Патент на изобретение №2214591

(54) СПОСОБ ЭКСПЕРТИЗЫ КОФЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть применено для идентификации и установления случаев фальсификации кофе. Способ экспертизы кофе включает создание матрицы пьезосенсоров для определения основных компонентов кофейного аромата. Способ предусматривает ввод равновесной газовой фазы анализируемой пробы кофе в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала. Матрица состоит из 8 пьезосенсоров, электроды которых модифицируют сорбентами с различным сродством к основным компонентам кофейного аромата в оптимальном диапазоне масс 10-20 мкг. Регистрацию аналитических сигналов сенсоров производят последовательно в соответствии с индивидуальными кинетическими параметрами взаимодействия основных компонентов кофейного аромата с 4-аминоантипирином, полиэтиленгликолем марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидоном, динонилфталатом, лукоойлом, Тритоном Х-100, прополисом (пчелиным клеем), полистиролом. Из модифицированных сорбентами резонаторов формируют матрицу, последовательно фиксируют сигналы пьезосенсоров (с 1-го по 8-й) в парах анализируемой пробы кофе. Сигналы формируются в “визуальный отпечаток” запаха кофе с установлением подобия стандарту. Это направлено на установление идентичности “визуальных отпечатков” запаха кофе, полученных по откликам матрицы пьезокварцевых резонаторов с предварительной модификацией их электродов сорбентами различной природы. Это позволяет обеспечить экспрессность и простоту определения основных летучих компонентов кофе любого товарного вида (молотый, гранулированный, растворимый) и установления случаев грубой фальсификации. 1 табл., 32 ил.

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть применено для идентификации и установления фактов фальсификации кофе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ анализа сырых и жареных зерен кофе с детектированием легколетучих компонентов с помощью матрицы сенсоров. Способ заключается в избирательной сорбции индивидуальных компонентов смеси легколетучих примесей кофе на пленочных покрытиях сенсоров. Многовариантная обработка откликов отдельных сенсоров осуществляется с помощью специальной программы (Saw vapor sensor apparatus and multicomponent signal processing: пат. 5465608 США, МКИ⁶ G 01 N 29/02 / Lokshin A. , Burchfield D., Tracy D.; Orbital Sciences Cor. – 85604; заявл. 30.06.93; опубл. 14.11.95).

Недостатком существующего способа является сложность аппаратуры, необходимость специального математического алгоритма для обработки сигналов матрицы сенсоров.

Задачей изобретения является создание матрицы пьезосенсоров, обеспечивающей экспрессность и простоту определения основных летучих компонентов кофе любого товарного вида (молотый, гранулированный, растворимый).

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе экспертизы кофе, включающем создание матрицы сенсоров для определения основных компонентов кофейного аромата, состоящей из модифицированных сорбентами электродов пьезокварцевых резонаторов, ввода равновесной газовой фазы анализируемой пробы кофе в ячейку детектирования, регистрацию аналитического сигнала, новым является то, что матрицу формируют из 8 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов массой 10-20 мкг, регистрацию аналитических сигналов пьезосенсоров производят последовательно в соответствии с индивидуальными кинетическими параметрами взаимодействия основных компонентов кофейного аромата с 4-аминоантипирином, полиэтиленгликолем марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидоном, динонилфталатом, лукоойлом, Тритоном Х-100, прополисом, полистиролом.

Из модифицированных сорбентами пьезокварцевых резонаторов формируют матрицу, последовательно фиксируют сигналы пьезосенсоров (с 1-го по 8-й) в парах анализируемой пробы кофе. Сигналы формируются в “визуальный образ” запаха кофе с установлением подобия стандарту.

Технический результат заключается в том, что при тестировании проб кофе любого товарного вида с помощью матрицы на основе 8 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов на электродах суммарный отклик формируется в “визуальный отпечаток” запаха каждой пробы. Вероятность фальсификации кофе устанавливается по результатам сопоставления “визуальных отпечатков” запаха тестируемой пробы и стандартного образца с применением меньшего, по сравнению с прототипом, числа пьезосенсоров.

Способ осуществляется следующим образом. Электроды 8 пьезокварцевых резонаторов с собственной частотой вибрации 8-10 МГц модифицируют путем равномерного нанесения микрошприцем растворов сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100 в ацетоне, прополиса в этиловом спирте, полистирола в толуоле. Концентрации растворов 10 мг/мкдм³. Удаление растворителей проводят при температуре 50-60^oС в сушильном шкафу в течение 30-40 мин. Масса сорбентов после удаления растворителей составляет 10-20 мкг. Приготовленные таким образом пьезосенсоры закрепляют в ячейке детектирования и выдерживают в течение 2 мин для установления исходного сигнала каждого элемента. В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы стандартного образца кофе и поочередно фиксируют аналитические сигналы каждого пьезосенсора в определенной последовательности. По результатам опроса формируется “визуальный отпечаток” аромата в виде “лепестковой” или круговой диаграмм. Экспертизу кофе проводят визуальным сравнением “лепестковых” диаграмм сорбции тестируемых проб с “визуальным отпечатком” стандарта, какао, чая. Какао и чай выбраны для демонстрации распознавания ароматов этих продуктов и кофе, являющихся близкими по составу.

Примеры осуществления способа
Пример 1. Электроды 8 пьезокварцевых резонаторов с собственной частотой вибрации 10 МГц модифицируют путем равномерного нанесения микрошприцем растворов сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100 в ацетоне, прополиса в этиловом спирте, полистирола в толуоле. Концентрации растворов 10 мг/мкдм³. Удаление растворителей проводят при температуре 55^oС в сушильном шкафу в течение 35 мин. Масса сорбентов после удаления растворителей составляет 10-20 мкг.

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы стандартного образца кофе (свежеразмолотые зерна кофе определенного сорта). Минимальная масса пробы кофе 1 г в бюксе вместимостью 20 см³. Пробу воздуха над кофе отбирают шприцем через герметичный затвор бюкса. Модифицированные резонаторы, неподвижно закрепленные в держателях, опускают в ячейку детектирования. Фиксируют исходные частоты колебаний каждого пьезосенсора с пленкой сорбента (F_i ^пл, i–>1-8). Через инжекторное отверстие в детектор вкалывают пробу. В соответствии с продолжительностью сорбции основных компонентов аромата на каждом сорбенте поочередно фиксируют аналитические сигналы – изменение частоты колебаний пьезокварцевого резонатора (F_1-8, Гц) – в следующем порядке: 4-аминоантипирин (1), полиэтиленгликоль марки ПЭГ-2000 (2), поливинилпирролидон (3), динонилфталат (4), лукоойл (5), Тритон Х-100 (6), прополис (7), полистирол (8). Полное время опроса матрицы пьезосенсоров от момента ввода пробы не превышает 1 мин.

Пленки пьезосенсоров регенерируют либо в сушильном шкафу при температуре 55^oС в течение 15 мин, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, либо продувают через ячейку осушенный чистый или содержащий пары этилового спирта воздух, после чего возможны дальнейшие определения.

По результатам опроса формируется “визуальный отпечаток” аромата в виде “лепестковой” или круговой диаграмм. Параметры диаграмм всех проб постоянны и выбраны в соответствии с параметрами диаграмм стандартов. По F_1-8 строят “лепестковую” диаграмму сорбции стандарта(ов) – “визуальный отпечаток” стандарта различных сортов кофе, последовательность расположения осей в диаграмме соответствует опросу пьезосенсоров (фиг.1-а).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы кофе (проба 1). Последующие операции проводят, как указано выше.

По F_1-8 строят “лепестковую” диаграмму сорбции пробы 1 – “визуальный отпечаток” запаха кофе (фиг.1-б).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесных газовых фаз других анализируемых проб кофе (пробы 2-6). Последующие операции проводят, как указано выше.

По F_1-8 строят “лепестковые” диаграммы сорбции проб 2-6 кофе (фиг.1-в-е).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы чая (проба 7). Последующие операции проводят, как указано выше.

По F_1-8 строят “лепестковую” диаграмму сорбции пробы чая “визуальный отпечаток” запаха чая (фиг.1-ж).

В ячейку детектирования помещают 20 см³ равновесной газовой фазы какао (проба 8). Последующие операции проводят, как указано выше.

По F_1-8 строят “лепестковую” диаграмму сорбции пробы какао “визуальный отпечаток” запаха какао (фиг.1-з).

Экспертизу проб 2-7 проводят визуальным сравнением “лепестковых” диаграмм сорбции проб кофе с “визуальным отпечатком” стандарта, какао, чая. С вероятностью 90% проба 1 – кофе соответствует стандарту; проба 2 – кофе с ароматизатором; проба 3 – кофе либо низкого качества, либо хранящийся с нарушением методики; 4 – кофе соответствует стандарту, но “выветренный” (нарушение методики хранения – снижена интенсивность аромата); проба 5 – кофе низкого качества.

Способ осуществим. Метрологические характеристики приведены в таблице.

Пример 2. В ячейку детектирования помещают, изменяя последовательность их опроса, пьезосенсоры с регенерированными покрытиями: лукоойл (1), динонилфталат (2), 4-аминоантипирин (3), полиэтиленгликоль марки ПЭГ-2000 (4), полистирол (5), прополис (6), Тритон Х-100 (7), поливинилпирролидон (8) (фиг. 2, а-г). Далее помещают в ячейку детектирования равновесные газовые фазы анализируемых проб кофе. Регистрируют сигналы пьезосенсоров поочередно в режиме, описанном в примере 1. По F_1-8 строят “лепестковые” диаграммы сорбции пробы-стандарта (фиг.2-а), чая (фиг.2-ж), какао (фиг.2-з), проб кофе 2-6 (фиг.2-б-е). Последующие операции проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим. Визуальное сравнение “лепестковых” диаграмм сорбции проб кофе со стандартом не позволяет различить пробы и устанавливать факты фальсификации кофе.

Метрологические характеристики приведены в таблице.

Пример 3. Электроды пьезокварцевого резонатора модифицируют растворами сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100, прополиса (пчелиного клея), полистирола (масса пленок m=5-9 мкг).

В ячейку детектирования помещают поочередно пробы воздуха анализируемых кофе. Регистрируют сигналы пьезосенсоров в режиме, описанном в примере 1. По F_1-8 строят “лепестковые” диаграммы сорбции стандарта (фиг.3-а), проб 2-6 (фиг. 3-б-е), чая (фиг.3-ж), какао (фиг.3-з). Последующие операции проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим. Визуальное сравнение “лепестковых” диаграмм сорбции проб кофе со стандартом, какао и чаем не позволяет идентифицировать и устанавливать факты фальсификации и плохого качества кофе вследствие низкой чувствительности пьезосенсоров.

Метрологические характеристики приведены в таблице.

Пример 4. Электроды пьезокварцевого резонатора модифицируют растворами сорбентов: 4-аминоантипирина, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидона, динонилфталата, лукоойла, Тритона Х-100, прополиса, полистирола (масса пленок m=21-30 мкг).

В ячейку детектирования помещают поочередно пробы воздуха анализируемых кофе. Регистрируют сигналы пьезосенсоров в режиме, описанном в примере 1. По F_1-8 строят “лепестковые” диаграммы сорбции стандарта (фиг.4-а), проб 2-6 (фиг, 4-б-е), чая (фиг.4-ж), какао (фиг.4-з). Последующие операции проводят, как указано в примере 1.

Способ неосуществим. Визуальное сравнение “лепестковых” диаграмм сорбции проб кофе со стандартом, какао и чаем невозможно вследствие их идентичности.

Метрологические характеристики приведены в таблице.

Из примеров 1-4 и таблицы следует, что заявляемое решение может быть осуществлено с помощью матрицы из 8 пьезосенсоров, модифицированных пленками сорбентов с массами 10 -20 мкг. Сигналы пьезосенсоров фиксируют поочередно в последовательности нанесения сорбентов на электроды резонаторов: 4-аминоантипирин (1), полиэтиленгликоль марки ПЭГ-2000 (2), поливинилпирролидон (3), динонилфталат (4), лукоойл (5), Тритон Х-100 (6), прополис (7), полистирол (8) в парах анализируемой пробы кофе. При нанесении пленок сорбентов с меньшими (пример 3), большими (пример 4) массами способ экспертизы кофе неосуществим вследствие малых откликов пьезосенсоров (на уровне шумов, пример 3) и идентичности “отпечатков” (пример 4). При изменении последовательности установки пьезосенсоров в матрице (пример 2) способ установления фальсификации и плохого качества кофе неосуществим вследствие отсутствия идентичности “лепестковых” диаграмм запаха для анализируемых и стандартных проб.

Преимущества заявляемого способа создания матрицы пьезосенсоров для экспертизы кофе в оптимальных условиях по сравнению с прототипом позволяет:
1) определять факты грубой фальсификации и плохого качества кофе в течение 5 мин от момента отбора пробы;
2) сократить число сенсоров в матрице с 16-32 до 8, тем самым упростить стадии настройки и считывания результатов;
3) однозначно трактовать результаты анализа путем сопоставления со стандартными диаграммами без сложных математических расчетов полученных диаграмм для тестируемых образцов (программное обеспечение Word 97).

Формула изобретения

Способ экспертизы кофе, включающий создание матрицы сенсоров для определения основных компонентов кофейного аромата, состоящей из модифицированных сорбентами электродов пьезокварцевых резонаторов, ввод равновесной газовой фазы анализируемой пробы кофе в ячейку детектирования, регистрацию аналитического сигнала, отличающийся тем, что матрицу формируют из 8 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов массой 10-20 мкг, регистрацию аналитических сигналов пьезосенсоров производят последовательно в соответствии с индивидуальными кинетическими параметрами взаимодействия основных компонентов кофейного аромата с 4-аминоантипирином, полиэтиленгликолем марки ПЭГ-2000, поливинилпирролидоном, динонилфталатом, лукоойлом, Тритоном Х-100, прополисом, полистиролом.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 26.01.2004

Извещение опубликовано: 20.09.2005 БИ: 26/2005