植物蛋白饮料中总固体含量检测方案(酸碱浓度计)

Anton Paar安东帕中国 APPLICATION REPORT 应用测试报告DMA4500M1植物蛋白饮料总固体含量 APPLICATION REPORT 应用测试报告DMA 4500M植物蛋白饮料总固体含量 前言 植物蛋白饮料以其不含或较少的的固醇，富含蛋白质和氨基酸，适量的不饱和脂肪酸，营养成分较全等特点 ，越来越受到消费者的青睐。与主要软饮料类型，如果汁、即饮茶、瓶装水以及碳酸饮料相比，植物蛋白饮料具有绿色、营养、保健等功能，以及良好的风味，近十年在我国得到迅速发展，，一方面是随着生活水平的提高和人们健康意识的增强，促进软饮料发展之必然；二是一些企业依靠自己的品牌效应渗透到各个领域，经营灵活，品种多样；三是一些有固定奶源的地方特色企业成为中国乳品品场一支不可忽视的主力军。 GB 16322-2003《植物蛋白饮料卫生标准》将植物蛋白饮料定义为：以植物果仁、果肉及大豆为原料(如大豆、花生、杏仁、核桃仁、椰子等)，经加工、调配后，再经高压杀菌或无菌包装制得的乳状饮料。市场预测，全球植物蛋白饮料将从2014年的82亿美元增至2020年的195亿美元，年增长率达15.5%；亚太地区不但占有最大的市场份额，而且增长最快。全球领先的独立市场研究咨询公司英敏特调查报告认为，预计至2020年中国植物蛋白饮料市场总销量将增长长107.97亿升。我国的植物蛋白饮料每年以30%的速度增长，可以说植物蛋白饮料正处于一个发展最佳时期，自80年代初广东引进第一条豆奶生产线至今，国内已有数千家豆奶加工厂。而且我国植物蛋白资源从北到南极为丰富，以大豆为例，我国是世界四大大豆生产国之一，所以发展植物蛋白饮料是适合国情、提高国民蛋白质摄入量的一个补充措施。 目前，我国已颁布了一系列的植物蛋白饮料标准，如《GB/T 30885-2014植物蛋白饮料豆奶和豆奶豆料》、《GB/T31325-2014植物蛋白饮料核桃露(乳)》、《GB/T31324-2014植物蛋白饮料杏仁露》、《QB/T 2300-2006植物蛋白饮料椰子汁及复原椰子汁》、《QB/T 2439-1999植物蛋白饮料花生乳(露)》，等。GB 16322-2003《植物蛋白饮料卫生标准》规定了植物蛋白饮料的指标要求、食品添加剂、生产加工过程的卫生要求、包装、标识、贮存、运输要求和检验方法，目前该标准已被 GB 7101-2015 《食品安全国家标准饮料》代替。 本应用报告为了寻求一种用于在实验室代替烘干称重法及卤素水分仪测试仪的快速，相对准确的用于测量植物蛋白饮料总固体含量的方法。 APPLICATION REPORT 应用测试报告DMA 4500M植物蛋白饮料总固体含量 1Product 样品 Sample resource 样品来源：重庆市天友乳业股份有限公司(天友乳品二厂) Sample Type 样品性质： 核桃花生奶(灭菌及均质前奶罐中取样)，核桃花生奶(利乐包)：主要配方为水，白砂糖，花生，大豆，全脂奶粉，核桃，单/双甘油脂肪酸酯，海藻酸钠，瓜尔较，卡拉胶，蔗糖脂肪酸酯，安赛蜜，食品用香精香料；呈乳白色乳液状、口感细腻润滑、核桃香味浓郁。 2测试需求 根据数字密度计测试的样品 Brix值，结合客户标准测试法(烘干称重法)的结果，找出数据的规律，建立测量核桃花生奶总固体含量(%)的公式，与标准测试法(烘干干重法)比较绝对偏差小于0.15%。 3使用仪器 DMA 4500M 台式数字密度计 奥地利安东帕公司(Anton Paar ) 于1967年生产出世界第一台数字式密度计。 安东帕DMA 4500M数字密度计，密度测量范围范围：0~3g/cm3，密度准确度(全范围)：5×10-5g/cm3， 密度重复性：5×10-6g/cm3，温度准确度：0.02℃。 DMA 4500M 利用U型管振荡的原理(The Oscillating U-tube method )，运用获得专利的 Pulsed ExcitationMethod，在全面了解振荡特性基础上，结合先进的帕尔贴控温功能，给出最稳定的包括气体、液体样品的五位密 APPLICATION REPORT 应用测试报告DMA 4500M植物蛋白饮料总固体含量 度的测量结果。10.4英寸的触摸屏幕、U型管可视功能，自动进样检测气泡及杂质，出色的粘度修正功能，灵活的公式建立以及简单易操作的界面可以最大化的提高用户使用体验。 4样品准备及主要配件 5ml一次性注射器 超纯水 碱性洗液：0.5%w/w NaOH+0.5% w/w NaCIO (有效氯含量)混合溶液 样品为一次性利乐包，用剪刀剪开包装 5测试条件 DMA 4500M：精等度等级(标准)，进样检查功能(一直保持激活)，测试温度20℃，先进的帕尔贴控温功能保证了在实际设定温度下的测量精度。 6样品测试过程 状态检查：测试样品前，测试空气及超纯水用于检查仪器的状态，重复测量三次。 样品测试：为防止固形物沉降，样品测试前用玻璃棒搅拌均匀，用5ml一次性注射器吸取包装中间部位样品，注射至仪器测量池中，为避免不必要的重复测量，进样过程中确保样品及整个进样过程无气泡，为保证测量结果的可靠性，重复测量三次。 测试完毕先依次用超纯水-碱性洗液-超纯水-无水乙醇清洗测量池，仪器内置空气泵吹干。 APPLICATION REPORT 应用测试报告DMA 4500M|植物蛋白饮料总固体含量 7测试结果： 7.1 DMA 4500M仪器状态检查 空气测试结果(20℃Air check) NO. 实际温度(℃) 测量结果( g/cm3) 平均值(g/cm3) 偏差(g/cm3) 理论值(g/cm3) 1 20.00 0.00113 0.00113 0.00000 0.00113(本地大气压下 大气压由仪器内置大气压 计实时测量) 2 20.00 0.00113 0.00000 3 20.00 0.00113 0.00000 注：空气测量结果准确，表明仪器测量池处于洁净并干燥的状态，可用于后续样品测量。 超纯水测试结果(20℃ Water check ) NO. 实际温度(℃) 测量结果(g/cm3) 平均值(g/cm3) 偏差(g/cm3) 理论值(g/cm3) 1 20.00 0.99820 0.99820 0.00000 0.99820 (Spieweck/ Bettin ) 2 19.99 0.99821 0.00001 3 20.00 0.99820 0.00000 注：超纯水测量结果准确，表明仪器处于正常工作状态，可用于后续样品测量。 7.2 DMA 4500M样品测试结果及讨论 样品编号 第一次测量 第二次测量 第三次测量 平均值 密度 (g/cm3) Brix 密度 ( g/cm3) Brix 密度 (g/cm3) Brix 密度 ( g/cm3) Brix Tm132 1.02973 7.96 1.02964 7.93 1.02951 7.90 1.02963 7.93 Tm132 1.02977 7.97 1.02974 7.96 1.02971 7.95 1.02974 7.96 Tm11 1.02981 7.98 1.02982 7.98 1.02982 7.98 1.02982 7.98 Tm12 1.02981 7.98 1.02982 7.98 1.02983 7.98 1.02982 7.98 Tm13 1.02981 7.98 1.02981 7.98 1.02982 7.98 1.02981 7.98 Tc19 1.02939 7.87 1.02939 7.87 1.02939 7.87 1.02939 7.87 注：样品编号中的字母为奶罐的编号，阿拉伯数字为取样编码 植物蛋白饮料是一个复杂的蛋白质胶体系统，也是一个热力学上不稳定的体系，核桃花生奶中中括由蛋白质，核桃粉，花生粉，大豆粉形成的悬浊液、由脂肪形成的乳浊液，以及由白砂糖等形成的真溶液。因此，植物蛋白饮料在生产储藏期间，易出现蛋白质变性、沉淀，脂肪上浮等现象，导致体系产生分层、絮凝、聚结等现象，因此配方中会添加瓜尔胶及卡拉胶等食品增稠剂及稳定剂，有助于形成相对稳定的体系。 第一排红字标注的数据是由同一个5ml 注射器一次性吸满样品后分三次进样得到的数据，三次测量结果波动明显区别于其它组，分析其原因可能是：Tm132 是没有执行灭菌和均质的样品，样品中可能会分散较其他组样品中较大的颗粒，容易发生沉降，同一个注射器进样时，当第一个样品正在测量时，停留在注射器中的剩余样品会由于重力影响，体系中的大颗粒物质可能会发生细微的沉降，沉种现象通过肉眼无法识别，但通过 DMA 4500M五位精度的密度计的重复测量可以看到数据在第四位有较明显偏差。 因此为了保证测量结果的可靠性，为防止固形物沉降，后续样品测量采取分别进样的方式，每次注射器从包装中吸样前，先通过玻璃棒充分搅拌样品(不能采取震摇的方式，否则会形成大量泡沫导致结果偏差更大，并且仪器会出现进样警告)用5ml一次性注射器吸取包装中间部位样品，迅速进样测量。通过该进样方式测量结果能够获得非常好的重复性，Tm11，Tm12，Tm13，Tc19这四个样品为最终的利乐包成品，已经经过灭菌及均质的工艺，因此体系更稳定，再通过该进样方式可以获得稳定可靠的数据结果。 从测量结果中也能明显区别出灭菌及均质前的样品(Tm132)和最终市售样品间的差异，并且来自同一奶罐的 Tm11，Tm12，Tm13测量结果几乎一致，，一方面证明 DMA 4500M 测试结果的准确可靠，另一方面也证明了出 APPLICATION REPORT 应用测试报告DMA4500M|植物蛋白饮料总固体含量 自同一个罐体中的样品的稳定性，和工艺及配方的可靠性。 7.3 DMA 4500M样品测试结果准标准测试法(烘干称重法)结果比较 样品编号 三次测量平均值 Brix 烘干称重法(%) 卤素水份仪(%) 与烘干称重法方法间偏差 Tm132 7.96 12.76 12.72 -4.8 Tm11 7.98 12.66 12.73 -4.68 Tm12 7.98 12.66 12.65 -4.68 Tm13 7.98 - - Tc19 7.87 12.67 12.68 -4.8 客户测量总固体含量的标准方法为烘干称重法，也是仲裁的方法，测试步骤如下，需要烘干至恒重的过程，测试时间至少为两个小时以上，而且受客观(天平准确度，烘干效果)和人为因素(计算)影响较大。 6.2.2 分析步骤 6.2.2.1 试样的制备 将包装容器内的样品摇匀，倒入烧杯中搅拌均匀。 6.2.2.2 吸取 10.00 mL试样(6.2.2.1)于已恒重的盛有适量海砂的皿量皿中，在水浴上蒸发至干，取下称量皿，擦干附着的水分，放人恒温干燥箱内，在100℃~105℃下烘1h，取出移人干燥器内冷却，30 min 后称量。然后，再放恒恒温干燥箱内烘1h，直至恒重。 6.2.3 结果计算 试样中总固形物含量按式(1)计算： 式中： ——试样中总固形物的含量，单位为克位百毫升(g/100 mL)； mn2——烘干后试样加海砂和称量皿的质量，单位为克(g)； 7n一 一注海砂和称量皿的质量，单位为克(g)； 10 吸取试样的体积，单位为毫升(mL)， 卤素水份仪原理也是基于烘干称重法，通过卤素灯加热将样品中的水分蒸发后通过重量变化来计算出蒸发掉水分的含量，并进而得到总固体含量。其优点是测量速度相对标准法要快的多，几分钟的测量时间。其缺点也很 APPLICATION REPORT应用测试报告DMA4500M植物蛋白饮料总固体含量 明显，任何样品中的水分都不可能100%被蒸发完全；液体样品中被蒸发掉的物质除了水分以外，还可能有其它的易挥发物质；同时，要保证数据具有一定的代表性，需要加入较多的样品量，而且样品量越多蒸发越不可能完全，会影响测量精度。仪器测量精度还和称重传感器相关，千分之一或者万分之一的称重传感器能测量出的重量变化是不同的。一般情况下，在测量前要先了解样品的耐热值或者先对照国标测量温度进行测试实验，否则会造成很大的实验误差。 通过上述数据可以看出，除了Tm13(客户在下班前没有得到烘干称重法数据结果)，其余产品数据和 DMA4500M 的 Brix值呈现较稳定的偏差值，取平均值4.74作为补偿值，利用仪器软件功能建立公式，可以以结果直接显示在测量界面，通过后续客户提供的已知结果的样品进行测量，偏差均小于客于允许范围0.15%以内。 8讨论 样品清洗：植物蛋白饮料是一个复杂的蛋白质胶体系统，核桃花生奶中包括由蛋白质，核桃粉，花生粉，大豆粉形成的悬浊液、由脂肪形成的乳浊液，以及瓜尔胶及卡拉胶等食品增稠剂及及定剂成分。留在密度计测量池中的样品无法用超纯水或者有机溶剂清洗干净，依次通过超纯水-碱性洗液-超纯水-无水乙醇的清青方式，能够迅速将测量池清洗干净并吹干。 Brix 的意义： Brix 是可溶性固形物的总称，对于简单的二元体系，比如除气后的可乐，或者以糖为主并含有其它微量添加剂的准二元体系的其它饮料来说， Brix 可以准确的反映出样品的糖度值(可溶性固形物含量)，而植物蛋白饮料是复杂的多元体系，并含有不溶的核桃粉，花生粉，等，单纯从 Brix 来说并不符合原理，但是可以通过其作为一个中间值找到与传统测量方法间的数据规律，并建立公式，可以作为一种快速并相对准确的总固体测量方法。 未均质样品的测试：对于未灭菌和均质的样品，体系内大颗粒物质会发生沉降，需要注意进样的方式，同时体系内含有大量泡沫，建议测量前进行超声脱气。 9结论 APPLICATION REPORT 应用测试报告DMA 4500M植物蛋白饮料总固体含量 目前，乳制品行业均采用烘干称重法来测量样品的总固体含量，虽然是标准方法，但是测试时间过长，不利于大量样品的测量需求。通过数字密度计测量结果作为一个中间值找到与传统测量方法间的数据规律，并建立公式，可以作为一种快速并相对准确的总固体测量方法，能够满足客户对测试速度及精度的需求。 数字式密度计有着以下优势： 1.每次供试品的测试只需要1ml的量，减少用量； 2.供试品在测试前，不需要使其温度降到低于指定温度，操作环境只需符合一般实验室要求即可； 3.每次测试只需要1-2分钟左右，非常便捷； 4.内置帕尔贴装置，可以避免外界温度对供试品的影响，最大限度得到稳定可靠的结果： 5.清洗U形管并干燥测量池都非常方便； 6.灵活的软件功能，建立公式，直接从屏幕中得到数值，避免人为计算； 7. 数据可溯源。 Reported By：夏凡(Application Engineer) Date： 2020.8.12 植物蛋白饮料以其不含或较少的胆固醇，富含蛋白质和氨基酸，适量的不饱和脂肪酸，营养成分较全等特点，越来越受到消费者的青睐。与主要软饮料类型, 如果汁、即饮茶、瓶装水以及碳酸饮料相比, 植物蛋白饮料具有绿色、营养、保健等功能, 以及良好的风味，近十年在我国得到迅速发展，一方面是随着生活水平的提高和人们健康意识的增强，促进软饮料发展之必然；二是一些企业依靠自己的品牌效应渗透到各个领域，经营灵活，品种多样；三是一些有固定奶源的地方特色企业成为中国乳品市场一支不可忽视的主力军。