Тест-способ определения степени окислительного прогоркания животного жира
Владельцы патента RU 2296323:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам определения прогоркания жиров. Тест-способ определения степени окислительного прогоркания животного жира включает отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к анализу, формирование матрицы из пьезосенсоров, регистрацию аналитического сигнала в виде максимальных откликов модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, определение степени окислительного прогоркания жира по площади «визуальных отпечатков» аромата. При этом матрицу формируют из 14 сенсоров с пленками полиэтиленгликоля-2000, полиэтиленгликольадипината, полиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликольсебацината, тетрабензоатпентаэритрита, поливинилпирролидона, дициклобензо-18-краун-6, Тритона Х-100, полиэтиленгликольфталата, глицина, β-аланина, комбинированных пленок полистирола с дициклобензо-18-краун-6, β-аланином, глицином, нанесенные послойно на электроды пьезокварцевого резонатора. Изобретение позволяет повысить чувствительность матрицы к низкомолекулярным соединениям, содержащимся в равновесной газовой фазе животного жира, за счет дополнительного включения в нее пьезосенсоров с перекрестной чувствительностью к их парам и минимизировать погрешность определения до 15%. 3 ил., 3 табл.,3 ил.
Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть применено для определения степени окислительного прогоркания животного жира.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является микрогравиметрический тест-способ определения кислотного числа животного жира [Н.Н.Смагина, Я.И.Коренман, Т.А.Кучменко. Микрогравиметрический анализ ароматообразующих компонентов животного жира. Материалы конференции "Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности" - М. Изд. МГУП, 2005. С.185-191], включающий отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к анализу, формирование матрицы сенсоров из 8 пьезосенсоров с различной чувствительностью к кислотам и определение кислотного числа жира по площади и геометрии "визуальных отпечатков" аромата. В качестве модификаторов электродов пьезокварцевого резонатора применяют сорбенты (газохроматографические неподвижные фазы) - полиэтиленгликоль 2000 (ПЭГ-2000) и его эфиры: адипинат (ПЭГА), себацинат (ПЭГСб) и сукцинат (ПЭГС), а также поливинилпирролидон (ПВП), апиезон L, апиезон-N, тетрабензоатпентаэритрит (ТБПЭ).
Недостатками способа являются включение в матрицу пьезосенсоров, экспонирование которых в парах равновесной газовой фазы (РГФ) животного жира характеризуется низким аналитическим сигналом, незначительным изменением геометрии и площади "визуальных отпечатков" при увеличении или уменьшении низкомолекулярных соединений в равновесной газовой фазе жира, высокой погрешностью определения.
Технической задачей изобретения является повышение чувствительности матрицы пьезосенсоров к низкомолекулярным соединениям, формирующим аромат животного жира, за счет замены низкочувствительных и дополнительного включения высокочувствительных пьезосенсоров к низкомолекулярным соединениям, образующимся в процессе различных превращений, происходящих при переработке и хранении животного жира (кетонное и альдегидное прогоркание, окислительная порча, увеличение пероксидного числа и др.).
Поставленная техническая задача достигается тем, что в тест-способе определения степени окислительного прогоркания животного жира, включающем отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к анализу, формирование матрицы из пьезосенсоров с пленками полиэтиленгликоля-2000, полиэтиленгликольадипината, полиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликольсебацината, тетрабензоатпентаэритрита, поливинилпирролидона, регистрацию аналитического сигнала в виде максимальных откликов модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, определение степени окислительного прогоркания жира по площади "визуальных отпечатков" аромата, новым является то, что матрицу формируют из 14 пьезосенсоров, дополнительно включая в нее пьензосенсоры с пленками дициклобензо-18-краун-6 (ДБ-18-К-6), Тритона Х-100 (ТХ-100), полиэтиленгликоль фталата (ПЭГФ), глицина, β-аланина, комбинированных пленок полистирола с дициклобензо-18-краун-6 (ПС с ДБ-18-К-6), β-аланином (ПС с β-аланином), глицином (ПС с глицином), нанесенные послойно на электроды пьезокварцевого резонатора.
Технический результат заключается в повышении чувствительности матрицы сенсоров к низкомолекулярным соединениям равновесной газовой фазе животного жира за счет ее формирования из 14 сенсоров, характеризующихся высокой чувствительностью к низкомолекулярным соединениям, участвующим в формировании аромата животного жира, что позволяет определить суммарный показатель его свежести и пригодности на пищевые цели.
Тест-способ определения степени окислительного прогоркания животного жира осуществляется по следующей методике.
1) Подготовка пробы. Жир массой 5 г помещают в стеклянный бюкс, плотно закрывают полупроницаемой крышкой и выдерживают 10 мин до установления равновесия в системе.
2) Подготовка детектирующего устройства. Применяли пьезокварцевые резонаторы АТ-среза (плотность кварца 2600 кг/м3) с алюминиевыми электродами (площадь 0,2 см2). Собственная резонансная частота 8-10 МГц. Все пленки (кроме комбинированных, β-аланина и глицина) формировали погружением пьезокварцевых резонаторов в растворы сорбентов известной концентрации. Избыток растворителя удаляли в сушильном шкафу в течение 15-30 мин при 40°С. Оптимальные массы установлены экспериментально (табл.1).
| Таблица 1 Оптимальные массы модификаторов электродов пьезокварцевых резонаторов | |||
| Модификаторы электродов ПКР | m, мкг | Модификаторы электродов ПКР | m, мкг |
| ПС+ДБ-18-К-6* | 10-15 | ПЭГФ | 20-30 |
| ПС+β-аланин | + | ТБПЭ | 20-25 |
| ПС+глицин | 20-25 | ПС | |
| β-аланин** | 20-25 | Пчелиный клей (ПчК) | 10-15 |
| глицин | Пчелиный воск (ПчВ) | ||
| ДБ-18-К-6 | 20-30 | апиезон-N (A-N) | 15-20 |
| ТХ-100 | 20-25 | апиезон-L (A-L) | |
| ПЭГ-2000 | 20-30 | сквалан | |
| ПЭГА | Tween-40 | 10-15 | |
| ПЭГС | бис-2-цианэтиловый эфир (Б-2-ЦЭЭ) | ||
| ПЭГСб | ПВП | 20-25 | |
| * - комбинированные пленки; ** - пленки, сформированные методом статического испарения капли |
При формировании пленок методом статического испарения капли на обе стороны алюминиевого электрода пьезокварцевого резонатора наносят микрошприцем растворы сорбентов так, чтобы после испарения растворителя массы их соответствовали оптимальным.
При формировании комбинированных пленок послойно наносят на электроды ПКР микрошприцем растворы двух сорбентов. Раствор, наносимый на электроды ПКР, является подложкой. После удаления избытка растворителя наносят раствор другого сорбента и также удаляют избыток растворителя. В качестве подложки применяют ацетоновый раствор полистирола, наносимый методом статического испарения капли так, чтобы масса пленки после удаления растворителя составляла 10-15 мкг, после нанесения β-аланина, глицина или дициклобензо-18-краун-6 масса пленки - 20-25 мкг.
Далее ПКР с пленкой (пьезосенсор) помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы и выдерживают 3 мин для установления стабильного нулевого сигнала F°. Пьезосенсор считают готовым к работе, если изменение частоты колебаний не превышает 5 Гц/мин.
3) Определение степени окислительного прогоркания животного жира. В ячейку детектирования шприцем вводят 10 см3 равновесной газовой фазы животного жира. Аналитический сигнал регистрируют в зависимости от индивидуальных кинетических параметров сорбции после введения пробы. По разности Fn°-Fn рассчитывают отклики пьезосенсоров ΔFn и строят "визуальный отпечаток" аромата, по площади которого находят степень окислительного прогоркания животного жира. В качестве арбитражного метода, характеризующего свежесть животного жира, применяли гостированную методику определения его кислотного числа [Журавская Н.К., Гутник Б.Е., Журавская Н.А. Технохимический контроль мяса и мясопродуктов / Под ред. Г.А.Гусева. М.: Колос. 1999. 176 с.].
Продолжительность подготовки ячейки детектирования к анализу 1,5 ч.
Продолжительность анализа с пробоотбором 15 мин.
Число анализов без обновления покрытий пьезорезонатора 180.
Время, необходимое для регенерации сорбентов, 5-10 мин.
Погрешность определения ±15%.
Способ определения кислотного числа животного жира поясняют следующие примеры.
Примеры осуществления способа
Пример 1 (прототип)
Матрица из 8 пьезосенсоров. Формируют пленки на электроды 8-ми пьезокварцевых резонаторов, погружая их в ацетоновые растворы сорбентов, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 20 мин при 40°С масса пленки составляла 20-30 мкг для ПЭГА, ПЭГС, ПЭГСб, ПЭГ-2000; 15-20 мкг для Аиезона-L, Апиезона-N; 20-25 мкг для ТБПЭ; ПВП.
После подготовки пьезосенсоров к работе их помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживают 3 мин для установления нулевого сигнала F0, вводят шприцем анализируемую пробу равновесной газовой фазы животного жира объемом 10 см3 и фиксируют максимальные отклики пьезосенсоров ΔFn=F°n-Fn, по которым строят "визуальный отпечаток" аромата. На фиг.1а-в показано изменение площади "визуального отпечатка" в зависимости от степени прогоркания животного жира. Корреляцию проводят по изменению кислотного числа животного жира, определенного по гостированной методике. В данном примере увеличение площади "визуального отпечатка" не пропорционально изменению кислотного числа. Способ неосуществим, погрешность определения 55%.
Пример 2
Матрица из 14 пьезосенсоров. Формируем пленки на электроды 14-ти пьезокварцевых резонаторов, погружая их в ацетоновые растворы сорбентов, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 20 мин при 40°С масса пленки составляла 20-30 мкг для ПЭГА, ПЭГС, ПЭГСб, ПЭГ-2000, 20-25 мкг для полистирола (ПС), ПВП; 15-20 мкг для Аиезона-L, Апиезона-N, сквалана; 10-15 мкг для Tween-40, бис-2-цианэтиловый эфир (Б-2-ЦЭЭ), пчелиный воск (ПчВ) и пчелиный клей (ПчК). Пленку β-аланина формируем методом статического испарения капли. Для этого на электроды ПКР наносим микрошприцем водный раствор аминокислоты и удаляем избыток растворителя (вода) в сушильном шкафу при температуре 40°С в течение 45 минут.
После подготовки пьезосенсоров к работе их помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживают 3 мин для установления нулевого сигнала F0, вводят шприцем анализируемую пробу равновесной газовой фазы животного жира объемом 10 см3 и фиксируют максимальные отклики пьезосенсоров ΔFn=F°n-Fn, по которым строят "визуальный отпечаток" аромата (фиг.2а-в). Корреляцию проводят по изменению кислотного числа животного жира, определенного по гостированной методике. Увеличение его площади не пропорционально изменению кислотного числа. Способ неосуществим, погрешность определения составляет 35%.
Пример 3
Формируют матрицу из 14 сенсоров с перекрестной чувствительностью к альдегидам, кетонам, карбоновым кислотам, пероксидам, исключая при этом сенсоры, экспонирование которых в парах РГФ животного жира характеризуется низким аналитическим сигналом. Формируют пленки на электроды пьезокварцевых резонаторов, погружая их в ацетоновые растворы сорбентов, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 20 мин при 40°С масса пленки составляла 20-30 мкг для ПЭГА, ПЭГС, ПЭГСб, ПЭГФ, ПЭГ-2000, ТХ-100, ДБ-18-К-6 и 20-25 мкг для ТБПЭ и ПВП. Пленки β-аланина и глицина формируют методом статического испарения капли. Для этого на электроды ПКР наносят микрошприцем водный раствор аминокислоты и удаляют избыток растворителя (вода) в сушильном шкафу при температуре 40°С в течение 45 мин. При формировании комбинированных пленок послойно наносят на электроды ПКР микрошприцем растворы двух сорбентов. Раствор, наносимый на электроды ПКР, является подложкой. После удаления избытка растворителя наносят раствор другого сорбента и также удаляют избыток растворителя. В качестве подложки применяют ацетоновый раствор полистирола, наносимый методом статического испарения капли так, чтобы масса пленки после удаления растворителя составляла 10-15 мкг, после нанесения β-аланина, глицина или дициклобензо-18-краун-6 - 20-25 мкг.
После подготовки пьезосенсоров к работе их помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, выдерживают 3 мин для установления нулевого сигнала F0, вводят шприцем анализируемую пробу равновесной газовой фазы животного жира объемом 10 см3 и фиксируют максимальные отклики пьезосенсоров ΔFn=F°n-Fn, по которым строят "визуальный отпечаток" аромата. Корреляцию проводят по изменению кислотного числа животного жира, определенного по гостированной методике. Площадь "визуального отпечатка" увеличивается (фиг.3а-в) пропорционально возрастанию кислотного числа, найденного по стандартной методике. По линейной зависимости S=f(K) находят степень окислительного прогоркания животного жира. Способ осуществим, погрешность определения 15%.
Продолжительность подготовки детектирующего устройства к работе 1,5 ч.
Продолжительность анализа с пробоотбором 5 мин.
Число анализов без обновления покрытий пьезорезонатора 180.
Время, необходимое для восстановления сорбента, 5-10 мин.
Погрешность определения кислотного числа животного жира 15%.
Результаты анализа представлены в табл.2.
Некоторые характеристики заявляемого способа и прототипа сопоставлены в табл.2.
Из примеров 1-3 и фиг.1-3 следует, что положительный эффект по предлагаемому тест-способу определения кислотного числа животного жира достигается за счет формирования матрицы из 14 пьезосенсоров с перекрестной чувствительностью к карбоновым кислотам, альдегидам, кетонам, пероксидам (пленки ПЭГА, ПЭГС, ПЭГСб, ПЭГФ, ПЭГ-2000, ТХ-100, ДБ-18-К-6, ПС, ПВП, β-аланина, глицина, а также с комбинированными пленками: ПС+ДБ-18-К-6, ПС+глицин, ПС+β-аланин). Выбор подобного алгоритма формирования матрицы сенсоров объясняется тем, что зависимость изменения площади «визуального отпечатка», являющегося количественным критерием в предлагаемом способе от кислотного числа животного жира, изменяющегося в процессе хранения, носит линейный характер. Площадь «визуального отпечатка», полученного по аналитическим сигналам матрицы сенсоров III, значительно больше площади «визуальных отпечатков» аромата, полученных при алгоритмах формирования матриц сенсоров I и II (табл.2). Таким образом, предлагаемый тест-способ определения кислотного числа животного жира позволяет:
1) повысить чувствительность матрицы к низкомолекулярным соединениям, содержащимся в равновесной газовой фазе животного жира за счет дополнительного включения в нее пьезосенсоров с перекрестной чувствительностью к их парам;
2) минимизировать погрешность определения до 15%.
| Таблица 2. Примеры осуществления способа определения кислотного числа животного жира | |||
| Номер примера | К±ΔК | Δ, % | Выполнение способа |
| 1 | 0,62±0,11 | 55 | неосуществим |
| 2 | 0,62±0,09 | 35 | неосуществим |
| 3 | 0,68±0,05 | 15 | осуществим |
| Таблица 3 Сопоставление характеристик прототипа и заявляемого способа | ||
| Параметр | Прототип | Заявляемый способ |
| Число пьезосенсоров в матрице | 8 | 14 |
| Изменение площади визуального отпечатка при изменении кислотного числа жира на 1,1/мм2 | 6194,47 | 33814,34 |
| Погрешность определения, % | 55 | 15 |
Способ определения степени окислительного прогоркания животного жира, включающий отбор пробы, подготовку детектирующего устройства к анализу, формирование матрицы из пьезосенсоров с пленками полиэтиленгликоля-2000, полиэтиленгликоль адипината, полиэтиленгликоль сукцината, полиэтиленгликоль себацината, тетрабензоатпента эритрита, поливинилпирролидона, регистрацию аналитического сигнала в виде максимальных откликов модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора, определение степени окислительного прогоркания жира по площади «визуальных отпечатков» аромата, отличающийся тем, что матрицу формируют из 14 пьезосенсоров, дополнительно включая в нее пьезосенсоры с пленками дициклобензо-18-краун-6, Тритона Х-100, полиэтиленгликоль фталата, глицина, β-аланина, комбинированных пленок полистирола с дициклобензо-18-краун-6, β-аланином, глицином, нанесенными послойно на электроды пьезокварцевого резонатора.
