Конфокальная рамановская микроспектроскопия молочных эмульсий: рациометрические признаки дегидратации и термической истории матрицы

Введение: Идентификация восстановленного молока осложняется тем, что традиционные маркеры теплового воздействия отражают совокупную температурно-временную нагрузку и не всегда позволяют отделить влияние распылительной сушки от интенсивной тепловой обработки жидкого молока. Рамановская спектроскопия дает возможность регистрировать изменения белковой, углеводной и липидной областей без химической пробоподготовки. Вместе с тем недостаточно разработаны физико-химически интерпретируемые рациометрические признаки, позволяющие сопоставлять спектральный отклик пастеризованного молока с изменениями, формирующимися при сушке и сохраняющимися после восстановления.

Цель: выявить рациометрические признаки в спектрах комбинационного рассеяния света, различающиеся у сырого, пастеризованного и восстановленного молока, а также оценить различия между образцами, полученными из сухого цельного молока при двух режимах сушки.

Результаты: В восстановленных образцах интегральная площадь полосы фенилаланина S₁₀₀₄ была выше, чем в сыром молоке, в 2,7 и 4,6 раза. Напротив, эмпирический индекс S₁₀₇₀/S₁₀₀₄ в восстановленном молоке существенно снизился до значений 2,17 и 2,56 (по сравнению с 7,58 в сыром молоке). Площадь полосы S₁₄₄₀ снизилась приблизительно на 45 и 31 %. Индекс S₁₀₇₀/S₁₄₄₀ увеличился с 0,21 в сыром молоке до 0,30 и 0,48 в восстановленных образцах.

Выводы: В исследованной модельной серии выявлены рациометрические признаки, чувствительные к совокупному влиянию сушки, восстановления и режима тепловой обработки. Полученные значения следует рассматривать как предварительные диапазоны, а не как диагностические пороги. Для оценки специфичности метода необходима валидация на независимых партиях с учетом состава сырья, гомогенизации, хранения и междневной вариабельности измерений.

1. Амелин, В. Г., Емельянов, О. Э., & Шаока, З. А. Ч. (2024). Идентификация нормализованного и восстановленного молока методами цифровой цветометрии и ИК-спектроскопии. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 90(8), 12–19. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2024-90-8-12-19

2. Барковская, И. А., Ярышев, В. Ю., Блиадзе, В. Г., Туровская, С. Н., Илларионова, E. E., Кондратенко, В. В., & Галстян, А. Г. (2025). Математическая оценка изменения углеводного и белкового профилей молока при термической нагрузке. Техника и технология пищевых производств, 55(4), 794–806. https://doi.org/doi: 10.21603/2074-9414-2025-4-2607

3. Галстян, А. Г., Петров, А. Н., Радаева, И. А., Туровская, С. Н., Червецов, В. В., Илларионова, Е. Е., & Семипятный, В. К. (2016). Теория и практика молочно-консервного производства. Издательский дом «Федотов Д. А.»

4. Жилинкова, К. Б. (2021). Проблемы фальсификации молочной продукции и их влияние на рынок молока и состояние молочной отрасли. Экономика. Информатика, 48(4), 697–706. doi.org/10.52575/2687-0932-2021-48-4-697-706.

5. Мягконосов, D. S., Топникова, Е. В., Абрамов, Д. В., & Кашникова, О. Г. (2025). Использование колориметрии с трехфазным коэффициентом отражения для выявления фальсификации свежего молока восстановленным сухим молоком. Пищевые системы, 8(2), 296–305. doi.org

6. Alkadour, M., Pryanichnikova, N., Yurova, E., & Petrov, A. (2024). Effect of thermal treatment and pasteurization on milk powder quality. Food Processing: Techniques and Technology, 54(2), 275–284. doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2506.

7. Almeida, M. R., Oliveira, K. d. S., Stephani, R., & de Oliveira, L. F. C. (2011). Fourier-transform Raman analysis of milk powder: A potential method for rapid quality screening. Journal of Raman Spectroscopy, 42(7), 1548–1552. doi.org/10.1002/jrs.2893

8. Boitz, L. I., & Mayer, H. K. (2016). Analytical assessment of the intense heat load of whipping cream, coffee cream, and condensed milk at retail in Austria and Germany. Dairy Science & Technology, 96(5), 677–692. doi.org/10.1007/s13594-016-0295-0.

9. Cai, Y., Yang, C., Xu, D., & Guia, W. (2018). Baseline correction for Raman spectra using penalized spline smoothing based on vector transformation. Analytical Methods, 10(29), 3525–3533. doi.org/10.1039/C8AY00914G

10. Czaja, T. P., Vickovic, D., Pedersen, S. J., Hougaard, A. B., & Ahrné, L. (2023). Spectroscopic characterisation of acidified milk powders. International Dairy Journal, 142, Article 105664. doi.org/10.1016/j.idairyj.2023.105664

11. de Wolf, J. R., Lenferink, A., Lenferink, A., Otto, C., & Bosschaart, N. (2021). Evaluation of the changes in human milk lipid composition and conformational state with Raman spectroscopy during a breastfeed. Biomedical Optics Express, 12(7), 3934–3947. doi.org/10.1364/BOE.427646

12. Finnegan, E. W., Goulding, D. A., O'Callaghan, T. F., & O'Mahony, J. A. (2024). From lab-based to in-line: Analytical tools for the characterization of

13. Freire, P., & Moreira Barboza, F. & Alves de Lima Jr, J. & Melo, F. & Filho, J. (2017). Raman spectroscopy of amino acid crystals. IntechOpen. doi.org/10.5772/65480

14. Freire, P., Zambrano, A., Zamora, A., & Castillo, M. (2022). Thermal denaturation of milk whey proteins: A comprehensive review on rapid quantification methods being studied, developed and implemented. Dairy, 3(3), 500–512. doi.org/10.3390/dairy3030036

15. Han, M., & Dang, Y., & Han, J. (2024). Denoising and baseline correction methods for Raman spectroscopy based on convolutional autoencoder: A unified solution. Sensors, 24(10), Article 3161. doi.org/10.3390/s24103161

16. Hernández, B., Coïc, Y.-M., Kruglik, S., Sanchez-Cortes, S., & Ghomi, M. (2025). Conformation dependence of phenylalanine characteristic Raman markers. Journal of Raman Spectroscopy, 56(2), 262–277. doi.org/10.1002/jrs.6759

17. Hernández, B., Pflüger, F., Kruglik, S. G., & Ghomi, M. (2013). Characteristic Raman lines of phenylalanine analyzed by a multiconformational approach. Journal of Raman Spectroscopy, 44(6), 827–833. doi.org/10.1002/jrs.4290

18. Ho, J.-H., Chou, M.-Y., Chan, Y.-J., Chow, C.-F., Lee, T.-A., Lu, W.-C., Wang, M.-F., & Li, P.-H. (2024). Discrimination of reconstituted milk from fresh skim milk by using lactulose and furosine as milk quality indicators. Journal of Agriculture and Food Research, 18, Article 101336. doi.org/10.1016/j.jafr.2024.101336

19. Hussain Khan, H. M., McCarthy, U., Esmonde-White, K., Casey, I., & O'Shea, N. (2023). Potential of Raman spectroscopy for in-line measurement of raw milk composition. Food Control, 152, Article 109862. doi.org/10.1016/j.foodcont.2023.109862

20. Karunathilaka, S. R., Farris, S., Mossoba, M. M., Moore, J. C., & Yakes, B. J. (2016). Characterising variances of milk powder and instrumentation for the development of a non-targeted, Raman spectroscopy and chemometrics detection method for the evaluation of authenticity. Food Additives & Contaminants: Part A, 33(6), 921–932. doi.org/10.1080/19440049.2016.1188437

21. Li, J.-X., Qing, C.-C., Wang, X.-Q., Zhu, M.-J., Zhang, B.-Y., & Zhang, Z.-Y. (2024). Discriminative feature analysis of dairy products based on machine learning algorithms and Raman spectroscopy. Current Research in Food Science, 8, Article 100782. doi.org/10.1016/j.crfs.2024.100782

22. Li, L., Peng, Y., Li, Y., & Wang, F. (2019). A new scattering correction method of different spectroscopic analysis for assessing complex mixtures. Analytica Chimica Acta, 1087, 20–28. doi.org/10.1016/j.aca.2019.08.067

23. Li, Y. S., & Church, J. S. (2014). Raman spectroscopy in the analysis of food and pharmaceutical nanomaterials. Journal of Food and Drug Analysis, 22(1), 29–48. doi.org/10.1016/j.jfda.2014.01.003.

24. Li-Chan, E. C. Y. (2007). Vibrational spectroscopy applied to the study of milk proteins. Le Lait, 87(4-5), 443–458. ⟨hal-00895661⟩

25. Ní Fhuaráin, Á. M., O’Donnell, C. P., Luo, J., & Gowen, A. A. (2024). A review on MIR, NIR, fluorescence and Raman spectroscopy combined with chemometric modeling to predict the functional properties of raw bovine milk. ACS Food Science & Technology, 4(11). Advance online publication. doi.org/10.1021/acsfoodscitech.4c00130

26. Silva, M. G., de Paula, I. L., Stephani, R., Edwards, H. G. M., & de Oliveira, L. F. C. (2021). Raman spectroscopy in the quality analysis of dairy products: A literature review. Journal of Raman Spectroscopy, 52(12), 2444–2463. doi.org/ 10.1002/jrs.6214.

27. Spoor, E., Oerke, V., Rädle, M., & Repke, J. U. (2024). Raman spectroscopy of disperse systems with varying particle sizes and correction of signal losses. Sensors, 24(10), Article 3132. doi.org/10.3390/s24103132

28. Surkova, A., & Bogomolov, A. (2023). Analysis of milk microstructure using Raman hyperspectral imaging. Molecules, 28(6), Article 2770. doi.org/ 10.3390/molecules28062770

29. van den Oever, S. P., & Mayer, H. K. (2021). Analytical assessment of the intensity of heat treatment of milk and dairy products. International Dairy Journal, 121, Article 105097. doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.105097.

30. Vaskova, H., & Buckova, M. (2016). Measuring the lactose content in milk. MATEC Web of Conferences, 76, Article 05011. doi.org/10.1051/matecconf/20167605011