Способ определения жира и белка в молоке по результатам динамического поверхностного натяжения

Способ определения жира и белка в молоке по результатам динамического поверхностного натяжения

Реферат

Изобретение относится к области молочной промышленности, в частности к способу определения содержания жира и белка в молоке, позволяющему на основе измерения динамического поверхностного натяжения молока с использованием метода регрессии определить содержание основных биохимических компонентов (жир, белок) молока.

Развитие ветеринарной науки предъявляет новые требования к диагностике, лечению и профилактике заболеваний у животных. Использование методов ранней, доклинической диагностики может уменьшить затраты на лечение и предотвратить снижение продуктивности сельскохозяйственных животных, а также определение качества получаемой от них продукции. Метод регрессии активно применяется в зарубежной практике для моделирования биологических процессов (Rossau C.D., Mortensen P.B. Risk factors for suicide in patients with schizophrenia: nested case-control study. The British Journal of Psychiatry. October 1997. vol. 171 (4). P. 355-359; Abraham H.D., Degli-Esposti S, Marino L. Seroprevalence of hepatitis C in a sample of middle class substance abusers. Journal of Addictive Disease 1999. Vol. 18(4). P. 77-87; Watson P., Petrie A. Statistics for Veterinary and Animal Science. John Wiley & Sons, 2013. 408 p.), в то время как в отечественной литературе он встречается значительно реже (Курилович С.А., Решетников О.В., Шахматов С.Г. с соавт. Распространенность и факторы риска развития желчнокаменной болезни в женской популяции Новосибирска // Терапевтический архив. - 2000. №2. С. 21-26; Патент РФ №245692, опубликовано 27.07.2012; Патент РФ №2277243, опубликовано 27.05.2006). Также сравнительно новым для ветеринарии и молочной промышленности является метод определения ДПН молока. Известен способ определения поверхностного натяжения сыворотки крови человека (В.Н. Казаков, О.В. Синяченко, Г.А. Игнатенко и др. Межфазная тензиометрия биологических жидкостей в терапии. - Донецк: Донеччина, 2003, 584 с.) для определения эффективности проводимого лечения. В ветеринарной практике определение динамического поверхностного натяжения используется для оценки готовности лошадей к соревнованиям (Патент РФ, №2336524, G01N 33/49, опубликовано 20.10.2008). Определение жирности и белка в молоке с помощью динамического поверхностного натяжения из уровня техники не известно.

Предлагаемый способ направлен на определение содержания жира и белка в молоке в зависимости от динамического поверхностного натяжения молока, измеренного методом максимального давления в пузырьке на тензиометре ВРА-1Р.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого способа, является ускорение, упрощение определения содержания жира и белка в молоке на основе измерения динамического поверхностного натяжения (ДПН).

Указанный технический результат достигается тем, что у пробы молока объемом 1-3 мл измеряют динамическое поверхностное натяжение на тензиометре, работающем по принципу максимального давления в пузырьке. По полученным значениям динамического поверхностного натяжения определяют содержание белка и жира в молоке с использованием формул регрессионно-корреляционного анализа, определяющих взаимосвязь между содержанием жира и белка в молоке с его динамическим поверхностным натяжением. Для измерения динамического поверхностного натяжения вводят пробу коровьего молока с жирностью от 2,0 до 6,0% масс., предпочтительно от 2,3 до 4,7% масс.; содержанием белка от 2,7% до 4,5%, предпочтительно от 3,1% до 4,2%.

Определение ДПН проводится на тензиометре ВРА-1Р (Maximum Bubble Pressure Tensiometer) (ФРГ, Sinterface Technologies). Значительными преимуществами такой методики являются: экономичный расход материала для исследования (достаточно от 1 до 3 мл); простота в эксплуатации оборудования и программного обеспечения прибора; отсутствие расходных материалов, что сказывается на итоговой себестоимости проведения исследования; настройка и калибровка прибора проходит по воде, что не требует дополнительных расходов на калибраторы и нормы; возможность использования консервантов в работе, что позволяет проводить отсроченные исследования; возможность использовать уже измеренные образцы для других исследований.

Принцип работы прибора довольно прост. Воздух от компрессора поступает в капилляр, который опущен в исследуемую жидкость (молоко). С помощью электрического преобразователя определяется избыточное давление в системе (максимальное давление в пузырьке), которое используется для расчета поверхностного натяжения. Электрические сигналы от измерительных систем поступают в электронный блок, который посредством аналого-цифрового преобразователя соединен с персональным компьютером. В результате проведенных измерений прибор позволяет получать графики зависимости от времени поверхностного натяжения в приграничном слое жидкости. На тензиограммах с помощью программы определяются точки, соответствующие t→0 (σ₀), t=0,02 с (σ₁), t=1 с (σ₂), a также рассчитывается равновесное ПН t→∞ (σ₃) путем экстраполяции кривой в координатах σ/(t^-1/2). В ходе компьютерной обработки данных (программа ASD) меняется система координат: при определении угла наклона начального участка кривой (λ₀) используют координаты σ/(t^1/2), а для конечного участка кривой (λ₁) координаты σ/(t^-1/2).

Таким образом,

σ₁ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=0,02 секунд,

σ₂ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=1 секунда,

σ₃ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=10 секунд,

λ₀ - [мН/м·с^1/2] угол наклона начального участка кривой в координатах σ/(t^1/2),

λ₁ - [мН/м·с^-1/2] угол наклона конечного участка кривой в координатах σ/(t^-1/2).

Для определения влияния количества жира и белка в молоке с его ДПН проводится корреляционный анализ между ними в программе Microsoft Excel.

На основе регрессионной модели выведены следующие формулы для расчета жира: -0,0574×σ₁+0,03815×σ₃+0,03656×λ₀+5,27244

и белка: -0,008705×σ₁+0,009102×σ₃+0,026179×λ₀+3,298903

где σ₁ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=0,02 секунд,

σ₃ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=10 секунд,

λ₀ [мН/м·с^1/2] - угол наклона начального участка кривой в координатах σ/(t^1/2).

Для упрощения процесса расчетов используется программа статистической обработки данных R (версия 3.1.2.).

Полученные согласно предлагаемому способу данные могут быть использованы для определения содержания жира и белка в молоке, что позволяет установить состояние организма животных и качество исследуемого образца.

Процедура измерения ДПН заключается в следующем: исследуемая проба молока (1-2 мл) наливается в стеклянный стаканчик диаметром 1 см, высотой 2 см, ставится под капилляр прибора, запускается программное обеспечение и начинается процедура измерения.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

По процедуре, описанной выше, определено динамическое поверхностное натяжение молока коровы черно-пестрой породы, проба 1, жирностью от 2,0 до 6,0%, содержанием белка от 2,7% до 4,5%. Получены параметры его ДПН: σ₁ - 56,4 мН/м, σ₂ 50,83 - мН/м, σ₃ - 44,86 мН/м; углы наклона: λ₀ - 7,43 мН·м^-1с^-1/2 и λ₁ - 6,66 мН·м^-1с^1/2. Параллельно, для сравнения, известным ультразвуковым методом на приборе «Клевер» измерено содержание жира - 4,02%.

Согласно представленной выше формуле проведен расчет содержания жира (%): -0,0574×56,4+0,03815×44,86+0,03656×7,43+5,27244=4,0181298≈4,02%. Таким образом, содержание жира, определенное сравнительным ультразвуковым методом и по предложенному способу, практически совпадает.

Пример 2

По процедуре, описанной выше, определено динамическое поверхностное натяжение молока коровы черно-пестрой породы, проба 2, жирностью от 2,0 до 6,0%, содержанием белка от 2,7% до 4,5%. Получены параметры его ДПН: σ₁ - 57,09 мН/м, σ₂ - 50,13 мН/м, σ₃ - 43,87 мН/м; углы наклона: λ₀ - 8,19 мН·м^-1с^-1/2 и λ₁ - 6,54 мН·м^-1с^1/2. Параллельно, для сравнения, известным ультразвуковым методом на приборе «Клевер» измерено содержание белка - 3,42%. Согласно представленной выше формуле проведен расчет значений белка (%):

-0,008705×57,09+0,009102×43,87+0,026179×8,19+3,298903=3,4156453≈3,42. Таким образом, содержание белка, определенное сравнительным ультразвуковым методом и по предложенному способу, практически совпадает.

Пример 3

По процедуре, описанной выше, определено динамическое поверхностное натяжение молока коровы черно-пестрой породы, проба 3, жирностью от 2,0 до 6,0%, содержанием белка от 2,7% до 4,5%. Получены параметры его ДПН: σ₁ - 52,2 мН/м, σ₂ - 50.3 мН/м, σ₃ - 46.31 мН/м; углы наклона: λ₀ - 16,4 мН·м^-1с^-1/2 и λ₁ - 6,2 мН·м^-1с^1/2. Параллельно, для сравнения, известным ультразвуковым методом на приборе «Клевер» измерено содержание жира - 4,7%.

Согласно представленной выше формуле проведен расчет значений жира (%): -0,0574×51,2+0,03815×46,31+0,03656×16,4+5,27244=4,7001=4,7001≈4,7%. Таким образом, содержание жира, определенное сравнительным ультразвуковым методом и по предложенному способу, практически совпадает.

Определение динамического поверхностного натяжения позволяет более полно описать физико-химические свойства молока, что может быть применено в мероприятиях по контролю за качеством молочной продукции.

Исследование выполнено за счет Российского научного фонда (проект №14-16-00046).

1. Способ определения содержания жира и белка в молоке, характеризующийся тем, что у пробы молока объемом 1-3 мл измеряют динамическое поверхностное натяжение на тензиометре, работающем по принципу максимального давления в пузырьке, по полученным значениям динамического поверхностного натяжения определяют содержание белка и жира в молоке с использованием формул регрессионно-корреляционного анализа, определяющих взаимосвязь между содержанием жира и белка в молоке с его динамическим поверхностным натяжением.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что вводят пробу коровьего молока с жирностью от 2,0 до 6,0% масс., предпочтительно от 2,3 до 4,7% масс.; содержанием белка от 2,7% до 4,5%, предпочтительно от 3,1% до 4,2%.

3. Способ по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что количество жира определяют по формуле:Жир (%) = -0,0574σ₁ + 0,03815σ₃ + 0,03656λ₀ + 5,27244,где σ₁ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=0,02 секунд,σ₃ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=10 секунд,λ₀ [мН/м·с^1/2] - угол наклона начального участка кривой в координатах, σ/(t^1/2).

4. Способ по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что количество белка определяют по формуле:Белок (%) = -0.008705σ₁ + 0.009102σ₃ + 0.026179λ₀ + 3.298903,где σ₁ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=0,02 секунд,σ₃ [мН/м] - поверхностное натяжение при времени t=10 секунд,λ₀ [мН/м·с^1/2] - угол наклона начального участка кривой в координатах σ/(t^1/2).