2.3 Методы экспериментальных исследований

Для сенсорометрического анализа равновесных паровых фаз легколетучих ароматобразующих веществ подсырной сыворотки и микропартикулята сывороточных белков использовали пьезокварцевый резонатор. Поверхность Аl-электродов пьезокварцевого резонатора АТ-среза (диаметр 5 мм) с собственной частотой колебаний 8 – 10 МГц, предварительно обезжиренную этанолом, модифицировали равномерным нанесением хроматографическим микрошприцем вместимостью 10 мкл раствора сорбентов с последующим удалением растворителя в сушильном шкафу (40 – 45 ⁰С, 20 – 30 мин) и охлаждением в эксикаторе. Объем раствора модификатора (концентрация 1,0 мг/см³) регулировали в соответствии с оптимальной массой сорбента на электродах в зависимости от его свойств. Полноту удаления растворителя контролировали по стабильности работы сенсора. Показатель стабильности – сдвиг частоты колебаний в течение 1 мин, не превышающий 2 Гц.

При выборе оптимальных растворителей сорбентов учитывали их соответствие следующим требованиям: химическая инертность к сорбционным фазам, отсутствие прочных сольватов, летучесть, высокая растворяющая способность в отношении сорбентов [8]. Для приготовления растворов модификаторов применяли хлороформ, этанол, ацетон и воду (табл. 11).

Таблица 11 - Характеристика растворителей

Растворитель	tкип., 0С	Плотность при 20 0С, г/см3	Показатель преломления при 20 0С, 103, Пас	Вязкость, nD 20
ацетон	56,2	0,784	0,304	1,356
этанол	78,4	0,785	1,078	1,360
хлороформ	61,2	1,479	0,540	1,443
вода	100,0	0,997	0,894	1,333

Для подготовки проб анализируемые ароматобразующие вещества, подсырную сывортку и микропартикулят сывороточных белков предварительно выдерживают при комнатной температуре в течение 15-20 мин. Их помещают в химические стаканы. Содержимое стаканов тщательно перемешивают стеклянной палочкой до однородной массы. Градуированной пипеткой отбирают 3,00 см³ образца и помещают в стеклянные маркированные бюксы с притертой пробкой и полиуретановой мембраной, плотно закрывали бюкс и выдерживали 3 – 5 мин при комнатной температуре для насыщения газовой фазы ароматом соответствующей пробы.

Закрепляют сенсоры (предварительно подобранные для этих исследований) в ячейке детектирования, закрывают крышку и включают программу.

Перед измерениями проверяли стабильность работы сенсоров. Затем в ячейку детектирования шприцем инжектировали определенный объем пробы. После измерений ячейку и пленки модификаторов регенерировали продувкой системы осушенным лабораторным воздухом. При сорбции изменяется масса модификатора и, как следствие, частота колебаний пьезосенсора (абсолютный отклик F_с^mах). Частоту сенсоров фиксировали цифровым измерительным комплексом и выводили на дисплей монитора.

Условия сорбции: температура в ячейке детектирования 20  1 ^оС, масса пленки сорбента на электродах m_пл = 15  5 мкг, объем вводимой пробы 2 см³.

Массу пленки модификатора (m_пл, мкг) вычисляли по уравнению Зауэрбрея (1):

^, (1)

где F_пл (F₀ – F_пл) – изменение частоты колебаний пьезорезонатора при формировании пленки, Гц; F₀ – собственная частота колебаний кварца, Гц; F_пл – частота колебаний кварца, модифицированного пленкой сорбента, Гц; K_f – градуировочная константа пьезоэлектрических микровесов (при н.у. K_f = = – 2,3ּ10 ^-6ּсм²ּг ^-1); s – площадь электродов резонатора (0,3 см²).

Эффективность сорбции (F^max_, Гц) оценивали по величине аналитического сигнала (максимальное изменение частоты колебаний сенсора при сорбции) по уравнению (2):

, (2)

где F_с^mах  частота колебаний сенсора после сорбции, Гц.

Значения аналитических сигналов представлены в таблице 219.

Сорбционную емкость пленки модификатора а (Таблица 16) вычисляли по уравнению (3):

а = F_с^max /F_пл . (3)

Сигналы датчиков мультисенсорной системы группируются в общий (интегральный) выходной сигнал, который формирует узнаваемый «визуальный образ» запаха [8]. Для расчета площади «визуального образа» разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать анализ интегрального выходного сигнала датчиков мультисенсорной экспериментальной установки.

При разработке технологии плавленого сыра с улучшенными потребительскими свойствами применяли стандартные методики физико-химического и микробиологического анализа (табл. 12), и модифицированные усовершенствованные методики.

Для определения целевых показателей, позволяющих комплексно оценить качество сырья и полученных продуктов пользовались многоуровневой схемой. Применяемые методы можно классифицировать на методы исследований органолептических и физико-химических свойств, структурно-механических характеристик, микробиологические методы исследования в изучаемых продуктах, а также методы определения пищевой, биологиеской и энергетической ценности разработанных рецептурных композиций и готовых продуктов.

Энергетическую и пищевую ценность определяли по методике А.А. Покровского [2]. Биологическую ценность оценивали по значению аминокислотного скора [3].

Таблица 12 – Стандартные и гостированные методики

Наименование определяемых показателей	Название метода	Определяющие методы испытаний
1	2	3
Массовая доля сухих веществ -подсырной сыворотки и микропартикулята - сыра свежего - сыра плавленого	Термогравиметрический Рефрактометрический метод Термогравиметрический То же	ГОСТ 3626 – 78 ГОСТ 5900 – 73 ГОСТ 28561 – 90
Массовая доля жира - подсырной сыворотки - микропартикулята - плавленого сыра	Турбидиметрический метод То же Гравиметрический метод	ГОСТ 29247– 91 ГОСТ 5867 – 90 ГОСТ Р 51471 - 99
Массовая доля лактозы -подсырной сыворотки и микропартикулята	Рефрактометрический метод Поляриметрический метод	ОСТ 4963 – 85
Массовая доля белка - подсырной сыворотки и микропартикулята	Формольное титрование Протолитометрия (Метод Кофрани)	ГОСТ 25179 – 90
Плотность подсырной сыворотки и МП	Ареометрический метод	ГОСТ 3625 – 84
Продолжение таблицы 12
1	2	3
Титруемая кислотность микропартикулята	Протолитометрия	ГОСТ 5898 – 87
Активная кислотность -микропартикулята -плавленого сыра	Потенциометрический метод	ГОСТ 5898 – 87 ГОСТ 26781-85
Органолептические показатели: запах, вкус, внешний вид, консистенция, цвет теста, вид на разрезе -микропартикулята -сыра плавленого	Сенсорный анализ	ГОСТ 28283 – 89 ГОСТ 5897 – 90
Определение общего содержания минеральных веществ	Термогравиметрический метод	ГОСТ 25555.4 – 91
Массовая доля кальция	Комплексонометрия	ГОСТ 26570 – 95
Массовая доля фосфора	Комплексонометрия	ГОСТ 26657 – 97
Массовая доля хлористого натрия	Гравимитрический	ГОСТ 3627-81
Общее количество бактерий	Посев на агаре с гидролизованным молоком	ГОСТ 9225 – 84
Дрожжи и плесневые грибы	Посев на среду Сабуро	ГОСТ Р 50474 – 93
БГКП	Посев	ГОСТ 30518 – 97

Исследование аминокислотного состава

Аминокислотный состав определяли методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105».

Для определения содержания всех аминокислот [4], кроме триптофана, в 4 фарфоровые чашки помещали по 10 см³ молочной сыворотки и выпаривали. В две чашки вводили окислительную смесь (Н₂О₂ : НСООН = 1 : 9) и вновь выпаривали на водяной бане при 60 ^оС до сухого остатка. К сухим остаткам в 4 чашках добавляли по 10 см³ HCl и количественно переносили в виалы для проведения кислотного гидролиза.

Растворы после кислотного гидролиза охлаждали, отфильтровывали, дозаторами отбирали в бюксы по 50 мм³ гидролизатов и выпаривали в струе теплого воздуха. Сухой остаток смачивали 50 мм³ дистиллированной воды, добавляли раствор карбоната натрия, перемешивали, вводили изопропанольный раствор фенилизотиоцианата, перемешивали до растворения осадка и оставляли на 35 мин при 25 ⁰C. Затем содержимое бюксов выпаривали в струе теплого воздуха, сухие остатки растворяли в 500 мм³ дистиллированной воды, дозаторами отбирали по 450 мм³ в пробирки Эппендорфа.

Для определения содержания всех аминокислот, кроме цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой, первые две пробы анализировали при 30 ⁰С в течение 15 мин,  = 254 нм. При определении цистеиновой, аспарагиновой и глутаминовой кислот пробы анализировали в течение 9 мин при тех же условиях. Электролит – фосфатный буферный раствор с добавлением -циклодекст-рина, рН = 6,8.

Определение триптофана. В 2 чашки для проведения щелочного гидролиза помещали по 5 см³ молочной сыворотки, добавляли кристаллогидрат Ba(OH)₂8H₂O, герметично закрывали и устанавливали в термоблок при температуре 110 ⁰С на 16 ч. После щелочного гидролиза пробы помещали в мерные колбы вместимостью 10 см³, добавляли каплю этанольного раствора метилового красного и нейтрализовали раствором серной кислоты с мас. долей 10 % до перехода желтой окраски в розовую. Отбирали 0,5 см³ нейтрализованного гидролизата в пробирку Эппендорфа и анализировали 10 мин при 40 ⁰С,  = 219 нм. Электролит – боратный буферный раствор, рН = 8,8.

Исследование реологических свойств

Основные реологические показатели определяли на структурном ротационном вискозиметре «Реотест-2». Реологические свойства исследовали в цилиндрическом измерительном устройстве 5, 6.

Анализируемый продукт находится в кольцеобразном зазоре системы соосных цилиндров. В наружный стационарный цилиндр с радиусом R, оформленный в виде мерного бачка, помещали анализируемый продукт. С целью регулирования температуры цилиндр помещали в рубашку, предназначенную для присоединения термостата с циркуляцией жидкости. Измерительный вал соединял вращающийся на постоянной угловой скорости внутренний цилиндр (радиус r , длина l) c цилиндрической винтовой пружиной. Отклонение пружины – мера вращающегося момента М, действующего на внутреннем цилиндре. Отклонение звена пружины измеряли потенциометром сопротивления, расположенным в мостовой схеме; изменение диагонального тока мостика пропорционально вращающемуся моменту М звена пружины.

Касательное напряжение τ _r и градиент скорости γ _r для системы соосных цилиндров – величины не постоянные в кольцевом зазоре, поэтому при их расчете учитывают радиус r внутреннего цилиндра. Оптимальное соотношение радиусов r/R=1.

Между показаниями прибора и реологическими параметрами использовалось следующее соотношение:

τ= z • α, (4)

где τ – касательное напряжение, Па;

z – константа цилиндра, Па•1/дел. шкалы;

α – значение, отсчитанное со шкалы индикаторного прибора.

Константа цилиндра указана в удостоверении об испытании каждого измерительного устройства отдельно по диапазонам 1 и 2 касательных напряжений.

Падение скорости в кольцеобразном зазоре указывает градиент напряжения на срез γ (с^-1), который часто называют и скоростью деформации. Он зависит от системы цилиндров и пропорционален числу оборотов вращающегося цилиндра, его значения указаны в удостоверении об испытании ротационного вискозиметра для всех ступеней числа оборотов и для всех измеряемых устройств.

Отклонение частоты тока в сети от 50 Гц корректируют по формуле (5):

γ_к = γ•V/50, (5)

где γ_к – коррегированный градиент напряжения на срез (с^-1);

γ – градиент напряжения на срез из обзора ступеней (с^-1).

Из измеряемого касательного напряжения и градиента напряжения на срез γ можно вычислить динамическую вязкость:

η = (τ_r/γ)•100, (6)

где τ_r – касательное напряжение, Па;

γ – градиент скорости деформирования, с^-1.

В случае неньютоновских жидкостей таким исчислением получают кажущуюся вязкость измеряемого вещества.

Реологические измерения проводили при следующих скоростях сдвига, с^-1: 0,5; 2,7; 13,5.