CC BY
37PHYSICAL SCIENCES
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR IDENTIFICATION OF FALSIFIED HONEY
Egorov V.
Kurikov I.
MGEE Astrakhan "Gymnasium No. 3", Grade 9
Gavrilov S.
Department of technical support of educational-scientific process of ASU
Scientific advisers:
Likhter A.
Professor, Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of General Physics, ASU
Subbotina S.
Physics teacher MGEE Astrakhan "Gymnasium No. 3"
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИДЕНТИФИКАЦИИ ФАЛЬСИФИЦИРОВАННОГО МЁДА
Егоров В.М.
Куриков И.А.
МБОУ г. Астрахани «Гимназия № 3», 9 класс
Гаврилов С.А.
Отдел технического обеспечения учебно-научного процесса АГУ
Научные руководители: Лихтер А.М.
Профессор, д.т.н., заведующий кафедрой общей физики АГУ
Субботина С.З.
учитель физики МБОУ г. Астрахани «Гимназия № 3»
Abstract
The method of determination of falsified honey with the help of its opto - electronic characteristics is considered in the article. A methodology for conducting the research has been developed and a laboratory installation has been modernized. As a result of the experimental study, the optical and electronic characteristics of honey and mixtures received by mixing saccharides with water were obtained. A comparative analysis of the obtained optical - electronic characteristics is carried out.
Аннотация
В статье рассмотрен способ определения фальсифицированного мёда с помощью его оптико - электронной характеристики. Разработана методика проведения исследования и модернизирована лабораторная установка. В результате проведения экспериментального исследования были получены оптико - электронные характеристики мёда и смесей, полученных путём смешивания сахаридов с водой. Проведен сравнительный анализ полученных оптико - электронных характеристик.
Keywords: chemical composition, honey, fructose, sucrose, optoelectronic characteristic, angle of rotation of the plane of light polarization.
Ключевые слова: химический состав, мёд, фруктоза, сахароза, оптико - электронная характеристика, угол поворота плоскости поляризации света.
В настоящее время определение качества пищевых продуктов является одной из актуальных проблем. Одним из таких продуктов, который высоко ценится за свои полезные свойства является мёд [1, с. 3]. Качество мёда определяется высоким (65-75%) содержанием глюкозы и фруктозы и относительно низким (<25%) содержанием других примесей (воды, пестицидов, декстринов, мальтозы, мелицитозы, золы) [2,3, с. 205 - 207], в частности, сахарозы - в натуральном мёде её процентный состав не превышает 4%.
Как показывает статистика, которую приводит Министерство предпринимательства, инноваций и занятости Новой Зеландии, среднедушевое потреб-
ление мёда в России составляет 0,35 кг [4]. Это говорит о том, что есть спрос на данный продукт и, следовательно, растет предложение по контрафактному продукту. Учитывая большие затраты при получении натурального мёда, количество контрафактного продукта в последнее время заметно увеличилось [5].
Мёд с повышенным количеством сахарозы не только неэффективен, но даже опасен, т. к. лишний сахар приводит к диабету [6, с. 45]. На сегодняшний день известно несколько способов определения качества (натуральности) мёда: самый точный, но в то же время самый дорогой и требующий много времени на получение результатов - это лабораторные
исследования. Есть методы более дешевые - восковой карандаш или проба на промокательной бумаге, но точность определения данными методами очень низка. Альтернативой лабораторным исследованиям являются такие приборы, как рефрактометры для мёда [7, с. 2].
В работе [8, с. 135] описана лабораторная установка (рис.2), позволяющая определить фальсификат. Этот прибор хоть и позволяет отличить подделку от натурального продукта, но имеет несколько существенных недостатков, в частности, она предназначена только для анализа смеси сиропа и меда 1:1, а при использовании производных сиропа прибор может давать несоответствующие результаты), требует громоздкого оборудования. Помимо этого, состав сложных смесей, ярким представителем которых является мёд, определялся хро-матографическими и другими инерционными методами [9, с. 30, 10, с. 16]. Как уже было показано ранее, мёд на 85% состоит из сахаридов, главными из которых являются фруктоза, глюкоза и сахароза. Это вещества, которые будут важны для дальнейшего рассмотрения.
Таким образом, создание недорогого, компактного и быстродействующего прибора для определения качества мёда остается достаточно актуальной проблемой. Он может быть построен на основе математической модели, связывающей углы поворота плоскости поляризации света медом и входящими в его состав сахаридами:
^меда— (1)
где ^меда - угол поворота плоскости поляризации света медом,
^ - угол поворота плоскости поляризации света /-сахаридом, входящим в состав меда,
n=1, 2, 3 - номер сахарида.
Исходя из вышеизложенного, целью работы и является решение данной проблемы.
Для достижения cформулированной цели работы необходимо выполнить следующие задачи:
1. Анализ литературных источников по удельному вращению мёда и входящих в его состав саха-ридов.
2. Изучение методики работы на установке для исследования закона Малюса производства Phywe Systems (EXACTA OPTECH).
3. Приобретение практических навыков работы с программными продуктами, необходимыми для обработки лабораторных результатов -OriginLab и MatLab.
4. Разработка методики приготовления смесей сахаридов с заданным процентным содержанием.
5. Проведение экспериментов по измерению угла поворота плоскости поляризации света растворами сахаридов с разным процентным содержанием и различными разновидностями меда.
6. Анализ экспериментальных данных с целью вычисления среднего значения удельного вращения сахаридов (постоянная Верде).
7. Разработка математической модели, описывающей связь углов поворота плоскости поляризации света мёдом и входящими в его состав сахари-дами.
Был проведён эксперимент на специализированной установке для изучения закона Малюса производства Phywe Systems (EXACTA OPTECH) с целью определения зависимости удельного вращения чистыми сахаридами в растворах от длины волны света.
Эксперимент проводился следующим образом:
1. В кювету длиной 16 см заливалась дистиллированная вода.
2. В воду добавлялась сахароза в различной концентрации (от 1 до 9% с шагом в 1%, от 12 до 20% с шагом в 3% и от 20 до 50% с шагом в 5%).
3. Кювета помещалась в канал для образца в модифицированной установке для изучения закона Малюса производства Phywe System (EXACTA OPTECH) [11].
4. Устанавливался один из четырех рабочих светофильтров с различными полосами пропускания (зелёный, синий, красный, оранжевый).
5. Измерялись значения угла поворота плоскости поляризации света для каждой смеси, при фиксированном спектральном интервале, задаваемым полосой поглощения данного спектра.
Затем те же действия проводились для каждого светофильтра и для каждого полисахарида. После исключения из базы данных «выбросов» осталось 19 значений угла поворота, которые используются для вычисления среднего значения удельного вращения для каждого из сахаридов на четырех длинах волн.
В результате были получены следующие результаты удельного вращения сахаридов:
Значения удельного вращения (0оср) сахарозы на 4 длинах волн
Х1=458нм Х2=530нм Х3=600нм Х4=668нм
1,185682 0,968965 0,765783 0,564656
Значения удельного вращения (0оср) фруктозы на 4 длинах волн
Х1=458нм Х2=530нм Х3=600нм Х4=668нм
1,6843 1,3652 0,9474 0,7935
Значения удельного вращения (0оср) глюкозы на 4 длинах волн
Х1=458нм Х2=530нм Х3=600нм Х4=668нм
1,6378 1,4532 1,0873 0,8975
С учетом (1), составим систему уравнений: ^Mi = ФС! + ^ГЛ! + ^фр! ]^м2 = Фс2 + Фгл2 + Ффр2 (2)
(Фм3 = Фс3 + Фгл3 + ффрз
Дальнейшее продвижение по этой задаче связано с обработкой результатов в программном пакете OriginLab [12, с. 27].
Была составлена программа, которая позволила преобразовать полученные ранее зависимости и уравнения в иные, в которых коэффициенты зависят только от концентраций. Таким образом, мы поучаем итоговое уравнение, для решения которого была написана другая программа, решающая системы 3 линейных уравнений с помощью определителей.
В итоге были решены задачи и сделаны следующие выводы:
1. Был проведен анализ литературных источников по удельному вращению мёда и входящих в его состав сахаридов.
2. Была изучена методика работы на установке для исследования закона Малюса производства Phywe Systems (EXACTA OPTECH) и програмных продуктах OriginLab и MatLab.
4. Разработана методика приготовления смесей сахаридов с заданным процентным содержанием.
5. Проведены эксперименты по измерению угла поворота плоскости поляризации света растворами сахаридов с разным процентным содержанием и различными разновидностями меда.
6. Проведен анализ экспериментальных данных с целью вычисления среднего значения удельного вращения сахаридов (постоянная Верде).
7. Была разработана математическая модель, описывающая связь углов поворота плоскости поляризации света мёдом и входящими в его состав сахаридами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Николаева, Ю.Н. Мед, прополис, перга и другие продукты пчеловодства от всех болезней / Ю.Н. Николаева. - М.: Рипол Классик, 2011. - 192 с.
2. Химический состав меда // Журнал «Продукты пчеловодства». - 2013.
3. М. Ф. Шеметков Советы пчеловоду - 1991.
4. Мировой рынок меда в 2015 году // Пчеловодство [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.apiworld.ru/1460449678.html
5. Доля фальсификата на рынке меда в России - ТАСС - информационное агентство России. Режим доступа: http://tass.ru/ekonomika/3542884
6. Diabetes Mellitus: Report of a WHO Study Group [meeting held in Geneva from 11 to 16 February 1985] - 1985. Режим доступа: http://apps.who.int/iris/bit-stream/1Q665/39592/1/WHO TRS 727.pdf
7. Монохроматор МДР-206. Руководство по эксплуатации 30 Ю - 67.105 РЭ. - 41 с.
8. В. Салькова // Быстродействующий оптико-электронный прибор для определения фальсифицированного меда - 2009. Режим доступа: http://www.salkova.ru/Product_bee/Honey/chemistry.
9. Физико - химические методы, применяемые при исследовании пищевых продуктов - 2012.
10. Методы исследования пищевых продуктов, - Никитина Ю.Е., Френкель Е.Э. 141 с
11. Exacta Optech Optech Abbe refractometers // Lab Unlimited. - 2009.
12. Павлов А., Тюканов А.С. Математический пакет OriginLab: Методическое пособие [Электронный ресурс] // РГПУ им. А.И. Герцена. - 2013. - Режим доступа: http://physics.herzen.spb.ru/library/03/02/originlab/in dex.html
