БЕЗЭТАЛОННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ДЛЯ АНАЛИЗА ПИЩЕВЫХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

БУРКОВ Геннадий Иванович

УДК 543.812:664.7

БЕЗЭТАЛОННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ДЛЯ АНАЛИЗА ПИЩЕВЫХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ

02.00.02 Аналитическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва—1983

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамен» технологическом институте пищевой промышленности.

доктор технических наук, профессор И. А. ПОПАДИЧ кандидат химических наук В. Ф. АНДРОНОВ

Центральный институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО)

Защита состоится 10 марта 1983 г, на заседании специализированного совета по аналитической химии К 063.45.02 во Всесоюзном заочном институте пищевой промышленности по адресу: г. Москва, К19803, ул. Чкалова, д. 73.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

взипп.

Научные руководители:

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор В. И. ЕРМАКОВ кандидат химических наук А1. А. ШНАЙДЕР

Ведущая организация:

Автореферат разослан « . »

1983 г.

Ученый секретарь Специализированного Совет, кандидат химических наук

СЕНЬКЕВИЧ

I, 0НЦ1Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОЕХЕШ, Современно* производство пищевых продуктов представляет собой схокный технологический 15*040«, во-врекя которого исходное сырье претерпевает многие физические и химические превращения, определяйте качество и товарный вид готовой продукция.

Решениями 26 гьевда КПСС намечено увеличить производство продукция пищевых отраслей промышленности на 20-25% 8 сдезк с эти* предстоит бохьв&л работа, как по усовершенствованию самого технологического процесса производства, так и системы его контроля, позволяйте* не только следить за правильностью основных реиимов производства, во я на основе зкспресной информация о ходе технологического процесса, активно управлять км, Ревенхе указанный проблем связано, в частности, с разработкой надежных, быстрых и точных методов анализа к контроля.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель» настоящей диссертационно» работы является разработка я создание экспресного неразртвакцего метода, обеспечавагцего одновременное определение влага я кхров

f

в пищевых я сельскохозяйственных продуктах за Бремя менее 10 минут без использования других методик анализе, я том числе для подготовки эталонов и калибровки прибора.

ОВШКГ ИССЛЕДОВАНШ, Наиболее важными компонентами сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов являются крахмал, белки, влага я кнры. Содержание влаги и жиров является важнейшим параметром качественное оценки сырья, технологического достоинства я хранения готовой пищевой продукции. Объектами исследования opt разработке метода экспресного определения содержание этих компонентов выбран ряд. -сельсаохо^й^ун^Ы^д шгще-

j имени К.А. Тнти?ячегз а

ЦНБ имени Н.И.'Ж-^энова

вше продуктов: шенхца (сорт Беэсетая-1, Альбидун, Красноэер-ная); роль; мука (пшеничная рваная, среднего хлебопекарю го достоинства) ; крахмал (сорт пандоко, пиенячныЯ, картофельккЯ, кукурузный) ; соя, подсолнечник, арахис, кукуруза, фасоль.

1ЁТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В соответствии с щелью и объектами исследования, в результате анализа литературных данных к патентных материалов в основу разрабатываемого экспресного метода для определения содержания влаги в аиров положен метод импульсного ядерного магнитного резонанса (ЯЫР). Все измерения проводили на релаксометре НИР, разработанном в ШИШ совместно с Калининградским государственным университетом (КГУ). Ба-8ИСНЫМ (стандартном) методом определения влаги взяты; метод высушивания (ГОСТ 3040-55) и метод Филера; определения жиров — метод Соиелета (ГОСТ 3040-55). Исследование каждого объекта проводили на 3 параллельных образцах массой по 3-5 грамм. Для уменьшения овкбки регистрация сигналов ЯИР из-за влияния радиочастотны! кумов проводили накопление сигналов с помощь» многоканального анализатора импульсов /уТА-1024. Расчет ошибки многопарамвтровой функции у=/(Х1Хг..)<л)проводшш по дифференциальному эахону сложения ошибок:

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Задачи исследования настоявшее работы состояли в следупцем:

- оценке существупцих методов ЯМР для определения содержания влаги и жиро» в пищевых я с/х продуктах;

• изучение сигналов ЯИР свободной индукции и "Эхо" для мсследуешос объектов и выбор опт июль кых параметров их регистрации ; , ^ ....

. - разработке методики выделения сигналов протонов от вда-

• »+ .' г

4 ■

ги, жиров я крахмально-белковой фазы из общего си тала ЯМР;

- разработке способа, возводящего исклвчителъно из измеряемых величин сигнала ЯЫР определить весовое процентное со* дергание влага и жиров в выбранных обвектах без использования эталонных образцов;

- оценке влияния вариации химического состава различных

, партия исследуемого объекта на точность определения содержания влаги и жиров разрабатываемым способом ори серийных анализах;

- ревекин аппаратурного оформления разрабатываемого метода Ї

- испытание разработанного метода на приборе ШР.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Отличительными особенно стаю разработанных методик для одновременного експресного определения содержания влаги и жиров в пищевых: и сельскохозяйственных продуктах при серийном анализе по сравнению с зарубежными и отечествен** ныын аналогами еоставляпцгам новизну ядлягтсл:

1. Одновременная регистрация сигналов ЯМР от всех компонентов анализируемого образца.

2. Использование для расчета величин,начальных амплитуд экспон«нцдальных сигналов маги, жиров я крахмально-белковой части после кх веделекяи из общего сигнала ЯМР.

3. Применение в рееечегных ураженнях впервые введенных величин средневзвешенных протонных модулей анализируемых ком-: шжентов. ■

Первая особенность позволила исклочить из методики анализа взвешивание анализируемой пробы, вторая и третье необходимость калибровки пробора по предварительно подготовленный я проанализированным стандартным образцам.

ПРІЯТОЧЕСКДа ЦЕННОСТЬ. Разработанные и испытанные методика ЯИР дія эяспресного анализа: а) в да ги в крахмалах, эерковых (пшеница, рожь), і^ке (пженичной, ржаной) і б) влага * жиров в маслячных культурах (соя, подсолнечник) позволяет определить содержанке указанных компонентов за 3*7 минут с точностью, превосходящей точность известных стандартных методов без использования какжх-лябо «талонов. Показана применимость разработанных методах для определен»» влаги к жцров в фасоли, арахисе, чечевице, кужуруае. На основания статистического анализа химического состава я расчета (фотонных модулей, метод может быть распространен на другие гетерогенные системы, в частности, пищевые и с/х продукты.

На основании проведенных исследований даны рекомендации □о разработке целевого ЯМР - анализатора влаги и хнров.

Ояждаешй экономическая эффект от внедрения доработанного метода с использованием целевого прибора ЯЛР составит от 27 до 123 тис. руб. в зависимости от а «меняемо го стандартного метода. '

СТРУКТУРА И ОШК РАБОТЫ. Диссертация состоит из введення, обзора литератур», теоретической я экспериментальной частей, выводов я рекомендаций, расчета »канонического эффекта, списка литератур« ж приложения. Работа изложена на 200 страницах машинописного текста, содержит 35 таблиц и 14 рисунков. Список литературы вклвчаег 65 наименований советских и 89 зарубежных публикаций*

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Изучение литературы в облаете использования роелячных химических и физико-химических методов определения содержания б

влаги н жира в пищевых я с/х продукты: показало больше разнообразие применяемых два этих целей методов. Это те{жографические метода, джстихдяцнонтше, химические (метод Фияера, метод Чугаежа-Оереветкнова, гидрждкый метод, к&льций-карбвдкыЯ метод я др.). кондуктоме триче с кий, емкостной, методы поглощения излучения, иолориметрпеский метод, ликнометрический, рефрактометрический, хроматографяческяй, метод ИК - спектроскопии, метода ядерного магнитного резонанса, метода экстракции и другие.

Эти метода различается как по своей $язико-хюегческоа основе, так и по своим возможностям. Вместе с тем они обладают радом недостатков, которые существенно ограничивают ях приме-неняе в современной производстве. Анализ показывает, что для всех методов, исключая метода ЯМР, могут быть выделены следу-пцие общие недостатки: длительность методов, невозможность одновременного определения вл&ги к кяров в одном эксперименте яз одной пробы, епецефгеность методов к отдельному классу объектов) необходимость дополнительны! операция при подготовке дроби, использование эталонных образцов и ряд других.

Методы ЯМР лишены отмеченных недостатков, позволяет проводить одновременное определение влаги и жиров из одной пробы и вести анализ на исходных нер&зрунеиных образцах. Однако основным недостатком используемыг в настоящее время методик ЯМР является использование эталонированных по исследуемому компоненту образцов. Это отрицательно сказывается на использования этих методик в производственных условиях*

Кая показал литературный обзор, до настоящего временя нет сведений о создании метода контроля влага и жиров в пищевых к сельскохозяйственных продуктах, л «ценного указанных вше недостатков.

3.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Общее уравнение дм расчета состава трехкоипонентныг образцов я выбор оптимальных условий из мере кия сигналов ЯИР.

В общем случае процентное содержание^-ого компонента в . материале определяется выражением:

С/,7о -f^f- W

р • . S*

Р) - весовая доля j -ого компонента.

Ряд сеяъсхохозяЯствекних я яйцевых продуктов с точки эре-имя релаксационных методов ОДР можно рассматривать как трехкоы-. понентные гетерогенные системы, в которых роль твердой фазы-штрвцы выполняя« бедки н крахмал; роль поде кто й фазы — свободные н связанные липкды к сорбированная влага, Указанные фавн существенно отличаются временами спин - спиновой релаксации протонов* это определяет возможность выделения каждого компонента в суммарном сигнале ЯИР.

Сигнал HUP в однородном магнитном поле Но при использования метода Карра-Ла реяла может быть описан уравнением:

Я=Зоехр (-j&J+tfexp (•£) +Эо9ехр {■£) ;-■<»)

где Тг* - условное время спин-спиновой релаксация протонов крахмально-белковой матрацы» времена сшш-сшшовой релаксации протонов влаги и **РР»>

tJo "мтенсжвнеета сигналов ЯМР, пропорциональные весово-

цу ¿сдержанно крахмально-белковой матрицы Í Рм) ; влага С Pw) ж жира (). Так как параметры экспонент аналшзнруеиых компонентов от-личавтеи (Т2М« 10*15 мк сек, Т? -0,2*1 мл сек, Т^ -65*75 ,

мл сек) выделение их в суммарном ентале для определения вели-8 ^

чин "Эо, 'Зо возможно. Однако из-за технических характеристик аппаратуры эарегжстрировать полностью экспоненциальны* спад от твейхой (крахмально-белковой) фазы образца невозможно.

Исходя кз »того ддя расчета (¿»M.W.J) был предложен

способ вычисления (Ч ) относительной доли протонов подвижной фазы - A iвлага+жвры) из величин амплитуд сигнала ЯМР - 3? намеренного в моменты времени ti« ? мк сек м 1-2 - 35 ш сек. (Рее. I),

где - ¿^Li , » — ; К - »ксперимвнталышй коэф-

T2W Тг4-

*1л

фицкент. Соотношения между протонами влаги к жиров - В

определяется достаточно точно графически или с помощью ЭВМ. По кэвестиым величинам А я В могут быть расстатаны CJo крахмадь-ко-белховой фазы, 'влага и ж»ров.

_Jg _л. д. ЭУ — Я~В . 'Зо ~ /м

3.2. Понятие; протонного модуля анализируемых компонентов и расчет их ддя реальных объектов.

Одним нэ преимуществ метода Я№ является то, что амплитуда сигнала пропорциональна содержанке протонов в образце, количество которое в свои очередь пропорционально навеске пробы*

Чтобы перейти от определения относительных содержанаЯ протонов в крахмально-белковой фазе влаге .и жирах к их весовому процентное содержанию впервые введен коэффициент пропорцкональ-

t [mm)

Рис Л. Оптюальнье точви мшрмю сигнала ЯМР ори определена« относительной дао протонов шадмжной фом.

= ff Cj (7)

ности, названный протонным модулем. Еслк мпш ЯМР кахой-дибо фазы обусловлен протонами молекул одного tena, то интенсивность сигнала может бьггь записана і виде:

. nLv Pí'Wt »iLyiL

где Uo - интенсивность сигнала ЯІІР і -ой фазы ; P¿ - масса i -ol фае»; М t, - молекулярша вес молекул і -ой фаз»; ]С - коэффициент (интенсивность сигнала одного протона) ; протонный модудь»граммах.

Беля ¿ -фаза состоит из нескольких С J > типов молекул, то с ре дно вэ веше нкма протш^шЯ модуль

Cj

fc mj

где 7nj - модуля различных молекул ; Сj - концентрации j -мо-лекух в L -ой ф&зе.' ^ . '

С учетом понятия протонного модуля имеем уравнения:

Решая эту систему уравнений при известных значениях *Шн ,»7wi

определим относительные весовые содержания всех фаз -рн tpw*

3,3. Расчет модуле* пшеницы, ркм, мухи, сон, подсолнечника.

Протонные модулы Wm , ÍM j , (tr)w-9,0) необходимые для определения Рн * Pw , Pg рассчитаны исхода нэ среднестатистического фракционного состава крахмально-белковой фавн и фазы жиров. В связи с вариациями содержания различных составляющих в этих компонентах рассчитан» дисперсии модулейбШи.б^^, необходимые дли оценки реальных овибок 6Pwh 6Pj определения. '

В таблицах 1-4 представлен фрахцяошшй состав и величины протонные модулей каждой фракции: твещоЯ крахмально-белковой фазы и фазы и ров для зерновых (пшениц», ржи) и масличных (соя, подсолнечника), Среднеээведенные модули компонентов я их дисперсии обусловлены различным* фракционного состава компонентов. Так, например, вариация свободных жирных кислот пшеницы:

Пальмитиновая * р 12,1-16,9 (% отн.)

Олеиновая С18Н34°2 " е»29г I1,0-15,8 - " -

Хинолевоя . сіеН32°2 " 8,75г 57,8-64,4 - • -

Ікколеновая . - 9,26г 3,1- 9,1 .- ■ -

дает средневзвешенный модуль для свободных жирных киелотіїїжх »8,бг, 6яг«.« » £ 0,5 р, в случае трш-лицередов ГПтг. - 8,76^0,3г и т.д.

Рассчитанные по форцуле <7) средневзвезеюше модули твердой и жидкой (жиров) фаз, а также рассчитанные по фодояе (I) их дисперсии для всех объектов исследования приведены в таблице 5.

Таблица I

фракционный состав и модуля компонентов жиров верю пшеницы и ржи

• Содержание Модуль

Компонент р,, % (к полною _ ^ „

п весу веінаГ ОП^с і 6ТП).С

Полярные лжпнды 0,363 9,2 0,5

Нендентвфяцированные 0,094 -

Хлорофклы 0,05 - -

Дяглице рады 0,077 8,95 0,5

С теряны 0,085 8,05 0,2

Коротинояды 0,046 10,0

Свободные жирные к-ты 0,178 8,6 0,5

Траглицеряды 1,547 8,76 0.3

Эфир» стеринов, воски, 0,17 8,1 -

углевода 12

Таблица 2

Фракционный состав и модули компонентов твердой крахмально-белковой фази эерновнг: пшеницы, рея. Г - ■

Компонент Содеикание р і , % Т на сухое вещества) Щ.% Модуль тп// ± бГО^.г.

Крахмал С6Н1005 ; 66,3 3,5 16,2 0

Сахара Смои о- и ди сахариди) 3,5 0,8 15,25 . 0,25

Полисахариды =■ 12,0 4,0 15,0 0

Клетчатка 1,86 0,8 16,2 0

Белок 11,75 1,6 14,6 0,04

Зола 2,0 0,5 -

у . ~ Таблица 3

Фракционный состав я модули компонентов кидкой фазы жиров сои

Содержание Компонент ■ ■ , іь относят.

¿65', %

Модуль

Жирные кислоты 1,6

Дигдицериды 1,8

Триглицериды. 95,5

Неомыдяемая ■■,

фракция (стеролы.

и др.) І.І

1,3' ,8,53

1,4 8,9

2;5 - 8,86

о,9. ; -

0,026

0,3

0,5

Таблица 4

Фракционный состав и »»одули компонентов твердое фазы сои

Компонент р;, %°?на*сухое ±6ри %

вещество) -

Иодул

6%

Углевсды:

X, Моносахариды 1,35 0,15 15,0 0

2. Олигоеахареды 10,0 5,0 15,54 0

3. Полисахариды:

Крахмал 5,5 3,5 16,2 0

Клетчатка 5,0 2,0 16,2 0

Пектозаны' 6,0 1.0 . 16,5 0

Гемицеллплозы 5,0 2,0 15,0 0,3

Белок 39,0 12,0 14,6 0,04

Зола 5,3 1,0 - -

Подули твердо* я жидкой фаз.

Твердая фааа

Таблица 5

Объект

Жцакаи фааа (жцв) 7^9 £6Щ

.тИ

Крахмал 16,2 -

Пяенжца, рохь 15,8 0,0265

Мука (пвенмн.) 15,84 0,029

Сол 15*11 0,096

Подсохнет» 15,23 0,075 14

0 Шяго - 9,0 г.

1.8 8,75 0,214 2,4

1.8 8,75 0,214 2.4

6.3 8,86 0,49 5,5

5,0 8,74 0,296 3,4

4. ЭКШЕИ0ЕНТ1ЛШЯ ЧАСТЬ

4.1. Определение содержания влаги я «ушют, виевжде, рм, муке. ;

В наетоіорас исследованиях измеряли веичину на

образцах различной влажности. Джя »еех исследованных объектов получены экспериментальные линейные зависимости:

С 9

їда Ст * Доля протоков подвяжноі фази, рассчитанная при известных значениях модулей ТПм » lUvx » ÎTïj « заданных влахноетлх, определенных стандартным методом.

Вычисленные методом регрессионного аналтаа. хоеффяфемты Q я 6 равны:

дм крахмалов à«1.92 ; Sa -£?, 65' HT3 ; 6 --3,8' 10^ ;S 6 .±4,76 • 10" дякпменяцы. рм a -1,65 ;Sq -^.б'Ю"3 ;Ь »-Э.Эб'НГ2 ^І2,82'І0" для чукш a -1,92 ; S'a«±5,3 ; 6 —4,3« КГ2 ; S* -¿3,2'ІОГ4

После подстановка в (9) выражения для А яв систем (6) падучим для > паеницн:

__ТНд_

W Рг(і'Щос) . №'V/(Pí+P„*}a-W/too) tílw 04 " ffîtî

(10)

Дальнейвиз преобразования с учетом величин ТИм , Шд , Р]ол ,0,6 и Рц, приводят уравнение (10) к воду:

(И)

откуда W«-(41.6¿Щ2-)±і{чиь + .¿mj~<ш

Результаты сравнительных определений влажности пшетод* я ржи раарвботл№Шм{12) и стандартными методами приведены в таблиці 6. Данные матеїетической обработкой сходимости резуль-

татов приведены в таблице 10.

Таблица 6

Влажность шеняцы я рта методами SUP, cyan, Фяаера С в %, 'абс.)

Метод Метод • Метод Метод Метод Метод

сушки Фишера ЯМР. суаки ЙМР -

0 14,8 14,9

2,2 2,2 15,6 15,7 15,8

3,8 3,70 3,8 17,б" 17,7

4,0 ■ 4,0 18,0 17,6

5,2 5,3 19,7- 19,9

6,2 6,1 ' 20,3 20,3

6,4 , 6,4 20,7 ■ 20,9

7,7 7,8 7,6 21,2 21.0

8,4 8,4 22,8 20,75 22,6.

9,0 9,1 23,3 23,2

10,4 10,2 ■ 23,9 23,8

10,9. 10,7 24,4 24,1

II,I II.I 11,1 24,8 24.7

14,Г 14,0 25,6 25,5 .

Влажность, определяема* ия уравнения <10) является функцией 7 параметров: W ■ j tCs,C(,b В табли-

це 7 приведены результаты исследования влияния различных факторов на ояибку определения влажности (6W) пшеницы к ржи разработанным методой ЯПР.

i Из таблицы видно, что6W не будет превышать величину 0,24% абс. Основной вклад * ошибку определения влага оря малых влаж-

носткх дает вариация содержания жира. бРц, абс,: с yie-

" v. -

лнчением абсолютной влажности повышается вклад вариаций коэффициентов CJ и & .

. Таблица 7

'.Факторы, влияпцве на ош»бху измерения влажности пяюнщц

и ржи методом ЯНР

Сэ»-* 5,3 12,0 22,0 35,4 51,2

4,30*10-® 4,42*10"® 4,41*10"® 4,05* Ю"3 1,41*10"®

7,44'Ю"5 3,96* Ю-4 9,46* ИГ4 2,53* 10^ 4,85*10"®

б.зчо-6 1,86* КГ4 1,21*10"® з^кг3 1,09*10"*

4,66*IQ"2 3,8340"* 3,03*ГС"2 1,93'Ю^ 1,06'Ю*2

3,78*10"® 2,65* Ю**3 2,12*10"® 1,26*10"® 6,4s*»"4

5,65* КГ4 1,23* КГ3 2,17*10"® 3,26* КГ3 4,84*ХО"3

(м/этт.<<>}1б*тпт.ч>. 1,44*10"® 3,15'Ю"5 б.Зб'Ю"5 9,36*ГО"4 I^IO"4

± , 2,4* Ю"1 2,18* Ю-1 2,5*I0*1 1,9 1,9* ИГ1

W. 56- 2,2 7,6 14,0 20,3 25,&

Аналогичным образом подучены уравнения, позволяющие определить влажность крахмалов и шженичной муки:

дик крахмалов W«-(3&,0+ 6390^ (13)

для чти W=-(</3,?+ (14)

Значения влажности, определенные по формулам (13), (14), на-

*

годятся в хорошем соответствии с данными полученными методом сушки. Коэффициенты корреляция и даслерсрш, а также возможные овябкк определения влажности в этих продуктах даны в таблице 10, Также как и дм пшеницы и ржи, основной вклад в полную ошибку 6W в

17

аткх продуктах дают члены, связанные с неточность® определены коэффициентов а и 6 х вариацией содержания коров -6^.

4.2* Определение с одержаная влаги я кяров в масличных культурах

Для масличных культур сои и подсолнечника сигнал ЯМР хороню разделается на 3 экспоненты. С помочь» эталонных обравцов било доказано, что первая експонента ( Т^яІО-ІЬ юс сек) относятся к протонам крахмально-белковой фазы, вторая С Т* -200-660 нк сек) к протонам води а третья ( Т^ «65-75 мл сек) к протонам киров.

В этом случав дополнительно к измерению величины О 9*57" проводили графическое выделение экспонент влаги и жиров ж определяли отношение

Ив систеїм-уравнений (81 с использованием уравнения (4) получено выражение дли определения содержания влаги:

р - ..... ІОО-Ріьл_

которое после подстановки рассчжтаиых величин Рзвл> ТЭТ«,Т!їт.<р. (Таблица 5) и экспериментального коэф(ицяента К» 1,41 для сом дает содержание влаги в % весовых.

р„=-

Аналогичное выражение получено для содерканяя хира в сое:

й, __Ш

Коэффициент ^ связан с вариациями величин ^ и (см.(4)>, обусловленными изменением времени сшш-сгошовой релаксации влаги (Т*). Для образцов сои с влажностью«2+12 % абс.Тг^-200*860 мк сек, а теоретически рассчнтанкы* коэффициент ^ «0,974^0,009. 10

: Результаты сравнительного анализа влаги и хиро» и сое разработанным и стандартными методы« приведены в таблице S. Данные математической обработки и сходимости приведены s таблице 10.

Таблица 8

Результаты сравнительного определения влаги и жиров в сое стандартными методами я методом ЯИР (» %, абс.)

Влага Жиры

метод: сумки І Метод фимер» метод акр метод сокслета метод Я U Р

1,9 2,0 1,95^ - 17,6 17,86

2,5- \ 2,57 27,3 17,45

2,8 < *■ 2,81 16,0 16,2

3,3 V 3,4 3,26 18,4 18,7

4,5 4,39 18,7 19,04

4,7 4,72 19,7 20,33

5,8 • 5,85 5,95 19,28 19,5

6,1 -і 6,06 19,5 19,8

7,0 7,03 16,2 16,32

7,0 ЩІ * . 6,95 16,4 16,42

7,7 7,74 19,2 19,3

7,8 > ¡t >• 7,74 16,9 18,9

7,6 7,95 19,2 19,4

7,9 8,11 19,5 19,6

9,5 9,5 ; . 9,58 19,1 19,2

9,8 9,77 18,0 18,07

9,6 9,75 18,2 18,17

9,9 і- 10,01 18,6 18,7

Влага Жиры

метод сушен метод Филера m метод сокслета метод Я 11 F

9,9 10,01 16,6 18,7

10,0 10,1 17,9 18,0

10,5 10,5 17,7 17,76

10,9 II,05 10,8 16,9 16,94

Влажность сои»определяемая методом SИР, есть функция »«скольких параметров = (уравнение (151)* В таблице 9 приведены результаты исследования влияния дисперсий отдельных пар*шетров на полную ошибку определения влажности (6Pw) сок. Кз таблицы видно, что абсолютная оаибка 6Pw растет с ростом влажности. Ошибка, зависящая только от вариации химического состава (параметр 77)^ ) равна З.б'Ю"2 ♦ 1,95* КГ1 % абс. в диапазоне влажности W »1,6+10,9 % абс.

Аналогичный расчет проведен для определения возможности олиб-*h)6Pj) в вычислении содержания жира в сое по формуле (17). Данные, приведенные в таблице 9 свидетельствуете том, что шибка, связанная с вариацией химического состава, равна 0,28 % ебе.

Статистические данные при использовании разработанного метода ЯЫР и стандартных методов для определения содержания влаги к жиров в подсолнечнике приведены в таблице 10;

4.3. Перспективы применения разработанного метода ЯЫР дм определения влаги и жиров в различных сельскохоэяйст-

венных культурах

\ - ■

Не вдаваясь в анализ химического-состава, быдо определено содержание вжаги и жира в ряде сельскохозяйственных культур по фор-

20

Мулам, полученным для определения этих компонентов в сое. Значения Pw hPj рассчитаны по формулам {16), (17) с учетом коэффициента j- , вычисленного! исходя из измеренных времен спин-спв-иовоЯ релаксации TjW дм этих культур <Таблица II). Из таблицы видна удовлетворительная сходимость значения и Pç, для арахиса и кукурузы с даккши по влажности я содержанки жира, полученными весовым методом сушки в методом экстракции ( *tw « 0,976,

» 0,971). Дня чечевида я фасоли величины содержания хяра меньше соответствуй^ величин,определенных методом экстракция. Такое расхождение может быть объяснено двумя причинами: первое - несоответствие модулей СОИТЯвдИ'Шэ , взятых для расчета и истинными значениями этих величин ддя чечевицы и фасоли ; 4

второе - киры чечевяцн к фасоли содержат в своем составе кнры с

короткими временами релаксации Tj?«I0 ♦ 15 мх сек. Сигналы протонов таких жяров будут давать вклад в общий сигнал от протонов твердой крахмально-белковой фазы.

На основе полученных результатов можно заключать, что анализ химического состава рассмотренных культур, тщательное вычисление модулейТОтци Wj , а также повыдение температур! при измерении сигналов ЯИР позволит получить более точные значения содержания влаги н кира в этю культурах.

{ Таблица 9

л

Факторы, влшющке на оянбку определения содержаний влаги я жкра ' в сое методом ЯК?

Pw , % вбс. . 1,95 3,26 5,95 7,03 9,58 10,6 (I^J^Pam 4,a4'IO"^ I,7S ГО"3 3,94'Ю-3 6,34'10-3 1.05'Ю^

1,48-Ю-4 4,8'ТОГ4 1,16'Ю-3 2,36'Ю"3 3,01* КГ3 -3 V3Wr<p/ 1 3,7110

; 2i

(щ£) 4,27'Ю"4 1,92'Ю"3 4,38*10"3 7,58'Ю-3 9,18* КГ3 1,10'НГ®

(»ЙЬ^Й 1.07-10-4 з,е.10-4 8>4.10-4 1,74*10"*3 2,19*10"® 2,61*10~3 (ЭР^З^^^Эб'10"4 1,59'Ю*4 3,14'Ю"3 3,в4*иг5-3,9*10^ 4,24*Ю-3

±6Р>ы 4,71*10"® 5,73*10"® 1,28*КГ1 1,59'Ю"1 1,72'Ю"1 2,II'Ю-1

17,86 18,7 19,5 16,32 19,2 16,94 3,65* Ю"2 3,91*10"® 4,33*10"® 4,07*10"® 3,57'КГ2 3,26*10-® ^¡Вт^ТПт*.1,27*10-® 1,28*10-® 1,29*10"® 9,75*10"® 3,4*Ю-3 9,09'Ю"3 (ЧЬТО))^1)»» 4,14-Ю"4 1,99*Ю-3 4,6*10"® 3,78*Ю-3 2,14'Ю*3 1,15*10"® 9.12'Ю"3 9,12'Ю-3 9,13-га-3 8,43'Ю"3 7,03'КГ3 6,34 ПО"3 ^Щ^зЕ7.92*Ю-4 1,69*КГ3 3,15*Ю-3 3,38* ПГ3 3,88*Ю-3 4,25'Ю"3

±6Рд 2,95*10"® 2,46*10"! 3,26ТО"1 3,27*10-1 3,0*КГ1 2,98*КГ1

Таблица 10

Статистические данные по разработанному методу НИР

Объект V/ , % абс. % £ , % абс. , % абс.

Пшеница 2,2 + 22,5 0,996 0,167 0,19 * 0,24

Крахмал 2,0 ♦ 25,0 0,997 .0,165 0,08 ♦ 0,21

Цука 1,6 * 24,0 0,998 0,142 0,21 ♦ 0,26

Объект Р**, % абс. *С в \ % абс. ±6^*, £ абс.

Соя 1,95 ♦ 10,8 0,997 0,156 0,05 ♦ 0,21

Подсолнеодшк 1,35 ♦ 12,9 0,998 0,267 0,04 + 0,32

Объект Р^ , % абс. % Э » % а®с. ± брд , % абс.

ч

Соя 16,3 + 19,5 0,993 0,125 0,24 *0,33

Подсолнечник 46,0 ♦ £5,0 0,997 0,340 0,68 ♦ 0,90

у ■

, Таблиц II

Содержание влаги и жира в некоторых сельскохозяйственных культурах стандартными методами я методом ЯМР

Культура Содержание влаги, % абс. метод метод суахн ДПР Содержание жира, % абс. метод метод сокслета й II р

Арахис 6,4 5,4 51,2 51,3

1) 7,2 7,15 49,2 49,5

Кукуруза 9,6 10,05 4,3 4,5

9,4 9,65 4,2 4,4

Чечевица 6,8 9,03 1,55 1,2

5.3 5,4 1,4 1,2

Фасоль ° 10,1 10,25 1,2 1,05

5,1 5,25 1.3 1,07

:. . 5. ВЫВОДИ

5.1. Разработаны релаксационные методы ядерного магнитного резонанса!для определения влаги, жиров я крахмально-белковой части в лицевых к сельскохозяйственных продуктах. Методы основаны на измерении относительных кнтенсивноотей сяталов компонентов е су-

23

щественно различными временами спин-сттовой релаксации протонов и позволяют исключить операцию взвешивания анализируемой пробы и необходимость эталонирования.

5.2. Исследованы сигналы 2ИР свободной индукции и "эхо" для ряда с/х продуктов (пищевых) и показана возможность использования мх для эвспрееного определения влаги и жиров.

5.3. С цель» учета влияния химического состава я цредьисто-ржи образца на методику анализа, введена константа названная средневзвешенным протонным модулем и дано теоретическое обоснование возможности ее расчета и использования.

5.4. На основания статистических данных по химическому составу рассчитаны средневэвеаеннне протонные модуля жиров и крахмально-белковой части для: крахмала, муки, верновых (пшеница, рожь), масличных (соя, подсолнечник).

5.5. Теоретический расчет и экспериментальное определение окибок анализа показали, что применение введенной величины протонного модули обеспечило меньяую ошибку анализа по сравнение со стандартными методами я позволяло всклочить приготовление эталонных образцов даа каждой анализируемой партия сырья.

5.6. Разработаны и опробованы методики для зхспресного анализа;

а) влаги в крахмалах в диапазоне W - 2 ♦ 25 % абс.

б) влаги в верновых (пшеница, рожь) в диапазоне W * 2 ♦ 25 % абс.

в) влаги в мухе в диапазоне W - 1,5 + 24 % абс.

г) влаги я жиров в сое в диапазонах. VY « 2 + 11,0 % абс., 9 « 15 + 20 $ абс.

д) влаги и хиров в яедсолнеч&ке в диапазоне W * 1,2 + 13 % абс,, 9 - 45 + 65 % абс., . ■ . .

обеспечивающие воспроизводимость анализа 0,14 + 0,27 % абс. для вллги к 0,15 * 0,35 % абс* для хиров за время 3-5 минут. 24

7 5.7. На основе теоретических расчетов показано, что, независима от предьистории образца, максимальная ошибка анализа состава; указанных объектов не превышает:

а) влаги в крахмалах - 0,21 % абс.,

t -

б) влаги в зерновых - 0,24 % абс.,

в) влаги в муке - 0,26 % абс.,

г) влаги в сое - 0,21 % абс.,

д) влаги в подсолнечнике - 0,32 % абс.,

е) жиров в сое - 0,33 % абс.,

я) жаров в подсолнечнике - 0,9 % лбе.

t -'

Результаты согласуются с экспериментом.

і ■

5.6. Показана универсальность разработанных методик н возможность их применения для определения влаги к жиров в сельскохозяйственных культурах: арахисе,чечевице, фасоли, кукурузе.

5.9. Разработанные методики опробованы на макете целевого ЯДО-аналнэатора, обеспечивающего автоматическую регистрацию из* меряема сигналов ЯИР, их накопление я вывод в цифровом коде

■Vй

на цифро печатающее устройство, визуальную яли цифровую Кндикацип или цифровой самописец.

5.10. Даны рекомендации на изготовление целевой релаксационной установки ЯМР для экспресного анализа состава пищевых продуктов и сельскохозяйственных культур. Определены ее оптимальные технические характеристики.

5.11. Ожидаемый экономический эффект от использования разработанного метода для определения влаги я жиров в сельскохозяй-ственных;я пищевых продуктах составит "" 100 тыс.руб. в год.

ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основные положения диссертации изложены в вести печатных работах:

1. Цурков Г.И., Андронов В.Ф., Дурье И.С,, Андронова Л.А. Способ определения влажности пищевых продуктов. Авторское свидетельство У 693233. -

2. Бурков Г.И., Андронов В,4,

Способ определения состава гетерогенных материалов. Авторское свидетельство » 830210.

3. Бурхов Г.И., Лцдронов В.®., Лурье И.С., Андронова Д.А. Определение весового соотношения оболочки и начинки в карамели методом Я ИР. Известия вузов СССР. Пищевая технология, краткие сообщения, 1978, * I, с.139.

4. Бурков Г.И., Андронов В.Я., Лурье И.С., Андронова'Д.А. Определение влажности карамельной массы методом НМР. Известия вузов СССР. Пищевая технология, 1980. № I, с.104.

5. Бурков Г.И,, Андронов В.Ф., Тес с л ер Т.В., Поладич И. А. Еезэталокный импульсный метод ПИР для определения влаги и зерне. Экспресс — информация. Серия Комбикормовая промышленность Ш ЦНИИТЭИ Минэага СССР, 1979, вып.З, с.15-20,

6. Бурков Г.И., Андронов В.Ф., Хр&снянская Н.А., Попадяч И.А. Определение влаги и масла в сое с помощьо безэталонного импульсного метода ЯЫР. Экспресс - информации. Серия Элеваторная промышленность. - Ы: ЦНИИТЭИ Иинзага СССР, 1980, вып.1, с.41-44.

Подписано к печ. 18.1.83 Л-83166 Зак. 89 Тираж 100

Тип. Ц H И ИТЭИ пищепрома