FI86480B

FI86480B - Foerfarande foer kvantitativ bestaemning av urea fraon mjoelk eller en mjoelkprodukt.

Info

Publication number: FI86480B
Application number: FI904880A
Authority: FI
Inventors: Lauri Jalkanen
Original assignee: Lauri Jalkanen
Priority date: 1990-10-03
Filing date: 1990-10-03
Publication date: 1992-05-15
Also published as: WO1992006373A1; FI904880A0; FI904880A

Description

5 1 86480

Menetelmä urean kvantitatiiviseksi määrittämiseksi maidosta tai maitotuotteesta - Förfarande för kvantitativ bestämning av urea frän mjölk eller en mjölkprodukt Tämän keksinnön kohteena on menetelmä urean kvantitatiiviseksi määrittämiseksi maidosta tai maitotuotteesta.

Maito on ruokavaliossa eräs tärkeä proteiinin lähde. Prote-10 iineja syntyy lehmän aineenvaihdunnassa ja niitä erittyy lehmän vereen ja myös maitoon. Maidon proteiinipitoisuus on Pohjoismaissa yleensä noin 3,2-4,0 %, joskin monissa muissa maissa se jää pienemmäksi, usein alle kolmen prosentin. Proteiinin merkityksen vuoksi se on kuitenkin jo jois-15 sakin maissa syrjäyttänyt rasvan maidosta tuottajille maksettavan hinnan pääperusteena.

Lehmät saavat proteiinisynteesiinsä tarvittavan typen ravinnosta. Laidunkaudella typen saanti on yleensä luonnostaan 20 riittävä, mutta talvisin lehmien ollessa sisällä niille syötetyn rehun varassa typen saanti ja sen myötä maidon proteiinipitoisuus pyrkivät laskemaan. Tämän kompensoimiseksi on lehmille ruvettu rehun lisäksi antamaan ureaa, jonka avulla maidon proteiinipitoisuus saadaan pysymään laidunkau-25 den tasolla tai jopa sen yläpuolella.

Lehmälle annetulla urealla on kuitenkin se ominaisuus, että se ei kulu kokonaisuudessaan proteiinisynteesiin vaan osa siitä siirtyy sellaisenaan maitoon. Pieniä määriä ureaa 30 syntyy lehmän omassakin aineenvaihdunnassa, mutta tästä johtuva maidon ureapitoisuus on yleensä enintään suuruusluokkaa 0,001 %. Sen sijaan rehuun lisätyn urean seurauksena maidon ureapitoisuus voi nousta luonnolliseen tasoon verrattuna 10-kertaiseksi eli olla enimmillään suuruusluokkaa 35 0,01 %. Näin korkea ureapitoisuus on kuitenkin merkki lii ka-annostuksesta, joka ei enää edistä proteiinin tuotantoa, vaan sensijaan voi olla haitaksi lehmän terveydelle ja sen kautta tuotetuille maitomäärille.

2 86480

Edellä mainittujen syiden johdosta on syntynyt tarve mitata maidon tai siitä valmistettujen tuotteiden ureapitoisuutta. Tällaisen seurannan avulla voidaan optimoida lehmille annet-5 tavan urean määrä ruokintakustannusten, lehmien terveydentilan ja maidontuotannon kannalta ja siten välttää ureapitoi-suuden nousu maidossa haitallisen korkeaksi.

Tähän saakka on urean kvantitatiiviset määritykset neste-10 näytteistä tehty kolorimetrisesti. Tällainen määritys tapahtuu värjäämällä näyte sopivalla kemikaalilla ja mittaamalla värin intensiteetti kolorimetrillä. Kuitenkin tällaiset määritykset ovat käytännössä hankalia eikä niitä voida tehdä kätevästi suurina sarjoina. Näytteiden esikäsittely, rea-15 genssien lisääminen ja analysointi ovat enimmäkseen hidasta käsityötä, ja reagenssien sekä työn hinta nostavat menetelmän kustannukset korkeiksi.

Tämän keksinnön tarkoituksena on muodostaa uusi menetelmä 20 maidossa tai maitotuotteessa olevan urean kvantitatiiviseksi määrittämiseksi, jossa edellä mainitut tunnetun menetelmän epäkohdat on vältetty. Keksinnölle on tunnusomaista se, että maito- tai maitotuotenäytteestä mitataan infrapuna-absorp-tiospektri, joka kattaa ainakin aaltolukualueella (dimensio 25 1/cm) noin 1650-1730 olevat piikit, ja että urea määrite tään sen hiili-happisidoksen aaltoluvulla noin 1651 olevasta piikistä eliminoimalla tästä ainakin mahdollinen aldehydien ja/tai ketonien hiili-happisidosten aaltolukualueella noin 1700-1730 olevien piikkien virhevaikutus.

30

Keksinnön mukainen urean määritys on yksinkertainen ja nopea, eikä se vaadi minkään reagenssin lisäämistä tutkittaviin näytteisiin. Saatavat tulokset ovat riittävän tarkkoja virheen ollessa enintään luokkaa 0,0005 %, ja menetelmä on 35 omiaan etenkin pitkiin määrityssarjoihin. Kustannuksiltaan menetelmä on olennaisesti tunnettua kolorimetristä urean määritystä halvempi.

3 86480

Keksinnön mukaisen urean infrapunamäärityksen käyttökelpoisuus perustuu myös siihen, että maito ei sisällä sellaisia urean läheisiä sukulaisaineita, joiden absorptiopiikit olisivat lähellä urean hiili-happisidoksen piikkiä ja jotka 5 voisivat siten vakavasti häiritä määritystä. Lähinnä mainittua urean absorptiopiikkiä sijaitsevat maidossa esiintyvien aldehydien ja ketonien mainitut aaltolukualueella noin 1700-1730 olevat piikit. Näistä aineista runsaimmin esiintyvä on asetoni (absorptiopiikki aaltoluvulla 1715), jonka pitoi-10 suus maidossa voi asetonemia-sairauden yhteydessä olla jopa yli 5 %. Muita maidosta löytyviä aldehydejä ja ketoneja (sulkeissa absorptiopiikkien aaltoluvut), joita syntyy paitsi sairaustilan myös lehmän luonnollisen aineenvaihdunnan tuloksena, ovat mm. bentsaldehydi (1703), formaldehydi, 15 asetaldehydi, heksanaali, nonanaali (1728), 2-butanoni (1717), diasetyyli, 2-pentanoni (1717), 2-heksanoni, 2-heptanoni ja 2-nonanonit (1719). Vaikka mainittujen yhdisteiden absorptiopiikit ovat selvästi erillään urean hiili-happisidoksen piikistä, menevät ne piikkien leviämisen 20 johdosta viimeksi mainitun kanssa hieman päällekkäin, jolloin tästä johtuva pienehkö virhe on kvantitatiivisessa määrityksessä otettava laskennallisesti huomioon.

Ureamääritykseen vaikuttavia ovat myös maidon sisältämien 25 rasvojen esteriryhmän hiili-happikaksoissidoksen aaltoluvulla noin 1748 oleva piikki sekä maidon sisältämien proteiinien peptidisidoksen aaltoluvulla noin 1547 oleva piikki.

Jos näyte sisältää rasvoja ja/tai proteiineja, on tarkassa kvantitatiivisessa määrityksessä infrapuna-absorptiospektri 30 mitattava ainakin aaltolukualueelta noin 1540-1760, jolloin mainitut piikit saadaan näkyviin ja myös niiden virhevaiku-tus urean aaltoluvulla noin 1651 olevaan piikkiin voidaan laskennassa eliminoida.

35 Maidon rasvapitoisuuden mittaamiseen tunnetaan monia eri menetelmiä, ja eräs näistä on rasvojen esteriryhmän hiili-happikaksoissidoksen aiheuttaman absorptiopiikin mittaus infrapunatekniikalla. Mittaustuloksia on tarvittu perusteek- * 86480 si, jolla tuottajalle maksetaan maidosta. Kuitenkaan infra-punatekniikalla ei ole ennen esillä olevaa keksintöä mitattu ureaa, jota siirtyy maitoon suoraan lehmien ruokinnasta ja jonka määritystä tarvitaan lähinnä oikean rehustuksen mää-5 rittämiseksi.

Keksinnön mukaisen urean määrityksen kohteena voi olla suoraan lypsetystä kokomaidosta otettu näyte. Infrapuna-absorptiospektrissä saadaan tällöin näkyviin urean aaltolu-10 vulla noin 1651 olevan piikin ohella maidon sisältämien aldehydien, ketonien, rasvojen ja proteiinien läheiset piikit, joiden vaikutus ureapiikkiin on huomioitava. Koko-maidolla tehtävää määritystä edesauttaa, jos maito ennen infrapunaspektrin mittaamista homogenoidaan siten, että 15 5-7 μπι:η suuruisten rasvahiukkasten koko pienenee välille 1-2 μπι.

Urean kvantitatiivinen määritys voidaan suorittaa myös rasvattomalle maidolle, jolloin spektrin rasvapiikki on 20 oleellisesti hävinnyt. Myös muille maidon komponenteille tai maidosta valmistetuille tuotteille on keksinnön mukainen ureamääritys mahdollinen.

Oheiset piirustukset esittävät MATTSSON FTIR -spektrometril-25 lä aaltolukualueella noin 1000-2400 mitattuja infrapuna-absorptiospektrejä siten, että kuvio 1 on 2 % urealiuoksesta mitattu spektri, kuvio 2 on noin 3,4 % rasvaa sisältävästä kokomaidosta mitattu spektri, ja 30 kuvio 3 on rasvattomasta (rasvapitoisuus 0,02-0,05 %) maidosta mitattu spektri.

Mainittakoon, että kuvioiden mukaisissa spektreissä on käytetty järjestelyä, jolla taustana olevan veden vaikutus 35 on eliminoitu, jolloin spektrit on saatu selväpiirteisemmik-si. Keksinnön kannalta tällä seikalla ei kuitenkaan ole merkitystä.

5 8 6 4 8 O

Kuvion 1 mukaisessa urean spektrissä nähdään urean C=0 -sidoksen aaltoluvulla noin 1651 esiintyvä absorptiopiikki. Tämä piikki on perustana keksinnön mukaisille ureamääritykeille, joskaan tällaisen oleellisesti pelkästään ureaa 5 sisältävän liuoksen mittaaminen ei kuulu esillä olevan keksinnön puitteisiin.

Kuvion 2 mukaisessa kokomaidon spektrissä nähdään rasvan esteriryhmän C=0 -sidoksen aaltoluvulla 1748 oleva absorp-10 tiopiikki, joka on merkitty viitenumerolla 1, aldehydien ja ketonien C=0 -sidoksen aaltoluvulla noin 1709 oleva absorptiopiikki, joka on merkitty viitenumerolla 2, urean C=0 -sidoksen aaltoluvulla noin 1651 oleva absorptiopiikki, joka on merkitty viitenumerolla 3, sekä proteiinien C-N -sidoksen 15 aaltoluvulla noin 1547 oleva absorptiopiikki, joka on merkitty viitenumerolla 4. Keksinnön mukaan urea on määritettävissä kvantitatiivisesti spektrin piikistä 3 ottamalla laskennassa huomioon piikkien 1, 2 ja 4 virhevaikutus.

20 Kuvion 3 mukaisessa rasvattoman (vähärasvaisen) maidon spektrissä esiintyvät edellä mainitut piikit 1, 2, 3 ja 4, kuitenkin siten, että rasvan aiheuttama piikki 1 on vähäinen kuvion 2 spektriin verrattuna. Urean määritys tapahtuu ureapiikissä 3 ottamalla huomioon mainituista muista pii-25 keistä 1, 2 ja 4 aiheutuva virhevaikutus.

Kuten kuvioista voidaan havaita, on mitattu aaltolukualue 1000-2400 itse asiassa keksinnön kannalta tarpeettoman laaja. Rutiinityöskentelyssä voitaisiin kokomaidon mittauk-30 sessa (kuvio 2) rajoittua aaltolukualueelle noin 1540-1760 ja rasvattoman maidon mittauksessa (kuvio 3) mahdollisesti vielä kapeammalle alueelle, esim. noin 1540-1730.

Käytettäessä DAILAB IR-2000 -spektrometriä on urean määrä 35 laskettavissa kvantitatiivisesti mainitusta ureapiikistä yhtälöllä y = 8,370x3 + 0,346x2 + 6,951x - 0,006 O < λ r. n 6 DOM O'! jossa y = urean konsentraatio ja x = absorbanssi.

Edellä mainittu yhtälö pätee sellaisenaan siinä tapauksessa, 5 ettei ureapiikin lähistöllä ole häiritseviä muita piikkejä. Kun maidossa tai maitotuotteessa on kuitenkin tilanteesta riippuen huomioitava rasvan, aldehydien, ketonien ja/tai proteiinien mainittujen absorptiopiikkien 1, 2, 4 ureapiik-kiin 3 aiheuttama virhe, tapahtuu tämä lineaarisin korjauk-10 sin, joissa ensin mainittujen piikkien antamat konsentraati-ot kerrotaan määrätyin kertoimin ja vähennetään ureapiikistä saadusta konsentraatioarvosta. Seuraavassa taulukossa on esitetty kertoimet, jotka kuvaavat mainittujen aineiden piikkien vaikutusta toinen toisiinsa.

15

Taulukko

Rasva Ketonit + Urea Proteiini _aldehvdit_ 20 Rasva 1,00 0,125 0,025

Ketonit ja 0,003 1,00 0,275 0,075 aldehydit

Urea 0,080 0,240 1,00 0,144

Proteiini 0,030 0,070 0,240 1,00 25

Taulukosta nähdään, että ureaa määritettäessä rasvapiikin korjauskerroin on 0,125, aldehydi- ja ketonipiikin korjaus-kerroin on 0,275 ja proteiinipiikin korjauskerroin on 0,240.

30 Todettakoon kuitenkin, että keksintö ei rajoitu edellä mainittuun laskentatapaan, sillä olemassa on muitakin laskentatapoja, joiden periaatteet ovat tunnettuja alan ammattimiehelle. Lisäksi ammattimiehelle on selvää, että keksinnön sovellutukset voivat muutenkin vaihdella niissä puit-35 teissä, jotka on määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Claims

7 86480

1. Menetelmä urean kvantitatiiviseksi määrittämiseksi maidosta tai maitotuotteesta, tunnettu siitä, että maito-tai maitotuotenäytteestä mitataan infrapuna-absorptiospekt- 5 ri, joka kattaa ainakin aaltolukualueella noin 1650-1730 (1/cm) olevat piikit, ja että urea määritetään sen hiili-happisidoksen aaltoluvulla noin 1651 olevasta piikistä eliminoimalla tästä ainakin mahdollinen aldehydien ja/tai ketonien hiili-happisidosten aaltolukualueella noin 1700-10 1730 olevien piikkien virhevaikutus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että infrapuna-absorptiospektri mitataan ainakin aaltolukualueelta noin 1540-1760, joka käsittää mahdollisten 15 aldehydien ja ketonien hiili-happisidosten piikkien ohella mahdollisesti läsnäolevien rasvojen esteriryhmän hiili-happikaksoissidoksen aaltoluvulla noin 1748 olevan piikin sekä proteiinien peptidisidoksen aaltoluvulla noin 1547 olevan piikin, ja että näiden piikkien mahdollinen virhevai-20 kutus urean hiili-happisidoksen aaltoluvulla noin 1651 olevaan piikkiin eliminoidaan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että urea määritetään kokomaitoa olevasta näytteestä. 25

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että urea määritetään maidosta, jolle on suoritettu homogenointi rasvahiukkasten koon pienentämiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että urea määritetään rasvattomasta maidosta. β 86480