Подготовка счетного образца молочной продукции на определение удельной активности стронция-90 для практической деятельности испытательных лабораторий

Объекты ветеринарного надзора – это подконтрольные товары (животные, продукция животного происхождения), производственные объекты (фермы, цеха, склады), и деятельность контролируемых лиц (предприниматели, граждане), связанные с разведением, содержанием, перемещением, переработкой, хранением и реализацией этих товаров, а также сами результаты их деятельности, подлежащие обязательному ветеринарно-санитарному контролю3. Этот надзор осуществляется Федеральной службой по ветеринарному и фитосанитарному надзору (Россельхознадзор) и его территориальными органами, в целях защиты жизни и здоровья человека, окружающей среды, жизни и здоровья животных, предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей молока и молочной продукции относительно их назначения и безопасности, и распространяется на молоко и молочную продукцию.

Молоко сырое полученное от продуктивных животных – это категория сельскохозяйственной продукции, которая наиболее часто подвержена радиоактивному загрязнению и может содержатьтакие техногенные радионуклиды, как цезий-137 и стронций-90 [1, 2]. Сырое молоко – это исходный компонент всех молочных продуктов, поэтому его контроль качества осуществляется как самим производителем, так и государственными органами власти в рамках пищевого мониторинга4. Несмотря на то, что сырое молоко подвергается тщательному контролю, все продукты переработки молока также анализируются на нали- чие токсичных элементов, в том числе на техногенные радионуклиды: цезий-137 и стронций-90 поскольку высокая вероятность перехода опасных веществ в готовые пищевые продукты [3]. Ученые отмечают, что поведение техногенных радионуклидов при переработке молока в творог обуславливается пропорциональным увеличением содержания стронция -90 по отношению к исходному сырью [4]. В свою очередь ученые изучают возможности снижения негативного техногенного влияния на животных за счет питания, обогащение минеральным компонентами и витаминами рацион продуктивных животных, в части коров [5-6]. Так же ученые дают свою прогнозную оценку содержания 137Cs по некоторым видам продукции сельского (зерна озимой ржи, клубнях картофеля, молока) и лесного хозяйства по зонах радиоактивного загрязнения, а также удельной активности 137Cs в продукции сельского и лесного хозяйства при выращивании на этой территории. Стоит отметить, что молоко входит в группу прогнозной продукции, что говорит о значимости лабораторного контроля данного вида продукта [7].

Поскольку качество кормов существенно влияет на показатели полученной сельскохозяйственной продукции, а так же на жизнь и здоровье животных то само обследование производителей проводится самостоятельно и дополнительно ведется пищевой мониторинг в том числе на корма, качество и безопасность, которых не всегда удовлетворительное [8].В связи с этим усиленный контроль показателей удельной активности радионуклидовявляется критически важным для защиты населения от ионизирующего излучения[9].

В Техническом регламенте Таможенного союза:«О безопасности пищевой продукции» TP ТС 021/2011предельно допустимые уровни удельной активности стронция-90 в молокеи продуктах переработки молока.Есть уточнение по норме по видам продукции, которая выше у сгущенных, концентрированных, консервов, сухих, сыров, и сырных продуктов, масла и масляной пасты из коровьего молока, сливочнорастительного спреда и сливочно-растительной топленой смеси, концентратов молочных белков, лактулозы, сахара молочного, казеина, казеинатов, гидролизатов молочных белков, молочного жира и составляет от 25 до 200 Бк/кг(л).

Лабораторный контроль за уровнями содержания техногенных радионуклидов в сельскохозяйственном сырье и продуктах его переработки, является основным элементом обеспечения радиационной безопасностинаселения.Производители молока и его переработчики,самостоятельно ведут производственный контроль радионуклидов, а также проводят такие исследования и в испытательных лабораториях страны, несмотря на это возникают проблемы качества молока в хозяйствах[11]. По мимо этого производители расширяют ас- сортиментный рад молочной продукции – это могут быть молкосодержащее продукты, молочная продукция с комбинированным составом и другие произведённые по техническим условиям производства[12].

Испытательные лаборатории осуществляют свою деятельность по методическому сопровождению: ГОСТ 32163-2013 - Продукты пищевые. Метод определения содержания стронция Sr-90; ГОСТ 321612013 - Продукты пищевые. Метод определения содержания цезия Cs-137; Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гамма-спектрометра с программным обеспечением «ПРОГРЕСС» ФР.1.40.2014.18552 - Сцинтилляционный бета-спектрометр с программным обеспечением «ПРОГРЕСС». Обеспечение радиационной безопасности требует не только наличия средств контроля, но и понимания метрологических характеристик (погрешность, чувствительность, диапазон измерений) приборов, а также природы физический изменений исследуемой пробы[3]. ГОСТ 8.638-2013. Метрологическое обеспечение радиационного контроля. Основные положения), ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2019 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий)

В имеющихся источниках методической литературы отсутствует информация по видам продукции с подробными рекомендациями по подготовки счетного образца (далее - СО)и организации лабораторного исследования молочной продукции. Данная статья направленна на восстановления этого пробела.

Материалы и методы исследований

Объекты исследования были выбраны на основании наибольшего количество поступающих проб на исследования в ИЦНМВЛ ФГБУ «ВНИ-ИЗЖ» – это молоко 138 проб (2024г.) и 150 проб (2025 г.); а также пробы, которые редко поступают на исследования: сметана 1проб (2024г.) и 5 проб (2025 г.) и сливки 7 проб (2024г.) и 15 проб (2025 г.). Для того, что бы исследователи имели конкретные рекомендации по матрицам данной продукции. Помимо этого мы отталкивались и от сложности выполнения процедуре пробоподготовки данной продукции.

Для установления оптимальных навесок исследуемой продукции необходимых для получения счетного образца массой около 10 г ±2 г была произведена выборка в количестве проб: молоко – 100 проб; сливки – 15 проб; сметана – 5 проб. Масса СО бралась высокая (10 г) для снижения абсолютной неопределённости измерения (АНИ), которая зависит от массы счетного образца, чем выше масса, тем ниже АНИ.

Лабораторные исследования по измерению активности радионуклида стронция-90 проводили спектрометрическим методом в соответствии с требованиями ГОСТ 32163-2013 - Продукты пищевые. Метод определения содержания стронция Sr-90; и ФР.1.40.2014.18552

- Сцинтилляционный бета-спектрометр с программным обеспечением «ПРОГРЕСС»; Используемое оборудование для проведения процесса термического концентрирования пробы: муфельная печь; термометр для контроля температуры в муфельной печи портативный ТКПКН; плитка электрическая мощностью не менее 1 кВт (с одной конфорками); весы аналитические (нижний придел до 0,0001 г.) и весы лабораторные(нижний придел от 10 г.) посуда для выпаривания; вытяжной шкаф; лабораторная посуда – тигли, фарфоровые чашкии др.

Основные приборы для практических исследований – это спектрометрические комплексы «Мультирад» с программным обеспечением «Прогресс». Подбор температурных режимов осуществлялся с помощью портативного инфракрасного термометра Testo 104-IR итермометр контактный цифровой ТК-5.27. В работе использовалась любая посуда устойчивая к температурным воздействиям.

Результаты

Установлены оптимальные навески образцов молочной продукции необходимых для получения счетного образца (СО), молоко – 450-500 мл; сливки –450 мл; сметана –250-300 г. Стоит отметить, что масса навески меняется в зависимости от показателей качества молочной продукции: количества молочного жира, массовой доли сухого обезжиренного остатка, плотности. Представленные навески были подобранны из большинства идентичных проб.

При исследовании образцов по определению удельной активно-стистронция-90 проводилась их пробоподготовка методом термического концентрирования. Это необходимо для увеличения точности проводимых измерений, поскольку молоко и молочные продукты целесообразно измерять после проведения процедуры термического концентрирования с получением счетного образца в виде зольного остатка. Термическое концентрирование проводили в 2-а этапа:

• 1.    Выпаривание жидкости и обугливание на электрической плитке, рис. 1. Данный процесс самый трудоемкий, поскольку требует от исследователя внимания в параметрах нагревательного прибора, его интенсивность не должна превышать 30 ˚С. На этом этапе проба визуально уменьшается, сгущается за счет потери жидкости, происходит обугливание пробы и образуется сухой остаток. Время данного процесса занимает около 60 мин.

• 2.    Озоление в муфельной печи. Обугленная проба переносилась в тигли и ставилась в разогретую муфельную печь при температуре 250-300 ˚С с дальнейшим повышаем температуры до 500 ˚С, время нахождения образцов в печи около 60 минут. Затраченное время на подготовку счетного образца около 2 – х часов.

Молоко,жирность 3,2%- образец №1

Жидкий исходный материал для работы удобнее измерять мерной посудой в мл. Для подготовки счетного образца молока мы брали 500 мл. Для контроля массы навески в граммах проводили взвешивание выше указанного объема (500 мл) который составил 538,4 г. Стоит отметить, что масса пробы может меняться в зависимости от физико-химических показателей.Подробная характеристика образца №1 представлена на рис.1, где можно наблюдать протекающие изменения в исследуемой пробы.

А                     Б                       В

Г

Д

Ж

Рисунок 1 – Физическое изменение анализируемой пробы молока на фоне термической обработки

Для жидких продуктов характерна стадия образования корки рис.1. (Б), которая в процессе выпаривания жидкости перемешивается с основной массой образца. При концентрировании образца до момента образования сухого остатка рис.1. (В) исследователь не оставляет пробу, дабы не потерять её, поскольку существует высокая вероятна ее выходы за пределы лабораторной посуды. Обугленная проба рис.1. (Г) не требует внимания исследователя и может самостоятельно обугливаться на электрической плите при минимальной температуре ее интенсивности до 10 ˚С. После охлаждения переносится в тигли для дальнейшего концентрирования, которое ведется до голубой золы рис.1. (Д) – результат озоления.

Время подготовки одной пробы молока занимает от 60 до 100 минут, не учитывалось время пролонгирующего действия нагревательного прибора на пробу. Сама процедура термического воздействия заключалось в постепенном нагреве и остывании. Температурные режимы выставлялись минимальные начиная с 10 С до40 С.

Подготовленный СО переносили в кювету с предварительным взве-шиваем.Необходимую для исследования (счета) информацию загружали в меню программного обеспечения спектрометрической установки. Далее программное обеспечение по заданным алгоритмамсамостоя-тельно высчитывает удельную активность стронция-90 по отношению к массе СО, конечным результатом является формирование протокола исследований, рисунок 2.

Величина,ед.изм	Среднее значение	Погрешность_	Норматив
137Cs, Бк/кг	1,568	3,431	100
226Ra, Бк/кг	8,333	5,82	-
232Th, Бк/кг	0	4,998	-
40К, Бк/кг	37,75	12,29	-
90Sr, Бк/кг	0	4,171	25

Значение показателя соответствия В составляет 0,016 ± 0,170 (B+dB 0,186 В dB=-0,155).

По результатам измерений удельной активности техногенных радионуклидов исследуемая продукция может быть признана соответствующей нормативам ТР ТС 021/2011 О безопасности пищевой продукции.

Рисунок 2 – Проток исследований пробы молока, выгрузка из программного обеспечения «ПРОГРЕСС»

Результаты исследований пробы молока, представлены на рис. 2, все значения имеют единые единицы измерения Бк/кг, где нормирующим документом является ТР ТС 021/2011 О безопасности пищевой продукции, поскольку данный ТР ТС был ранее принят и вступил в силу, где норма стронция -90не меняется и составляет 25 Бк/кг(л). Погрешность –расширенная неопределённость измерения оставляет не более 4,171 единиц, что говорит об «адекватном» результате исследования.

Сливки,жирность 10 %- образец №2

Первичная подготовка пробы №2 не отличается от пробы №1 – это измерение массы пробы, осуществлялась мерной посудой, так же в работу брали 500 мл жидкой фазы – сливки. При нагреве физические изменения пробы заключались в изменении цвета, образование корки и загустение, все циклы приведенына рис. 3. Стоит отметить, что в практической работе со сливками разной жирности существенных отличий не отмечено.

А                     Б                     В

Г                                       Д

Рисунок 3 – Физическое изменение анализируемой пробы сметаны на фоне термической обработки

Как видно на рисунок 3 (А) для сливок также характерно образование корки. Сливки более быстро подвержены загустениюрис.1. (БД). Наблюдается отличие по цвету пробы, в результате термической обработки проба принимает коричневыйцвет, который отличается от цвета пробы №1, где изменяя цвета не происходит.В процессе нагревания, проба перемешивается для исключения пригорания к поверхности посуды, перемешивание осуществляется фарфоровой ложкой или подобной посудой устойчивой к термическому воздействию.

Время подготовки одной пробы сливок занимает до 60 минут, не учитывалось время пролонгирующего действия нагревательного прибора на пробу. Сама процедура нагрева заключалась в постепенном нагреве и остываниидо момента загустения. Далее проба остается на нагревательном приборе до обугливания. Температурные режимы от 10 до 30 ˚С.

Сметана,жирность 20 %- образец №3

А

Б

В

Г                 Д                 Ж

Рисунок 4 – Физическое изменение анализируемой пробы сметаны на фоне термической обработки

При пробоподготовке образца сметаны низкая вероятность потери пробы, однако до момента обугливания не желательно оставлять пробу на нагревательном приборе без внимания. Процесс образования пленки отсутствует, как в молоке. Стоит отметить, что процесс обугливания сопровождается выделением жира,как отдельной фракции, рис.2. (В-Г), которую достаточно сложно выпарить, поэтому мы после охлаждения этой фракции также переносили ее в тигли вместе с обугленным образом, рисунок 4. (Д).

В результате проделанной работы были установлены оптимальные объемы пробынеобходимые для подготовки счетных образцов, время, пошедшее на (подготовку и) проведениепрободготовки и температурные режимы термического концентрирования образцов, представлены в таблица 1.

Таблица 1 – Технологическая карта ведения процесса пробопод-готовки молочной продукции для спектрометрического анализ

и s z s га s и J ? > S E re	к s и CO E re Z re Z	co ь z	Затраченное время на термическое		к И’и a о ® g з £ z | c Ь s a	re 2
			концент м к re E i_ О	ирование, ин * E О m О
Молоко	450-500	11-12	100	до 60	30-40	Высокая вероятность потери пробы
Сливки	300-350	10-10	90	до 60	30-40	-
Сметана	250-300	10-11	60	до 60	40-45	-

*Озоление проводится в муфельной печи, время которого может составлять менее 60 минут, в зависимости от степени обугливания пробы. При сильном обугливание, озоление проходит быстро. Визуально можно оценить протекающий процесс по выходу дыма из муфельной печи, если дым более не выходит, то оборудование можно выключить.

Температура задаваемая в муфельной печи не должна превышать 600˚С, которая нарастает с 300 ˚С.Мы озоляли пробы при 500˚С.

Предложенная технологическая картапроцесса пробоподготовки молочной продукции для спектрометрического анализ может послужить пособием для специалистов ведущих лабораторные исследования на наличие техногенных радионуклида - стронций-90 в пищевой продукции.

В процессе научно-практической деятельности по подготовке технологической карты ведения процесса пробоподготовки молочной продукции для спектрометрического анализ для оценки удельной активности стронция-90 столкнулись с сложностями – потеря пробы, результаты которой представлены на рисунок 5.

А

Б

Рисунок 5 – Потеря пробы в процессе процедуры пробоподготовки

Результат ошибочного действия в процессе подбора процедуры пробоподготовки образцов молочной продукции.На рис. 5 продемонстрирована электрическая плита с лопнувшей фарфоровой чашкой для выпаривания жидкости, что в результатеприводит потере пробы (А) и загрязнению оборудования (Б). Причина не пригодность фарфоровых чашек для длительного термического нагревания. В процессе работы с такой проблемой столкнулись дважды. Выводы – для длительного термического нагрева использовать эмалированную или чугунную посуды,а не фарфоровую. Потеря пробы существенная проблема для исследователя поскольку наличие поступившей пробы может быть ограниченно, поэтому необходимости минимизировать все риски потери пробы как на этапе пробоподготовки, так и в процессе исследования. Помимо этого потеря пробы приводит к нерациональномурас-ходованию энергетических ресурсов организации, а также рабочего времени исследователя.

Заключение

Представлены результаты личного научно-практического опыта ведения лабораторных исследований техногенного радионуклида стронций-90 в молочной продукции. Установлены оптимальные массы и объемы образцов для концентрирования пробы, подробно описана процедура термического концентрирования с характеристикой протекающих внешних изменений в пробе, разобраны ошибки исследовате-лейпри проведении пробоподготовки и их последствия. Определили, что время озоления пробы не должно превышать от 60 минут. Предложена технологическая карта процесса подготовки счетного образца молочной продукции для спектрометрического анализ, которая снизит вероятность ошибочных действий исследователей и время проведения анализа, тем самым поспособствует рациональному производственном процессу.