CC BY
154
ТЕМА НОМЕРА
УДК 637.16
Современные инструментальные методы контроля
молочной продукции
Е.А. Юрова, Т.В. Кобзева
ВНИИ молочной промышленности
В настоящее время в перерабатывающей промышленности существует насущная проблема точного, правильного, достоверного и по возможности быстрого осуществления контроля молока и молочных продуктов по показателям качества и безопасности. Применение стандартизованных методов контроля порой не позволяет оперативно оценить качество, и значительно усложняется
В последние годы уровень приборной техники для анализа молочной продукции значительно вырос.
процесс входного контроля, особенно в связи с увеличением фальсификаций молочного сырья. Поэтому все чаще используются инструментальные методы анализа, которые позволяют довольно быстро провести ряд необходимых измерений.
Отличительная особенность молока и молочных продуктов как объектов исследований состоит в том, что данные продукты представляют собой сложные поликомпонентные системы, в которых основные компоненты (белки, жиры, углеводы) находятся в тесном взаимодействии, поэтому количественный и качественный анализ каждого из них представляет собой длительный и трудоемкий процесс. Кроме этого, в последние годы появились продукты с различными наполнителями, пищевыми добавками и с заменой молочных составляющих на немолочные. В таких продуктах часть молочного жира заменена растительными или другими жирами, частично заменяется белок немолочными бел-
м *
Ключевые слова: молочная продукция; контроль; инструментальные методы; ИК-спектроскопия; хроматография; электрофорез.
Key words: dairy production; control; tool methods; Ik-spectroscopy; chromography; electrophoresis.
ковыми составляющими, вносятся различные углеводы и многочисленные пищевые ингредиенты, улучши-тели структуры, вкусовых качеств.
Все это влечет за собой необходимость совершенствования и методологии исследований молочных продуктов в направлении их точности и воспроизводимости результатов исследований с использованием высокоэффективных, в основном, инструментальных методов анализа.
Все более широкое распространение в последние годы находят такие инструментальные методы как инфракрасная спектроскопия (ИКС), газовая хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), хромато-масс-спектро-метрия, атомно-абсорбционная спектрометрия, фотометрия, капиллярный электрофорез и т. д.
Один из активно развивающихся методов - ИК-спектроскопия, особенно в ближней ИК-области. Слабая абсорбция в ближней ИК-облас-ти и использование диффузного отражения от анализируемой пробы делают возможным прямой анализ продукта, что практически исключает сложную пробоподготовку (разделение исследуемого продукта на составляющие) и позволяет проводить измерение в более широком диапазоне концентраций. К настоящему времени в мире разработано большое количество приборов, основан-
»
*
А
ных на этом методе, ИК-анализато-ров различных модификаций, среди которых существуют как сложные исследовательские, так и более простые, предназначенные для массовых анализов.
Современный вариант ИК-спект-роскопии - ИК-Фурье-спектроско-пия - отличается высокой скоростью выполнения анализа, почти полным отсутствием пробоподготовки и высокой точностью результатов.
Метод ИК-спектрометрии - современный высокоэффективный метод измерений показателей качества молока, так как происходит одновременное снятие спектров анализируемых параметров. Метод имеет широкое распространение во всем мире для измерений показателей качества молока. Данный метод очень эффективен и для измерений очень большого количества образцов.
ИК-спектрометрия молочных продуктов - эффективное средство для производственного контроля на предприятиях перерабатывающей промышленности.
Существенная особенность ИК-анализаторов - необходимость использования для градуировки представительного массива натуральных проб продукта, для анализа которого предназначен прибор. Этот массив должен содержать достаточно полную информацию о генеральной совокупности, включая количественное содержание компонентов и физические показатели продукта.
ANALYTICAL DEVICES FOR FOOD PROCESSING INDUSTRY
Проводимая в настоящее время в лаборатории технохимического контроля ВНИИ молочной промышленности большая научно-исследовательская работа по разработке метода приготовления калибровочных образцов молока и молочных продуктов позволит не только проводить градуировку прибора, но и осуществлять все калибровочные мероприятия с набором массива данных по показателям.
Широкое применение в отечественной и зарубежной практике находят различные виды хроматографии (газовая, жидкостная, а также их сочетания). Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) позволяет не только оценить продукт по показателям качества, но и определить состав и оценить возможность применения в технологической переработке, получая продукт гарантированного качества. При помощи метода ВЭЖХ с УФ-детекто-ром на гидрофобных колонках можно определить белковые компоненты молока, в том числе денатурацию белковых молекул, подвергшихся нагреванию в течение 5 мин.
Метод ВЭЖХ предлагается использовать для применения содержания консервантов (бензойной, сорбино-вой, пропионовой кислот и их солей) и красителей (индигокармина, желтого «Солнечный закат», тартра-зина, понсо 4^ азорубина) в молочной продукции, что отражено в требованиях ГОСТ Р 53752-2009.
Данный стандарт учитывает возможности высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и позволяет идентифицировать краситель или консервант с довольно низкими погрешностями измерений.
Газовая хроматография, в основном газовая капиллярная, в настоящее время считается эффективным методом определения жирнокислот-ного состава продукта (ГОСТ 51471), что широко используется для идентификации масла, спредов, молочного жира.
Согласно требованиям ГОСТ Р 53753-2009, газовая хроматография - основное средство для определения стабилизатора каррагинана в молочной продукции.
Для определения натуральности молочного жира можно применять газовую хроматографию летучих соединений над образцом жира (запаха). С этой точки зрения, газовая хроматография запахов представляет большой интерес, так как молочные жиры содержат летучие компоненты, отсутствующие в раститель-
ных, и наоборот. Кроме этого, для анализа летучих компонентов не требуется специальной сложной пробоподготовки и длительного времени анализа. Результаты определяли путем сравнения хромато-грамм летучих компонентов эталона и пробы, полученных в одинаковых условиях: совпадение числа пиков, параметров удерживания и соотношений высот или площадей пиков указывает на идентичность продуктов, а наличие посторонних пиков, отсутствие характеристических пиков, изменение их соотношения - на фальсификацию или изменение качества продукта.
Для идентификации молочного жира возможно применение и пиро-литической газовой хроматографии. Пиролизеры имеют невысокую стоимость и просты по конструкции, они легко устанавливаются на хроматографах различного исполнения. Пробоподготовка практически отсутствует: образец жира по стандартной процедуре отбирают и помещают в пиролизер. Сравнивают пирограммы эталона и пробы, полученных в одинаковых условиях: совпадение числа пиков, параметров удерживания и соотношений высот или площадей пиков указывает на идентичность продуктов.
Сотрудниками ВНИИ молочной промышленности для идентификации молочного жира предложен метод, основанный на определении величины оптической плотности жира, выделенного из продукта методом фотоколориметрирования. Это метод анализа, основанный на измерении поглощения света окрашенными растворами в видимой части спектра с помощью фотоэлементов. К настоящему времени данный метод официально принят в национальных стандартах: ГОСТ Р 53749-2009 «Молоко и молочная продукция. Определение массовой доли молочного жира методом фотоколориметри-рования».
При проверке аутентичности пищевой продукции хорошие результаты дает хромато-масс-спектромет-рия, в которой сочетается газовая хроматография летучих производных компонентов пищевых продуктов с получением масс-спектров разделенных веществ. По характеру масс-спектров можно идентифицировать строение всех жирных кислот, аминокислот, низших углеводов и т. д.
Метод хромато-масс-спектромет-рии используется для определения диоксинов и диоксиноподобных со-
единений - особо опасных хлорор-ганических контаминантов, только применение данного метода позволяет проводить измерение данных соединений в молочной продукции на уровне 0,00005 мг/кг. Метод хромато-масс-спектрометрии применяется и для измерения антибиотиков тетрациклинового ряда с последующей их идентификацией.
Сегодня активно применяется спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для определения массовой доли жира, белка. Причем данный метод позволяет измерить эти три показателя одновременно в течение короткого времени (5 мин).
В последнее время в аналитическую практику внедряются и другие
Все более широкое распространение в последние годы находят такие инструментальные методы как инфракрасная спектроскопия (ИКС), газовая хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), хромато-масс-спектрометрия, атомно-адсорбционная спектрометрия, фотометрия, капиллярный электрофорез и т. д.
современные методы исследований: для определения белкового состава и состава полисахаридов - гель-фильтрация и эксклюзивная хроматография; аминокислотный состав выявляется методом ионообменной хроматографии и капиллярного электрофореза; родственные жидкостной хроматографии методы твердофазной экстракции, которые позволяют существенно сократить продолжительность и трудозатраты на подготовку пробы.
Электрофорез позволяет проводить идентификацию белкового состава молочной продукции (ГОСТ Р 53761-2009 «Метод идентификации белкового состава молока с использованием электрофореза в полиак-риламидном геле», ГОСТ Р 529952008 «Молоко сухое. Определение содержания соевого и горохового белков с использованием капиллярного электрофореза в присутствии додецил сульфата СЕ). Метод
разделения»).
Электрофорез - метод разделения веществ, основанный на явлении
ТЕМА НОМЕРА
Разработанные в последнее время национальные стандарты на инструментальные методы анализа позволят расширить применения оборудования для анализа молочной продукции.
миграции заряженных микрочастиц под действием внешнего электрического поля. Находящиеся в буферном растворе (геле) макромолекулы белков обладают некоторым суммарным электрическим зарядом, величина и знак которого зависят от рН среды. Пропуская электрический ток вдоль геля, установится определенный градиент напряжения, т. е. сформируется электрическое поле. Под действием поля макромолекулы белков в соответствии со своим суммарным зарядом мигрируют в направлении катода или анода. Исследуемый образец, состоящий из различных молекул, разделяется на зоны одинаковых молекул, мигрирующих с одной и той же скоростью. Со временем эти зоны распределя-
ются по длине геля в виде полос и закрепляются. Данный принцип применяется для определения генетически модифицированных организмов (ГОСТ Р 53244-2008 (ИСО 21570:2005) «Продукты пищевые. Методы анализа для обнаружения генетически модифицированных организмов и полученных из них продуктов. Методы, основанные на количественном определении нуклеиновых кислот»).
Для определения микро-макро-элементного состава продукта, а также тяжелых металлов применяется метод атомно-абсорбционной спектроскопии. Метод основан на явлении резонансного поглощения излучения видимого/ультрафиолетового диапазона свободными невозбужденными атомами. В результате резонансного поглощения интенсивность излучения, прошедшего через объем невозбужденных атомов (атомный пар), ослабевает тем больше, чем выше концентрация атомов. При соблюдении условий резонансного поглощения и неизменной толщине поглощающего слоя величина атомной абсорбции (оптическая плотность поглощаю-
щей среды) линейно зависит от концентрации атомов определяемого элемента в соответствии с законом Бугера-Ламбера-Бера. Это позволяет путем измерения атомной абсорбции определять концентрацию элементов в анализируемом веществе, используя предварительно полученную зависимость величины атомной абсорбции от концентрации определяемого компонента.
В последние годы уровень приборной техники для анализа молочной продукции значительно вырос. И если раньше сложное аналитическое оборудование применялось для научных исследований, то тенденции аналитического приборостроения сегодняшнего дня связаны с внедрением высококлассных приборов непосредственно в производственные условия. При этом разработчики, не снижая параметрических характеристик аппаратуры, стараются снизить ее стоимость и упростить работу на ней. Разработанные в последнее время национальные стандарты на инструментальные методы анализа позволят расширить применение оборудования для анализа молочной продукции.
