Способ определения содержания пальмового масла в молоке
METHOD FOR DETERMINING PALM OIL CONTENT IN MILK

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к молочной промышленности и предназначено для количественного определения содержания пальмового жира в молоке.
Уровень техники
Известны оптические методы, позволяющие определять присутствие и содержание пальмового жира в молоке и молочных продуктах. Одним из наиболее распространенных способов является метод газовой хроматографии (МУ 4.1/4.2.2484-09). Стандартизованным методом идентификации жировой фазы молочных продуктов является метод определения стеринов газожидкостной хроматографией (ГОСТ 31979-2012 «Молоко и молочные продукты. Метод обнаружения растительных жиров в жировой фазе газожидкостной хроматографией стеринов»). Метод качественный и позволяет установить, присутствуют ли растительные жиры в продукте или нет (аналог). Еще один метод, который можно используют для ориентировочного установления фальсификации молочного жира, основан на определении природы вещества по цвету флуоресцирующего излучения. Он базируется на фундаментальном свойстве люминесценции в ультрафиолетовых лучах многих органических веществ. Молочный жир в ультрафиолетовых лучах флуоресцирует различными оттенками желтого цвета, а растительные жиры - фиолетово-голубым
(http://www.znaytovar.ru/s/Sovremennye_izmeritelnye_meto.html biobloc.ru/lyuminescentnyy_analiz_pischevyh_p).
Также используется метод на основе определения числа Рейхарта-Мейсля (https://test.org.ua/usefulinfo/food/info/127). Известен способ определения жирнокислотного состава жировой части продукта по ГОСТ 31663-2012, использующий определение массовой доли метиловых эфиров жирных кислот методом газовой хроматографии (https://test.org.ua/usefulinfo/food/info/127) (прототип).
Недостаток перечисленных методов заключается в сложности, большом времени для анализа и низкой точности, не превышающей 50 процентов при определении количества содержащегося растительного жира в молоке, или только ответ, содержится или нет пальмовый жир в продукте.
Целью настоящего изобретения является упрощение, сокращение времени и увеличение точности количественного определения содержания пальмового жира в молоке.
Цель достигается путем использования метода динамического рассеяния света для определения размеров коллоидных образований эмульсии молочного жира в спирте (Dhont J.K.G., An introduction to the dynamics of colloids. Amsterdam: Elsevier, (1996)). Метод заключается в приготовлении эмульсии молочного жира в растворителе, помещении эмульсии в прозрачную кювету, облучении лазерным излучением, регистрации рассеянного света под углом 30-85 градусов и измерении функции корреляции рассеянного света, по которой определяется размер эмульсионных частиц. Нами впервые установлено, что размер эмульсионных частиц однозначно определяет соотношение компонент пальмового и молочного жира.
Метод, предлагаемый настоящим изобретением, дает возможность определить присутствие пальмового жира и определить с точностью 10% его количество в жире молока. Процесс измерения занимает не более 30 минут.
Раскрытие изобретения
Малое количество молока (0.5-2.0 мл) растворяется в этиловом спирте крепостью 96±4%, затем перемешивается, обрабатывается ультразвуком, полученная суспензия разделяется на фракции путем центрифугирования, отбирается фракция с коллоидами жира не позже чем через за 30 минут после ультразвуковой обработки и центрифугирования эмульсии, затем методом динамического рассеяния света определяется размер коллоидных образований. Приготовленная проба наливается в кювету и устанавливается в корреляционный спектрограф (www.photocor.ru/mini-particle-size-analyzer), позволяющий выбирать необходимый угол рассеяния для оптимальных измерений размеров коллоидных образований. Кювета с исследуемым образцом освещается He-Ne лазером с длиной волны света λ=632.8 нм. Рассеянный свет регистрируется фотоэлектронным умножителем под углом 45°±5° к направлению распространения излучения лазера. Полученная корреляционная функция обрабатывается специальной программой спектрографа и дает размеры коллоидных образований R в пробе молока. Зависимость R от содержания пальмового масла выражается формулой
,
палм
где C(%) - содержание пальмового жира в процентах относительно полной жирности молока, R - средний размер коллоидной частицы в нанометрах. Содержание пальмового жира определяется выражением
.
Процедура измерений занимает менее 30 минут, а точность определения количества пальмового жира не хуже 10%, что существенно лучше, чем в прототипе.
Описание чертежей
На фиг. 1 изображена функция распределения частиц по размерам R при различных концентрациях пальмового жира в молоке: (1) - концентрация пальмового жира 0%; (2) - 25% от полной жирности молока; (3) - 75% от полной жирности молока; (4) - концентрация пальмового жира 100%.
На фиг. 2 представлена зависимость радиуса коллоидных образований R в эмульсиях молока в спирте от процентного содержания пальмового жира в молоке.
Осуществление изобретения
Процесс приготовления образцов сводится к растворению малого количества молока в этиловом спирте 96±4% крепости, т.к. отделение белковых компонент молока от жира при использовании этилового спирта происходит лучше, чем с другими растворителями, потому что спирт растворяет воду, содержащуюся в молоке, не образуя с ней коллоидных образований. За пределами указанного интервала крепости этилового спирта эмульсия жира молока содержит большое количество коллоидных образований, не связанных с жиром, что приводит к ошибкам в измерениях и к трудностям их выполнения. Гексан для приготовления образцов оказался неудобным, так как он не растворяет воду. Вода и белки образуют в гексане коллоидные образования различных размеров, что запутывает спектр и не дает однозначный результат.
Процесс приготовления образцов для исследований требует выполнения следующих операций.
1. Согласно методике, описанной в пат. США (US 4876107 А) или в пат. США (US 20100303992 А1), производится замена молочного жира пальмовым маслом в диапазоне от 10 процентов до 100 процентов. В результате получаются эталонные образцы молока с разным содержанием пальмового масла от нуля до ста процентов. Эти образцы используются для определения размеров коллоидных частиц и верификации предлагаемого в настоящей заявке способа.
2. Из исходного объема с молоком отбирается при помощи шприца 0,5-1 мл молока и помещается в пробирку объемом 50 мл, затем в пробирку доливается 40 мл спирта при температуре 18-25°C. Раствор тщательно перемешивается стеклянной лопаткой вплоть до образования мутной среды.
3. Полученный раствор обрабатывается ультразвуком в ванночке, наполненной водой. Мощность ультразвука 60 Вт, время обработки 5 секунд.
4. Обработанный раствор помещается в центрифугу, где происходит разделение фракции с коллоидными образованиями жира и фракции с коллоидными образованиями, содержащими белок. Центрифугирование проводится при скорости вращения 3000 оборотов в минуту в течение 5 минут.
5. Не позже чем через 30 минут после ультразвуковой обработки и центрифугирования эмульсии при помощи чистого шприца аккуратно отбирается компонент, содержащий жир в количестве 3-4 мл, и помещается в цилиндрическую стеклянную кювету корреляционного спектрографа.
Превышение времени свыше 30 минут приводит к снижению точности.
Кювета закрывается крышкой, что обеспечивает отсутствие конвекции, защиту от пыли и высыхания. Температура образца поддерживается в интервале 18-26°C. Отклонение от указанного диапазона температур приводит к изменению размеров коллоидных образований и к изменению их количества. Измерения производятся под углом рассеяния 45°±5°. При использовании этого угла в функции распределения частиц по размерам нет дополнительных пиков и наблюдается только один пик, связанный с содержанием пальмового жира в молоке. При угле рассеяния 80° на гистограмме функции распределения наблюдаются два пика, что не дает однозначно определять количество пальмового жира в пробе молока.
Из кривых (1), (2), (3) и (4) однозначно вытекает, что функция распределения размеров коллоидных частиц сдвигается в правую сторону при увеличении доли пальмового масла в молоке. Точность определения среднего размера коллоидной частицы R определяется дисперсией кривых на фиг. 1 и не превышает 10 процентов. Соответственно, точность определения содержания пальмового масла также не будет хуже чем 10 процентов. Квадраты (5) на фиг. 2 представляют собой результаты измерений, отраженных на фиг. 1.
Кривая (6) зависимости размеров коллоидных образований в пробах молока с разным процентным содержанием пальмового жира при полной жирности 4% и при рассеянии света под углом θ=45° приведена на фиг. 2.
Из представленной кривой видно, что при полном замещении молочного жира пальмовым размер коллоидных образований максимальный и достигает величины в 2200 нм. По мере уменьшения процента содержания пальмового жира в молоке размер коллоидных образований уменьшается. Однако измерения должны быть выполнены в течение 30 минут после ультразвуковой обработки и центрифугирования пробы, в противном случае размеры коллоидных образований постепенно уменьшаются, интенсивность рассеяния падает, что приводит к искажению картины.
Время, необходимое для определения процента содержания пальмового жира в молоке, составляет 30 минут от момента отбора пробы молока и складывается из времени разведения образца в растворителе, обработки его ультразвуком, времени центрифугирования, отбора нужной фракции после центрифугирования, времени накопления спектра на корреляторе, программной обработки полученного сигнала на персональном компьютере.
Для регистрации рассеянного излучения вместо фотоумножителя может быть использован твердотельный лазер с длиной волны излучения в диапазоне 630-700 нм. Лазерное излучение УФ, зеленого и синего диапазона непригодно для использования при определении рассеяния коллоидных частиц из-за формирования люминесценции в исследуемом объеме.
Лазеры с длиной волны больше 700 нм также слабо пригодны вследствие понижения чуствительности доступных промышленных фотоумножителей в области длин волн более 700 нм.