🍎 Analiza mleka i płynnych przetworów mlecznych spektrometrią w średniej podczerwieni (MIR/FTIR)

Chemia żywności PN-ISO 9622

Przegląd

Analiza mleka w średniej podczerwieni to podstawa masowej oceny surowca w mleczarniach i laboratoriach oceny użytkowości mlecznej: jeden pomiar trwa kilkadziesiąt sekund i daje naraz kilka parametrów składu. PN-ISO 9622:2015-09 wprowadza identycznie (IDT) normę międzynarodową ISO 9622:2013, opracowaną wspólnie z Międzynarodową Federacją Mleczarską jako ISO 9622|IDF 141. Norma nie jest przepisem na jedno oznaczenie — to zbiór WYTYCZNYCH do ilościowego oznaczania składu mleka i płynnych przetworów mlecznych (mleko surowe, mleko przetworzone, śmietanka, serwatka) pomiarem absorpcji promieniowania w zakresie średniej podczerwieni.

Sedno jej stosowania: to metoda instrumentalna WTÓRNA. Norma sama mówi, że dane widmowe przekształca się w oszacowania stężeń składników przez modele kalibracyjne zbudowane na próbkach reprezentatywnych dla badanej populacji. Wytyczne ICAR dla laboratoriów oceny mleka nazywają rzecz wprost: „metody odniesienia" to metody używane do kalibracji metod rutynowych i powinny to być metody znormalizowane międzynarodowo (ISO, IDF, AOAC). Dla tłuszczu metodą odniesienia jest grawimetria Röse-Gottlieba (ISO 1211 | IDF 1), dla białka ogólnego miareczkowanie po mineralizacji Kjeldahla (ISO 8968 | IDF 20, części 1 i 3), dla laktozy HPLC (ISO 22662 | IDF 198); jako wtórne metody odniesienia dopuszcza się m.in. butyrometrię Gerbera (ISO 19662 | IDF 238) dla tłuszczu, metodę enzymatyczną (ISO 5765 | IDF 79) i różnicową pH-metryczną (ISO 26462 | IDF 214) dla laktozy. Sama spektrometria MIR figuruje u ICAR w tabeli metod rutynowych znormalizowanych — z odesłaniem do ISO 9622 | IDF 141 i AOAC 972.16.

Uwaga na wydania i na tytuł. Wydanie obowiązujące, PN-ISO 9622:2015-09 (wprowadza ISO 9622:2013), nosi tytuł „Mleko i płynne przetwory mleczne — Wytyczne do stosowania spektrometrii w zakresie średniej podczerwieni" i obejmuje szeroki zakres parametrów oraz matryc. Tytuł mówiący o oznaczaniu tłuszczu mlecznego, białka i laktozy należy do wydania POPRZEDNIEGO — PN-ISO 9622:2006 (wprowadzało ISO 9622:1999, zakres: analizatory do oznaczania tłuszczu, białka i laktozy w mleku z gospodarstw), które zostało wycofane 24.09.2015 i zastąpione wydaniem z 2015 r. Karta katalogowa PKN dla PN-ISO 9622:2015-09 nie ma pól „Data wycofania" ani „Zastąpiona przez" — to wydanie aktualne (33 strony w wydaniu 2006, 20 stron w 2015; OT: KT 35 Mleka i Przetworów Mlecznych).

Czego ten opis nie zawiera: pełnego tekstu normy nie widzieliśmy. Zakres, zasadę, budowę przyrządu oraz czynniki wpływające na pomiar (rozdziały 1–6) podajemy za jawnym podglądem ISO 9622:2013 obejmującym strony 1–5; rozdziałów o kalibracji, samym oznaczaniu, kontroli stabilności i precyzji (7–12) podgląd nie obejmuje — wartości graniczne powtarzalności, nachylenia i biasu podane niżej pochodzą z wytycznych ICAR, które część z nich wprost wywodzi z ISO 9622 | IDF 141, a część oznacza jako orientacyjne wobec braku wartości w normach. Długości fal analitycznych, budowy modeli kalibracyjnych ani granic oznaczalności dla konkretnego analizatora nie zgadujemy — bierze się je z tekstu normy i z dokumentacji producenta.

Zasada metody

Po wstępnej obróbce i — jeżeli jest wymagana — homogenizacji próbkę mierzy się spektrometrem podczerwieni, który rejestruje ilość promieniowania pochłoniętego w trybie transmisyjnym przy określonych długościach fali w zakresie średniej podczerwieni. Dane widmowe przelicza się na oszacowania stężeń składników albo innych parametrów fizykochemicznych za pomocą modeli kalibracyjnych opracowanych na próbkach reprezentatywnych dla badanej populacji; dla niektórych parametrów (np. odpowiednika punktu zamarzania) do modelu wprowadza się dodatkowo sygnały z innych czujników przyrządu. Sygnał przy odpowiednich długościach fali uzyskuje się albo z interferogramu poddanego transformacie Fouriera (FTIR), albo za pomocą filtrów optycznych; przyrządy i modele kalibracyjne różnią się liczbą długości fali używanych do oszacowania danego parametru. Norma wyróżnia kalibrację widmową (model łączący sygnały absorbancji z wielu, powyżej dwóch, długości fali lub sygnały z innych czujników, optymalizowany matematycznie) oraz kalibrację nachylenia i przesunięcia (współczynniki prostej regresji odczytów przyrządu względem wyników metod odniesienia). Przy klasycznych kalibracjach opartych na absorbancji przy ustalonych długościach fali (modele MLR) konieczne jest stosowanie interkorekcji, które kompensują wpływ zmian stężenia pozostałych składników — współczynniki interkorekcji są właściwe dla każdej długości fali i każdego typu przyrządu.

Zastosowania

• Ocena składu mleka surowego przy skupie i rozliczaniu dostawców
• Ocena użytkowości mlecznej krów (ICAR) — oznaczanie tłuszczu, białka, laktozy i mocznika metodą MIR jako metodą rutynową
• Kontrola składu mleka przetworzonego, śmietanki i serwatki w zakładzie mleczarskim
• Analiza mleka innych gatunków (koza, owca, bawół) i pochodzących z niego płynnych przetworów — pod warunkiem osobnej kalibracji i procedur kontrolnych dla każdego zastosowania
• Wewnętrzna kontrola jakości analizatorów: powtarzalność, stabilność zera, liniowość, przeniesienie próbki, sprawność homogenizatora

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-ISO 9622:2015-09

Tytuł (PL)

Mleko i płynne przetwory mleczne — Wytyczne do stosowania spektrometrii w zakresie średniej podczerwieni

Title (EN)

Milk and liquid milk products — Guidelines for the application of mid-infrared spectrometry

Procedura krok po kroku

1. Przygotowanie przyrządu

   Uruchom analizator zgodnie z instrukcją producenta. Sprawdź stan osuszacza komory optycznej — żel krzemionkowy wymień, zanim zacznie zmieniać barwę.

2. Kontrola powtarzalności

   Zbadaj jednorodną, reprezentatywną próbkę co najmniej 12 razy pod rząd; pierwsze dwa wyniki odrzuć, żeby wyeliminować wpływ przeniesienia. Obliczona powtarzalność ma mieścić się w granicach właściwych dla parametru i matrycy. Wg ICAR ocenę powtarzalności wykonuje się przy rozruchu każdego przyrządu na 10 powtórzeniach jednej próbki kontrolnej.

3. Kontrola zera

   Analizuj okresowo próbkę zerową (woda albo roztwór zerowy). Dryf ma być mały i losowy co do znaku, tak by dryf skumulowany był znikomy; pomocny jest wykres dryfu w czasie. W przyrządach z fabrycznym autozerowaniem przeglądaj automatyczne korekty.

4. Sprawdzenie homogenizatora

   Wykonaj dwie kolejne analizy: mleka pełnego niehomogenizowanego i tej samej próbki po przejściu przez homogenizator przyrządu. Różnica między pięcioma powtórzeniami odczytu tłuszczu nie może przekroczyć 0,04 % dla mleka o zawartości tłuszczu 4,0 %. Uwaga: przyrząd z całkowicie niesprawnym homogenizatorem daje bardzo małą różnicę — wynik testu bywa mylący.

5. Sprawdzenie liniowości

   Przygotuj co najmniej 10 roztworów o znanym stężeniu pokrywających typowy zakres składnika (rozcieńczenia seryjne od roztworu podstawowego). Każdą próbkę zbadaj w trzech powtórzeniach, uśrednij, wyznacz regresję liniową y = bx + a, policz reszty i sporządź ich wykres względem wartości oczekiwanych. Wskaźnik krzywizny r ma być mniejszy niż 2 %.

6. Sprawdzenie przeniesienia próbki

   Zbadaj 20 kolejnych próbek wody i mleka pełnego w sekwencji: woda, woda, mleko, mleko, woda, woda… Oblicz przeniesienie woda→mleko (Ew) i mleko→woda (EM); obie wartości muszą być mniejsze niż ±1 %. Dla oceny całego układu (z podajnikiem) próbki podaje się z 20 osobnych naczynek, dla samego układu przepływowego — ręcznie, wycierając pipetę między cyklami.

7. Kalibracja przyrządu

   Zbuduj albo sprawdź model kalibracyjny na próbkach reprezentatywnych dla badanej populacji, z wartościami odniesienia uzyskanymi metodami znormalizowanymi (tłuszcz — ISO 1211 | IDF 1, białko — ISO 8968 | IDF 20, laktoza — ISO 22662 | IDF 198). Przy modelach MLR ustaw interkorekcje kompensujące wpływ pozostałych składników. Szczegółowy tryb kalibracji, sprawdzania nachylenia i przesunięcia podaje rozdział 7 normy — trzeba go przeczytać w oryginale.

8. Pomiar próbek

   Próbki przygotuj i doprowadź do stanu wymaganego przez producenta przyrządu, po czym podawaj do układu przepływowego. Zastosowanie ogranicza się do produktów o mniejszej lepkości, dających się przepompować przez układ, i analitów niepowodujących wysycenia optycznego.

9. Bieżąca kontrola stabilności

   W toku pracy analizuj próbki kontrolne (pilotowe) do oceny stabilności dobowej i krótkookresowej; wg zaleceń ICAR częstość to ok. 3 razy na godzinę dla stabilności krótkookresowej i 4 razy dziennie dla zerowania, a nachylenie i bias sprawdza się odpowiednio miesięcznie i tygodniowo.

10. Reakcja na przekroczenia i sprawozdanie

    Przy przekroczeniu granic kontrolnych ponownie wyreguluj nastawy przyrządu (rozdz. 10.5 normy) przed dalszymi pomiarami. W sprawozdaniu podaj metodę wraz z powołaniem PN-ISO 9622:2015-09 i informacją, że wynik pochodzi z metody instrumentalnej kalibrowanej metodami odniesienia.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Mleko surowe jest materiałem potencjalnie zakaźnym (m.in. drobnoustroje chorobotwórcze) — pracować w rękawicach, nie pipetować ustami, myć ręce po pracy.
• Próbki mleka bywają utrwalane środkami konserwującymi — przed pracą sprawdzić kartę charakterystyki użytego konserwantu i stosować się do niej.
• Analizator zawiera źródło promieniowania podczerwonego i elementy pod napięciem — nie otwierać komory optycznej w czasie pracy, serwis zlecać producentowi.
• Homogenizator pracuje pod wysokim ciśnieniem — nie rozszczelniać układu przepływowego przy pracującym przyrządzie.
• Odpady po analizie (mleko, woda popłuczna) zbierać zgodnie z zakładową procedurą gospodarki odpadami; nie wylewać do zlewu roztworów z dodatkiem konserwantów.

Najczęstsze pytania