автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника на основе метода ядерно-магнитного резонанса

На правах рукописи

ПРАСОЛОВ Денис Владимирович

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА И ИДЕНТИФИКАЦИИ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Специальность: 05.18.06 - Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметических продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2003

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом

университете

Научный руководитель:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Прудников С.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ксандопуло С.Ю. кандидат технических наук Багалий Т.М.

Ведущая организация: Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхоэакадемии

ного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу:

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанскою государственного технологического университета: 350072, г. Краснодар, ул Московская, 2

Автореферат разослан 7 июня 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного

Защита состоится 7 июля 2003 г в 1230 часов на заседании диссертацион-

совета, доцент

М.В. Жарко

2005-4 7480

841365-

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность темы. Масложировая промышленность занимает ведущее место среди отраслей, перерабатывающих растительное сырье, по объемам его переработки, многообразию и особенностям получаемой продукции, более 45% которой используется в питании населения. Значительная часть этого объема представлена растительными маслами, среди которых лидером является подсолнечное масло, так как в РФ наиболее распространенным масличным сырьем являются семена подсолнечника. Вырабатываемое из современных высокомасличных сортов семян подсолнечника маспо отвечает основным требованиям, предъявляемым к пищевым растительным маслам по составу и свойствам.

Государственная система сертификации продовольственного сырья и пищевых продуктов обязывает введение идентификации, позволяющей на первой стадии отождествлять продукцию и подтверждать соответствие требованиям нормативных документов.

Учитывая многообразие сортов и гибридов семян подсолнечника, отличающихся масличностью, жирнокислотным составом триацилглицеринов (ТАГ) и другими показателями, идентификация позволит выявить и подтвердить их подлинность, а также соответствие установленным требоианиям. Благодаря идентификации, появляется реальная возможность предупредить фальсификацию масличного сырья, подтвердить его качество и использовать по назначению.

В связи с чтим, актуальной является проблема создания способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника, обеспечивающих достаточную точность, экспрессность, максимальную сопоставимость и воспроизводимость результатов.

1.2 Цель работы. Целью настоящей работы является разработка способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника на основе метода ядерно-магнитного резонанса.

1.3 Основные задачи исследования :

- изучение закономерностей ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла с различной массовой долей олеиновой кислоты в семенах подсолнечника;

- исследование те^н^^эджеж ¿¡ЩДОЭДШш амплитуд сигналов ЯМР и времен спин-спиновой ре; жсацйй^рбтбЬ&А маа а отдельных компонент много-

3600¿»»К

фазной спиновой системы;

- исследование влияния массовой доли олеиновой кислоты на релаксационные характеристики протонов масла в семенах подсолнечника;

- разработка способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника;

- исследование влияния объема и температуры анализируемой пробы семян на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

- исследование влияния масличности и влажности семян подсолнечника на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

- исследование влияния массовой доли олеиновой кислопл на результаты определения масличности семян подсолнечника;

- разработка экспрессного способа идентификации семян высокоолгино-вых сортов и гибридов подсолнечника;

- оценка экономической эффективности от внедрения разработанных способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника

1.4 Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснована возможность и эффективность применения метода ядерно-магнитной релаксации для разработки способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника. Впервые установлено, что амплитуды сигналов ЯМР первой (А]) и второй (Л2) компонент протонов масла в семенах подсолнечника зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 5 до 60°С, а амплитуда сигналов ЯМР третьей (А3) компоненты протонов масла не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

Выявлено, что с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника амплитуда первой компоненты (А1) - уменьшается, а амплитуда второй компоненты протонов масла (Аг) возрастает, что, по-видимому, можно объяснить особенностями молекул ТАГ', находящихся в масле в различном структурном состоянии: для первой компоненты - в виде индивидуальных молекул; для второй компоненты - в виде ассоциатов молекул более низких порядков в результате межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия.

Установлено, что время спин-спиновой релаксации первой (Т21) и второй (Т22) компонент протонов масла с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян уменьшается в исследуемом интервале температур, что, по-

видимому, обусловлено снижением подвижности, как индивидуальных молекул ТАГ, так и ассоциатов ТАГ, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты (Т2з) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян.

Установлено, что влияние массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника наиболее значимо для времени спин-спиновой релаксации первой (Т2|) компоненты при температуре 23°С. Экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой (T2i) компоненты масла семян подсолнечника в качестве аналитического параметра для их идентификации.

На основе экспериментальных данных получено уравнение температурной зависимости аналитического параметра T2i для семян подсолнечника с различной массовой долей олеиновой кислоты в масле, что позволило разработать способ идентификации высокооолеиновых семян подсолнечника.

1.5 Практическая значимость. Разработан способ определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника, характеризующийся экологической чистотой и позволяющий исключить разрушение семян подсолнечника, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

На основании выявленных зависимостей времени спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент масла семян от массовой доли олеиновой кислоты в масле разработан способ коррекции определения масличности с применением метода ядерной магнитной релаксации при анализе семян высокоолеиновых сортов и гибридов подсолнечника. Разработан экспресс-способ идентификации высокооолеиновых семян подсолнечника, позволяющий значительно сократить время идентификации, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

1.6 Реализация результатов исследования. Разработанные способы оценки качества и идентификации семян подсолнечника на основе метода ядерно-магнитного резонанса внедрены на предприятиях ОАО «Кубаньмасложир», а также нашли широкое применение при проведении селекционных работ во Всероссийском научно-исследовательском институте масличных культур имени B.C. Пустовойта (ВНИИМК, г. Краснодар) и в селекционно-семеноводческой фирме "Российская гибридная индустрия" (РГИ, г. Краснодар).

Экономический эффект от внедрения разработанных способов в 2001-2002 г. составил более 3,5 млн. руб

1.7 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные автором доложены и обсуждены на VIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и стандартизации пищевых продуктов 23-24 апреля 2002, г. Москва; II Международной конференции «Масложировой комплекс России. Новые аспекты развития», г. Москва, 3-6 июня 2002г; Международной научно-практической конференции «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», г. Воронеж, 15-18 апреля 2003; III Межрегиональной научно-практической конференции «Региональные производители: их место на современном рынке товаров и услуг», г. Красноярск, 18 апреля 2003; Международной конференции «Функционаиьные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность», г. Краснодар, 26 - 30 мая 2003г; Международной научно-практической конференции «Технологические свойства новых гибридов и сортов масличных и эфиромасличных культур. Научно-технологические аспекты производства экологически чистых масел, белковых продуктов с высокими потребительскими качествами», г. Краснодар, 5 -6 июня 2003г.

1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи, 4 доклада и подано 2 заявки на изобретение на патенты РФ.

1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 14 таблиц. Список литературы включает 102 наименования работ, в том числе 16 зарубежных авторов.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методы исследования. При определении масличности семян подсолнечника в качестве стандартного использовали метод экстракции по ГОСТ - 10857-64, а при определении влажности семян подсолнечника в качестве стандартного применяли метод высушивания по ГОСТ 10856-96.

Жирнокислотный состав масла исследуемых семян определяли методом газожидкостной хроматографии по ГОСТ 30418-96 и ГОСТ Р 51483-99.

Исследование ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла в семенах проводили с использованием импульсного метода Карра-Парселла-Мейбума-Гилла на ЯМР-анализаторе (рисунок 2.1) с управлением и обработкой результатов на базе персонального компьютера. Погрешность измерения амплитуд сигналов ЯМР не более ±0,1%, времени спин-спиновой релаксации протонов масла (Т2) в диапазоне от 5 до 500 мс не более ±0,5%.

Рисунок 2.1 - Структурная схема ЯМР анализатора АМВ-1006М: 1-магнитная система; 2-блок стабилизации резонансных условий; 3-датчик сигналов ЯМР; 4-программное устройство; 5-усилитель мощности; 6 - усилитель сигналов ЯМР; 7-амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП); 8-вычислительное устройство; 9-блок питания анализатора; 10-весы

При обработке результатов экспериментальных исследований применяли методы математического моделирования; статистической обработки, интерполяции и корреляционного анализа из пакета программ Mathcad.8 (Professional), Sta-tistica 6.0 и Mathlab 5.1.

2.2 Характеристика объектов исследования. В качестве объектов исследования были взяты более 100 образцов семян подсолнечника, выращенных на территории Краснодарского края (таблица 2.1).

Таблица 2.1 - Показатели качества исследуемых семян подсолнечника

Наименование показателей Значение показателей

Массовая доля, %:

масла 30-55

влаги 6-20

Массовая доля жирных кислот в ТАГ, % к общей сумме:

олеиновая 20-90

линолевая 5-70

сумма насыщенных (пальмитиновая, стеариновая) 5-12

Показано, что в анализируемых образцах сортов и гибридов семян подсолнечника наблюдается значительный диапазон колебаний основных показателей качества, особенно это отмечено для таких показателей, как масличность, массовая доля олеиновой и линолевой кислот, содержание первой из которых является критерием идентификации семян подсолнечника на их принадлежность к рядовым или высокоолеиновым сортам и гибридам.

2.3 Исследование ЯМ-релаксационных характеристик протонов масла семян подсолнечника. Учитывая, что разработку способов оценки качества семян на основе метода ЯМР осуществляют на базе данных о релаксационных характеристиках протонов масла, определяли указанные характеристики. Для этого образцы семян объемом 25 см3 термостатировали в течение 2 часов и анализировали в диапазоне температуры семян от 5 до 60°С.

На рисунке 2.2 приведена огибающая сигналов спинового эха протонов масла семян подсолнечника в логарифмическом масштабе.

Рисунок 2.2 - Огибающая сигналов спинового эха протонов масла семян подсолнечника в логарифмическом масштабе:

я и

§ 6 К

с с 5

1 - для реальной многокомпонентной системы (масличность 48%; массовая доля влаги 5,5%; массовая доля олеиновой кислоты 34%);

4

2 - для однокомпонентной системы

О 200 400 600 800 1000 Время, мс

Из приведенных данных видно, что огибающая сигналов спинового эха в логарифмическом масштабе имеет явно выраженный нелинейный характер, т.е. огибающая сигналов спинового эха является суперпозицией нескольких экспонент, а процесс релаксации - многофазный процесс.

Учитывая это, для описания процесса релаксации протонов масла в семенах подсолнечника было использовано уравнение:

где Агначальная амплитуда сигналов ЯМР ¡-компоненты, отн. ед.; Т2, - время спин-спиновой релаксации протонов ¿-компоненты, мс; г - время в момент измерения значений текущих амплитуд сигналов ЯМР, мс; С - постоянная составляющая огибающей сигналов ЯМР.

Для подтверждения многофазности процесса релаксации протонов масла в семенах подсолнечника исследовали влияние температуры на изменение релаксационных характеристик.

На рисунках 2.3 и 2.4 приведены диаграммы по влиянию температуры на изменение значений релаксационных характеристик - времени спин-спиновой релаксации и амплитуды сигналов протонов масла.

Установлено, что в диапазоне температур от 5 до 23°С огибающая сигналов спин-спинового эха представляет собой сумму трех компонент, а в диапазоне температур от 23 до 60°С - сумму двух компонент.

1 2 3

Рисунок 2.3 - Влияние температуры на изменение времен спин-спиновой релаксации протонов масла семян подсолнечника' 1 - температура 5°С; 2 - 23°С; 3 - 60°С;

| - первая компонента; ]- вторая компонента;

I I- третья компонента

1 2 3

Рисунок 2.4 - Влияние температуры на изменение амплитуд сигналов ЯМР протонов масла семян подсолнечника: 1 - температура 2^23®С; 3 - 60°С; НИН- первая компонента; I I- вторая компонента; I I - третья компонента

5°С;

Показано, что времена спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент увеличиваются с повышением температуры, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты постоянно в диапазоне температур от 5 до 23°С. Следует отметить, что при температуре выше 23°С наблюдаются сигналы ЯМР протонов только первой и второй компоненты.

Установлено, что значение амплитуды сигнала ЯМР первой компоненты увеличивается с ростом температуры от 5°С до 60°С, а значения амплитуд второй и третьей компонент при температурах 5 и 23°С изменяются незначительно, при этом значение амплитуды второй компоненты существенно снижается при температуре 60°С по сравнению с этими значениями при температурах 5 и 23°С. При высоких температурах преобладает первая компонента со значением времени спин-спиновой релаксации более 200 мс.

Многокомпонентный характер огибающей сигналов спинового эха протонов масла семян подсолнечника можно объяснить тем, что ТАГ в подсолнечном масле могут находиться в различном структурном состоянии: в виде индивидуальных молекул, в виде ассоциатов низких порядков, а также в виде более сложных ассоциатов высоких порядков, образованных в результате Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий.

2.4 Разработка способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. Для разработки способа определения массовой доли олеиновой кислоты необходимо было, прежде всего, исследовать влияние вариаций массовой доли олеиновой кислоты на ЯМ-релаксационные характеристики протонов масла семян, а также влияние различных факторов (объема, температуры, масличности и влажности анализируемой пробы семян) на величину погрешности определения.

2.4.1 Исследование ЯМ-релаксационных характеристик протонов масла семян подсолнечника с различной массовой долей олеиновой кислоты. Для исследования влияния массовой доли олеиновой кислоты на ЯМ-релаксационных характеристики протонов масла измеряли времена спин-спиновой релаксации T2¡ шов масла семян при 5,23 и 60°С (рисунки 2.5 - 2.6). 120

Рисунок 2.5 - Влияние массовой доли олеиновой кислоты в масле семян на времена спин-спиновой ре-

s

w _ лаксации Т2, протонов масла при тем-

пературе образцов 5°С

20 30 40 50 60 70 80 90 Массовая доля олеиновой кислоты, %

Из приведенных графиков видно, что между значениями времен спин-спиновой релаксации протонов масла первой и второй компонент и массовой долей олеиновой кислоты наблюдается линейная зависимость, при этом значения времен спин-спиновой релаксации первой и второй компонент уменьшаются с увеличением массовой доли олеиновой кислоты. Следует отметить, что при температурах семян 5 и 23°С время спин-спиновой релаксации третьей компоненты практически не зависит от массовой доли олеиновой кислоты.

*

20 30 40 50 60 70 80 90 Массовая доля олеиновой кислоты, %

1

2 (5

300 П

250

200-

150

20 30 40 50 60 70 80 90 Массовая доля олеиновой кислоты, % 2

Рисунок 2.6 - Влияние массовой доли олеиновой кислоты в масле семян на времена спин-спиновой релаксации Т2, протонов масла при температуре образцов: 1- 23°С; 2 - 60°С

Установлено, что самое высокое значение коэффициента корреляции (0,987) при линейной аппроксимации наблюдается для зависимости времени спин-спиновой релаксации прогонов масла первой компоненты (Т20 от массовой доли олеиновой кислоты в семенах подсолнечника при температуре семян 23 "С.

Зависимость времени спин-спиновой релаксации Т21 протонов масла семян подсолнечника имеет линейный характер в широком диапазоне массовой доли олеиновой кислоты и является наиболее оптимальным аналитическим параметром для определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

Таким образом, в качестве аналитического параметра при определении массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника методом ЯМ-релаксации целесообразно использовагь время спин-спиновой релаксации протонов масла первой компоненты Т2\-

2.4.2 Влияние различных факторов на величину погрешности определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. На величину погрешности определения массовой доли олеиновой кислоты могут оказывать влияние такие факторы, как объем и температура анализируемой пробы, а также масличность и влажность анализируемых семян.

На рисунке 2.7 приведены зависимости влияния объема пробы семян на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты.

5 10 15 20 25 Объем пробы, см3

1

Объем пробы, см 2

Рисунок 2.7 - Влияние объема анализируемой пробы на значение массовой доли олеиновой кислоты, определяемой методом ЯМ-релаксации

Примечание: массовая доля олеиновой кислоты, определенная в пробе объемом25 см3:1 - 62,5%; 2-31,1%

Показано, что влияние объема пробы в диапазоне от 5 до 15 см'практически в 2 раза меньше, чем при изменении объема пробы более 20 см3. Учитывая это, для разработки способа оптимальный объем пробы был принят 10 см3 При этом изменение объема пробы ±0,3 см3 приводит к погрешности измерения массовой доли олеиновой кислоты, соответствующей не более ±0,5% абс.

К основным факторам, влияющим на результат определения массовой доли олеиновой кислоты, наряду с объемом пробы семян, относится и температура пробы.

На рисунке 2.8 приведены графические зависимости влияния температуры исследуемых образцов на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты методом ЯМ-релаксации.

Показано, что изменение температуры пробы на 1 °С приводит к изменению

измеренного значения массовой доли олеиновой кислоты в масле на 1,6% абс

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Рисунок 2.8 - Влияние температуры на результат определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян

Примечания: массовая доля олеиновой кислоты, определенная при температуре 23°С: 1 - 31,1%; 2 - 65,2%; 3 - 76,2%; 4 - 88,3%

Температура, С

При поддержании температуры с точностью ±0,2°С погрешность измерения массовой доли олеиновой кислоты составляет не более ±0,3% олеиновой кислоты.

Наряду с объемом и температурой анализируемой пробы, на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты может оказывать влияние маслич-ность и влажность анализируемых семян.

В таблицах 2.2 и 2.3 приведены данные по влиянию масличности и влажности семян на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты.

Таблица 2.2 - Влияние масличности семян подсолнечника на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты (п=10)

Масличность семян, % Массовая доля олеиновой кислоты, % Среднеквадратичное отклонение, а Систематическая ошибка, Д Основная погрешность при доверительном интервале 0,95, Ё0.95

гжх ЯМР

30,5 31,3 30,1 0,9 -1,2 2,0

42,1 31,7 30,3 0,8 -1,4 1,8

48,6 30,3 30,9 0,9 0,6 2,0

__30 з —8М 84,2 од -14 2,0

42,5 88,3 89,4 1,0 1,1 2,2

47,6 91,6 92,2 0,8 0,6 1,8

В результате исследования влияния масличности и влажности анализируемых семян подсолнечника на величину погрешности определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян методом ЯМ-релаксации было установлено, что

Таблица 2.3 - Влияние влажности семян подсолнечника на результаты

определения массовой доли олеиновой кислоты (п=10)

Влажность семян, % Массовая доля олеиновой кислоты, % Среднеквадратичное отклонение, о Систематическая ошибка, Д Основная погрешность при доверительном интервале 0,95, Ео.95

ГЖХ ЯМР

6.5 31,1 31,3 0,9 0,2 2,0

10,3 31,1 29,9 0,8 -1,2 1,8

14,5 31,1 30,8 0,9 -0,3 2,0

17,7 31,1 32,5 1,0 Л4 2,7

6,4 87,6 86,7 0,9 --0,9 2,0

9,7 87,6 88,8 0,8 1,2 1,8

13,8 87,6 87,0 1,0 -0,6 2,2

19,9 87,6 87,1 0,4 -0,5 0,9

изменение влажности и масличности семян в исследуемых диапазонах не приво-

дят к появлению дополнительной погрешности.

В таблице 2.4 приведены основные характеристики разработанного способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника в сравнении с существующим стандартным способом газожидкостной хроматографии.

Таблица 2.4 - Сравнительная характеристика способов определения

массовой доли олеиновой кислоты

Наименование характеристики Значение

ГЖХ ЯМР

Диапазон измерения массовой доли олеиновой

кислоты, % 04 00 20^90

Диапазон масличности семян, % - 30-55

Диапазон влажности семян, % - 6-20

Объем анализируемой пробы семян, см3 - 10±0,3

Температура анализируемой пробы, °С - 23±0,2

Время проведения анализа, час. 34 2

Систематическая составляющая погрешности не нормирует-

измерения, %, не более ся ±1,5

СКО случайной составляющей погрешности из- не нормирует-

мерения, %, не более ся 1,0

Допускаемое относительное расхождение между

результатами последовательных определений, %

к среднему значению показателя, не более 7 15

*

2.5 Влияние массовой доли олеиновой кислоты на результаты определения масличности семян подсолнечника. Вариации жирнокислотного состава масла семян подсолнечника приводят к изменению в нем массовой доли водорода. Учитывая, что при определении масличности семян аналитическим параметром является амплитуда сигналов ЯМР протонов масла, величина которой прямо пропорциональна количеству протонов водорода, одним из основных источников погрешности при определении масличности высокоолеиновых семян подсолнечника является изменение массовой доли олеиновой кислоты.

Дополнительную погрешность определения масличности семян подсолнечника методом ядерной магнитной релаксации, обусловленную варьированием массовой доли водорода в масле, вычисляли по формуле:

ЛСНМ ам ~ г ° н

где Ам- погрешность определения масличности семян, %;

ДСн - величина варьирования массовой доли водорода в масле, %;

М - масличность семян, %;

Сн - массовая доля водорода в масле, % .

Если считать, что подсолнечное масло состоит из четырёх основных типов ТАГ - трипальмитина (С15Нз|СОО)зС3Н5, тристеарина (СпНз5СОО)зСзН5, трио-леина (С|7НззСОО)зСзН5 и трилинолеина (С|7Нз|СОО)зСзН5, то значение Си можно вычислить по формуле:

С =98 М~. , , Ю4-А/„ ,98-ЛС.

" 807,34 891,5 885,46 879,4 '

где Мпая - массовая доля трипальмитина в масле, % (молекулярная масса 807,34), Мстеар - массовая доля тристеарина в масле, % (молекулярная масса 891,5), Мод - массовая доля триолеина в масле, % (молекулярная масса 885,46), Мш„ - массовая доля трилинолеина в масле, % (молекулярная масса 879,42).

Если допустить, что массовая доля трипальмитина и тристеарина постоянна и их сумма примерно равна 10%, то можно построить зависимость массовой доли водорода Снот массовой доли олеиновой кислоты (рисунок 2.9).

11,80

5 11.70'

Рисунок 2.9 - Влияние массовой доли олеиновой кислоты на массовую долю водорода в масле семян подсолнечника

о о.

§11,60

к

п: о

4 11,50-

11,30-

20 30 40 50 60 70 80 90 Массовая доля олеиновой кислоты, %

Учитывая, что среднее значение массовой доли олеиновой кислоты в масле рядовых семян подсолнечника составляет 30% , погрешность в определении мас-личности семян подсолнечника составит:

для семян с 20% - ной массовой долей олеиновой кислоты: 0,3% абс.; для семян с 90% - ной массовой долей олеиновой кислоты: 1,6% абс. Суммарная погрешность в определении масличности семян подсолнечника при изменении массовой доли олеиновой кислоты от 20 до 90% составит 1,9% абс.

Для снижения дополнительной погрешности определения масличности вы-сокоплеиновых семян подсолнечника методом ЯМР была разработана методика коррекции резучьтатов измерения масличности семян подсолнечника с различной массовой долей олеиновой кислота.

2 6 Разработка способа идентификации семян подсолнечника. На основании экспериментальных данных, полученных при исследовании ЯМ-релаксационных характеристик протонов масла в семенах подсолнечника с различной массовой долей олеиновой кисчоты, можно выделить две области значений времен спин-спиновой релаксации Т21: одна из которых характерна для высокоолеиновых семян подсолнечника (массовая доля олеиновой кислоты 70-90%), а другая - для семян подсолнечника с традиционным жирнокислотным составом (массовая доля олеиновой кислоты 25-35%) (рисунок 2 10).

г

о

s 150„

250-

200.

100,.

Рисунок 2.10 - Температурная зависимость значений времен спин-спиновой релаксации Т21 протонов масла для идентификации семян подсолнечника-

1 - высокоолеиновый;

50

2 - рядовой

0

5 15 25 35 45 55 Температура, °С

Учитывая, что высокоолеиновыми считаются семена подсолнечника, в масле которых массовая доля олеинойой кислоты превышает 70%, на основании зависимостей, приведенных на рисунке 2.10, было сформулировано требование для идентификации высокоолеиновых семян подсолнечника:

где (Т2|)7о% - время спин-спиновой релаксации протонов масла в семенах подсолнечника с массовой долей олеиновой кислоты 70%; I - температура, °С.

На основании полученных результатов разработан экспрессный способ идентификации семян подсолнечника методом ЯМ-релаксации.

Для идентификации отбирают пробу семян, измеряют ее температуру, помешают в датчик импульсного ЯМР-анализатора и измеряют время спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты масла. Идентификацию осуществляют с учетом температуры анализируемой пробы и измеренного значения времени спин - спиновой релаксации Т21.

В таблице 2.5 приведена сравнительная характеристика способов идентификации семян подсолнечника с примсненйШ ^ожидкостнбй-хроматографии и на основе метода ЯМР.

Из данных таблицы 2.5 видно, что разработанный способ идентификации отличается экспрессностью и не требует применения дорогостоящих и вредных для здоровья химических реактивов.

T2i < (T2i)7o% = 2,6 t + 53,

Таблица 2.5 - Сравнительная характеристика способов идентификации семян подсолнечника

Показатели Способ

ГЖХ ЯМР

Время реализации способа 34 часа 2 мин

Расход химических реактивов на 1 пробу:

серный эфир, см3 300 -

метанол (яд), см3 0,1 -

окись кальция, г 0,01 -

гексан, см3 2,0 -

натрий металлический, г 0,05 -

азот газообразный 1500 -

водород 1500 -

фильтровальная бумага, г 15 -

вата, г 5 -

наполнитель - хроматон М-ААУ, г 0,05 -

Следует отметить, что в отличие от разработанного способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника, способ идентификации семян подсолнечника на основе данных метода ЯМ-релаксации может осуществляться в широком диапазоне температур. Это имеет важное практическое значение для оперативной оценки качества семян подсолнечника при их приемке на предприятиях масложировой промышленности, а также при формировании однородных по качеству партий семян, направляемых на переработку.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании комплекса исследований влияния массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника в диапазоне от 20 до 90% и температуры в диапазоне от 5 до 60°С на значения амплитуд сигналов ЯМР и времен спин-спиновой релаксации отдельных компонент спиновой системы протонов масла в семенах подсолнечника можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что амплитуды сигналов ЯМР первой компоненты (А|) и второй компоненты (А2) протонов масла в семенах подсолнечника зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 5 до 60°С, а ампли-

туда сигналов ЯМР третьей компоненты протонов масла (А3) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

2. Выявлено, что с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника амплитуда первой компоненты (АО - уменьшается, а амплитуда второй компоненты протонов масла (А2) возрастает, что, по-видимому, можно объяснить особенностями молекул ТАГ, находящихся в масле в различном структурном состоянии: для первой компоненты - в виде индивидуальных молекул ТАГ; для второй компоненты - в виде вссоциатов молекул ТАГ более низких порядков в результате межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия.

3. Установлено, что времена спин-спиновой релаксации первой компоненты (Т20 и второй компоненты (Т22) протонов масла с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян уменьшаются в исследуемом интервале температур, что, по-видимому, обусловлено снижением подвижности как индивидуальных молекул ТАГ, так и ассоциатов ТАГ, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты (Т2 '( не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян.

4. Установлено, что влияние массовой доли олеиновой кислоты н масле семян наиболее значимо для времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (Т21) масла семян при 23°С, яа основании чего экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (Т2,) масла семян в качестве аналитического параметра для разработки способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

5. Разработан способ определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника, характеризующийся экологической чистотой и позволяющий исключить разрушение семян подсолнечника, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

6. Установлено, что при изменении объема анализируемой пробы семян подсолнечника в диапазоне от 5 до 1~5 ст.гЧгеличина дополнительной погрешности измерения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника практически в два раза меньше, чем при объеме анализируемой пробы более 20 см3, что объясняется снижением величины неоднородности постоянною магнитного поля при меньшем объеме анализируемой пробы

7. Установлено, что влияние масличности и влажности семян подсол-

нечника в исследуемом диапазоне на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян методом ЯМР статистически незначимо.

8. На основании выявленных зависимостей амплитуд и времен спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент масла семян от массовой доли олеиновой кислоты в масле разработан способ коррекции определения масли чности методом ядерной магнитной релаксации при анализе высокоолеиновых сортов и гибридов семян подсолнечника.

9. На основе выявленной температурной зависимости аналитического параметра Т2| для семян подсолнечника с различной массовой долей олеиновой кислоты разработан экспресс-способ идентификации высокооолеиновых семян подсолнечника в широком диапазоне температур, позволяющий значительно сократить время идентификации, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

Разработанные способы оценки качества и идентификации семян подсолнечника на основе метода ядерно-магнитного резонанса внедрены на масложиро-вых предприятиях ОАО «Кубаньмасложир». Экономический эффект от внедрения в 2001-2002 гг. составил более 3,5 млн. руб.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Прудников С. М., Витюк Б. Я., Зверев Л. В., Прасолов Д. В. Комплексная система единства измерения масличности и влажности семян масличных культур и продуктов их переработки методом ядерной магнитной релаксации. // Масложировая промышленность. 2002. № 2.- С.40-41.

2 Применение метода ядерной магнитной релаксации для определения кислотного числа растительных масел /Витюк Б.Я., Гореликова И.А., Прасолов Д.В. и др.// Известия вузов. Пищевая технология. 2002. №4. - С.52-54.

3 Комплексная система единства измерения масличности и влажности семян масличных культур и продуктов их переработки методом ЯМР / Прудников С М , Витюк Б.Я., Прасолов Д.В. и др. // Известия вузов. Пищевая технология. 2002. №5-6.-С.61-63.

4. Прасолов Д В., Прудников С.М., Витюк Б.Я. Оценка потребительских

свойств семян подсолнечника методом ядерно-магнитной релаксации. Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», г. Воронеж, 15-18 апреля 2003,-С.96-98.

5. Прасолов Д.В., Прудников С.М., Витюк Б.Я. Разработка зкспресс-метода идентификации семян подсолнечника на основе ядерно-магнитного резонанса. Материалы III Межрегиональной научно-практической конференции «Региональные производители: их место на современном рынке товаров и услуг», г. Красноярск, 18 апреля 2003. - С.8-9.

6. Прасолов Д.В., Прудников С.М., Витюк Б.Я. Разработка зкспресс-метода определения массовой доли олеиновой кислоты в семенах подсолнечника на основе ядерно-магнитного резонанса.Материалы Международной конференции «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность», г. Краснодар, 26 - 30 мая 2003г. - С.17-18.

7. Неразрушающий экспресс-метод оценки содержания олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника / Прудников С.М., Прасолов Д.В., Зверев Л.В. и др.// Материалы Международной научно-практической конференции «Технологические свойства новых гибридов и сортов масличных и эфиромасличных культур. Научно-технологические аспекты производства экологически чистых масел, белковых продуктов с высокими потребительскими качествами», г. Краснодар, 5-6 июня 2003г.- С.38-41.

8. Способ определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника / С.М. Прудников, Д.В. Прасолов, Л. В.Зверев. Заявка № 175105 на изобретение на патент РФ.

97 Способ" "идентификации семян подсолнечника / СЖ. Прудников, Д.В. Прасолов, Л. В.Зверев. Заявка № 175109 на изобретение на патент РФ.

Отпечат. ООО "Фирма Тамзи" Заказ № 550, ФА5, тираж 100 экз. г Краснодар, ул. Пашковская, 79 тел.. (8612) 557-316

РНБ Русский фонд

2005-4 7480

2 7 ь 2003

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1 Характеристика современных сортов и гибридов семян подсолнечника.

1.2 Современные методы оценки качества и идентификации масличных семян.

1.2.1 Характеристика методов определения масличности и влажности семян.

• 1.2.2 Характеристика метода определения жирнокислотного состава масла семян с применением газожидкостной хроматографии.

1.2.3 Характеристика рефрактометрического метода определения характерных непредельных жирных кислот в масле семян.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА.

• 3 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

3.1 Характеристика анализаторов для технической реализации метода ЯМР.

3.2 Методика обработки экспериментальных сигналов спинового эха.

3.2.1 Моделирование задачи разделения компонент.

3.2.2 Исследование влияния уровня шума на точность расчета релаксационных характеристик экспоненциальных компонент.

3.2.3 Определение соотношений задаваемых значений ^ времен спин-спиновой релаксации и амплитуд сигналов ЯМР.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

4.1 Характеристика объектов исследования.

4.2 Исследование ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла семян подсолнечника.

4.3 Разработка способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника. ш 4.3.1 Влияние массовой доли олеиновой кислоты на релаксационные характеристики протонов масла семян подсолнечника.

4.3.2 Исследование влияния объема анализируемой пробы на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты в семенах подсолнечника.

4.3.3 Исследование влияния температуры на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты.

4.3.4 Исследование влияния мае личности на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты.

4.3.5 Исследование влияния влажности на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты.

4.3.6 Оценка погрешностей определения массовой доли олеиновой кислоты в семенах подсолнечника методом ЯМ-релаксации.

4.4 Влияние массовой доли олеиновой кислоты на результаты

• определения масличности семян подсолнечника.

4.5 Разработка способа идентификации семян подсолнечника.

Масложировая промышленность занимает ведущее место среди отраслей, перерабатывающих растительное сырье по объемам его переработки, многообразию и особенностям получаемой продукции, более 45% которой используется в питании населения. Значительная часть этого объема представлена растительными маслами, среди которых лидером является подсолнечное масло, так как в РФ наиболее распространенным масличным сырьем являются семена подсолнечника, а вырабатываемое из современных высокомасличных сортов семян подсолнечника масло отвечает основным требованиям, предъявляемым к пищевым растительным маслам по составу и свойствам.

В настоящее время масложировая отрасль столкнулась с рядом проблем, как общего, так и специфического характера, что привело к снижению объема выпуска продукции и стабильности ее качества.

Для выявления и устранения причин этих проблем необходимо детальное изучение состояния сырьевой базы отрасли, уровня применяемой технологии и ее влияния на качественные показатели получаемых растительных масел.

Получить растительное масло высокого качества возможно при организации системы управления качеством, предусматривающей не только выявление недоброкачественной продукции, но и в большей степени, обеспечивающей предупреждение ее появления.

Существующие задачи отражены в федеральном законе «О качестве и безопасности пищевых продуктов», регулирующем отношения в области обеспечения качества продовольственного сырья, пищевых продуктов и их безопасности для здоровья человека.

Необходимость решения указанных задач в России связана с тем, что в условиях современного производства растительных масел, в том числе и подсолнечных, как правило, отсутствует постоянный поставщик товарных семян, обеспечивающий их стабильность по основным показателям и показателям безопасности.

Государственная система сертификации продовольственного сырья и пищевых продуктов обязывает введение идентификации, позволяющей на первой стадии отождествлять продукцию и подтверждать соответствие требованиям нормативных документов.

Учитывая многообразие сортов и гибридов семян подсолнечника, отличающихся масличностью, жирнокислотным составом триацилглицеринов (ТАГ) и другими показателями, идентификация позволит выявить и подтвердить их подлинность, а также соответствие установленным требованиям. Благодаря идентификации, появляется реальная возможность предупредить фальсификацию масличного сырья, подтвердить его качество и использовать по назначению.

В связи с этим, актуальной является проблема создания способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника, обеспечивающие достаточную точность, максимальную сопоставимость и воспроизводимость результатов.

Одним из важнейших показателей качества семян подсолнечника и подсолнечного масла в настоящее время считается массовая доля олеиновой кислоты, существенно повышающей потребительские свойства масла. Ранее показатель жирнокислотного состава масла в семенах не принимался во внимание, как в процессе селекции подсолнечника, так и в процессе технологической переработки семян этой культуры. Только после разработки специальных методик оценки селекционного материала на основе метода газожидкостной хроматографии, стало возможным вести селекцию на качество масла (Харченко, 1984). Этот показатель впервые был изучен при создании высокоолеинового сорта Первенец, селекция которого осуществлялась по качеству масла (Солдатов, 1985). Массовая доля олеиновой кислоты в масле семян этого сорта достигало 70-75% по сравнению с 25-35% в масле семян рядового подсолнечника. В настоящее время в южных регионах России успешно наращивается производство высокоолеиновых сортов и гибридов подсолнечника (Круиз, Кубанский 371, Санмарин 365 и др.), массовая доля олеиновой кислоты в масле которых составляет от 70 до 90%.

Появление на рынке семян подсолнечника более ценных и дорогих высокоолеиновых сортов и гибридов остро поставило вопрос о необходимости разработки экспрессных способов их идентификации и определении массовой доли олеиновой кислоты в составе триацилглицеринов (ТАГ). Эта проблема приобрела актуальность, как для дальнейшей интенсификации селекционных работ в этом направлении, так и при приемке семян на переработку.

Трудность фальсификации по идентифицирующим критериям такого объекта, как подсолнечные семена, может служить гарантией их надежности и достоверности качества. Особенно важно в качестве критерия идентификации семян подсолнечника выбрать такие характеристики, которые бессмысленно фальсифицировать, что, в свою очередь, позволит обеспечить значительную прибыль за счет организации их раздельной переработки и соответственно стабилизации качества получаемого подсолнечного масла.

Среди существующего многообразия физико-химических методов оценки соответствия и качества наиболее рациональными являются методы на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР), обеспечивающие необходимые критерии идентификации, такие, как объективность и независимость от субъективных данных испытателя, в том числе его компетентности и учета интересов изготовителя или продавца.

На основе этого метода различными авторами были разработаны способы оценки качества промышленного сырья, сельскохозяйственной продукции, в том числе, и семян подсолнечника (Conway, Bauman, Watson, Harlan, Pausak, Bloch, Черницын, Кудрявцев, Скрипко, Кулеш, Чижик, Аспиотис, Прудников, Витюк и др.).

Однако, рассматриваемая проблема не нашла достаточно полного отражения в этих работах.

Таким образом, разработка способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника современной селекции является актуальной и своевременной.

Основная цель диссертационной работы - разработка способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника методом ядерно-магнитного резонанса путем расширения его функциональных возможностей и уменьшения существующих погрешностей измерения.

В задачу исследования входило:

- изучение закономерностей ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла с различной массовой долей олеиновой кислоты в семенах подсолнечника;

- исследование температурной зависимости амплитуд сигналов ЯМР и значений времен спин-спиновой релаксации протонов масла отдельных компонент многофазной спиновой системы;

- исследование влияния массовой доли олеиновой кислоты на релаксационные характеристики протонов масла в семенах подсолнечника;

- разработка способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семенах подсолнечника;

- исследование влияния объема и температуры анализируемой пробы семян на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты; исследование влияния масличности и влажности семян подсолнечника на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

- исследование влияния массовой доли олеиновой кислоты на результаты определения масличности семян подсолнечника; разработка экспрессного способа идентификации семян высокоолеиновых сортов и гибридов подсолнечника;

- оценка экономической эффективности от внедрения разработанных способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснована возможность и эффективность применения метода ядерно-магнитной релаксации для разработки способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника. Впервые установлено, что амплитуды сигналов ЯМР первой (Ai) и второй (А2) компонент протонов масла в семенах подсолнечника зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 5 до 60°С, а амплитуда сигналов ЯМР третьей (А3) компоненты протонов масла не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

Выявлено, что с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника амплитуда первой компоненты (Ai) -уменьшается, а амплитуда второй компоненты протонов масла (А2) возрастает, что, по-видимому, можно объяснить особенностями молекул ТАГ, находящихся в масле в различном структурном состоянии: для первой компоненты - в виде индивидуальных молекул; для второй компоненты - в виде ассоциатов молекул более низких порядков в результате межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия.

Установлено, что время спин-спиновой релаксации первой (T2i) и второй (Т22) компонент протонов масла с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян уменьшается в исследуемом интервале температур, что, по-видимому, обусловлено снижением подвижности, как индивидуальных молекул ТАГ, так и ассоциатов ТАГ, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты (Т23) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян.

Установлено, что влияние массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника наиболее значимо для времени спин-спиновой релаксации первой (T2i) компоненты при температуре 23°С. Экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой (T2i) компоненты масла семян подсолнечника в качестве аналитического параметра для их идентификации.

На основе экспериментальных данных получено уравнение температурной зависимости аналитического параметра T2i для семян подсолнечника с различной массовой долей олеиновой кислоты в масле, что позволило разработать способ идентификации высокооолеиновых семян подсолнечника.

Практическая значимость. Разработан способ определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника, характеризующийся экологической чистотой и позволяющий исключить разрушение семян подсолнечника, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

На основании выявленных зависимостей времени спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент масла семян от массовой доли олеиновой кислоты в масле разработан способ коррекции определения масличности с применением метода ядерной магнитной релаксации при анализе семян высокоолеиновых сортов и гибридов подсолнечника. Разработан экспресс-способ идентификации высокооолеиновых семян подсолнечника, позволяющий значительно сократить время идентификации, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

Разработанные способы оценки качества и идентификации семян подсолнечника на основе метода ядерно-магнитного резонанса внедрены на предприятиях ОАО «Кубаньмасложир», а также нашли широкое применение при проведении селекционных работ во Всероссийском научно-исследовательском институте масличных культур имени B.C. Пустовойта (ВНИИМК, г. Краснодар) и в селекционно-семеноводческой фирме "Российская гибридная индустрия" (РГИ, г. Краснодар).

Экономический эффект от внедрения разработанных способов в 2001-2002 г. составил более 3,5 млн. руб.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

- результаты исследования ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла семян подсолнечника;

- выявленные зависимости влияния массовой доли олеиновой кислоты на релаксационные характеристики протонов масла семян подсолнечника;

- выявленные зависимости влияния объема анализируемой пробы на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

- выявленные закономерности влияния температуры на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

- данные по влиянию масличности на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

- данные по влиянию влажности на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты;

- разработанный способ определения массовой доли олеиновой кислоты;

- выявленные зависимости влияния массовой доли олеиновой кислоты на результаты определения масличности семян подсолнечника;

- усовершенствованный способ определения масличности;

- разработанный способ идентификации семян подсолнечника.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с НТП

Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по технологии живых систем», № госрегистрации 1200004210.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании комплекса исследований влияния массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника в диапазоне от 20 до 90% и температуры в диапазоне от 5 до 60°С на значения амплитуд сигналов ЯМР и времен спин-спиновой релаксации отдельных компонент спиновой системы протонов масла в семенах подсолнечника можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что амплитуды сигналов ЯМР первой компоненты (At) и второй компоненты (А2) протонов масла в семенах подсолнечника зависят от массовой доли олеиновой кислоты в диапазоне температур от 5 до 60°С, а амплитуда сигналов ЯМР третьей компоненты протонов масла (Аз) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

2. Выявлено, что с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника амплитуда первой компоненты (Aj) -уменьшается, а амплитуда второй компоненты протонов масла (А2) возрастает, что, по-видимому, можно объяснить особенностями молекул ТАГ, находящихся в масле в различном структурном состоянии: для первой компоненты - в виде индивидуальных молекул ТАГ; для второй компоненты - в виде ассоциатов молекул ТАГ более низких порядков в результате межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия.

3. Установлено, что времена спин-спиновой релаксации первой компоненты (T2t) и второй компоненты (Т22) протонов масла с увеличением массовой доли олеиновой кислоты в масле семян уменьшаются в исследуемом интервале температур, что, по-видимому, обусловлено снижением подвижности как индивидуальных молекул ТАГ, так и ассоциатов ТАГ, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты (Т2з) не зависит от массовой доли олеиновой кислоты в масле семян.

4. Установлено, что влияние массовой доли олеиновой кислоты в масле семян наиболее значимо для времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (T2i) масла семян при 23°С, на основании чего экспериментально обоснован выбор времени спин-спиновой релаксации протонов первой компоненты (T2i) масла семян в качестве аналитического параметра для разработки способа определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника.

5. Разработан способ определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника, характеризующийся экологической чистотой и позволяющий исключить разрушение семян подсолнечника, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

6. Установлено, что при изменении объема анализируемой пробы семян подсолнечника в диапазоне от 5 до 15 см3 величина дополнительной погрешности измерения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян подсолнечника практически в два раза меньше, чем при объеме л анализируемой пробы более 20 см , что объясняется снижением величины неоднородности постоянного магнитного поля при меньшем объеме анализируемой пробы.

7. Установлено, что влияние масличности и влажности семян подсолнечника в исследуемом диапазоне на результаты определения массовой доли олеиновой кислоты в масле семян методом ЯМР статистически незначимо.

8. На основании выявленных зависимостей амплитуд и времен спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент масла семян от массовой доли олеиновой кислоты в масле разработан способ коррекции определения масличности методом ядерной магнитной релаксации при анализе высокоолеиновых сортов и гибридов семян подсолнечника.

9. На основе выявленной температурной зависимости аналитического параметра Т2\ для семян подсолнечника с различной массовой долей олеиновой кислоты разработан экспресс-способ идентификации высокооолеиновых семян подсолнечника в широком диапазоне температур, позволяющий значительно сократить время идентификации, а также исключить применение токсичных химических реактивов.

Разработанные способы оценки качества и идентификации семян подсолнечника на основе метода ядерно-магнитного резонанса внедрены на масложировых предприятиях ОАО «Кубаньмасложир». Экономический эффект от внедрения в 2001-2002 гг. составил более 3,5 млн. руб.

1. Прудников С. М., Зверев Л. В., Джиоев Т. Е. Система приема и обработки сигналов импульсных релаксометров ядерного магнитного резонанса. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2001610425. Москва, 17 апреля 2001 г.

2. Щербаков В. Г. Биохимия и товароведение масличного сырья. М.: Пищевая промышленность. 1979 336 с.

3. Тютюнников Б. Н. Химия жиров. М.: Пищевая промышленность, 1979.632 с.

4. Верещагин А. Г. Биохимия триглицеридов. М.: Наука. 1972. 308 с.

5. Зиновьев А. А. Химия жиров. М.: Пищепромиздат. 1952. 224 с.

6. Кичигин В. П. Технология и технохимический контроль производства растительных масел. М.: Пищевая промышленность. 1976. 264 с.

7. Озерина О. В., Нечаев А. П., Гейко Н. С. Структура триглицеридов подсолнечного масла. // Масло-жировая промышленность. 1972. № 7. С. 27-28.

8. Кузнецов Д. И., Сомин В. И., Гришина И. Л. Амино-и жирнокислотный состав семян некоторых сортов подсолнечника, сои, арахиса и кунжута. // Масло-жировая промышленность. 1972. № 6. С. 8-9.

9. Биология, селекция и возделывание подсолнечника / Под ред. Пенчукова В. М. М.: Агропромиздат. 1991. 281с.

10. Щербаков В. Г. Жирнокислотный состав масла высокомасличного подсолнечника при созревании. // Масло-жировая промышленность. 1967. № 12. С. 18-22.

11. Дублянская И. Ф., Супрунова Л. В. Жирнокислотный состав масла районированных и перспективных сортов подсолнечника. // Масло-жировая промышленность. 1969. № 2. С. 6-9.

12. Харченко Л. Н. Биосинтез ненасыщенных жирных кислот триглицеридов семян подсолнечника. В сб. Вопросы биохимиимасличных культур в связи с задачами селекции. Краснодар. 1981. С. 16-28.

13. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности. JL: ВНИИЖ, 1964. Т. 1.- 891с.

14. Рушковский С.В. Методы исследования при селекции масличных растений на содержание масла и его качество. М.: Пищепромиздат. 1957- 125с.

15. Фаррар Т., Беккер Э. Импульсная и Фурье спектроскопия ЯМР. М.: Мир. 1973 163 с.

16. Вашман А. А., Пронин И. С. Ядерная магнитная релаксация и ее применение в химической физике. М.: Наука, 1979. - 236 с.

17. Чижик В. И. Ядерная магнитная релаксация. Л.: ЛГУ. 1991 256 с.

18. Аспиотис Е. X., Витюк Б. Я., Прудников С. М. и др. "Способ одновременного определения количества масла и воды в пробе семян масличных культур". А.С. №1192492.

19. МВИ №243-1. "Методика выполнения измерений масличности семян масличных культур и продуктов их переработки с применением ЯМР-анализатора АМВ-1006М".

20. Аспиотис Е. X., Витюк Б. Я., Прудников С. М. Релаксационные характеристики протонов масла и воды в семенах масличных культур. // Масложировая промышленность, 1984. № 10. С. 9-12.

21. Берчфильд Г., Сторрс Э. Газовая хроматография в биохимии. М.: Мир. 1964.-619с.

22. James А. Т., Martin A. J. Gas-lipid partition chromatography. The separation and microestimation of volatile fatty acids from formic acid to dodecanoic acid. // Biochem. Journal. 1952. V. 50. P. 679-690.

23. Ржехин В. П., Погонкина Н. И. Релаксационные характеристики протонов масла и воды в семенах масличных культур // Масло-жировая промышленность. 1960. № 7. С. 77-90.

24. Ермаков А. И. Методы биохимического исследования растений. JL: Колос. 1972 -256 с.

25. Akman R. G. Confusion between Ci8 and C2o fatty acid in gas-chromatographic analysis of seed lipids of water plants. // Lipids. 1970. V. 5. № 11. P. 950-951.

26. Верещагин А. Г. Газо-жидкостная хроматография липидов. // Успехи химии. 1964. Т. XXXIII. Вып. 11. С. 1349-1370.

27. Харченко JI. Н. Определение жирнокислотного состава растительных масел методом газо-жидкостной хроматографии // Масло-жировая промышленность. 1968. № 12. С. 12.

28. ГОСТ 30418-96 "Масла растительные. Метод определения жирно-кислотного состава".

29. ГОСТ Р 51483-99 "Масла растительные и жиры животные. Определение методом газовой хроматографии массовой доли метиловых эфиров индивидуальных жирных кислот к их сумме".

30. Воробьев Н. В. Хроматографический метод количественного анализа смеси высших жирных кислот с применением микрофотометра МФ-4. // Масло-жировая промышленность. 1963. № 11. 324 с.

31. Количественный анализ хроматографическими методами. / Под ред. Э. Кэц. М.: Мир. 1990.-297 с.

32. Харченко Л. Н. Закономерности накопления липидов и перспективы направленного изменения качества масла семян масличных культур (подсолнечник, горчица). Дисс. на соискание уч. степени доктора биологических наук. Краснодар. 1981. 384 с.

33. Downey R. К., Harvey В. L. Methods of breeding for oil quality in rape. // Canad. J. of Plant Sci. 1963. V.43. P. 140-144.

34. Харченко JI. H. Контроль качества масла сорта Первенец. // Масличные культуры. 1984. № 5. С. 34-35.

35. Верещагин А. Г. Разделение высших жирных кислот растительных тканей методом обращенно-фазной распределительной хроматографии. Биохимия. 1958. Т. 23. Вып. 5.- 256 с.

36. Данилова Т.А., Миронова А.Н., Аспиотис Е.Х. Методы и средства оценки качества семян подсолнечника, рапса, сои. // Пищевая промышленность. Серия 6. Масло-жировая промышленность. Обзорная информация. 1984. Вып. 2. 24с.

37. Абрагам А. Ядерный магнетизм. М.:Мир. 1963. - 551 с.

38. Эмсли Дж., Финей Дж. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения. М.: Мир. 1986. -630 с.

39. Слиткер Ч. Основы теории магнитного резонанса. М.: Мир. 1981. 448. с.

40. Леше А. Ядерная индукция. М.: Мир. 1963. 684 с.

41. Александров И. В. Теория магнитной релаксации. М.: Мир. 1975. 399 с.

42. Манк В. В., Лебовка Н. И. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса воды в гетерогенных системах. Киев: Наукова думка. 1988-. 204 с.

43. Ядерный магнитный резонанс / Под ред. Бородина П. М. Л.: ЛГУ. 1982.343 с.

44. Попель А. А. Применение ядерной магнитной релаксации в анализе неорганических соединений. Казань: Изд-во Казанск. университета. 1975. -173 с.

45. Чижик В. И. Измерение времен спин-решеточной и спин-спиновой релаксации с помощью спинового эха. В сб. Ядерный магнитный резонанс. Л.: ЛГУ. 1965. Вып. 1.- С 54-58.

46. ЯМР-анализатор АМВ-1006М. Технические условия. ТУ-4215-101-00495964-01.

47. ГОСТ Р 8.582-2001. ГСИ. ЯМР анализаторы масличности и влажности сельскохозяйственных материалов. Методика поверки.

48. Шумиловский Н. Н., Скрипко A. JI. Уменьшение погрешностей при измерениях, основанных на определении интенсивности сигналов ЯМР. Изв. АН Кир. ССР. 1963. Т. 5. Вып. 5.- 179с.

49. Москалев В. В., Павщуков В. В. О влиянии неоднородности магнитного поля на форму сигнала свободной ядерной прецессии. В сб. Ядерный магнитный резонанс. JL: ЛГУ. 1968. Вып. 2. С. 87-91.

50. Жерновой А. И. Влияние неоднородности внешнего магнитного поля при инверсии намагниченности ядер к импульсом. // Изв. ВУЗов. Физика. 1973. № 4.-С. 128-130.

51. Борсуцкий 3. Р., Поспелова Н. Б. Исследование влияния аппаратурных факторов на результаты количественных измерений импульсным методом ЯМР. JL: Институт прикладной химии. 1974. -С 14. Деп. НИИТЭХИМ, г. Черкассы. № 429/75 деп.

52. Свентицкий Е. Н., Чижик В. И. Применение метода ядерного магнитного резонанса для количественного анализа. Сб.: Ядерный магнитный резонанс. Л.: ЛГУ. 1965. Вып. 1. 215с.

53. Померанцев Н. М. Применение ЯМР для аналитических целей. // Заводская лаборатория. 1960. № 8. 950с.

54. А. С. № 1043537. Язов А. Н., Чернышев В. М., Авакумов А. К., Поляков

55. B. Ф. Способ количественного определения жирности пищевых продуктов. Б. И. 1983. № 35.

56. Прудников С. М., Витюк Б. Я., Зверев Л. В. Применение метода ядерной магнитной релаксации для определения влажности и масличности сельскохозяйственных материалов. // Пищевая промышленность. 2002. №3- С. 18-22.

57. Вода в полимерах // Под ред. С. Роуленда. П. Лилфорд, А. Кларк, Д. Джонс. Распределение воды в гетерогенных пищевых продуктах и модельных системах. 183с.

58. Belton P. S., Jackson R. R., Packer К. J. Pulsed NMR Studies muscle. I. Transverse nuclear spin relaxation times and freezing effects // Biochimica et biophysica acta. 1972. V. 286. P. 12-25.

59. Макаренко В. JL, Грищенко А. Д., Авакумов А. К., Бабкин А. Ф. Исследование твердой и жидкой фаз в молочном жире импульсным методом ЯМР. // Изв. ВУЗов. "Пищевая технология". 1975. № 1. С. 7577.

60. Botlan D. J., Ouguerram L. Spin-spin relaxation time determination of intermediate states in heterogeneous products from free induction decay NMR signals // Anal. Chim. Acta. 1997. V. 349. № 1-3. P. 339-347.

61. Yeramian E., Claverie P. Analysis of multiexponential functions without a hypothesis as to the number of components // Nature. 1987. V. 326. № 6109. P. 169-174.

62. Скрипко A. JL, Кудрявцев А. В. Разделение сигналов протонов, находящихся в различных химических соединениях, при измерении влажности и масличности методом ЯМР. В сб. Методы и приборы определения влажности. Фрунзе: Илим. 1971. 254 с.

63. Pasenkiewicz-Gierula М., Jesmanowicz A., Hyde J. S. Monte Carlo and Strategic Fits of Simulations to Exponential Signals // J. Magnetic Resonance. 1986. V. 69. №1. P. 165-167.

64. Kroeker R. M., Henkelman R. M. Analysis of biological NMR relaxation data with continuous distributions of relaxation times // J. Magn. Reson. 1986. V. 69. №2. P. 218-235.

65. Clark A. H., Lillford P. J. Evaluation of a Deconvolution Approach to the Analysis of NMR Relaxation Decay Functions // J. Magn. Reson. 1980. V. 41. № 1. P. 42-60.

66. Ellis G. E., Packer K. J. Nuclear Spin-Relaxation Studies of Hydrated Elastin // Biopolymers. 1976. V. 15. P. 813-832.

67. Hazlewood C. F., Chang D. C., Nichols B. L., Woessner D. E. // Biophys. J., 1974. V. 14. P. 583.

68. Diegel J. C., Pintar M. M. // Biophys. J. 1975. V. 15. P. 585.

69. Panjuskin V. Т., Dgioev Т. E., Zverev L. V., Prudnikov S. M. Investigation of Heterogeneous Systems by Nuclear Magnetic Relaxation Method. NATO

70. ARW. Magnetic Resonance in Colloid and Interface Science. St. Petersburg, Russia, June 26-30, 2001. P. 133.

71. Dgioev Т. E., Zverev L. V., Prudnikov S. M., Panjuskin V. T. Nuclear Magnetic Relaxation in Heterogeneous Systems. XI th International Conference "Magnetic Resonance in Chemistry and Biology". Zwenigorod -2000, Russia. April, 20-27, 2001. P. 191.

72. Panjuskin V. Т., Zverev L. V., Dgioev Т. Е., Prudnikov S. М. Nuclear Magnetic Relaxation Investigation of Water Condition in Ionits. NATO ARW. Magnetic Resonance in Colloid and Interface Science. St. Petersburg, Russia, June 26-30, 2001. P. 134.

73. Zimmerman J. R., Brittin W. E. // J. Phys. Chem. 1957. V. 61. P. 1328.

74. Бахвалов H. С., Жидков H. П., Кобельков Г. M. Численные методы. М.: Наука. 1987.-600с.

75. Носач В. В. Решение задач аппроксимации с помощью персональных компьютеров. М.: МИКАП. 1994. 382с.

76. Аоки М. Введение в методы оптимизации. М.: Наука. 1977. 357 с.

77. Васильев Ф. П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука. 1980. 287 с.

78. Пискунов Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисления. Т. 2. М.: Наука. 1978.-575 с.

79. Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы. М.: Мир. 1982. 387 с.

80. Денис Дж. мл. Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решение нелинейных уравнений. М.: Мир. 1988. 258 с.

81. Жиглявский А. А., Жилинскас А. Г. Методы поиска глобального экстремума. М.: Наука. 1991. 356 с.

82. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. Пособие для вузов. М.: Логос, 2001.-408 с.

83. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Издательство стандартов, 1972. 312 с.

84. Бердникова Д. К., Чудновская А. М., Осипова JI. Н. Отбор представительных проб семян подсолнечника. // Масложировая промышленность. 1981. № 2. С. 15-16.

85. Витюк Б. Я., Прудников С. М., Гореликова И. А., Зверев JI. В., Джиоев Т. Е Определение кислотного числа растительных масел методом ядерной магнитной релаксации. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. № 12. 2002. С. 15-17 .

86. Дехтерман Б. А., Мормитко В. Г., Глоба П. Г., Леппо Р. М. Закономерности изменения вязкости некоторых масел и жиров. // Масложировая промышленность. 1982. № 7. С. 22-24.

87. Представление результатов химического анализа (Рекомендации IUPAC 1994 г.) // Журнал аналитической химии. 1998. Т. 53. № 9. С. 999-1008.

88. Чарыков А. К. Математическая обработка результатов химического анализа. Л.: Химия. 1984. 168 с.

89. Доерфель К. Статистика в аналитической химии. М.: Мир. 1969. 248 с.

90. Ярош Н. П. Изменение химического состава семян подсолнечника при выращивании в различных зонах. В сб.: Биохимия и физиология масличных растений. 1967. Вып. 2. С. 222-223.

91. Бородулина А. А. Качественный состав семян масличных культур и пути его улучшения. // Масличные культуры. 1982. № 3. С. 17-18.

92. Ермаков А. И., Ярош Н. П. Особенности и изменчивость качества масел семян масличных культур растений СССР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. JL: ВИР, 1976. Т. 56. Вып. 3. С. 3-56.

93. Ермаков А. И., Магарская О. М. Об изменчивости соотношений жирнокислотного состава в масле семян подсолнечника и льна. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. Л.: ВИР, 1972. Т. 48. Вып. 1. С. 14-21.

94. Витюк Б. Я., Аспиотис Е. X., Гореликова И. А. Влияние изменений жирнокислотного состава масел на погрешность определения масличности методом ЯМР. "Спектроскопия координационных соединений". Тез. докл. III Всесоюзного совещания, Краснодар, 1984. -23с.

95. Лобанов В.Г., Шаззо А.Ю., Щербаков В.Г. Теоретические основы хранения и переработки семян подсолнечника. М.: Колос, 2002. - 592с.