Способ определения качества молока и молочных продуктов

 

Изобретение относится к способам исследования и анализа материалов с помощью оптических средств и может быть использовано в пищевой промышленности. Способ заключается в том, что в образце молока определяют концентрацию (С₁) ионов аммония NH₄ ⁺ и судят по полученным данным о качестве молока. А концентрацию (С₁) ионов аммония NH₄ ⁺ в молоке определяют путем осветления образца молока и последующего его фотометрирования. Для осветления образца молока в него добавляют соединения, стандартный электродный потенциал восстановления которых в щелочной среде превышает 0,9 В. Также для осветления образца молока в него могут быть добавлены гипохлориты металлов и/или пероксиды металлов. Для фотометрирования образуют в образце молока окрашенное соединение ионов аммония с фенолом, и/или замещенным фенолом, и/или нафтолом, или полифенолом, и/или полинафтолом. Причем для образования окрашенного соединения ионов аммония с фенолом в образец молока добавляют последовательно воду, растворы тартрата натрия-калия, едкого натра, фенола и гипохлорита натрия. Для фотометрирования используют электромагнитное излучение с длиной волны 620-640 нм. А о качестве молока могут судить по отклонению концентрации ионов аммония от допустимой нормы, определяя содержание ионов аммония в контрольной пробе (С₀), и по полученной разности С₁-С₀ уточняют степень качества молока. О качестве молока также могут судить по содержанию в молоке азота, белка и желатина. Способ позволяет повысить чувствительность и точность определения аммиака и азота в молоке и молочных продуктах, повысить чувствительность и точность определения качества молока и молочных продуктов. 12 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способам исследования и анализа материалов с помощью оптических средств, в частности систем, в которых материал вступает в химическую реакцию, путем наблюдения за изменением цвета химического индикатора, и может быть использовано в пищевой промышленности, в частности при определении качества молока и молочных продуктов и выявления их фальсификации. Изобретение также может быть использовано для определения содержания ионов аммония, азота, белка и желатина в любых пищевых продуктах и может найти применение для определения этих компонентов, а также для определения теплового класса для сухого молока.

Уровень техники.

Известен способ контроля качества молока (см. ГОСТ 24.066-80. Молоко. Метод определения аммиака. М., 1986. Переиздание с Изменением 1), включающий определения аммиака в сыром молоке путем отбора пробы, обработки ее уксусной кислотой, а после осаждения казеина образовавшуюся сыворотку обрабатывают реактивом Несслера и по изменению окраски судят о наличии аммиака и о его повышенном содержании, которое свидетельствует о фальсификации молока.

Используя данный способ, можно определять массовую долю аммиака в сыром молоке с чувствительностью (6-9)•10^-3%, то есть только в случае, если содержание аммиака в молоке существенно выше его естественного содержания, и следовательно, этот способ дает только качественные данные при контроле молока.

Известен способ контроля качества молочных продуктов (Патент RU 2007712, 15.02.1994, G 01 N 33/04) путем определения массовой доли белка в них методом Къельдаля. Способ заключается в кислотном мокром озолении пробы молока с применением концентрированной серной кислоты, переводе азота, содержащегося в белке, в сульфат аммония, подщелачивании полученного прозрачного раствора, отгонке аммиака, поглощении аммиака в приемном сосуде, тировании полученного в приемном сосуде раствора аммиака стандартным способом в присутствии кислотно-основного индикатора. В процессе отгонки происходят потери газообразного аммиака, трудно контролировать полноту отгонки, конечная точка титрования определяется визуально, т.е. достаточно субъективно, что отрицательно влияет на точность анализа. Данный способ является стандартным, однако требует значительных затрат времени, труда и дорогостоящей аппаратуры.

Наиболее близким по назначению и совокупности признаков к заявленному является способ определения качества молока (Патент RU 2112974, 10.06.1998, G 01 N 33/04), включающий определение в молоке концентрации ионов аммония NН₄ ⁺ (C₁) и суждение по полученным данным о качестве молока путем расчета концентрации добавляемой в молоко соды, аммонийных и других соединений.

Данный способ, основанный на использовании ионоселективных электродов, обладает невысокой чувствительностью определения концентрации ионов аммония и подвержен значительному влиянию кислотности среды и мешающих компонентов на точность определения. Не обеспечивает возможности учитывать при контроле дополнительные параметры, характеризующие качество молока и молочных продуктов.

Сущность изобретения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа определения качества молока и молочных продуктов, который обеспечивает возможность не только определять наличие и количество раскислителей, фальсифицирующих молоко, но и определять качество и сорт натурального молока с учетом его белковой составляющей, а также определять тепловой класс сухого молока, из которого восстановлено молоко.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты: повышение чувствительности и точности определения аммиака и азота в молоке и молочных продуктах, повышение качества контроля за счет расширения перечня контролируемых параметров, повышение чувствительности и точности определения качества молока и молочных продуктов, расширение области применения способа и снижение требований техники безопасности при осуществлении способа за счет исключения токсичных и ядовитых реактивов.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе определения качества молока определяют в молоке концентрацию ионов аммония NН₄ ⁺ (C₁) и судят по полученным данным о качестве молока. Отличительными признаками заявленного изобретения является то, что концентрацию ионов аммония NН₄ ⁺ (C₁) в молоке определяют путем осветления образца молока и последующего его фотометрирования.

Для осветления образца молока в него добавляют соединения, стандартный электродный потенциал восстановления которых в щелочной среде превышает 0,9 В, например равные объемы 5% растворов гексацианоферрата калия и сульфата цинка, или гипохлориты металлов и/или пероксиды металлов. Кроме того, для осветления образца молока в него могут быть последовательно добавлены серная кислота, перекись водорода, сульфат калия и сульфат меди.

Для фотометрирования образуют в образце молока окрашенное соединение ионов аммония с фенолом, и/или замещенным фенолом, и/или нафтолом, и/или полифенолом, и/или полинафтолом, при этом используют 2,4-дихлорфенол, и/или 4-нитрофенол, и/или 1-нафтол, и/или 2-нафтол, и/или 4-сульфо-2-нафтол, и/или 4-фенилфенол, и/или пирогаллол, и/или гидрохинон.

Для фотометрирования предпочтительно образовать в образце молока окрашенное соединение ионов аммония с фенолом.

Целесообразно для образования окрашенного соединения ионов аммония с фенолом в образец молока добавить последовательно воду, растворы тартрата натрия-калия, едкого натра, фенола и гипохлорита натрия.

В случае использования сильнощелочной среды для повышения точности целесообразно использовать или гипохлорит натрия, или соединения, способные в сильнощелочной среде к свободнорадикальным реакциям окисления, и/или соединения, имеющие в щелочной среде (рН более 9) стандартный потенциал восстановления более 0,9 В, например дихлоро-S-триазин-2,4,6-(1Н,3Н,5Н)-трион и/или надуксусную кислоту.

Для фотометрирования используют электромагнитное излучение с длиной волны 400-800 нм, но предпочтительно 620-640 нм.

Целесообразно определять содержание ионов аммония в контрольной пробе (С₀) и по полученной разности C₁-С₀ рассчитывать отклонение концентрации ионов аммония от допустимой нормы, по которому определять степень качества молока.

Для определения качества молока, в частности, в образце молока определяют содержание азота (С_аз) по формуле С_аз = 0,78•C₁, белка (С_б) по формуле C_б = 6,38•С_аз, желатина (С_ж) по формуле С_ж=7,25•С_аз и тепловой класс (Нсn), для определения которого дополнительную пробу молока подкисляют до значения рН не более 4,8, выделяют из нее сыворотку, в которой определяют содержание белка по предлагаемому способу (С_б.сыв), а тепловой класс молока рассчитывают по формуле Н_сn = 100 • (С_б - С_б.сыв)/С_б. В указанных формулах цифры 0,78, 6,38 и 7,25 являются коэффициентами массового пересчета для азота, белка и желатина соответственно.

Способ основан на определении ионов аммония в щелочной среде путем их реакции с фенолом в присутствии окислителя с образованием кинетически устойчивого сильноокрашенного соединения. Определение азота основано на количественном превращении белков, содержащихся в пробе, в соли аммония с последующим определением солей аммония после разложения пробы и пересчетом их содержания на содержание азота. Содержание белка пересчитывается из содержания азота с помощью т.н. "факторов содержания", определяемых непосредственно для каждого класса белков (желатинов, протеинов и т.д.) путем анализа в строго соблюдаемых условиях большого количества образцов каждого класса.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Разложение молока и сыворотки проводят для перевода белка в NН⁺⁴ следующим образом. Помещенные в емкость 1-5 мл молока или сыворотки (для сухого молока его предварительно восстанавливают, разбавляя водой в 1-10 раз по массе) смешивают с 5-20 мл концентрированной серной кислоты, добавляют 5-10 мл перекиси водорода концентрацией 30-50%, 2-8 г безводного сульфата калия или натрия и 1-5 мл 5-10% раствора сульфата меди.

Нагревают до слабого кипения содержимое емкости и кипятят с обратным холодильником до полного осветления раствора. Затем раствор охлаждают и переносят в мерную колбу на 100-1000 мл, доводя дистиллированной водой до метки. После этого определяют аммоний и вычисляют содержание белка.

Количественное определение аммония основано на реакции феноксил-радикалов со свободным аммиаком с образованием нитроксил-радикалов, окрашенных в синий цвет и стабильных для количественного определения.

В кювету фотометра помещают осветленный раствор, который должен быть прозрачным, добавляют к нему 0,5-2,5 мл раствора тартрата натрия-калия, имеющего концентрацию 50-150 г/л, 1-4 М раствора едкого натра, раствор фенола в пропаноле или этаноле, имеющего концентрацию 10-50 г/л, и 5-20% раствора гипохлорита натрия в воде. Через 5-15 минут полученный окрашенный раствор фотометрируют, используя электромагнитное излучение с длиной волны 620-640 нм. Окраска раствора достигает максимума через 3-5 минут после добавления гипохлорита и стабильна в течение 30 минут, после чего раствор медленно обесцвечивается.

Калибруют прибор в интервале концентраций ионов аммония 5-50 мг/л, параллельно ставя "холостой опыт", который затем вычитается из контрольного, при этом величина обычно получается 2-4 мг/л ионов аммония. Предел обнаружения ионов аммония 0,25-1 мг/л (0,25-1 ррм), воспроизводимость 0,05-0,2 мг/л, точность 0,05-0,1 мг/л при работе на фотометре, например, типа КФК-3. Концентрацию ионов аммония (C₁) пересчитывают на концентрацию азота (С_аз) по формуле С_аз = C₁•К, где К = 14/18, или К = 0,78 - коэффициент массового пересчета. Определяют количество белка (С_б) по формуле С_б = 6,38•С_аз.

Определение тепловых классов сухого молока.

Тепловым классом молока (Нсn) считают следующую величину: Нсn = 100 • (С общего белка - С растворимого в кислоте (сывороточного белка))/С общего белка.

Для определения теплового класса (Нсn), отбирают дополнительно пробу молока, подкисляют ее до значения рН, не превышающего 4,8. При этом часть белка, растворенного в молоке, коагулирует и выпадает в осадок. Проведя отделение коагулировавшего белка, выделяют из дополнительной пробы сыворотку, в которой определяют содержание белка по предлагаемому способу (С_б.сыв), а тепловой класс молока рассчитывают по формуле: Нсn = 100 • (С_б - С_б.сыв)/С_б. Точность способа в единицах Нсn выглядит следующим образом: 0,078 мг/л точность по азоту, 0,486 мг/л точность по белку.

Для молока значение измеренного в пробе азота составляет в среднем 20-30 мг/л при разбавлении пробы в 200 раз по объему, т.е. погрешность составляет 0,3% от измеряемой величины содержания белка в исходной пробе, или менее 1% ошибки при измерении содержания белка в сыворотке, или менее 1 единицы т.н. "теплового класса" сухого молока.

Основной задачей при определении теплового класса молока является прецизионное измерение белка в молоке и в сыворотке после подкисления дополнительной пробы молока до рН не более 4,8. В данном способе количество коагулировавшего (т. н. кислотно-нерастворимого) белка определяется как разность между общим белком молока и белком, оставшимся в сыворотке.

Проведено сравнение тепловых классов 10 образцов сухого молока, определенных по методу IDF Standard 114:1982 и разработанной методике, различие не превышает 2 единиц теплового класса (4%), сходимость у разработанной методики в 3 раза лучше, чем у метода Къельдаля - 1,5 и 4,5% соответственно.

Таким образом, описываемый метод позволяет быстро (не более 20 минут) определять содержание ионов аммония, азота, белка, желатина в молоке и любых пищевых продуктах и в отличие от широко известного метода Къельдаля имеет фотометрическое, а не титриметрическое окончание и, следовательно, исключает стадию отгонки и поглощения аммиака раствором борной кислоты, что в свою очередь исключает ошибки определения.

Кроме того, способ не требует дорогостоящих или ядовитых реактивов в отличие от методики определения аммония с реактивом Несслера. Все реакции происходят в малых количествах непосредственно в кювете фотометра, не происходит потери определяемого компонента (аммиака), что обеспечивает малый предел обнаружения, высокую точность и воспроизводимость метода.

Способ позволяет анализировать любые образцы пищевого сырья на содержание азота после стандартного сожжения пробы по ускоренной методике. Исходя из содержания азота можно рассчитать содержание белка в анализируемой пробе. Зная содержание азота в т.н. средней пробе желатина, составленной из желатинов различных марок, можно проводить анализ желатинсодержащих стабилизаторов.

Формула изобретения

1. Способ определения качества молока, включающий определение в образце молока концентрации (C₁) ионов аммония - NН₄ ⁺ и суждение по полученным данным о качестве молока, отличающийся тем, что концентрацию (C₁) ионов аммония - NН₄ ⁺ в молоке определяют путем осветления образца молока и последующего его фотометрирования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для осветления образца молока в него добавляют соединения, стандартный электродный потенциал восстановления которых в щелочной среде превышает 0,9 В.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для осветления образца молока в него добавляют гипохлориты металлов и/или пероксиды металлов.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для осветления образца молока в него последовательно добавляют серную кислоту, перекись водорода, сульфат калия и сульфат меди.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что для фотометрирования образуют в образце молока окрашенное соединение ионов аммония с фенолом и/или замещенным фенолом, и/или нафтолом, и/или полифенолом, и/или полинафтолом.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что для образования окрашенного соединения ионов аммония с фенолом в образец молока добавляют последовательно воду, растворы тартрата натрия-калия, едкого натра, фенола и гипохлорита натрия.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что для фотометрирования используют электромагнитное излучение с длиной волны 400-800 нм.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что для фотометрирования используют электромагнитное излучение с длиной волны 620-640 нм.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что о качестве молока судят по отклонению концентрации ионов аммония от допустимой нормы, определяя содержание ионов аммония в контрольной пробе (С₀), и по полученной разности C₁-С₀ уточняют степень качества молока.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что о качестве молока судят по содержанию в молоке азота (С_аз.), которое рассчитывают по формуле С_аз. = 0,78•C₁.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что о качестве молока судят по содержанию в молоке белка (С_б.), которое рассчитывают по формуле С_б. = 6,38•С_аз.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что о качестве молока судят по содержанию в молоке желатина С_ж., которое рассчитывают по формуле С_ж. = 7,25•С_аз.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что о качестве молока судят по тепловому классу молока (Нс), для определения которого дополнительную пробу молока подкисляют до рН не более 4,8, выделяют из нее сыворотку, в которой определяют содержание белка (С_б.сыв.), а тепловой класс молока рассчитывают по формуле Нс = 100 • (С_б. - С_б.сыв.) / С_б.