CC BY
10УДК 664.83
ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ПРОДОВОЛЬСТВИЯ
С.А. Романчиков
Отсутствие технических стандартов, регламентирующих производство продовольствия, позволяет недобросовестным производителям использовать дешевые заменители и пищевые добавки (консерванты, антиокислители, стабилизаторы, влагоудерживающие агенты и др.) для производства продуктов питания. Это снижает себестоимость продукта питания и способствует производству фальсификата. Для реализации целей технического регулирования производства продовольствия, обеспечения безопасности пищевых продуктов необходима разработка и совершенствование мобильных устройств, позволяющих экспериментальным методом определить качество продуктов питания. Внедрение «карманных приборов» позволит в короткие промежутки времени определить качественное состояние продукта питания - его свежесть, а также выявить фальсификат. Своевременное выявление некачественного продовольствия способствует снижению вреда для здоровья населения от потребления несвежих и фальсифицированных продуктовых товаров. В статье предлагается конструкция прибора, работа которого основана на принципах фотометрии. Прибор позволяет оперативно выявлять качество продовольствия посредством измерения поверхностной плотности силы света отраженного исследуемым образцом в заданном направлении. Свет от исследуемой поверхности падает на фоторезистор и в замкнутой цепи преобразуется в пропорциональный по силе отражённого света электрический ток. Сравнительный анализ результатов измерения энергии отраженной световой волны, преобразованный в величину силы тока с эталонными значениями показателей качества продуктов питания осуществляется автоматически. Результаты экспертизы в буквенно-цифровом формате отображаются на мониторе. В основу работы прибора положен принцип измерения величины светового потока от светящейся поверхности исследуемого образца при его освещении. Конструкция корпуса обеспечивает мобильность и компактность прибора, позволяет определять качество продукта и выявить фальсификат, без нарушения целостности продукта питания.
Ключевые слова: фальсификат, прибор, яркость, свет, измерение, результат.
Развитие пищевой промышленности, внедрение современных технологий, способов и методов производства продовольствия позволяют организовать безотходное производство продуктов питания. Стремление заработать максимальное количество прибыли, при минимизации финансовых затрат, а также «пробелы» в нормативной базе, позволяют недобросовестным производителям прибегать к производству фальсификатов. Для повышения контроля качества за производством продовольствия Правительство Российской Федерации (РФ) приняло стратегию повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года. Стратегия ориентирована на обеспечение полноценного питания, профилактику заболеваний, увеличение продолжительности и повышения качества жизни, а также для исключения на рынке фальсифицированных продуктов питания [1].
Развитие системы продовольственной
безопасности и качества продуктов питания в настоящее время, является одной из важнейшей задач аграрной и экономической политики. Необходимо отметить, что продовольственная безопасность является частью национальной безопасности РФ.
Проблема выявления фальсификата и повышения качества продовольствия актуальна для Вооруженных сил РФ (ВС), других войск, воинских формирований и органов как в условиях повседневной деятельности, так и при выполнении задач в условиях военного времени. Существующие методы оценки качества продовольствия нуждаются в совершенствовании не только с точки зрения сокращения затрат времени и ресурсов, но и повышения точности и объективности оценки.
В настоящее время существует необходимость разработки и внедрения новых технических средств для определения качества продовольствия, поставляемого в ВС РФ. Эти технические средства должны обеспечить
оперативность контроля и возможность выявлять качество продовольствия без проведения лабораторных исследований, а также обеспечивать распознание фальсификата. Перспективным способом контроля качества продовольствия является использования принципа фотометрии, для измерения яркости поверхности пищевых продуктов на основе применения процедур аксонометрического анализа отраженной световой волны исследуемого образца с характеристиками эталона.
Объекты и методы.
В целях экспертизы качества продовольствия предлагается Фотометр контроля качества продовольствия, действия которого основано на измерении яркости света, отра-
женного от поверхности исследуемого продукта питания или сырья для его производства. Прибор позволяет оперативно установить качество продовольствия посредством измерения поверхностной плотности силы света (яркости (Вф)), отраженного поверхностью исследуемого образца в заданном направлении [2]
й1 й2 Ф В,п =-=-кд/м2
^ dS СОБф йБй ПСОБф
где dI - сила света элемента dS светящейся поверхности в направлении, составляющем угол ф с нормалью к элементу dS (рис. 1); d2Ф - световой поток, излучаемый элементом dS в телесный угол йО в том же направлении; Ф - величина площади S.
Рисунок 1 - Принципиальная схема применения принципов фотометрии в исследовании качества продуктов питания
Функциональное предназначение и преимущество этого устройства заключается в повышении оперативности и объективности выявления степени свежести пищевых продуктов по сравнению с органолептическими методами.
Экспертиза качества установления свежести и выявления фальсификата пищевых продуктов выполняется с использованием
принципов фотометрии. Для этого в конструкции фотометра предусмотрен выносной осветительно-приемный блок, в котором зафиксирован светодиод зеленого света и фоторезистор, улавливающий яркость отраженного исследуемым образцом света и преобразующий его пропорционально величине силы света в электрический ток (рис. 2).
-ТТТГТТТТТ^
Сравнительный анализ результатов измерения энергии отраженной световой волны, которая преобразуется в величину силы тока с эталонными значениями показателей качества продуктов питания осуществляется автоматически с использованием программы
а
[3] в имеющимся в устройстве микроконтроллере. Микроконтроллер связан со светодио-дом, фоторезистором и монитором, который в буквенно-цифровом формате отображает результат экспертизы (рис. 3).
а - внешний вид; б - конструкция: 1 - блок питания; 2 - микроконтроллер; 3 - осветительно-приёмный блок; 4 - USB кабель, 5 - монитор; 6 - корпус; 7 - кабель; 8 - гнездо; 9 - провод;
10 - индикатор питания; 11 - кнопка
Рисунок 3 - Фотометр контроля качества продовольствия
б
Фотометр работает следующим образом. Для измерения яркости отраженного света осветительно-приёмный блок (3) прикладывается к поверхности исследуемого объекта (пищевого продукта). Отраженный от исследуемой поверхности свет падает на фоторезистор и в замкнутой цепи преобразуется в пропорциональный по силе отражённого света электрический ток. Сравнения полученного результата с эталонными данными по силе отраженного света осуществляется микроконтроллером (2). Расхождения между эталонными данными и фактической силой отраженного света от исследуемого образца, преобразованной в величину силы тока дает информацию о степени свежести продукта питания или о замене его фальсификатом. В предлагаемом устройстве информация о качестве продуктов питания выводится в буквенно-цифровом формате на монитор (5).
Конструкция корпуса (6) позволяет прикладывать его к любой поверхности без отделения (отрезания) части продукта питания. Блок-схема фотометра и принцип его работы представлены на рисунке 4.
В основу работы прибора положен принцип измерения величины светового потока от светящейся поверхности исследуемого образца при его освещении. Для установления светимости (R) испускаемой поверхностью пищевого продукта используется зависимость
R = 2n Вф cos ^ sin ^ йф, лк
где ф - угол между излучаемой и рассматриваемой поверхностями [2].
Для уменьшения массогабаритных характеристик прибора его мобильности и оперативности измерений, в отличие от «Фотоэлектронного измерителя для экспертизы свежести пищевых продуктов по цвету» [4, 5], в устройстве используются принципы измерения энергии, переносимой световыми волнами. Это позволяет измерить яркость отраженного света от исследуемой поверхности и получить достоверные и объективные данные измерений в текстово-цифровом формате на цифровом дисплее.
Рисунок 4 - Блок-схема и принцип работы фотометра контроля качества продовольствия
В устройстве прибора для освещения исследуемого образца используется не спектральный, а монохроматический излучатель зеленого света. Выбор зеленого света основывается на анализе спектра чувствительности человеческого глаза.
Характеристикой восприятия света приемником в зависимости от длины волны света является спектральная чувствительность приемника (Уа) - величина, обратно пропор-
циональная мощностям монохроматических излучений с разными длинами волн, оказывающим одинаковое действие на приемник света. Величина Ка=Уа/(Уа) макс называется относительной спектральной чувствительностью глаза (относительной видностью). Для нормального глаза Ка=1 при Л=5,55х10 -5 см. Зависимость Кл от Л (кривая видности) приведена на рисунке 5 [2].
Рисунок 5 - Относительная спектральная чувствительность
Разработка предлагаемого технического решения и его последующее серийное производство позволяют иметь на оснащении органов продовольственной службы мобильное, малогабаритное, автоматизированное
устройство, для экспертизы качества (свежести) и выявления фальсификата продовольствия без деформации и деления его на части в течение короткого промежутка времени
(2-3 мин). При этом достигается достаточно высокая степень точности информации о качестве продовольствия без лабораторных исследований. Следует отметить простоту технологии применения предлагаемого прибора и отсутствие необходимого дополнительного обучения личного состава для использования. Автоматическое определение повышает качество экспертизы продоволь-
С.А. РОМАНЧИКОВ
ствия и не требует привлечения экспертной группы.
Прибор может использоваться для определения качества следующих пищевых продуктов: муки пшеничной, сахара, молока, масла сливочного, мяса, рыбы и др. При определении качества муки определяют ее белизну и цвет. Прибор позволяет выявить фальсификат пищевых продуктов, в которые подмешивается дешёвые компоненты: в хлеб пшеничный или макаронные изделия из муки высших сортов добавляют муку обойную или второго сорта и т.д.
Преимуществом прибора также является его автономность и способность эффективно и непрерывно работать в течение 20 часов. Энергопотребление при этом составляет до 1 Вт. Надежность работы достигается отсутствием механических узлов и минимальным количеством деталей, состоящих из стандартных электронных модулей. Масса устройства с блоком питания составляет 200г, а габаритные размеры - 100*80*50 мм.
Применение принципа измерения величины светового потока от светящейся поверхности исследуемого образца при его освещении позволило предложить Фотометр контроля качества продовольствия, позволяющего при минимальных затратах на его производство и энергопотребление, определять качественное состояние продукта питания, Фотометр может использоваться как в лабораторной практике, так и в практической работе на объектах продовольственной службы (склад, столовая, пункт питания), а также выявлять фальсифицированное продовольствие. Дальнейшим направлением в развитии технических средств контроля качества продовольствия и совершенствования предложенного прибора является расширение функций в направлении измерения плот-
ности летучих веществ в продуктах питания и сырья.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года. Распоряжение Правительства РФ от 29.06.2016 N 1364-р.
2. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов /Б. М. Яровский, А. А. Детлаф / ГИФМЛ, М. 1963 С. 590 - 591.
3. Решение о выдаче патента на полезную модель МПК: A47J27/00, А45F3/16 Электронный фотометр [Текст]/ Романчиков С.А. ^и), заявитель и патентообладатель Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева» ^и). -№ 2017101770 заявл. 11.01.2017.
4. Романчиков С.А. Устройство для определения качества продуктов питания [Текст] /С.А. Романчиков// Сборник статей Международной научно-практической конференции «Новые задачи технических наук и пути их решения» (Самара, 13.05.2017 г.), ООО «Аэтерна» 2017. С. 200-202.
5. Романчиков С.А. Мобильное устройство для контроля качества продовольствия [Текст] /С.А. Романчиков// Сборник статей Международной научно-практической конференции «Новые задачи технических наук и пути их решения» (Самара, 13.05.2017 г.), ООО «Аэтерна», 2017. С. 202204.
Романчиков Сергей Александрович,
кандидат технических наук, докторант, Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева. 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова д.8. т-manchkovspb1983@mail.ru, тел 8-911-209-4967
