Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 12
1.1 Характеристика современных сортов семян льна
1.2 Современные методы оценки качества и идентификации масличных семян 15
1.2.1 Характеристика методов определения масличности и влажности семян 15
1.2.2 Характеристика метода определения жирнокислотного состава масла семян с применением газожидкостной хроматографии 22
1.2.3 Характеристика рефрактометрического метода определения характерных непредельных жирных кислот в масле семян 29
2 Теоретические основы метода ядерного магнитного резонанса 35
3 Методическая часть 49
3.1 Характеристика анализаторов для технической реализации метода ЯМР 49
3.2 Методика обработки экспериментальных сигналов спинового эха 57
3.2.1 Моделирование задачи разделения компонент 62
3.2.2 Исследование влияния уровня шума на точность расчета релаксационных характеристик экспоненциальных компонент 64
4 Экспериментальная часть 80
4.1 Характеристика объектов исследования 80
4.2 Исследование ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла семян льна 81
4.3 Разработка способа определения массовой доли линоленовой кислоты в масле семян льна 93
4.3.1 Исследование ЯМР-характеристик протонов масла семян льна с различной массовой долей линоленовой кислоты
4.3.2 Исследование влияния объема анализируемой пробы на результаты определения массовой доли линоленовой кислоты в семенах льна 104
4.3.3 Исследование влияния температуры на результаты определения массовой доли линоленовой кислоты 109
4.3.4 Исследование влияния масличности на результаты определения массовой доли линоленовой кислоты 110
4.3.5 Исследование влияния влажности семян льна на результаты определения массовой доли линоленовой кислоты 114
4.3.6 Оценка погрешностей определения массовой доли линоленовой кислоты в семенах льна методом ЯМ-релаксации 116
4.4 Влияние массовой доли линоленовой кислоты на результаты определения масличности семян льна 117
4.5 Разработка способа идентификации семян льна 121
Выводы 126
Список использованной литературы
- Современные методы оценки качества и идентификации масличных семян
- Методика обработки экспериментальных сигналов спинового эха
- Исследование ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла семян льна
- Исследование влияния температуры на результаты определения массовой доли линоленовой кислоты
Введение к работе
Ведущее место среди отраслей, перерабатывающих растительное сырье по объемам его переработки, многообразию и особенностям получаемой продукции занимает масложировая промышленность.
Значительная часть этого объема представлена растительными маслами, среди которых особое место занимает льняное масло, обладающее рядом уникальных физиологических свойств, благодаря высокому содержанию полиненасыщенной жирной кислоты - линоленовой кислоты.
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 льняных, 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 сырье и продукцию а также подтверждать соответствие требованиям нормативных документов.
Учитывая существующее многообразие сортов и селекционных образцов семян льна, в том числе и импортной селекции, отличающихся по массовой доле масла в семенах, жирнокислотному составу триацилглицеринов (ТАГ) и другим показателям, способ идентификации позволяет обеспечить выявление и подтверждение подлинности конкретного вида сырья, а также его соответствие установленным требованиям. В результате такой экспертизы возможно предупреждение фальсификации масличного сырья, подтверждение его качества и использование по назначению.
Для решения этих вопросов необходимы оперативные методы оценки качества и идентификации семян льна, обеспечивающие достаточную точность, максимальную сопоставимость и воспроизводимость результатов.
Одним из важнейших показателей качества семян льна и льняного масла в настоящее время считается массовая доля линоленовой кислоты, существенно повышающей потребительские свойства масла.
Ранее показатель жирнокислотного состава масла в семенах не принимался во внимание, как в процессе селекции семян льна, так и в процессе технологической переработки семян этой культуры и лишь только после разработки специальных методик оценки селекционного материала на основе метода газожидкостной хроматографии, стало возможным вести селекцию на качество масла.
Этот показатель впервые был изучен при создании высокоолеинового сорта подсолнечника Первенец, селекция которого осуществлялась по качеству масла. Массовая доля олеиновой кислоты в масле семян этого сорта достигала 70-75% по сравнению с 25-35% в масле семян рядового подсолнечника.
В настоящее время в южных регионах России успешно наращивается производство высоколиноленовых сортов льна, массовая доля линоленовой кислоты в масле которых составляет от 50 до 80%.
Появление на рынке семян льна более ценных и дорогих высоколиноленовых сортов остро поставило вопрос о необходимости разработки экспрессных способов их идентификации и определении массовой доли линоленовой 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 семена льна, может служить гарантией их надежности и достоверности качества.
Особенно важно в качестве критерия идентификации семян льна 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 льняного 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 масличного сырья, такого, как подсолнечник.
Однако, рассматриваемая проблема для семян льна не нашла достаточно полного отражения в этих работах.
Таким образом, разработка способов оценки качества и идентификации семян льна современной селекции является актуальной и своевременной.
Основная цель диссертационной работы - разработка способов оценки качества и идентификации семян льна методом ядерно-магнитной релаксации 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 линоленовои
кислоты в семенах льна;
- исследование температурной зависимости амплитуд сигналов ЯМР и
значений времен спин-спиновой релаксации протонов масла семян льна
отдельных компонент многофазной спиновой системы;
- исследование влияния массовой доли линоленовои кислоты на
релаксационные характеристики протонов масла в семенах льна;
- исследование влияния объема и температуры анализируемой пробы
семян льна на результаты определения массовой доли линоленовои кислоты;
- исследование влияния масличности и влажности семян льна на
результаты определения массовой доли линоленовои кислоты;
разработка экспрессного способа определения массовой доли линоленовои кислоты в масле семян льна;
исследование влияния массовой доли линоленовои кислоты на результаты определения масличности семян льна;
разработка экспрессного способа идентификации семян высоколиноленовых сортов льна;
оценка характеристик разработанных способов идентификации и оценки качества семян льна на основе метода ядерно-магнитного резонанса;
оценка экономической эффективности от внедрения разработанных способов оценки качества и идентификации семян льна.
Научная новизна: Теоретически и экспериментально обоснована возможность и эффективность применения метода ядерно-магнитной релаксации для разработки способов оценки качества и идентификации семян льна. Установлено, что амплитуды сигналов ЯМР первой (Ai) и второй (Аг) компонент протонов масла в семенах льна зависят от массовой доли линоленовои кислоты в диапазоне температур от 5 до 40С, а амплитуда сигналов ЯМР третьей (Аз) компоненты протонов масла в диапазоне температур от 5 до 15С практически не зависит от массовой доли линоленовои кислоты в масле семян льна.
Выявлено, что с увеличением массовой доли линоленовои кислоты в масле семян льна амплитуда первой компоненты (АО — увеличивается, а амплитуда второй компоненты протонов масла (А2) снижается, что, по-видимому, можно объяснить особенностями молекул ТАГ льняного масла, находящихся в масле в различном структурном состоянии: для первой компоненты — в виде индивидуальных молекул; для второй компоненты - в виде ассоциатов молекул ТАГ более низких порядков в результате межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия.
Установлено, что время спин-спиновой релаксации первой (T2J) и второй (Т22) компонент протонов масла с увеличением массовой доли линоленовои кислоты в масле семян увеличиваются в исследуемом интервале температур, что, по-видимому, обусловлено повышением подвижности, как ассоциатов ТАГ низких порядков, так и индивидуальных молекул ТАГ, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты (Т2з) не зависит от массовой доли линоленовои кислоты в масле семян льна.
Установлено, что влияние массовой доли линоленовои кислоты в масле семян льна наиболее значимо для средневзвешенного значения времени спин-спиновой релаксации (Т2Св).
Установлено, что наиболее значимое влияние массовой доли линоленовои кислоты в масле семян льна на величину аналитического параметра - средневзвешенного значения времени спин-спиновой релаксации (Т2св) проявляется при температуре 25С.
Экспериментально обоснован выбор средневзвешенного значения времени спин-спиновой релаксации протонов (Т2св) масла семян в качестве аналитического параметра для идентификации высоколиноленовых семян льна.
На основе экспериментальных данных получено уравнение температурной зависимости аналитического параметра Т2св для семян льна с различной массовой долей линоленовои кислоты в масле, что позволило разработать способ идентификации высоколиноленовых семян льна в диапазоне температур от 5 до 40С.
Практическая значимость. Разработан экспресс-способ определения массовой доли линоленовои кислоты в диапазоне концентраций от 10 до 80% в масле семян льна, характеризующийся экологической чистотой и
позволяющий исключить разрушение семян льна, а также исключить применение токсичных химических реактивов.
На основании выявленных зависимостей времен спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компонент масла семян льна от массовой доли линоленовой кислоты в масле разработан способ коррекции определения масличности семян льна методом ядерной магнитной релаксации при анализе семян высоколиноленовых сортов и селекционных образцов семян.
Разработан экспресс-способ идентификации высоколиноленовых семян льна в диапазоне температур от 5 до 40С, позволяющий значительно сократить время идентификации, а также исключить применение токсичных химических реактивов.
Разработанные способы оценки качества и идентификации семян льна на основе метода ядерно-магнитной релаксации внедрены на малых предприятиях, перерабатывающих семена льна, а также нашли широкое применение при проведении селекционных работ во Всероссийском научно-исследовательском институте масличных культур имени B.C. Пустовойта Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии, г. Краснодар).
Экономический эффект от внедрения разработанных способов в 2005 г. составит более 1,5 млн. руб.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:
- результаты исследования ядерно-магнитных релаксационных
характеристик протонов масла семян льна;
- выявленные зависимости влияния массовой доли линоленовой
кислоты на релаксационные характеристики протонов масла семян льна;
выявленные зависимости влияния объема анализируемой пробы семян льна на результаты определения массовой доли линоленовои кислоты;
выявленные закономерности влияния температуры анализируемого образца на результаты определения массовой доли линоленовои кислоты;
данные по влиянию масли чности семян льна на результаты определения массовой доли линоленовои кислоты;
данные по влиянию влажности семян льна на результаты определения массовой доли линоленовои кислоты;
разработанный способ определения массовой доли линоленовои кислоты;
выявленные зависимости влияния массовой доли линоленовои кислоты на результаты определения масличности семян льна;
разработанный способ идентификации высоколиноленовых семян льна.
Современные методы оценки качества и идентификации масличных семян
В начале 20-х годов селекцию масличных семян на высокую продуктивность ограничивало отсутствие высокопроизводительной методики определения масличности семян. Экстракционный метод Сокслета, который использовали для этих целей, позволял за сезон выполнять всего несколько сот анализов.
В 1924 г. на селекционно-опытной станции "Круглик" (г. Краснодар) СВ. Рушковский разработал способ определения масличности семян, позволяющий в массовых масштабах оценивать селекционный материал /14/. По этому способу количество масла определяют по разности в массе измельченных семян, помещенных в пакетик из фильтровальной бумаги, до и после обезжиривания, что позволяет в экстракторе обезжиривать одновременно не одну, как по Сокслету, а 10-12 навесок семян (при объеме экстрактора 1,0 см3).
Кроме этого, предварительное обезжиривание навесок семян настаиванием в растворителе сокращает время обезжиривания в экстракторе до 3-4 ч вместо 22-24 ч.
Таким образом, метод СВ. Рушковского, являющийся производительнее метода Сокслета в 25-30 раз, позволил вести селекцию на высокую масличность значительно эффективнее, чем прежде.
С помощью этого метода были выведены самые высокомасличные и продуктивные в мире сорта льна: ВНИИМК 620, ВНИИМК 622, Успех и др.
К 1968 г, методом СВ. Рушковского ежегодно за сезон (7 месяцев) в отделе биохимии ВНИИМК выполняли до 60 тыс. анализов, из которых 25-30% приходилось на семена льна.
Однако, метод СВ. Рушковского, позволяя проводить массовые серийные анализы, не отличался быстротой их выполнения, а также был связан с необходимостью применения огнеопасных и вредных для здоровья растворителей.
Со временем объем выполняемых анализов и их точность также перестали удовлетворять селекционеров.
Учитывая это, с новой остротой встала проблема сокращения времени проведения анализов с одновременным повышением их точности, снижением себестоимости и улучшением санитарно - гигиенических условий работы.
Указанную проблему успешно решили во ВНИИМК путем использования явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР) /20/. С помощью метода ЯМР осуществляют экспресс-анализ масличности и влажности образца семян подсолнечника и других культур за 1-2 мин, при этом семена не разрушаются и остаются пригодными для других анализов и посева. При наличии небольшого количества семян и необходимости их сохранения для размножения метод ЯМР является единственно приемлемым.
В нашей стране и за рубежом в последние годы все более широкое применение находят методы количественного анализа, основанные на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР) /15-17/.
Достоинства метода ЯМР такие, как экспрессность, высокая точность, неразрушающий характер анализа позволили эффективно использовать их в пищевой промышленности и сельском хозяйстве для определения масличности и влажности семян масличных культур и продуктов их переработки /8-12,18,19/.
Успехи, которые имели место в развитии электроники за последние годы, позволили значительно повысить точность и упростить аппаратурную реализацию этих методов, повысить надежность разрабатываемых приборов и автоматизировать процесс измерения.
Впервые на возможность использования явления ЯМР для определения масличности семян масличных растений указали Конвей и Смит в 1962 году. Предложенный ими метод был основан на определении общего содержания водорода в образцах абсолютно сухих семян по интегральной интенсивности сигналов ЯМР, полученных с помощью ЯМР-спектрометра широких линий от протонов.
Подобный подход - предварительное высушивание образцов и последующий анализ методами ЯМР характерен для большинства опубликованных работ /55-57/.
Исследования различных авторов показали, что зависимость интегральной интенсивности амплитуды сигналов ЯМР от концентрации масла линейна в диапазоне от 2 до 60% и нелинейна при содержании масла менее 2%. Коэффициент корреляции колеблется в зависимости от исследуемого материала и методики измерения от 0,96 до 0,995 /57/.
Существенным недостатком предлагаемой методики является необходимость предварительного высушивания образцов, а попытки разработки различных методов коррекции показаний ЯМР - анализаторов на переменную влажность существенно снижали точность результатов анализа.
Импульсные методы ЯМР являются гораздо более перспективными для решения задач количественного анализа. В качестве информативных параметров для них возможно использование амплитуды сигнала свободной прецессии и сигналов спинового эха, времен спин-спиновой (7 и спин-решеточной (Т\) релаксации протонов/14-17/.
Методика обработки экспериментальных сигналов спинового эха
Метод ядерной магнитной релаксации основанный на измерении времен спин-спиновой Т2 и спин-решеточной Т\ релаксации в качестве экспериментально регистрируемого сигнала использует сигнал спада макроскопической намагниченности спиновой системы М, имеющий экспоненциальный характер М = М0 ехр
Графическое изображение указанного сигнала является релаксационной кривой — огибающей сигналов спинового эха /20/. Описание релаксационной кривой в простейших случаях не представляет никакой трудности. Это можно сделать, например, методом наименьших квадратов по стандартным программам.
В сложных биологических системах, к которым относятся и семена масличных культур, обычно реализуется сложная, многоэкспоненциальная релаксация. О наличии сложной спин-спиновой релаксации в различных биологических объектах отмечалось и ранее. В работе /62/ упоминалось о многоэкспоненциальной релаксации в различных биополимерных системах. Например, для агарозного геля, подвергнутого циклам замораживания и оттаивания, наблюдались три компоненты с различными временами спин-спиновой релаксации Т2, а также мышцы телёнка (3 компоненты) и волокна сои (3 компонены).
В работе /63/ предположили о наличии трёх фракций воды в мышце лягушки. Авторами проводились измерения времён спин-спиновой релаксации Т2 в поперечно-полосатой мышце лягушки. В результаты этих исследований они делают вывод о существовании трех фракции воды: первая (приблизительно 20%) - строго связанная с протеином, которая не замораживается; вторая (приблизительно 15%) - вода во внеклеточных пространствах и третья (приблизительно 65%) - в миофибриллах и образующем мышечную ткань ретикулюме. Также сложная релаксация в мышцах рыб, свиньи, лягушки и человека и в других объектах исследования нашла подтверждение в работах других авторов /64-73/. Многофазная релаксация протонов воды было обнаружена и в гидратированных ионитах /74-77/.
Сложную релаксацию в гетерогенных системах можно описать с точки зрения стохастической теории быстрого и медленного обмена Циммермана и Бриттена /78/.
Авторами указанной работы /78/ было выведено два выражения асимптотического типа: A(t) = A(0)exp (18) где: 1 " P. 7— (19) 12CB i=U2( относится к быстрому обмену, т. е. к случаю, когда величина, обратная продолжительности жизни, или скорость обмена протонов в любой из групп, очень велика по сравнению со временем её релаксации в этой группе, При этом наблюдается однофазная релаксация, а скорость релаксации является средневзвешенной величиной Т2св- В подобных случаях огибающая сигналов спинового эха A(t) описывается одной экспонентой. Такой характер релаксации был получен для дистиллированной воды и химически чистого глицерина.
Для медленного обмена, когда скорости обмена малы по сравнению со временами релаксации, предложено уравнение: ( t ї A(t) A(0)JjPiexp\- — , (20) Для описания многофазных сигналов спинового эха используется функция в виде суммы п числа экспонент и постоянной составляющей [69]: ( t Л Ж = І4 -— +с, (21) w V lr, ) где f(t)- значение амплитуды сигнала спинового эха в момент времени t; As - амплитуда /-ой экспоненциальной составляющей соответствующей і - ой компоненте; і = {1, п) - номер экспоненциальной компоненты; Т-іі - время спин-спиновой релаксации / - ой экспоненты; С - постоянная составляющая.
Как видно из уравнения (21), нахождение неизвестных значений Ah Т2г, С в общем случае это задача нелинейной регрессии.
Одним из наиболее общим методом оценки параметров моделей (как линейных, так и нелинейных) является метод максимального правдоподобия /79,80/.
Согласно этому методу оценки неизвестные параметры моделей находятся из условия максимизации функции правдоподобия, что сводится к решению задачи минимизации функции представляющей собой сумму квадратов отклонений экспериментальных значений функции от значений, найденных по модели. Этот метод называют методом наименьших квадратов /80/.
При решении задач с использованием нелинейной регрессии в настоящее время применяются различные методы оптимизации /80-82/.. Метод нулевого порядка использует только функцию разности квадратов отклонений экспериментальных значений и модельных значений. Метод первого порядка вместе со значением функции использует её первые производные. В методах второго порядка, наряду с информацией, необходимой для методов первых двух типов, необходимо знать матрицу вторых производных /80/.
Как показывает практика, методы нулевого порядка при оценке таких сложных нелинейных моделей, которые наблюдаются в экспериментах при использовании ядерного магнитного резонанса, малоэффективны, а в некоторых случаях вообще расходятся. Методы второго порядка, в свою очередь, довольно сложны и громоздки. Поэтому были использованы методы первого порядка.
Был рассмотрен наиболее подходящий для решения аналогичных задач метод первого порядка - метод Левенберга-Марквардта /83-85/, который даёт хорошие результаты для функций, имеющих глубокие овраги и имеет хорошую сходимость. Однако, данный метод для решения задач экспоненциального анализа требует выбора начальных значений поиска решений. При этом, если они сильно отличаются от истинного решения, поиск в большинстве случаев приводит к локальному минимуму и значения искомых параметров сильно отличаются от параметров соответствующих глобальному минимуму /86/.
Исследование ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла семян льна
Для исследования ядерно-магнитных релаксационных характеристик образцы семян отбирали по объему 25 см , термостатировали в течение 2 ч и анализировали в диапазоне температуры семян от 5 до 40С.
Точность поддержания температуры в термостате ±0,1 С. На рисунке 4.1 приведена огибающая сигналов спинового эха протонов семян льна в логарифмическом виде при температуре 25С. Для описания процесса релаксации в семенах льна было использовано уравнение; /(і) = ±АіЄхр(-ф] + С (21)
Указанное уравнение было использовано нами, учитывая тот факт, что огибающая сигналов спинового эха протонов масла в логарифмическом масштабе имеет явно выраженный нелинейный характер, т.е. она является суперпозицией нескольких экспонент, а процесс релаксации - многофазным.
Огибающая сигналов спинового эха протонов масла семян льна в логарифмическом масштабе при температуре 25С: 1 - для реальной многокомпонентной системы (масличность 49,8%; массовая доля влаги 5,5%; массовая доля линоленовой кислоты 58,6%); 2 - для однокомпонентной системы
Для анализа данных в экспериментах импульсного ЯМР был использован разработанный во ВНИИ масличных культур метод обработки сигналов ядерной магнитной релаксации.
Этот подход к анализу экспериментальных данных, полученных методом ЯМ-релаксации, позволяет с большой достоверностью описать сигналы спиновых эха и связать параметры полученной модели с рядом параметров, характеризующих химический состав исследуемых объектов /90-92/.
При нахождении ядерно-магнитных релаксационных характеристик протонов масла анализируемых семян льна использовали программы /1,61/.
Минимальные значения суммы квадратов разности между экспериментальными и модельными данными при температуре образцов 5С и 15 С были получены для трехэкспоненциальной функции, а для температур 25С и 40С минимум соответствовал двухэкспоненциальной функции. Можно предположить, что для всех исследуемых образцов семян льна протоны масла образуют две или три (в зависимости от температуры) компоненты с различными временами T2i.
Диапазоны значений времен спин-спиновой релаксации и амплитуд сигналов ЯМР отдельных экспоненциальных компонент протонов масла семян льна при различных температурах приведены в таблице 4.1, а также на рисунках 4.2-4.9.
Из данных таблицы 4.1 видно, что время спин-спиновой релаксации протонов первой и второй компоненты увеличиваются с повышением температуры, а время спин-спиновой релаксации протонов третьей компоненты постоянно в диапазоне температур от 5 до 15 С.
Следует отметить, что при температуре выше 15С наблюдаются сигналы ЯМР протонов только первой и второй компоненты.
Следует отметить, что значения времен спин-спиновой релаксации первой и второй компонент при 40С значительно выше, чем их значения при температурах 5С, 15Си25С.
Величина амплитуды третьей компоненты при температурах 5 С и 15 С изменяется - снижается незначительно, значение амплитуды первой компоненты увеличивается с ростом температуры от 5С до 40С, а значение амплитуды второй компоненты существенно снижается при температуре 40 С по сравнению с этими показателями при температурах 5, 15 и 25С.
Многокомпонентный характер огибающей сигналов спинового эха протонов масла семян льна можно объяснить, по-видимому, тем, что ТАГ могут находится в льняном масле 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. Последние с повышением температуры разрушаются, поскольку усиливающее тепловое движение молекул подавляет тенденцию образования таких сложных структур.
Способность различных ТАГ находиться в различном структурном состоянии при одинаковой температуре различна и определяется жирнокислотным составом последних /1/.
Наличие указанных структур подтверждают релаксационные характеристики, приведённые в таблице 4.1 и на рисунках 4.2-4.9.
Из приведенных данных видно, что при температуре выше 15С наблюдается только две компоненты. Это связано с тем, что большая часть ассоциатов молекул ТАГ при этой температуре разрушается.
Исследование влияния температуры на результаты определения массовой доли линоленовой кислоты
В настоящее время наиболее используемым является способ идентификации на основе метода газожидкостной хроматографии /28,29/.
Данный способ включает отбор анализируемой пробы семян льна, извлечение из нее масла, получение метиловых эфиров жирных кислот и их разделение в хроматографической колонке.
Количественный расчет массовой доли жирных кислот (в том числе и олеиновой) проводят по соотношению площадей пиков на хроматограмме.
Данный способ обладает определенными недостатками: длительная и достаточно сложная пробоподготовка, необходимость извлечения масла из семян и применение токсичных химических реактивов.
Поэтому возникает необходимость разработки способа идентификации семян льна на принадлежность к высоколинолеовым сортам с помощью аппаратурных средств на основе аналитических параметров, полученных методом ЯМ-релаксации, упрощающих идентификацию, сокращающих ее время и исключающих: разрушение семян, применение токсичных химических реактивов, длительную пробоподготовку и анализ,.
На основе экспериментальных данных, полученных при исследовании ЯМ-релаксационных характеристик протонов масла в семенах льна при различных температурах можно выделить область в значениях времен спин-спиновой релаксации Т2св, которая характеризует высоколинолевые сорта семян льна (массовая доля линоленовой кислоты 50-80%).
Так как высоколиноленовыми считаются семена льна, в масле которых массовая доля линоленовой кислоты превышает 50%, на основании зависимостей, приведенных на рисунке 4.24, были сформулированы условия для идентификации высоколиноленовых семян льна: Т2Св (Т2СвЬ% = 2,5 + 37,5, (27) где (Т2св)э0% - время спин-спиновой релаксации протонов масла в семенах льна с массовой долей линоленовой кислоты 50%; t - температура, С
На основании полученных результатов была разработана методика идентификации семян льна методом ЯМ-релаксации, которая включает два этапа.
На первом проводят вычисление параметров уравнения для условия идентификации семян льна по содержанию линоленовой кислоты. Для этого отбирают не менее 5 проб семян льна с массовой долей в масле семян линоленовой кислоты 50+2%, определенной стандартным методом. Каждую пробу семян льна анализируют на импульсном ЯМР-анализаторе в диапазоне температур от 5 до 40С через каждые 5 С. Точность поддержания температуры ±0,1С.
Анализируемые пробы семян выдерживаются при температуре измерения в течении 2 ч. При заданной температуре для каждой пробы измеряют времена спин-спиновой релаксации Т2І протонов масла в семенах и находят средневзвешенное значение Т2св- По полученным данным методом наименьших квадратов определяют численные значения коэффициентов в уравнении.
На втором этапе осуществляют собственно процесс идентификации семян льна. Для идентификации семян льна методом ЯМ-релаксации отбирают пробу семян, измеряют ее температуру, опускают в датчик импульсного ЯМР-анализатора и измеряют ядерно-магнитные релаксационные характеристики протонов масла.
Идентификацию осуществляют по градуировочному уравнению с учетом температуры анализируемой пробы и вычисленному средневзвешенному значению времени спин - спиновой релаксации Тгсв В отличие от разработанного способа определения массовой доли линоленовой кислоты в масле семян льна, идентификация семян льна на основе данных метода ЯМ-релаксации может осуществляться в широком диапазоне температур от 5 до 40С, что имеет важное практическое значение для оперативной оценки качества семян льна при их приемке на предприятиях масложировой промышленности. В таблице 4.5 приведена сравнительная характеристика способов идентификации семян льна с применением газожидкостной хроматографии и на основе метода ЯМР.
Похожие диссертации на Разработка способов оценки качества и идентификации семян льна на основе метода ядерно-магнитной релаксации
