Исследование процессов свертывания молока интерференционным методом Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Рис. 3. Термограммы нагрева и охлаждения молочного жира

Термоэффекты были обнаружены и при охлаждении образцов. Так, на термограмме охлаждения жира СОЮЗ 71 имеется один локальный минимум при температуре 20,35оС, а на термограмме охлаждения молочного жира наличествуют два локальных минимума при температуре 12,52°С и 18,55°С.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что метод термосканирования может быть использован для целей определения состава жировых композиций, однако необходимо провести комплекс работ по определению метрологических характеристик.

SUMMARY

A.A. Mayorov, D.A. Usatyuk

Research of temperature effects when thermoscanning fats

In this article the question of naturalness of products and components of an animal origin is considered. The special attention is paid to questions of replacement of animal fats on fats of a vegetable origin in various products.

Keywords: temperature effect, thermoscanning of fats, measuring cell, fatty composition, thermograms.

УДК 637.13 А.А. Майоров

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СВЕРТЫВАНИЯ МОЛОКА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫМ МЕТОДОМ

В статье представлены результаты исследования процессов свертывания молока интерференционным методом на интерференционном микроскопе с лазером. Дан анализ полученной интерференционной картины.

Ключевые слова: молоко-сырье, процесс свертывания, интерференционный метод, осциллограммы, диапазон частот.

Для изучения механизма свертывания молока интерес представляет информация о процессах, связанных с изменением внутренней структуры. Наблюдения с использованием по-лихромного светового потока (белый свет) не позволяют с помощью обычных оптических микроскопов получать изображение наночастиц. Размеры белково-жировых конгломератов (наночастиц) обычно лежат в диапазоне от 200 до 3000 нм. Интерференционную картину

© Майоров А.А., 2013

достаточно четко можно иметь при соотношении «размер частицы / длина волны» от 1 до 45. Излучение должно быть монохроматичным. Этому условию удовлетворяют твердотельные лазеры, широко используемые в настоящее время в целом ряде приборов.

Исследования проводили на специальном интерференционном микроскопе с лазером с длиной волны 650 нм. Интерференционную картину фиксировали с помощью веб-камеры с разрешением 640 х 480 пикселей. Луч лазера направляли на кювету с исследуемым молоком, прошедший луч - в оптическую систему микроскопа, снабженную видеокамерой. Кювета термостатировалась при температуре 30 ± 1°С.

Полученное видеоизображение анализировали с использованием специальной программы, записывали и затем подвергали сканированию в нескольких точках для получения осциллограммы изменения яркости.

Интерференционное изображение получалось в виде круга с неравномерно окрашенными в красный цвет перемещающимися зонами неправильной изменяющейся формы (рис. 1 и 2). Первоначально, после добавления сычужного фермента, визуально наблюдалось интенсивное хаотичное перемещение окрашенных зон. С течением времени размеры зон несколько укрупнялись, движение становилось замедленным и затем полностью прекращалось по завершении процесса свертывания. Рабочей гипотезой являлось то, что получаемое и фиксируемое аппаратурой изображение представляет собой интерференционную картину монохроматического луча, взаимодействовавшего с объектами, содержащимися в молоке (жир и белок). Взаимодействие представляло собой прохождение и отражение света от поверхности объектов.

Рис. 1. Изображение начальной стадии Рис. 2. Изображение конечной стадии

свертывания молока свертывания молока

Для количественной оценки скорости перемещения зон полученные записи видеоизображения интерферограмм затем воспроизводились на мониторе компьютера, оборудованном фотодатчиками. Сигналы яркости с контролируемых точек изображения записывались в виде осциллограмм, а также поступали на вход анализатора спектра частот. Контроль проводился в трех точках видеоизображения, суммарный сигнал подвергался частотному анализу. Общий вид осциллограммы приведен на рис. 3.

По внешнему виду осциллограммы можно сказать о том, что процесс, фиксируемый интерфероскопом, несмотря на хаотичность, имеет в первой стадии высокую интенсивность (высокую частоту изменения яркости контролируемой точки), впоследствии частота снижается, что видно по увеличению расстояний между экстремумами осциллограммы.

Рис. 3. Осциллограмма центральной точки видеоизображения интерференционной картины

Частотный анализ с применением метода БПФ (быстрые преобразования Фурье) показал изменения в спектре частот (скорости перемещения объектов в точке наблюдения) в процессе свертывания молока под воздействием молокосвертывающего фермента (рис. 4-8). Диапазон характерных частот находился в пределах от 0,1 Гц до 5 Гц.

Рис. 4. Начальная стадия свертывания (10 с)

-■ я л л 0 О Ж'Ж а - о То ^ | т № Ш <&

Осцмллогриф Слектроамапимтор | атзписщц. | Логичвгстй днлпшлтор |

Г0,1 0,095 0.09

о.оа 0.065 0,08 0.075 0£7

0,06 0,07?

'

0.06 0.055 о.да 0.045 0Д4 ОД35 ода 0.025 0.0? 0]СМ5 0.01 0.06 0,055 0,05

004

ОД»

1

1 4 0,025

1п

0ХМ5

\ 001

ода

_ __ ___;____ 0

Гц 0 0,5 1 1,5 2 2,5 М-> * 1 1 35 5 55 6 6 5 85 Э 9, 1

Рис. 5. Завершающая стадия свертывания (300 с) 56

1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

0-4 Гц

1Г "ГТГ п

ппп ■

сэ со

сэ ю

сэ

сэ

СП

сэ со

сэ ю

сэ

сэ

СП

сэ сч

сэ со

сэ ю

сэ сэ

Г- СП

сэ со

Время,с

сэ со со

Рис. 6. Суммарное изменение амплитуд (от 0 до 4 Гц) в процессе свертывания молока

500

450

400

я

§ 350

еГ ■

300

| 250

§ я 200

я

§ 150

и 100

50

0

1—2 Гц

щ

НЫННННННШМ.пппп,,.-

Время,с

ооооооооооооооооо Т— со

Рис. 7. Суммарное изменение амплитуд (от 1 до 2 Гц) в процессе свертывания молока

100

90

80

1 ; 70

Г 60

1 50

я 40

я

■Е 30

к ■ О 20

10

0

2-3 Гц

1ТМН1Т1—птНННЬГМ

нн ппШШп

сэсэсэсэсэсэсэсэсэсэсэсэсэсэсэсэсэ соиог— СЛ-Т— соиог— СЛ-Т— соиог— СП со

счсчсчсчсчсосо

Время,с

Рис. 8. Суммарное изменение амплитуд (от 2 до 3 Гц) в процессе свертывания молока

Из спектрограмм видно, что в начальной стадии свертывания спектр частот шире (от 0,1 Гц до 4 Гц с уровнем более 0,005 мв). В завершающей стадии свертывания высокочас-

тотные колебания значительно снижаются, а после завершения свертывания практически полностью прекращаются. Незначительные отклонения от нулевого уровня объясняются флуктуациями лазерного излучения и шумами фотоприемника.

Обработка спектрограмм позволила выявить оценку динамики перемещения объектов, получаемых на интерферограммах.

Рис. 9. Суммарное изменение амплитуд (от 3 до 4 Гц) в процессе свертывания молока

Наиболее информативным следует считать диапазон от 2 Гц до 3 Гц, в котором ярко проявляются оптические эффекты, связанные со структурой образующегося молочного сгустка.

Обращают на себя внимание минимумы на графиках, соответствующие 100 с и 230 с с момента внесения сычужного фермента в образец (рис. 8). Это может быть связано с какими-либо этапами свертывания белков (отщепление гликомакропептида, изменение пространственной структуры белков).

Анализ частотной характеристики в течение всего времени наблюдения (350 с) говорит о наличии максимума амплитуды на частоте 0,16 Гц и локальных максимумов на частотах 0,635; 0,794 и 1,07 Гц. Минимумы амплитуд соответствовали частотам 0,476 Гц и 0,873 Гц.

Следует отметить, что предлагаемая методика позволяет наблюдать динамику процесса свертывания без механического воздействия на объект, что дает возможность получать более достоверную информацию о процессах, происходящих при коагуляции молока.

SUMMARY

A.A. Mayorov

Research of processes of folding of milk interferential method

Results of research of processes of folding of milk are presented in article by an interferential method on a research interferential microscope with the laser. The analysis of the received interferential picture is submitted.

Keywords: milk raw materials, folding process, interferential method, oscillograms, range of frequencies.