CC BY
32
Сертификация натурального и растворимого кофе с помощью «электронного носа»
П.В. Яковлев, А.В. Шапошник, К.К. Полянский, С.Г. Шереметова
Воронежский государственный аграрный университет И.Н. Назаренко
Воронежская государственная технологическая академия
Запах кофе характеризует его вкус. В то же время для многих потребителей запах кофе служит самостоятельным критерием, предопределяющим выбор сорта при покупке. Распознавание запаха позволяет идентифицировать сорта кофе во избежание фальсификаций. Однако применяемый для этих целей органолептический метод носит субъективный характер и достаточно трудоемок. В настоящее время в связи с появлением нового поколения аналитического оборудования — газовых сенсоров — появилась возможность создания систем искусственного обоняния. Подобные приборы («электронные носы») могут быть использованы для сертификации продуктов и оптимизации технологии производства.
Искусственное обоняние, как правило, не связано с классическими качественным и количественным анализом — подобная задача слишком сложна и трудоемка, так как запах обычно определяется десятками компонентов. В настоящее время запах успешно идентифицируется по набору экспериментальных данных, характеризующих исследуемый объект в совокупности. В качестве таких данных обычно используют отклики различных сенсоров, различающихся по селективности.
Использованные в данной работе полупроводниковые газовые сенсоры
0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1 Главная компонента 2
□ — «Nescafe Golg» о — «Nescafe Classic» ж — Свежемолотый «Черная карта» д — «Черная карта» после 2 ч на воздухе
электрокондуктивного типа имеют много достоинств, среди которых — высокая чувствительность, быстрота отклика, а также малые размеры, дешевизна и простота съема информации. Один из главных недостатков полупроводниковых сенсоров — их недостаточная селективность. Для повышения селективности полупроводниковых сенсоров на их поверхность были нанесены тонкие полимерные покрытия, выполняющие функции газоразделительных мембран [1].
Для создания сенсорной системы были опробованы три десятка сенсоров, различающихся способами нанесения, составами газочувствительных слоев, составом и толщиной газоразделительных покрытий. После испытаний были отобраны восемь сенсоров, обладающих специфичностью к различным сортам кофе:
SпO2 без добавок, без мембранного покрытия;
SпO2 с добавками сурьмы (2 %), лантана (1 %), без мембранного покрытия;
SпO2 с добавками золота (3 %), меди (0,5 %), без мембранного покрытия;
SпO2 с добавкой Pd (3 %), с мембранным покрытием полиамидкислоты;
SпO2 с добавкой Pd (3 %), с мембранным покрытием на основе поли-диметилсилоксана;
0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000
0,0060 0,0065 0,0070
Главная компонента 2
□ — «Nescafe Golg» о — «Nescafe Classic»
SпO2 с добавкой Pd (3 %), с мембранным покрытием МФ-4СК толщиной 100 нм;
1п203 без добавок, без мембранного покрытия;
^05 (20 %), №205 (77 %), И (3 %), без мембранного покрытия.
Для датчиков с мембранным покрытием устанавливали температуру 200 °С, максимально приближенную к обычной рабочей температуре сенсора (250...300 °С), но недостаточно высокую для деструкции полимера. Температура поверхности остальных сенсоров 250.300 °С.
Эксперименты проводили с помощью специально разработанного компактного прибора, связанного с компьютером. После фиксации исходного значения электропроводности сенсора G0 воздушный поток пропускали через колбу, содержащую порошок кофе, после чего фиксировали конечное значение электропроводности Gi. Сигнал сенсора 5. к продукту определяли как относительное изменение электропроводности сенсора:
Главные компоненты при определении запаха различных сортов кофе «электронным носом»: а — общий вид; б — фрагмент
Увеличение электропроводности газочувствительного слоя при попадании на него паров кофе связано с хемосорбцией органических веществ и реакциями их окисления, сопровождающимися переходом электронов к полупроводнику п-типа.
Исследования проводили в ячейке, содержащей восемь сенсоров. Анализы, проведенные с помощью мультисенсорной системы, можно отождествить с точками многомерного (в данном случае — восьмимерного) пространства. Многомерные результаты неудобны для осмысления и нуждаются в специальных приемах сжатия информации. Для этого в работе применяли метод главных компонент, цель последнего — такое уменьшение размерности пространства, при котором расстояния между точками существенно не меняются. На рис. а показаны первые две главные компоненты результатов определения запахов растворимого и натурального кофе.
Были выбраны: растворимый кофе «Nescafe Classic» (производство основано на горячем высушивании экстракта), «Nescafe Gold» (производство основано на криогенном высушивании экстракта), молотый непосредственно перед экспериментом натуральный «Черная карта» (арабика) и молотый кофе того же сорта, находившийся на воздухе в течение
6•2006
5
0
б
а
48
2 ч. Отклики сенсоров при определении запаха натурального кофе были примерно на полтора порядка выше, чем при определении запахов растворимых сортов. Результаты идентификации запахов натурального и растворимого кофе трудно отобразить на одном рисунке (рис., а). На фоне точек, соответствующих натуральному кофе, точки, соответствующие растворимому кофе, сливаются вместе. Для их демонстрации пришлось по-
строить отдельный график (рис., б). Пунктиром на обоих графиках отмечены совпадающие области.
«Электронный нос» показывает, что ни одна из технологий изготовления растворимого кофе (высокотемпературная или криогенная) не позволяет сохранить большую часть запаха, свойственного натуральному кофе. Кроме того, даже у натурального молотого кофе запах быстро выветривается, поэтому перемалывать
зерна следует непосредственно перед варкой. Использование мультисен-сорных систем позволяет идентифицировать запахи различных сортов кофе с целью их сертификации.
ЛИТЕРАТУРА
1. ЯковлевП.В., ШапошникА.В., ВоищевВ.С., Котов В.В., Рябцев С.В. Определение газов полупроводниковыми сенсорами с полимерными покрытиями//Журнал аналитической химии. 2002. Т. 57. № 3. С. 326-329. &
Вниманию руководителей и специалистов зерноперерабатывающих, мукомольных и хлебобулочных предприятий!
ЗЕРНО И ЗЕРНОПЕРЕРАБОТКА
Хосни Р. К. Пер. с англ. 2-го изд.
336 стр., тв. переплет, ил., табл., сх., формат 165 х 235 мм
• Зерно: структура и состав
• Хранение и виды помола
• Хлебобулочные и макаронные изделия
• Снэки и зерновые завтраки
• Комбикорма
Заказать книгу Вы можете:
Перевод второго издания книги известного американского специалиста по хранению зерна, его переработке и применению муки в различных отраслях пищевой промышленности представляет собой учебно-справочное пособие по важнейшим аспектам этих процессов,
В издании представлены данные по строению и свойствам зерна основных злаковых культур, приведены индикаторы его порчи на разных этапах переработки. Описаны современные технологии хранения и помола зерна.
Большое внимание уделено реологии теста из различных видов муки и применению зерна и муки в производстве комбикормов, макаронных изделий, сухих зерновых завтраков и снэков.
по электронной почте
boolipoai@professija.ru по тел./факсу (812) 740-12-60, 251-46-76 почтой по адресу
1 91002, С.-Петербург, а/я 600
информация о других книгах и заказ on-line на сайте;
www .professiia.ru
Вниманию авторов!
Правила подготовки статей
для публикации в журнале
Редакция принимает оригиналы статей как в машинописном, так и в электронном виде (e-mail или на дискете, но с обязательной распечаткой через 2 интервала с полями 3-4 см).
В начале статьи должны быть указаны ее название, инициалы и фамилия автора, полное название учреждения.
В статье следует использовать единицы измерения системы СИ в русском обозначении; в тексте, таблицах и на рисунках обозначения величин должны быть одинаковыми.
Рисунки необходимо представлять в двух экземплярах. Надписи на рисунках по возможности следует заменять цифровыми или буквенными обозначениями, которые затем раскрываются в подрисуночной подписи. Позиции на рисун-
ке располагаются по часовой стрелке. На обороте каждого рисунка должны быть указаны фамилия автора, название статьи, номер рисунка. На представленные рисунки обязательно должны быть ссылки в тексте.
Таблицы следует представлять на отдельных страницах, напечатанными через 2 интервала. Ссылки на таблицы в тексте обязательны.
Список литературы должен содержать только источники, на которые есть ссылки в тексте, и располагать список следует в последовательности, как они упомянуты в тексте. Не рекомендуется в список литературы включать материалы более чем 10-летней давности (их можно располагать по тексту с указанием фамилий и года публикации).
На отдельной странице авторы дают свои почтовые адреса (или e-mail), номера контактных телефонов и указывают, с кем вести переписку.
6. 2006 гаво^Аттеи
49
