КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-26-00160
НазваниеИзучение возможности создания экспрессметодики определения аутентичности и качества молока, молочных продуктов c использованием метода ИК Фурье-спектроскопии.
Руководитель Вобликова Татьяна Владимировна, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" , Краснодарский край
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-301 - Технология пищевых продуктов
Ключевые слова Фальсификация; Молочные продукты; Качество пищевых продуктов; Спектроскопические методы
Код ГРНТИ65.09.03
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Требования безопасности пищевых продуктов и рост потребления молочных продуктов во всем мире привлекают большое внимание к потенциальным исследованиям в этих областях. Такие молочные продукты, как молоко, сыр, сухое молоко, сухая сыворотка, пользуются значительным спросом и поэтому подвержены фальсификации. Потенциально перспективным является применение методов инфракрасной спектроскопии не только для определения подлинности молочных продуктов, но и для определения их качества, состава молочных продуктов, помогая в вопросах производства сыра и его созревание, оценке исходного сырья для его производства. Производство и реализация некачественной фальсифицированной и контрафактной молочной продукции может наносить прямой ущерб здоровью населения. В запланированной к реализации работе рассмотрена возможность использования метода ИК Фурье-спектроскопии для идентификации, определения видовой аутентичности молочного сырья и его качественных характеристик. Применение многомерного анализа с использованием для получения исходных данных простых методов ИК-спектроскопии в сочетании с хемометрией позволит верно и разностороннее интерпретировать большой массив полученных данных в результате проведения исследований для комплексной оценки качества и аутентичности молока и молочных продуктов.
Инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR) - это метод быстрого метода биохимического "снятия отпечатков пальцев". Потенциально ее можно применить для получения результатов с той же точностью и чувствительностью, что и эталонные методы, за короткое время. Таким образом, целью данного исследования является изучение возможность использования ИК-ФУРЬЕ-спектроскопии с хемометрией для обнаружения и количественного прогнозирования коровьего молока в составе козьего и овечьего молоке.
В работе будет исследовано применение спектроскопии ближнего и среднего инфракрасного диапазонов для определения качества и подлинности молока в сравнении с более распространенными и трудоемкими методиками установления подлинности молока и молочных продуктов методом ВЭЖХ.
Данные будут импортированы в MATLAB, применены различные стратегии предварительной обработки. Все хемометрические анализы, включая предварительную обработку, PCA и частичный дискриминантный анализ методом наименьших квадратов (PLS-DA), будут выполнены с использованием собственных программ MATLAB.
На основании результатов выполненных исследований будет предложен простой метод применения ИК-спектроскопия в сочетании с хемометрией позволяющей обнаружить возможное присутствие коровьего молока в козьем, приемы которого возможно будет экстраполировать для оценки аутентичности молока различных видов животных и качественных характеристик исходного молочного сырья. Результаты полученные в ходе исследований дополнят имеющие сведения о применении инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием в пищевой промышленности и в сочетании полученных данных с хемометрией сформируют новые знания и понятия в оценке аутентичности молочного сырья и его качества.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе исследований получены и проанализированы инфракрасные спектры козьего и коровьего молока с преобразованием Фурье с точки зрения потенциала применения метода для аутентификации. Измерения проводились с использованием ИК -Фурье спектрометра ФСМ 2201. В период с ноября по декабрь 2024 для получения ИКспектров молока использовался ФТ-801 Фурье-спектрофотометр, с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения с верхним расположением образца и визуализацией объекта.
Полученные ИКспектры наблюдались на основе развития пиков в разных областях волновых чисел. В результате исследований выявлены специфические участки ИК-спектров, характеризующих особенности козьего и коровьего молока, полученного в разных регионах страны в разные периоды года. Выполнена оценка изменения структуры ИК спектров коровьего молока и сливок в зависимости от массовой доли жира, температурной обработки исходного сырья и сезона изготовления. Выявлены области волновых чисел характеризующих специфичность образцов. Установлены различия в спектрах коровьего молока и сливок, а также определена общность волновых чисел свойственных для рассматриваемых образцов. При оценки полученных спектров было выделено три основных информативных области волновых чисел. В результате исследований сформирована база ИК спектров состава бинарных смесей козьего и коровьего молока с известным количеством замены фальсифицированной части исследуемого образца.
География исследования образцов включает южные регионы (Ставропольский и Краснодарский края), северо-западную часть РФ, Вологодскую, Белгородскую, Владимирскую области. Козье молоко для проведения исследований получено на территории четырех различных регионов РФ, коровье – 5 регионов РФ и территории республики Беларусь.
Дополнительно к запланированному объему работ проведена оценка методами хемометрии набора данных ИК спектров бинарных смесей составленной из козьего и коровьего молока изготовленного в летний период с известным процентом фальсификации козьего молока коровьим. В исследовании использовали стандартный метод PLSR (частичная регрессия методом наименьших квадратов) на базе программного обеспечения – MATLAB.
Метод ИК фурье-спектроскопии при формировании достаточной базы данных может быть использован в качестве альтернативного метода для рутинного анализа при контроле подлинности происхождения молока и его аутентичности с использованием хемометрии, а также может обеспечить альтернативу традиционным аналитическим стратегиям, которые обычно основаны на химии во влажном состоянии для определения количества маркерного соединения.
Публикации
1. Вобликова Т. В., Лиханова И. А., Мануриков Я.Н. Определение волновых чисел характеризующих липидный профиль молока с применением Фурье-ИК-спектроскопии Журнала «Аграрный вестник Урала», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ. г. Екатеринбург , Том 24, № 12 (2024) (год публикации - 2024)
2. Вобликова Т. В., Дроздов А.Н. Аутентификация коровьего молока методом ИК Фурье-спектроскопии с акцентом на отдельные длины волн Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Пищевая технология» издается в Кубанском государственном технологическом университете, г. Краснодар , журнал "Известия высших учебных заведений. Пищевая технология" №5-6_2024 г. (год публикации - 2024)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В работе исследована возможность применения ИК-Фурье спектроскопии в сочетании с хемометрией для аутентификации и количественного определения пастеризованного козьего молока, смешанного с коровьим. Анализ козьего молока на фальсификацию имеет большое значение для обеспечения его качества, подлинности и защиты потребителей от мошенничества. Созданы модели, построенные на основе данных, полученных с помощью ИК-Фурье спектроскопии и с применением метода частичной регрессии наименьших квадратов. Разработанный метод применения ИК-спектроскопии в сочетании с хемометрией может быть применен для быстрого и недорогого неразрушающего контроля видовой принадлежности исходного молочного сырья и молочных продуктов из него. Рассматриваемый метод способен гарантировать хорошее предсказание содержания в качестве примеси в козьем молоке коровьего. Для задач одноклассовой классификации был использован усовершенствованный вариант метода SIMCA (Soft Independent Modelling of Class Analogies)- DD SIMCA (Data Driven).
Публикации
1. Юсупова Ю.Ш., Гергева А.Р. , Горобец А.М. Технология производства сыров из овечьего и козьего молока: физико-химические характеристики и сравнительный анализ Известия вузов. Пищевая технология, №5-6 С.26-32 (год публикации - 2025)
2. Вобликова Т.В., Юсупова Ю.Ш, Басма Н.Х., Кузнецов В.А. Сочетание ИК-Фурье спектроскопии и хемометрии для анализа фальсификации козьего молока Молочная промышленность, №6, С. 30-35 (год публикации - 2025)
3. Вобликова Т.В. Определение примесей сыворотки в фальсифицированной молочной смеси по профилю ИК-Фурье-спектров Известия вузов. Пищевая технология, Известия вузов. Пищевая технология (год публикации - 2025)
Возможность практического использования результатов
Разработанный метод применения ИК-спектроскопии в сочетании с хемометрией может быть применен для быстрого и недорогого неразрушающего контроля видовой принадлежности исходного молочного сырья и молочных продуктов из него. Рассматриваемый метод способен гарантировать хорошее предсказание содержания в качестве примеси в козьем молоке коровьего, при формировании соответствующей репрезентативной базы данных, его можно использовать в молочной промышленности для надежного, дешевого и быстрого контроля качества сырья, обеспечивающего быструю проверку конечных продуктов перед коммерциализацией. На основании выполненных исследований сформирована и зарегистрирована база данных ИК-спектров молока (свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2025623748, дата регистрации 10 сентября 2025г). Все планируемые на год работы выполнены полностью.