Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Общие сведения
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Название доклада
Способ определения жира и белка в молоке по результатам динамического поверхностного натяжения
Название программы
Российский научный фонд, «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии - МВА имени К.И. Скрябина»/Зайцев Сергей Юрьевич
Название проекта
Разработка фундаментальных основ комплексной технологии мониторинга биологически-активных соединений в кормах, биологических жидкостях животных и молочной продукции
Номер контракта
14-16-00046
Докладчик (участник)
Участник
Зайцев Сергей Юрьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Инновационный способ определения содержания жира и белка в молоке на основе измерения динамического поверхностного натяжения (ДПН) молока с использованием метода регрессионного анализа.
Актуальность и новизна исследования
Современным методом исследования биологических жидкостей, в частности молока, является определение его динамического поверхностного натяжения. Знание основных физико-химических свойств молока дает фундаментальную информацию, которая важна для оценки состояния здоровья животного и использования молока в производстве. В качестве интегрального метода получения такой информации впервые предложено изучение динамического поверхностного натяжения (ДПН) молока и размеров составляющих липид-белковых частиц микро- и наноразмеров.
Использование методов ранней диагностики может уменьшить затраты на содержание и предотвратить снижение продуктивности сельскохозяйственных животных, а также определение качества, получаемой от них продукции. 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. По полученным значениям динамического поверхностного натяжения определяют содержание белка и жира в молоке с использованием формул регрессионно-корреляционного анализа.
Описание исследования

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 расчёта поверхностного натяжения. Электрические сигналы от измерительных систем поступают в электронный блок, который посредством аналого-цифрового преобразователя соединён 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 (s0), t=0,02 с (s1), t=1 с (s2), а также рассчитывается равновесное ПН t®∞ (s3) путем экстраполяции кривой в координатахs /(t-1/2). В ходе компьютерной обработки данных (программа ASD) меняется система координат: при определении угла наклона начального участка кривой (λ0) используют координаты s /(t1/2), а для конечного участка кривой (λ1) координаты s /(t-1/2).

Таким образом,

s1 [мН/м]- поверхностное натяжение при времени t=0,02 секунд, 

s2 [мН/м]- поверхностное натяжение при времени t=1 секунда,

s3 [мН/м]- поверхностное натяжение при времени t = 10 секунд,

λ0 - [мН/м.с1/2] угол наклона начального участка кривой в координатах s /(t1/2)

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

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

На основе регрессионной модели выведены следующие формулы для расчета жира: -0,0574 х σ1+ 0,03815хσ3 + 0,03656хλ0 + 5,27244

и белка: -0,008705 х σ1 +0,009102хσ3 + 0,026179хλ0 + 3,298903

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

s3 [мН/м]- поверхностное натяжение при времени t = 10 секунд,

λ0 [мН/м.с1/2] - угол наклона начального участка кривой в координатах s /(t1/2).

Для упрощения процесса расчётов 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. 

Результаты исследования

Результаты исследования являются оригинальными и патентно-способными. В мире нет таких работ, а аналоги имеют уровень ниже. Таким образом, наше решение находится выше мирового уровня в этой области.

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 (%) = - 0,0574 s1+0,03815 s3+0,03656 λ0+5,27244

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

s[мН/м] − поверхностное натяжение при времени t = 10 секунд,

λ0 [мН/м.с1/2] − угол наклона начального участка кривой в координатах s /(t1/2)

4. Способ по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что количество белка определяют по формуле:

Белок (%)= -0.008705 s1+0.009102 s3+0.026179 λ0+3.298903

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

s[мН/м] − поверхностное натяжение при времени t = 10 секунд,

λ0 [мН/м.с1/2] − угол наклона начального участка кривой в координатах s /(t1/2)

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, G01N33/49, опубликовано 20.10.2008). 

Определение жирности и белка в молоке с помощью динамического поверхностного натяжения из уровня техники не известно.

Практическая значимость исследования
Определение динамического поверхностного натяжения позволяет более полно описать физико-химические свойства молока, что может быть применено в мероприятиях по контролю за качеством молочной продукции.
На основе регрессионной модели выведены следующие формулы для расчета
жира: -0,0574 х σ1+ 0,03815хσ3 + 0,03656хλ0 + 5,27244
и белка: -0,008705 х σ1 +0,009102хσ3 + 0,026179хλ0 + 3,298903.
Получено положительное решение на заявку на патент РФ. Таким образом, наше решение готово к внедрению в этой области животноводства.

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