rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2022-18-2-35-56rmjournal-352Research ArticleСтандартные образцыReference materialsРазработка методик измерений для характеризации стандартных образцов углеводного состава молочных продуктовDevelopment of Measurement Procedures for the Characterization of Reference Materials for Carbohydrate Composition of Dairy Productshttps://orcid.org/0000-0002-6975-7744ГолынецО. С.GolynetsO. S.

ученый хранитель ГВЭТ 176-1, и. о. заведующего лабораторией метрологии влагометрии и стандартных образцов

Scientific Custodian of the GVET 176–1, Acting Head of the Laboratory for Metrological Support of Moisture Measurement and Reference Materials

lab241@uniim.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8347-2633СергееваА. С.SergeevaS.

канд. хим. наук, старший научный сотрудник лаборатории метрологии влагометрии и стандартных образцов

Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher of the Laboratory for Metrological Support of Moisture Measurement and Reference Materials

sergeevaas@uniim.ruКрашенининаМ. П.KrashenininaM. P.

канд. техн. наук, ученый хранитель ГЭТ 173, ученый хранитель ГВЭТ 208-1, старший научный сотрудник лаборатории метрологии влагометрии и стандартных образцов

Cand. Sci. (Eng.), Assistant Scientific Custodian of the GET 173, Scientific Custodian of the GVET 208-1, Senior Researcher, Laboratory for Metrological Support of Moisture Measurement and Reference Materials

krasheninina_m@uniim.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8008-1669ШохинаО. С.ShokhinaO. S.

помощник ученого хранителя ГВЭТ 208–1, научный сотрудник лаборатории метрологии влагометрии

Assistant Custodian of the GVET 208-1, Researcher of the Laboratory for Metrological Support of Moisture Measurement and Reference Materials

shokhinaos@uniim.ruУНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology (UNIIM–VNIIM)Russian FederationУНИИМ – филиала ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology (UNIIM–VNIIM)Russian Federation2022221120221823556Copyright © Голынец О.С., Сергеева А.С., Крашенинина М.П., Шохина О.С., 20222022Голынец О.С., Сергеева А.С., Крашенинина М.П., Шохина О.С.Golynets O.S., Сергеева А.С., Krasheninina M.P., Shokhina O.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/352

Настоящая статья посвящена разработке методик измерений, использующих различные физико-химические методы для проведения всестороннего анализа углеводного состава пищевых систем. В основу первичной референтной методики измерений (ПРМИ) положен метод йодометрического титрования, основанный на способности йода в щелочной среде окислять альдосахара в соответствующие уроновые кислоты. Повышение точности ПРМИ достигнуто путем оптимизации параметров измерений, в том числе с привлечением метода высокоэффективной жидкостной хроматографии с рефрактометрическим детектированием (ВЭЖХ/РМД), и установления их возможных пределом варьирования на основе многофакторного эксперимента. Применение ПРМИ позволило проводить измерения массовой доли углеводов (общего сахара) в виде суммы массовых долей редуцирующих и нередуцирующих сахаров в молоке и молочных продуктах, продукции зерно-молочной, продуктах низколактозных и безлактозных, в частности, в детском питании. С целью дальнейшей детализации углеводного состава разработаны высокоселективные методики измерений массовых долей лактозы и галактозы спектрофотометрическим (ферментативным) методом и массовых долей моно- и дисахаридов методом ВЭЖХ/РМД в молоке и молочных продуктах. Выявлено, что результаты измерений как суммарного содержания углеводов, так и отдельных моно- и дисахаридов в пробах молока и молочных продуктов, полученные различными методами (йодометрическое титрование, ВЭЖХ/РМД, ферментативный метод, рефрактометрия, ИК-спектроскопия, расчетный метод), согласуются между собой с учетом заявленных неопределенностей. Таким образом, подтверждена применимость разработанной ПРМИ в комплексе с другими методами для проведения углубленного анализа углеводного состава молока и молочных продуктов. Разработанные методики были использованы для характеризации стандартных образцов состава молочных продуктов (3 типа), моно- и дисахаридов (9 типов).

This article studies the development of measurement procedures based on various methods for a comprehensive analysis of the carbohydrate composition of food systems. The basis of the primary reference measurement procedure (PRMP) is the method of iodometric titration based on the ability of iodine to oxidize aldosaccharides to the corresponding uronic acids in an alkaline medium. The accuracy of the PRMP was improved by optimizing the measurement parameters, including the method of high-performance liquid chromatography with refractometric detection (HPLC/RD), and by establishing their possible variation limit based on a multifactorial experiment. The application of the PRMP made it possible to measure the mass fraction of carbohydrates (total sugar) as the sum of the mass fractions of reducing and non-reducing sugars in milk and dairy products, grain and milk products, low-lactose and lactose-free products, including those used for preparing baby food. In order to further detail the carbohydrate composition, highly selective methods were developed for measuring the mass fractions of lactose and galactose by the spectrophotometric (enzymatic) method, and the mass fractions of mono- and disaccharides by the HPLC/RD method in milk and dairy products. It was found that the measurement results of both the total content of carbohydrates and individual mono- and disaccharides in the samples of milk and dairy products obtained by various methods (iodometric titration, HPLC/RD, enzymatic method, refractometry, IR spectroscopy, calculation method) are consistent with each other subject to the stated uncertainties. Thus, the applicability of the developed PRMP in combination with other methods for conducting an in-depth analysis of the carbohydrate composition of milk and dairy products was confirmed. The developed procedures were used to characterize reference materials for the composition of dairy products (3 types), mono- and disaccharides (9 types).

первичная референтная методика измеренийстандартные образцымолоко и молочные продуктыуглеводыредуцирующие сахаранередуцирующие сахарамоносахаридыдисахаридыйодометриявысокоэффективная жидкостная хроматографияферментативные методыprimary reference measurement procedureprimary methodsreference materialsmilk and dairy productscarbohydratesreducing sugarsnon-reducing sugarsmonosaccharidesdisaccharidesiodometryhigh-performance liquid chromatographyenzymatic methodsReferencesСкурихин И. М. Все о пище с точки зрения химика: справочное издание. М.: Высшая школа, 1991. 288 c.Skurikhin I. M. Everything about food from the point of view of a chemist: A reference book. Moscow: Vysshaia shkola; 1991. 288 p. (In Russ.).Бочков А. Ф., Афанасьев В. А., Заиков Г. Е. Углеводы. М.: Наука, 1980. 176 с.Bochkov A. F., Afanas’ev V. A., Zaikov G. E. Carbohydrates. Moscow: Nauka; 1980. 176 p. (In Russ.).Fine J. The iodimetric method of determining lactose in milk // Biochemical Journal. 1932. Vol. 26. № 3. P. 569–572. https://doi. org/10.1042/bj0260569Fine J. The iodimetric method of determining lactose in milk. Biochemical Journal. 1932;26(3):569–572. https://doi.org/10.1042/ bj0260569A novel enzymatic method for the measurement of lactose in lactose-free products / D. Mangan [et al.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2019. Vol. 99. № . 2. P. 947–956. https://doi.org/10.1002/jsfa.9317Mangan D., McCleary B. V., Culleton H., Cornaggia C., Ivory R., McKie V. A., Delaney E., Kargelis T. A novel enzymatic method for the measurement of lactose in lactose-free products. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2019;99(2):947–956. https:// doi.org/10.1002/jsfa.9317Chavez-Servin J. L., Castellote A. I., Lopez-Sabater M. C. Analysis of mono-and disaccharides in milk-based formulae by highperformance liquid chromatography with refractive index detection // Journal of Chromatography A. 2004. Vol. 1043. P. 211–215. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.06.002Chavez-Servin J. L., Castellote A. I., Lopez-Sabater M. C. Analysis of mono-and disaccharides in milk-based formulae by highperformance liquid chromatography with refractive index detection. Journal of Chromatography A. 2004;(1043):211–215. https:// doi.org/10.1016/j.chroma.2004.06.002Caprita R., Caprita A., Cretescu I. Determination of lactose concentration in milk serum by refractometry and polarimetry // Animal Science and Biotechnologies. 2014. Vol. 47. № 1. P. 158–161.Caprita R., Caprita A., Cretescu I. Determination of lactose concentration in milk serum by refractometry and polarimetry. Animal Science and Biotechnologies. 2014;47(1);: –161.Видимкина Ю. И., Казакова О. А., Вершинин В. И. Рефрактометрическое определение суммарного содержания углеводов в пересчете на сахарозу // Вестник Омского университета. 2013. № 2. С. 108–111.Vidimkina J. I., Kazakova O. A., Vershinin V. I. Refractometric Determination of total carbohydrates expressed as sucrose. Herald of Omsk University. 2013;(2):108–111. (In Russ.).Посудин Ю. И., Костенко В. И. Определение состава молока на основе инфракрасной спектрофотометрии // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1992. № 3–4. C. 64–66.Posudin Iu. I., Kostenko V. I. Determination of the composition of milk based on infrared spectrophotometry. Izvestiya Vuzov. Food Technology. 1992;(3–4):64–66. (In Russ.).Standardization of milk mid-infrared spectra from a European dairy network / C. Grelet [et al.] // Journal of Dairy Science. 2015. Vol. 98. № 4. P. 2150–2160. https://doi.org/10.3168/jds.2014–8764Grelet C., Fernández Pierna J. A., Dardenne P., Baeten V., Dehareng F. Standardization of milk mid-infrared spectra from a european dairy network. Journal of Dairy Science. 2015;98(4):2150–2160. https://doi.org/10.3168/jds.2014–8764Химический состав и энергетическая ценность пищевых продуктов: справочник МакКанса и Уиддоусона: пер. с англ. под общ. ред. док. мед. наук А. К. Батурина. СПб.: Профессия, 2006.Chemical composition and energy value of food products: A reference book of McCans and widdowson (Russ. ed.: A. K. Baturina). St. Petersburg: Professiia, 2006.Кодекс Алиментариус. Молоко и молочные продукты: пер. с англ. М.: Весь Мир, 2007.Codex Alimentarius. Milk and dairy products. Moscow: Ves Mir, 2007Оценка метрологических характеристик стандартного образца состава молока сухого с использованием первичного и вто- ричного государственных эталонов / М. П. Крашенинина [и др.] // Измерительная техника. 2013. № 9. С. 67–71.Krasheninina M. P., Medvedevskikh M. Yu., Medvedevskikh S. V., Sobina E. P., Neudachina L. K. An estimate of the metrological characteristics of a standard sample of the composition of dried whole milk using primary and secondary state standards. Measurement Techniques. 2013;56(9):1076–1082. https://doi.org/10.1007/s11018-013-0333-8Reference measurement procedure for the determination of mass fraction of fat content in food / S. V. Medvedevskikh [et al.] // Accreditation and Quality Assurance. 2021. Vol. 26. P 165–175. https://doi.org/10.1007/s00769–021–01472-wMedvedevskikh S. V., Baranovskaya V. B., Medvedevskikh M. Y., Krasheninina M. P., Sergeeva A. S. Reference measurement procedure for the determination of mass fraction of fat content in food. Accreditation and Quality Assurance. 2021;(26):165–175. https://doi.org/10.1007/s00769–021–01472-wСоздание эталонов сравнения для реализации Государственной поверочной схемы средств измерений содержания воды / М. Ю. Медведевских [и др.] // Измерительная техника. 2019. № 6. С. 3–10. https://doi.org/10.32446/0368–1025it.2019-6-3-10Medvedevskikh M. Y., Sergeeva A. S., Krasheninina M. P., Shokhina O. S. Creating reference standards for the implementation of the state verification scheme for water content measurement. Measurement Techniques. 2019;(62):475–483. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01649-3Государственная первичная референтная методика измерений массовой доли золы в пищевых продуктах и продоволь- ственном сырье / М. Ю. Медведевских [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 6. С. 70– 80.Medvedevskikh M. Yu., Sergeeva A. S., Krasheninina M. P., Shokhina O. S. State primary reference procedure for the measurement of ash mass fraction in food, foodstuff and alimentary raw materials. Industrial Laboratopy. Materials Diagnostics. 2019; 85(6):70–80. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-6-70-80 (In Russ.).https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-6-70-80Milton M. J. T. The mole, amount of substance and primary methods. Metrologia. 2013;50(2):158–163. https://doi.org/10.1088/0026–1394/50/2/158Milton M. J. T. The mole, amount of substance and primary methods // Metrologia. 2013. Vol. 50. № 2. P. 158–163. https://doi.org/10.1088/0026–1394/50/2/158Quantifying uncertainty in analytical measurement, EURACHEM/CITAC. 3rd ed.Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях: руководство ЕВРАХИМ/СИТАК. 3-е изд.: пер. с анг. УНИИМ. URL: https://www.eurachem.org/images/stories/Guides/pdf/QUAM2012_P1_RU.pdf (дата обращения: 01.04.2022).Derffel K. Statistics in analytical chemistry. Moscow: Mir; 1994. 268 p. (In Russ.).Дерффель К. Статистика в аналитической химии: пер. с нем. М.: Мир, 1994. 268 с.Medvedevskikh M. Yu., Sergeeva A. S., Kasilyunas A. V., Shatskikh E. V., Kolberg N. A. Certified reference materials of dairy products composition for ir milk analyzers verification. Food Industry. 2021;(1):16–19. https://doi.org/10.24411/0235-2486-2021-10003Стандартные образцы состава молочных продуктов для поверки ИК-анализаторов молока / М. Ю. Медведевских [и др.] // Пищевая промышленность. 2021. № 1. С. 16–19. https://doi.org/10.24411/0235-2486-2021-10003ENZ 784 UV-method for the determination of lactose and other materials. Lactose/D-Galactose. Available at: https://www.aafco.org/Portals/0/SiteContent/Regulatory/Committees/Lab-Methods-and-Services/Methods/11a_r_biopharm%20lactose_d_galactose.pdfENZ 784 UV-method for the determination of lactose and other materials. Lactose/D-Galactose. URL: https://www.aafco.org/Portals/0/SiteContent/Regulatory/Committees/Lab-Methods-and-Services/Methods/11a_r_biopharm%20lactose_d_galactose. pdf (дата обращения: 01.04.2022).Validation of analytical methods. uncertainty in analytical measurements: Manuals for laboratories (Russ. ed.: G. R. Nezhikhovskogo, R. L. Kadisa). St. Petersburg: TsOP Professiia; 2016. 312 p.Валидация аналитических методик. Неопределенность в аналитических измерениях: руководства для лабораторий / Под ред. Г. Р. Нежиховского, Р. Л. Кадиса: пер. с англ. СПб.: ЦОП Профессия, 2016. 312 с.Валидация аналитических методик. Неопределенность в аналитических измерениях: руководства для лабораторий / Под ред. Г. Р. Нежиховского, Р. Л. Кадиса: пер. с англ. СПб.: ЦОП Профессия, 2016. 312 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.