Анализатор Колос-2. Тонкости работы

Введение

Прошло не так много времени с начала выпуска нашей компанией анализатора спиртосодержащих напитков Колос-2. Но до сих пор многие пользователи не совсем четко представляют возможности прибора и его ограничения. Также возникает путаница в части реально измеряемых анализатором показателей состава пробы и рассчитанных после этого дополнительных параметров. В данном тексте мы хотели бы указать пользователям пробора на наиболее часто встречающиеся ошибки в трактовке показателей измеренной пробы и еще раз ответить на наиболее часто задаваемые вопросы.

Следует всегда помнить

1. Анализатор измеряет с приписанными ему метрологическими характеристиками (далее МХ) только массовое и объемное содержание этилового спирта, массовое содержание экстракта и экстрактивность начального сусла в пиве (Данный показатель анализатор индицирует в виде аббревиатур - ЭНС, часто также в качестве обозначения данного показателя используется термин «плотность» пива, не следует путать такую «плотность» с физической плотностью и относительной плотностью образца, которые также рассчитываются прибором). МХ измерения данных показателей приведены в методике измерений разработанной в ООО НПП «БИОМЕР» и аттестованной в установленном порядке. За использование пользователем любых других методик измерения, наша компания ответственности не несет.
2. Анализатор при проведении измерения индицирует также ряд дополнительных показателей пробы. Это температура, плотность, относительная плотность, количество килокалорий, содержание сахара, и ряд технологических показателей используемых при анализе пива (видимый экстракт, степень сбраживания итд).

Следует помнить все показатели (кроме указанных в МИ), являются расчетными и не имеют нормированных МХ

Обсуждение

Давайте сразу на реальных данных (Таблица 1) рассмотрим возможные ограничения применения анализатора при анализе спиртосодержащих напитков. Мы выражаем особую благодарность сотрудникам пищевой лаборатории ЭКЦ МВД РФ (г. Москва), материалы тестирования которой взяты за основу данной публикации).

Таблица 1.

С учетом погрешности методик все полученные результаты по содержанию спирта могут считаться корректными (за исключением образцов «Портвейн» и «Пиво 2»), которые мы рассмотрим ниже. Мы исходим из того, что погрешность методики изложенной в ГОСТ Р 51 653 составляет не менее 0,3%отн. Погрешность анализатора 1% отн, в абсолютных значениях для образца с содержанием 40% об. это 0,4%. Перекрывание диапазонов погрешностей (при размахе 0,7%) предполагает корректность полученных результатов.

Для образцов «Портвейн» и «Вино плодовое» (у последнего при корректных (в пределах МХ) данных о содержании спирта имеются расхождения в экстракте), можно утверждать, что имеют место как раз ограничения в применении анализатора. В данном случае, исходя из объекта измерения (полное название образца Портвейн Алушта «Крымский»), можно предположить, что образец не является виноматериалом в чистом виде, и при его приготовлении были использованы ингредиенты либо не характерные для вин, либо в количествах за рамками винного диапазона. Плодовое вино (полное название образца Вино яблочно-грушевое) априори не является виноматериалом. Таким образом, данные образцы не могут быть анализированы на заводской винной градуировке, при создании которой были использованы тольок винные образцы.

Тем ни менее давайте рассмотрим возможное применение корректирующих поправок для анализатора, специально предназначенных для проведения анализа таких образцов. Во-первых следует обратить внимание, что при анализе любых «вин», следует использовать индицируемый показатель «экстракт вина», а не «общий экстракт» как сделано в Таблице. Данные показатели для натуральных вин приблизительно сопоставимы, но в случае указанного выше «Портвейна», экстракт вина составил бы 75,3 г\л, что как видим более близко к значению, полученному по стандартизированной методике. Для винных градуировок выпускаемых в настоящее время мы настоятельно рекомендуем пользоваться показателем «экстракт вина», более того показатель «экстракт» на винной градуировке по умолчанию отключен.

Так же обращаем внимание на наличие в анализаторе показателя «Экстракт сахар». Данный показатель следует использовать при измерении экстракта объекта, про который заведомо известно, что в его составе находится сахар. Следует понимать, что для любого расчета экстракта, либо через плотность (ГОСТ 51 620), либо через характеристики ультразвука (Колос-2), существует разница в расчете если, например, сахара экстракта состоят из мальтозы (для пива), фруктозы\глюкозы (для натуральных вин) или сахарозы (для специальных вин или ликеров). Разница становится значительной только в случае преобладания в экстракте сахаров не характерных для конкретного напитка. Стандартизированные методики (ГОСТы) определения экстракта также не учитывают наличие любых «нехарактерных» веществ в экстракте. В анализаторе Колос-2 есть возможность учесть наличие нехарактерной добавки. Но следует иметь в виду, в случае если пользователь использует данный показатель («экстракт сахар»), то следует учитывать также изменения остальных показателей, которые рассчитываются по значению «экстракта», анализатор не делает этого автоматически.

Отдельно следует рассмотреть, такой показатель анализатора как концентрация сахара («сахар г/л»). Данный показатель определяется только при анализе вин и виноматериалов. Расчеты, применяемые при этом, основываются на том, что содержание сухих веществ (за исключением сахаров) в сладких и полусладких винах колеблется в относительно узких пределах. По этой причине после измерения массовой доли общего экстракта анализатор вычитает некое заранее установленное для вина значение, и остальные сухие вещества считает сахарами. Насколько точна описанная схема можно показать на следующем примере.

Предположим измеренное анализатором массовое содержание сухих веществ в красном вине с учетом его МХ составило 6,7 +/-0,3%. Мы считаем, что содержание сухих веществ за исключением сахаров практически для всех красных вин находится в интервале 2,4−3,0%, и используем, например, среднее значение 2,6%. Тогда рассчитанное содержание сахаров с учетом указанного интервала составит 4,1%+/-0,2% (примерно 41г\литр). Теоретическая суммарная абсолютная «погрешность» составит 0,36% (примерно 8%отн.). С одной стороны, если использовать ферментативный способ определения сахаров, у которого при более высокой точности, дополнительно можно определить и состав сахаров (глюкозу, фруктозу, сахарозу), кажется, что такая погрешность значительна. С дугой стороны во многих случая при анализе сахаров используется указанный выше ГОСТ 13 192–73. Безотносительно сложности данной методики, ее погрешность с учетом всех факторов может составлять до 10%отн. Для описанного выше образца значение абсолютной погрешности составит 0,41%, то есть цифра сопоставимая с ошибкой приведенного способа расчета. Тем ни менее расчет сахаров для анализатора остается только расчетом и не может быть использован для принятия решений и в официальных протоколах аккредитованных лабораторий.

Также у пользователей часто возникаю вопросы, по формулам, используемым для расчета дополнительных показателей, особенно для показателей необходимых при приготовлении напитков брожения. Это в первую очередь ЭНС, видимый экстракт, видимая и действительная степени сбраживания. Здесь следует понимать, что при использовании анализатора и любой другой методики получения данных параметров, невозможно получить одинаковые значения, следует говорить скорее о погрешностях каждой методики и соответствии полученного результата данным погрешностям. Предположим, с помощью ареометра было получено значение ЭНС 12,5, анализатор Колос-2 определил значение ЭНС -12,0. С учетом существующих технологических норм пивоварения, данное расхождение (0,5), является критичным, но с точки зрения погрешностей методик, результаты находятся в пределах метрологических характеристик. Если представить результаты как 12,5+/-0,5 (ареометр) и 12,0+/-0,35 (Колос-2) это становится очевидным. Какое значение (или же например их среднее) будет использовано для принятия решения решает исключительно пользователь. Можно еще посмотреть здесь.

Все формулы заложенные в анализатор «Колос-2», по которым рассчитываются дополнительные параметры пробы, приведены в литературе и регламентирующей технической документации. В большинстве случаев формулы прописаны в явном виде, в случае если расчет производится по таблице (например, для плотности), то программа анализатора рассчитывает максимально точную аппроксимацию к табличным данным. Следует помнить, что расчетные формулы, особенно для технологических параметров в пивоварении могут отличаться степенью округления данных, и единицами измерения. Наиболее часто встречающиеся при этом ошибки это использование ареометров отградуированных в «нестандартных» градусах или использование в формулах расчета округленных табличных значений. Отметим также, что желательно при расчетах не использовать техническую документацию иностранных государств и документы утратившие силу на территории РФ.

Теперь о необходимых действиях пользователя при невозможности проанализировать конкретный образец на имеющейся градуировке. В руководстве по эксплуатации в целом это описано. Например, градуировка прибора не предназначена для анализа образца «Пиво 2» (полное название образца Пиво безалкогольное Балтика 0). (результаты см. Таблица 1). Об этом в явном виде прописано в руководстве к анализатору.

Во многих случаях при несоответствии образца имеющейся градуировке или же с целью увеличения точности результатов достаточно создать градуировку пользователя. При наличии возможности по пересылке образцов мы рекомендуем провести ее на заводе-изготовителе. Наша компания в плановом порядке также занимается созданием новых градуировок для различных часто встречающихся групп продуктов. Так, например, не так давно появилась заводская градуировка на квас и градуировка на напитки со средним содержание спирта (настойки, наливки).

В дополнение к вышесказанному мы бы хотели вкратце остановиться на некоторых моментах выполнения количественного химического анализа (КХА) используемого при анализе спиртосодержащих изделий и напитков. Общепринятой арбитражной методикой для определения основных компонентов (спирта и экстракта) считается отгонка спирта с последующим анализом остатка и дистиллята. Методики для такого анализа стандартизированы и включают в себя ГОСТ Р 51 619, ГОСТ Р 51 620 и ГОСТ Р 51 653, где содержание спирта и экстракта определяется на основании измерений плотности объектов. Следует отметить, что для определения объемной доли спирта по ГОСТ 51 653, после отгонки объемную долю определяют по ГОСТ 3639 (с использованием ареометра), однако в том же ГОСТе 51 620, имеется прямая ссылка на определение спирта через пикнометрирование спиртового дистиллята (при градуировке анализатора Колос-2 содержание спирта в градуировочных смесях определяется только пикнометрически) априори являющееся более точным. Здесь следует отметить, что плотность объектов при отгонке напрямую связана с содержанием спирта и экстракта, таким образом для получения данных об их концентрациях в исходном напитке достаточно знать плотности только двух объектов из трех, например исходную плотность продукта и плотность дистиллята, или плотность остатка и дистиллята. В различных методиках, в том числе и стандартизированных, встречается различные варианты такого анализа. Аналогично при фиксированном содержании спирта и экстракта имеется четкая взаимосвязь между любыми способами и единицами представления значений полученных концентраций в пробе. В качестве иллюстрации взаимосвязи всех показателей мы предлагаем использовать следующую простую программу (скачать ниже) Вводя и меняя значения в соответствующих ячейках можно проследить закономерности изменения показателей описанных выше.

Программа | 497,664 Кб

Мы надеемся данная программы удобна для понимания взаимозависимости показателей от плотностей. В целом, возможно, программа окажется полезной при проведении КХА спиртосодержащих напитков.

Проведение химического анализа

В рамках указанных ГОСТов следует отметить несколько ключевых моментов, которые составители методик по ряду причин не обсуждают, но которые имеют большое значение на конечный результат.

1. 1. Отгонка спирта не может протекать без потери определяемых компонентов.
2. 2. Ряд составляющих не являющихся, по сути экстрактом остаются в остатке после перегонки.
3. 3. Ряд составляющих не являющихся, по сути этиловым спиртом также дистиллируются при перегонке.
4. 4. Любые минорные составляющие влияют на определяемую плотность и таким образом изменяют конечное содержание измеряемых спирта и экстракта.

Как пример, можно рассмотреть такой часто встречающийся компонент спиртосодержащих продуктов как глицерин. В виноградных винах его среднее содержание составляет около 0,5%массовых. Это значительное количество, но в противоположность в напитках из ректифицированного спирта его содержание стремится к нулю (теоретически конечно, ибо все зависит от производителя напитка, в ряде случаев производитель может добавить глицерин для улучшения мягкости напитка).

По химическим свойствам глицерин — спирт, но его плотность «ближе» к плотности экстракта. При осуществлении отгонки спирта высококипящий глицерин остается в остатке, и при расчете считается как экстракт. В противоположность если применять методику КХА определяющую содержание спирта через ОН-группы в молекуле, то глицерин будет считаться как спирт. Данный условный пример приведен для того, что бы было понятно, что значения, полученные при проведении КХА через определение плотности объектов, не всегда адекватно учитывают все различия в составе объектов анализа, то есть всегда имеются некие допущения и упрощения. Некоторые допущения описаны в методиках и устранены в виде поправок к конечному результату. Так сделано, например, для летучих кислот, и диоксида серы. Использование таких поправок остается на усмотрение лица проводившего анализ (при градуировке анализатора Колос-2 при расчете конечных показателей не рекомендуется использовать какие-либо поправки «на плотность», так как анализатор измеряет характеристики ультразвука, а не плотность объектов, которая может повлиять на конечный результат).

Можно ли при проведении анализа по стандартизированной методике самому вводить какие-либо поправки?, по нашему мнению это делать крайне желательно, особенно, когда требуется максимальная точность определения состава. Но, как правило, при этом требуется дополнительные измерения конкретных компонентов смеси или, же заведомо известные данные о составе образцов.

Заключение

В заключении мы предлагаем некий краткий алгоритм для проведения анализа образца спиртсодержащего напитка неизвестного происхождения на анализаторе Колос-2. В случае отсутствия данных о составе пробы первое, что необходимо определить приблизительное содержание этилового спирта. Для этого следует выставить на анализаторе, «Служебную» градуировку и проанализировать пробу. Если полученный результат содержания спирта составил, к примеру, 20% массовых (примерно 25%об.), то проанализировать ее с использование градуировки для вина не представляется возможным, так как для винной градуировки максимальное содержание спирта не должно превышать 20%об (оптимально от 5 до 15%об). Для анализа такой пробы следует иметь заводскую градуировку для данного спиртового диапазона. Создание градуировки пользователя для данного напитка, тоже будет некорректным, так как градуировка пользователя создается на основе имеющейся, при этом диапазоны измерения спирта остаются неизменными. Если полученный результат составил, к примеру, 5% (примерно 7%об), то данная проба пригодна для анализа с использованием, как пивной, так и винной градуировки (в случае если у пользователя имеются обе). Здесь следует принять решение на какой именно градуировке проводить измерение. Следует помнить что в любом случае, если измеренные анализатором значения показателей выходят за рамки диапазонов установленых для конкретной градуировки анализатор индицирует предупреждение об «ошибке пробы», и полученные значения будут заведома некорректными.

Внешние признаки неизвестной пробы тоже могут быть использованы для ее идентификации. Это цвет, мутность, консистенция, наличие осадка, запах. Органолептическое исследование вкуса тоже приветствуется, но не является окончательным для принятия решения. Хорошим подспорьем в этом будут любые дополнительные измерения показателей пробы, как-то определение количества титруемых кислот (ТК), активной кислотности образца, сахаров, золы, микроэлементов итп. В любом случае конечно решение принимает пользователь анализатора. С нашей стороны мы всегда готовы дать консультацию по вопросам КХА и особенностей работы прибора.

Наш телефон и контакты для переписки на сайте компании. Желаем успехов в работе.