Способ определения содержания пальмового масла в спреде со сливочным маслом

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к молочной промышленности и предназначено для определения количественного содержания сливочного и пальмового жира в спреде.

Известен способ идентификации сливочного масла (т.е. соответствия исследуемого продукта Государственному стандарту, согласно которому он должен содержать только молочный жир без примесей жиров немолочного происхождения), включающий взвешивание навески анализируемого продукта, экстрагирование немолочного жира смесью спиртов и эфиров, смешивание полученного жира с растворителем, термостатирование до 90°С, разгонку полученной смеси на капиллярной колонке при длине волны 150-300 нм и температуре нагрева колонки до 90°С для разделения жирных кислот и идентификации с помощью жидкостного хроматографа (ГОСТ Р 51471-99 «Жир молочный. Метод обнаружения растительных жиров газожидкостной хроматографией стеринов» и ГОСТ 31979-2012 «Масло сливочное. Технические условия Межгосударственного стандарта»). При экстрагировании молочного жира он претерпевает химические изменения.

Недостатками данного способа являются:

- сложность исполнения, метод требует специальной квалификации персонала;

- использование сложного и дорогостоящего оборудования;

- трудоемкость метода;

- длительность по исполнению (временные затраты составляют от 1,5 до 2,0 часов);

- необходимость использования большого количества хим. реактивов (по ассортименту более 8).

Известен способ определения содержания растительного жира в сливочном, основанный на спектральном анализе раствора жировой фракции в УФ-диапазоне. (Коваленко Д.Н. Фальсификация молока и молочных продуктов. «Переработка молока», 2011, №3. с. 7-8). Суть метода - специфическое поглощение фосфолипидных оболочек молочного жира и его отсутствие в случае наличия в продукте растительного жира. Образец вносят в пробирку и доливают гексаном до 50 мл, интенсивно встряхивая. Смесь центрифугируют при 8000 об/мин в течение 10 мин. Полученную смесь заливают в кварцевую кювету и снимают спектр на спектрофотометре (программа SCAN) в диапазоне от 200 до 400 нм. Натуральный сливочный жир должен иметь определенный подъем оптической плотности в области 200-250 нм. Метод прост, быстр и надежен в качестве «первой ступени обороны» от фальсификаций растительными жирами. Указанный способ позволяет сделать заключение о наличии пальмового масла, однако количественное измерение его содержания затруднительно.

Наиболее близким аналогом является способ определения жиров немолочного происхождения в молочном жире по патенту РФ RU 2279071 С2, МПК G01J 33/03 (2006.01). Способ предусматривает взвешивание навески анализируемого продукта, выделение жировой фракции, которое осуществляют в результате термостатирования при температуре 58-60°С в течение 8-12 минут, фильтрование, осуществляемое при температуре 58-60°С, фотоколориметрирование при длине волны 430-450 нм в кювете с рабочей длиной 5 мм, определение оптической плотности исследуемого образца и определение количественного содержания немолочного жира с помощью формулы:

где Д_мж - оптическая плотность молочного жира, Д_см - оптическая плотность смеси, Д_нж - оптическая плотность немолочного жира.

Недостатком способа является необходимость иметь образцы молочного и немолочного жира для определения оптической плотности Д_мж и Д_нж, чтобы определять количественное содержание немолочного жира в смеси по формуле (1). Известно, что оптические свойства жира могут существенно меняться в зависимости от потребляемого коровами корма: цвет летнего масла - желтый, зимнего - белый. Поэтому требуется знать оптические свойства компонент смеси (спреда), чтобы проводить количественный анализ. Это усложняет и замедляет реализацию способа.

Целью настоящего изобретения является упрощение, сокращение времени и увеличение точности количественного определения содержания пальмового и сливочного жира в спреде.

Цель достигается путем использования метода динамического рассеяния света для определения размеров коллоидных образований эмульсии молочного и пальмового жира в гексане (Dhont J.K. G., An introduction to the dynamics of colloids. Amsterdam: Elsevier, (1996)). Метод заключается в приготовлении эмульсии спреда 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

Для изготовления пробы берется навеска 0.7±0.2 г спреда (смесь сливочного жира и пальмового масла), доводится до температуры размягчения 23-32°С и помещается в обеспыленный высокий химический стакан объемом 50 мл диаметром 33 мм. Такая концентрация навески спреда обусловлена тем, что при меньших концентрациях начинают сказываться эффекты входа и выхода капель жира из поля зрения и, следовательно, могут появляться дополнительные ложные пики в функции распределения частиц по размерам, а при больших концентрациях начинает сказываться многократное рассеяние, что затрудняет анализ.

В стакан наливается 10 г гексана марки ИМП или марки ЧДА. Компоненты тщательно перемешиваются лопаточкой до равномерной мутности по высоте стакана. Полученная суспензия помещается в баню с водой для ультразвуковой обработки. Обработка ультразвуком производится при мощности 30 Вт в течение 50 секунд или при мощности 60 Вт в течение 30 секунд. Сразу после ультразвуковой обработки эмульсия совершенно непрозрачная. Через 15-20 минут после ультразвуковой обработки, когда белки и вода, содержащиеся в масле, выпадут в осадок и прошла основная стадия коагуляции жиров, эмульсия разделяется на две части. Верхняя часть - преимущественно эмульсия, содержащая капли жира, нижняя - белки и вода. Верхняя часть (около 4.5 мл) эмульсии осторожно, без встряхивания, аккуратно переливается в обеспыленную квадратную кювету, в которой и проводятся оптические измерения. Кювета закрывается крышкой, чтобы растворитель не испарялся и не возникало движение капель эмульсии, вызванное испарением с поверхности жидкости в кювете.

Образцы эмульсий исследуются методом динамического рассеяния света. Используется коррелятор для определения функции распределения размеров капель жира в эмульсии.

Кювета с исследуемым образцом освещается He-Ne лазером с длиной волны света λ=632.8 нм. Рассеянный свет регистрируется фотоэлектронным умножителем. Спектр регистрируется под углом 45°±2°. Выход за пределы угла измерения приводит к существенному ухудшению точности измерений. Измерения производятся при температуре образца 50-55°С. При этой температуре эмульсия стабильна и результаты измерений наиболее точны. Вне указанного интервала температур эмульсия становится нестабильной, и результаты измерений сильно изменяются, а точность падает. Полученная корреляционная функция обрабатывается специальной программой спектрографа и дает размеры коллоидных образований R в пробе (www.photocor.ru/mini-particle-size-analyzer).

Из измеренных функций распределения коллоидных частиц по размерам выбираются пики, соответствующие частицам размера R₁ порядка 100-250 нм, и пики, соответствующие частицам размера R₂ порядка 400-1000 нм. Определяется площадь, занимаемая распределением размеров частиц под указанными пиками, и затем определяется отношение площадей этих пиков А₁/А₂. По отношению площадей рассчитывается процент содержания пальмового масла по формуле

С_{пальмового}=(А₁/А₂-0.55)/0.021,

где A₁ - площадь под пиком, определяемая распределением размеров капель эмульсии для R₁, соответствующая интервалу 100-250 нм, а А₂ - площадь под пиком, определяемая распределением размеров капель эмульсии для R₂, соответствующая интервалу 400-1000 нм. Процент содержания сливочного жира определяется формулой С_{сливочн.}=1-C_пальм.

Описание чертежей

На фиг. 1 изображена функция распределения частиц по размерам R для спреда, содержащего 10% пальмового масла.

На фиг. 2 изображена функция распределения частиц по размерам R для спреда, содержащего 50% пальмового масла.

На фиг. 3 представлена зависимость концентрации пальмового масла в спреде в процентах, определенная из отношения площадей А₁/А₂ для различных концентраций пальмового масла в сливочном. Ошибка определения процентного содержания пальмового масла в сливочном (в спреде) составляет 10%.

Осуществление изобретения

Процесс приготовления образцов сводится к смешению сливочного жира с пальмовым в соотношении от 100% до 0% при температуре выше температуры размягчения 23-32°С. Затем производится растворение приготовленного спреда с известным соотношением сливочного и пальмового масла с гексаном. Для экстрагирования жира из спрэда гексан является более предпочтительным, чем спирт или спирто-водяная смесь вследствие большей устойчивости эмульсии жира в гексане.

Для изготовления пробы берется навеска 0.7±0.2 г спреда (смесь сливочного жира и пальмового масла), доводится до температуры размягчения и помещается в обеспыленный высокий химический стакан объемом 50 мл диаметром 33 мм. В стакан наливается 10 г гексана марки ИМП или марки ЧДА. Компоненты тщательно перемешиваются лопаточкой до равномерной мутности по высоте стакана. Полученная суспензия помещается в баню с водой для ультразвуковой обработки. Обработка ультразвуком производится при мощности 30 Вт в течение 50 секунд или при мощности 60 Вт в течение 30 секунд. Сразу после ультразвуковой обработки эмульсия совершенно непрозрачная. Через 15-20 минут после ультразвуковой обработки, когда белки и вода, содержащиеся в масле, выпадут в осадок и прошла основная стадия коагуляции жиров, эмульсия разделяется на две части. Верхняя часть - преимущественно эмульсия, содержащая капли жира, нижняя - белки и вода. Верхняя часть (около 4.5 мл) эмульсии осторожно, без встряхивания, аккуратно переливается в обеспыленную квадратную кювету, в которой и проводятся оптические измерения. Кювета закрывается крышкой, чтобы растворитель не испарялся и не возникало движение капель эмульсии, вызванное испарением с поверхности жидкости в кювете.

Температура образца поддерживается в интервале 18-26°С. Отклонение от указанного диапазона температур приводит к изменению размеров коллоидных образований и к изменению их количества. Измерения производятся под углом рассеяния 45°±2°. При использовании этого угла в функции распределения частиц по размерам нет дополнительных пиков, препятствующих однозначному определению концентрации пальмового и сливочного жира в спреде.

Из кривых на фиг. 1 и фиг. 2 видно, что положение пиков и площадь под ними существенно меняются при изменении содержания пальмового масла в спреде.

Соотношение площадей под пиками линейно связано с содержанием пальмового жира в спреде, как показано на фиг. 3.

Время, необходимое для определения процента содержания пальмового жира в молоке, составляет 30 минут от момента отбора пробы спреда и складывается из времени разведения образца в растворителе, обработки его ультразвуком, отстаивания эмульсии, отбора нужной фракции, времени накопления спектра на корреляторе, программной обработки полученного сигнала на персональном компьютере.

Для регистрации рассеянного излучения вместо гелий-неонового лазера может быть использован твердотельный лазер с длиной волны излучения в диапазоне 630-700 нм. Лазерное излучение УФ, зеленого и синего диапазонов непригодно для использования при определении рассеяния коллоидных частиц из-за люминесценции эмульсии в исследуемом объеме, вызванной воздействием излучения с длиной волны менее 630 нм.

Лазеры с длиной волны больше 700 нм также слабо пригодны вследствие понижения чувствительности доступных промышленных фотоумножителей в области длин волн более 700 нм.

Вместо фотоумножителя для регистрации рассеянного излучения может быть использован лавинный фотодиод или многопиксельный фотонный счетчик (МРРС) типа С13366-GA производства фирмы Hamamatsu.