,4
64,7
2,3
23
3628
454,8
7,98
74,7
72,9
-1,8
24
4597
608,7
7,55
86,8
86,3
-0,5
2
2
Градуировочная характеристика, построенная по полученным данным, приведена на фиг.3. Поскольку образцы семян подсолнечника с известным содержанием в масле олеиновой кислоты имели различную масличность, т.е. в каждой из проанализированных проб семян содержалось различное количество масла, то для получения сравнимых результатов при построении градуировочной характеристики использовалась не сумма S, а частное от деления суммы S на величину сигнала ЯМР, пропорционального количеству масла (Аом) в каждой из проанализированных проб семян.
3
2
Для проведения измерений были подготовлены 24 пробы семян подсолнечника с различным содержанием в масле олеиновой кислоты. Объем каждой пробы семян составлял 25 см. Непосредственно перед измерениями пробы семян были выдержаны в термостате при температуре 25±0,5°С в течение трех часов. В процессе выполнения измерений регистрировались два аналитических параметра - сумма амплитуд четных сигналов спинового эха на временном интервале 60-80 мс (S) и сигнал ЯМР, пропорциональный количеству масла (Аом) в каждой из проб семян. Для проверки правильности определения содержания олеиновой кислоты в масле предлагаемым способом в каждой из проб семян подсолнечника, проанализированных на ЯМР-анализаторе, был определен жирно-кислотный состав масел хроматографическим методом в соответствии с ГОСТ 30418-96. Из данных таблицы 2 следует, что погрешность определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника предлагаемым способом не превышает трех процентов, что соизмеримо с погрешностью хроматографического метода и вполне приемлемо для выполнения рутинных измерений.
Совокупность признаков заявляемого способа определения содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника позволяет определять аналитические ядерно-магнитные характеристики неразрушенных семян, функционально связанные с содержанием в масле семян олеиновой кислоты, и по ним вычислять процентное ее содержание по градуировочному уравнению, коэффициенты которого определяются при градуировке ЯМР-анализатора по образцам семян с известным содержанием в них указанной кислоты. Для выполнения анализа не требуется применение химических реактивов и не требуется наличия газового хозяйства, снижена трудоемкость выполнения анализа за счет исключения ряда операций, время выполнения анализа уменьшено минимум в 7 раз.
Итак, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивают достижение поставленной цели и решение поставленной задачи.