zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-8-23-30zldm-2572Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISОпределение массовой доли молочного жира в кефире методами ИК-спектроскопии и цифровой цветометрииDetermination of the mass fraction of milk fat in kefir by IR spectroscopy and digital colourometry methodsЕмельяновО. Э.EmelyanovO. E.

Олег Эдуардович Емельянов

600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87

Oleg E. Emelyanov

87, ul. Gorkogo, Vladimir, 600000

amelinvg@mail.ruАмелинВ. Г.AmelinV. G.

Василий Григорьевич Амелин

600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87

123022, Москва, Звенигородское шоссе, д. 5

Vasily G. Amelin

87, ul. Gorkogo, Vladimir, 600000

5, Zvenigorodskoe shosse, Moscow, 123022

amelinvg@mail.ruВладимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича СтолетовыхРоссияAlexander Grigorievich and Nikolai Grigorievich Stoletov Vladimir State UniversityRussian FederationВладимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых; Всероссийский государственный центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормовРоссияAlexander Grigorievich and Nikolai Grigorievich Stoletov Vladimir State University; The Russian State Center for Animal Feed and Drug Standardization and QualityRussian Federation2025310820259182330Copyright © Емельянов О.Э., Амелин В.Г., 20252025Емельянов О.Э., Амелин В.Г.Emelyanov O.E., Amelin V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2572

Предложен бесконтактный способ определения массовой доли молочного жира в бутилированном кефире с помощью диффузного отражения излучения светодиодов с разными длинами волн (365, 390, 850 и 880 нм) с использованием смартфона и специального самодельного цветометрического устройства. Для регистрации аналитического сигнала применяли смартфон OnePlus 10 Pro, iPhone 14 и ИК-Фурье-спектрометр для ближней ИК-области спектра (4000 – 10000 см–1). Обработку экспериментальных данных проводили с помощью специализированных программ многомерного анализа данных. Установлено, что интенсивности каналов RGB изменяются в зависимости от жирности кефира, что свидетельствует о наличии корреляции между цветовыми характеристиками и содержанием молочного жира. Влияние содержания белков и углеводов на аналитический сигнал оказалось минимальным, поскольку их концентрация в кефире с различной жирностью изменяется незначительно. Значения интенсивности каналов RGB использовали в качестве аналитического сигнала для определения жира в кефире. Показано, что упаковка из полиэтилентерефталата оказывает минимальное влияние на диффузное отражение, что позволяет проводить анализ без вскрытия упаковки. Оценку массовой доли молочного жира в кефире проводили с использованием метода многомерной калибровки данных — частичной регрессии наименьших квадратов. Относительное стандартное отклонение результатов не превышало 0,11 %, что подтверждает высокую точность метода. Наилучшие результаты были получены при использовании светодиодов с длиной волны излучения 390 и 850 нм, когда величины погрешностей RMSEC и RMSEP достигали максимальных значений 0,0901 и ≤0,887 % соответственно. Равноточность полученных результатов подтверждена использованием метода ИК-Фурье-спектроскопии.

A non-contact method for determining the mass fraction of milk fat in bottled kefir using diffuse reflection of radiation from LEDs with different wavelengths (365, 390, 850, and 880 nm) using a smartphone and a special homemade colourimetric device was proposed. To record the analytical signal we used a smartphone OnePlus 10 Pro, iPhone 14 with PhotoMetrix PRO®, ColorGrab, RGBer, and FTIR spectrometer for the near infrared region (4000 – 10000 cm–1). The experimental data were processed using specialised programs: TQ Analyst, The Unscrambler X, XLSTAT. It was found that the intensities of RGB channels change depending on the fat content of kefir, which indicates that there is a correlation between colour characteristics and milk fat content. The influence of protein and carbohydrate content on the analytical signal was found to be minimal, as their concentration in kefir with different fat content varies insignificantly. These data confirm the possibility of using digital RGB values as an analytical signal for determining the fat content of kefir. It is shown that polyethylene terephthalate packaging has minimal effect on diffuse reflection, which allows analysis without opening the packaging. The mass fraction of milk fat in kefir was estimated using the method of multivariate data calibration — partial least squares regression. The relative standard deviation of the results did not exceed 0.11%, which confirms the high accuracy of the method. The best results were obtained using LEDs with emission wavelengths of 390 and 850 nm, when RMSEC and RMSEP reached maximum values of 0.0901 and 0.887%, respectively. Equivalence of the results obtained was confirmed by FTIR spectroscopy.

кефирмолочный жирбесконтактный анализцифровая цветометрияИК-спектроскопияхемометрикасмартфонkefirmilk fatnon-contact analysisdigital colourometryIR spectroscopychemometricssmartphoneReferencesGonzález-Orozco B. D., García-Cano I., Jiménez-Flores R., Alvárez V. B. Invited review: Milk kefir microbiota — Direct and indirect antimicrobial effects / J. Dairy Sci. 2022. Vol. 105. P. 3703 – 3715. DOI: 10.3168/jds.2021-21382González-Orozco B. D., García-Cano I., Jiménez-Flores R., Alvárez V. B. Invited review: Milk kefir microbiota — Direct and indirect antimicrobial effects / J. Dairy Sci. 2022. Vol. 105. P. 3703 – 3715. DOI: 10.3168/jds.2021-21382Ewe J.-A., Wan-Abdullah W.-N., Alias A. K., Liong M.-T. Ultraviolet radiation enhanced growth of lactobacilli and their bioconversion of isoflavones in biotin-supplemented soymilk / LWT — Food Sci. Technol. 2013. Vol. 50. P. 25 – 31. DOI: 10.1016/j.lwt.2012.07.042Ewe J.-A., Wan-Abdullah W.-N., Alias A. K., Liong M.-T. Ultraviolet radiation enhanced growth of lactobacilli and their bioconversion of isoflavones in biotin-supplemented soymilk / LWT — Food Sci. Technol. 2013. Vol. 50. P. 25 – 31. DOI: 10.1016/j.lwt.2012.07.042Tan K.-X., Chamundeswari V. N., Loo S. C. J. Prospects of kefiran as a food-derived biopolymer for agri-food and biomedical applications / RSC Adv. 2020. Vol. 10. P. 25339 – 25351. DOI: 10.1039/d0ra02810jTan K.-X., Chamundeswari V. N., Loo S. C. J. Prospects of kefiran as a food-derived biopolymer for agri-food and biomedical applications / RSC Adv. 2020. Vol. 10. P. 25339 – 25351. DOI: 10.1039/d0ra02810jStancik C. M., Conner D. A., Jernakoff P., et al. Accelerated light protection performance measurement technology validated for dairy milk packaging design / Packag. Technol Sci. 2017. Vol. 30. No. 12. P. 771 – 780. DOI: 10.1002/pts.2326Stancik C. M., Conner D. A., Jernakoff P., et al. Accelerated light protection performance measurement technology validated for dairy milk packaging design / Packag. Technol Sci. 2017. Vol. 30. No. 12. P. 771 – 780. DOI: 10.1002/pts.2326Karoui R., Baerdemaeker J. D. A review of the analytical methods coupled with chemometric tools for the determination of the quality and identity of dairy products / Food Chem. 2007. Vol. 102. P. 621 – 640. DOI: 10.1016/j.foodchem.2006.05.042Karoui R., Baerdemaeker J. D. A review of the analytical methods coupled with chemometric tools for the determination of the quality and identity of dairy products / Food Chem. 2007. Vol. 102. P. 621 – 640. DOI: 10.1016/j.foodchem.2006.05.042Karoui R., Mazerolles G., Dufour E. Spectroscopic techniques coupled with chemometric tools for structure and texture determinations in dairy products: a review / Int. Dairy J. 2003. Vol. 13. P. 607 – 620. DOI: 10.1016/s0958-6946(03)00076-1Karoui R., Mazerolles G., Dufour E. Spectroscopic techniques coupled with chemometric tools for structure and texture determinations in dairy products: a review / Int. Dairy J. 2003. Vol. 13. P. 607 – 620. DOI: 10.1016/s0958-6946(03)00076-1Zhu X., Guo W., Liu D., Kang F. Determining the fat concentration of fresh raw cow milk using dielectric spectroscopy combined with chemometrics / Food Anal. Methods. 2018. Vol. 11. P. 1528 – 1537. DOI: 10.1007/s12161-017-1140-7Zhu X., Guo W., Liu D., Kang F. Determining the fat concentration of fresh raw cow milk using dielectric spectroscopy combined with chemometrics / Food Anal. Methods. 2018. Vol. 11. P. 1528 – 1537. DOI: 10.1007/s12161-017-1140-7Soulat J., Andueza D., Graulet B., et al. Comparison of the potential abilities of three spectroscopy methods: near-infrared, mid-infrared, and molecular fluorescence, to predict carotenoid, vitamin and fatty acid contents in cow milk / Foods. 2020. Vol. 9. No. 592. DOI: 10.3390/foods9050592Soulat J., Andueza D., Graulet B., et al. Comparison of the potential abilities of three spectroscopy methods: near-infrared, mid-infrared, and molecular fluorescence, to predict carotenoid, vitamin and fatty acid contents in cow milk / Foods. 2020. Vol. 9. No. 592. DOI: 10.3390/foods9050592Risoluti R., Gullifa G., Materazi S. Assessing the quality of milk using a multicomponent analytical platform microNIR/chemometric / Front. Chem. (Lausanne, Switz.). 2020. Vol. 8. 614718. DOI: 10.3389/fchem.2020.614718Risoluti R., Gullifa G., Materazi S. Assessing the quality of milk using a multicomponent analytical platform microNIR/ chemometric / Front. Chem. (Lausanne, Switz.). 2020. Vol. 8. 614718. DOI: 10.3389/fchem.2020.614718Bogomolov A., Dietrich S., Boldrini B., Kessler R. W. Quantitative determination of fat and total protein in milk based on visible light scatter / Food Chem. 2012. Vol. 134. P. 412 – 418. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.02.077Bogomolov A., Dietrich S., Boldrini B., Kessler R. W. Quantitative determination of fat and total protein in milk based on visible light scatter / Food Chem. 2012. Vol. 134. P. 412 – 418. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.02.077Galyanin V., Surkova A., Bogomolov A. Selecting optimal wavelength intervals for an optical sensor: A case study of milk fat and total protein analysis in the region 400 – 1100 nm / Sens. Actuators, B. 2015. Vol. 218. P. 97 – 104. DOI: 10.1016/j.snb.2015.03.101Galyanin V., Surkova A., Bogomolov A. Selecting optimal wavelength intervals for an optical sensor: A case study of milk fat and total protein analysis in the region 400 – 1100 nm / Sens. Actuators, B. 2015. Vol. 218. P. 97 – 104. DOI: 10.1016/j.snb.2015.03.101Kucheryavskiy S., Melenteva A., Bogomolov A. Determination of fat and total protein content in milk using conventional digital imaging / Talanta. 2014. Vol. 121. P. 144 – 152. DOI: 10.1016/j.talanta.2013.12.055Kucheryavskiy S., Melenteva A., Bogomolov A. Determination of fat and total protein content in milk using conventional digital imaging / Talanta. 2014. Vol. 121. P. 144 – 152. DOI: 10.1016/j.talanta.2013.12.055Амелин В. Г., Шаока З. А. Ч., Третьяков А. В. Анализ молочной продукции: определение массовой доли молочного жира и выявление фальсификации смартфоном с приложением Photometrix Pro® / Журн. аналит. химии. 2024. Т. 79. ¹ 2. С. 181 – 188. DOI: 10.31857/s0044450224020081Amelin V. G., Shogah Z. A. Ch., Tretyakov A. V. Analyzing dairy products: measuring milk fat mass fractionand detecting adulteration using the Photometrix PRO® smartphone app / J. Anal. Chem. 2024. Vol. 79. No. 1. P. 50 – 56. DOI: 10.1134/s1061934824010039Böck F. C., Helfer G. A., da Costa A. B., et al. PhotoMetrix and colorimetric image analysis using smartphones / J. Chemom. 2020. Vol. 34. No. 12. e3251. DOI: 10.1002/cem.3251Böck F. C., Helfer G. A., da Costa A. B., et al. PhotoMetrix and colorimetric image analysis using smartphones / J. Chemom. 2020. Vol. 34. No. 12. e3251. DOI: 10.1002/cem.3251Helfer G. A., Magnus V. S., Böck F. C., et al. PhotoMetrix: An application for univariate calibration and principal components analysis using colorimetry on mobile devices / J. Braz. Chem. Soc. 2017. Vol. 28. No. 2. P. 328 – 335. DOI: 10.5935/0103-5053.20160182Helfer G. A., Magnus V. S., Böck F. C., et al. PhotoMetrix: An application for univariate calibration and principal components analysis using colorimetry on mobile devices / J. Braz. Chem. Soc. 2017. Vol. 28. No. 2. P. 328 – 335. DOI: 10.5935/0103-5053.20160182Rateni G., Dario P., Cavallo F. Smartphone-based food diagnostic technologies: A review / Sensors. 2017. Vol. 17. 1453. DOI: 10.3390/s17061453Rateni G., Dario P., Cavallo F. Smartphone-based food diagnostic technologies: A review / Sensors. 2017. Vol. 17. 1453. DOI: 10.3390/s17061453Амелин В. Г., Емельянов О. Э., Шаока З. А. Ч., Третьяков А. В. Определение массовой доли молочного жира в бутилированном молоке бесконтактным цветометрическим методом / Журн. аналит. химии. 2024. Т. 79. № 11. С. 1147 – 1153. DOI: 10.31857/s0044450224110014Amelin V. G., Emel’yanov O. E., Shogah Z. A. Ch., Tretyakov A. V. Determination of the Mass Fraction of Milk Fat in Bottled Milk Using a Contactless Colorimetric Method / J. Anal. Chem. 2024. Vol. 79. No. 11. P. 1509 – 1514. DOI: 10.1134/s1061934824700904Родионова О. Е., Померанцев А. Л. Хемометрика: достижения и перспективы / Успехи химии. 2006. Т. 75. ¹ 4. С. 302 – 321.Rodionova O. Ye., Pomerantsev A. L. Chemometrics: achievements and prospects / Russ. Chem. Rev. 2006. Vol. 75. No. 4. P. 271 – 287. DOI: 10.1070/rc2006v075n04abeh003599

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