CC BY
18DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2018.02.009 УДК 664.83
СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КАЧЕСТВА
ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
С.А. Романчиков
Проанализированы методы исследования скоропортящихся продовольственных продуктов при организации питания военнослужащих. Установлено, что в настоящее время органолептический метод оценки качества продовольствия является основным методом, используемым в войсковом звене. Однако он не в полной мере позволяет дать объективную оценку их потребительским свойствам. Это обуславливает необходимость разработки мобильных приборов для определения свежести продовольствия. В целях повышения эффективности контроля за свежестью мяса и рыбы предложен прибор, работа которого основана на измерении силы тока, который образуется в результате электродвижущей силы, возникающей внутри клеточной ткани продуктов питания. Конструкция прибора позволяет объективно и оперативно оценить свежесть мяса и рыбы по изменению рН среды, происходящему в тканях скоропортящихся продуктов, т. к. уровень рН влияет на электродвижущую силу внутри исследуемого образца. Проведенные экспериментальные исследования позволили сделать вывод, что при ухудшении качественного состояния продукта питания и переходе рН среды из кислой в нейтральную и щелочную слабый электрический потенциал (сила тока), возникающий при электродвижущей силе, уменьшается. Действие прибора обеспечивает возможность измерять электрический потенциал (силу тока), образующийся в результате электродвижущей силы среды в тканях продукта питания. Анализ результатов измерения заключается в сравнении полученных данных с эталонными показателями. Для разработки прибора использованы основные принципы электрохимического анализа, что позволяет решать задачу достоверного определения изменения кислотно-щелочной среды при контроле свежести мяса и рыбы.
Ключевые слова: прибор, качество, продукт питания, электродвижущая сила, электрохимический метод анализа, способ.
ВВЕДЕНИЕ
Мясо и рыба являются скоропортящимися продуктами. Даже при низкой температуре хранения под воздействием внутренних ферментов, влажности и температуры в их тканях происходит химический распад белков и накопление промежуточных и конечных продуктов. Продукты распада (углекислый газ, аммиак, мочевая кислота), влияют на уровень рН (power Hidrogen - «сила водорода») среды. Мышечная ткань свежего мяса убойных животных и рыбы имеет рН слабокислотную. У несвежих продуктов рН может перейти нейтральную и затем в щелочную стадию
(таблица 1) [1]. Известны приборы, позволяющие экспресс-методом определять качество продуктов питания [2, 3, 4, 5], но ни один из них не позволяет определить свежесть скоропортящегося продукта.
Оценка качества пищевых продуктов, содержащих в своем составе животный белок, является сложным процессом, требующим дорогостоящих приборов и лабораторного оборудования. Она отличается значительной продолжительностью исследования. Как правило, порча мясных и рыбных продуктов питания начинается в районе костей, что не позволяет определить свежесть продуктов без нарушения целостности структуры туши.
Таблица 1 - Уровень рН при изменении качественного состояния рыбы и мяса
Продукт питания рН, мг
Свежее Сомнительной свежести Не свежее
Мясо 6,5-6,6 6,6 6,7
Рыба до 6,9 7,0-7,2 7,3
В связи с этим необходима разработка таких способов определения свежести мяса и рыбы, которые дают возможность определять их качественное состояние в течение короткого промежутка времени, а также в местах их хранения или непосредственно в местах приготовления пищи.
Таким образом, целью исследования является разработка мобильного прибора, позволяющего оперативно оценить свежесть мяса и рыбы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В целях экспресс-оценки свежести продуктов питания, содержащих животный белок, посредством измерения силы тока, проходящего внутри их тканей, предложен прибор «Прибор для оценки свежести мясных и рыбных продуктов» [6]. Прибор позволяет объективно и оперативно оценить свежесть продукта по уровню рН среды внутри исследуемого образца мяса или рыбы.
Работа прибора основана на измерении силы тока, которая образуется на пластинах металла при помещении их в кислую или щелочную среду (электролит) [7]. При этом в
качестве среды выступают внутренние ткани исследуемого образца с характерными для степени его свежести уровнем рН среды. При погружении в эту среду электродов в ней возникает электрохимическая реакция, в результате которой и образуется электродвижущая сила (ЭДС).
Использование электрохимического метода анализа для определения свежести мяса и рыбы предполагает включение в конструкцию прибора щупа, состоящего из соединенных между собой пластин из цинка ^п - 0,76 восстановитель) и меди (Си +0,34 окислитель) с жестко зафиксированной между ними пластины диэлектрика из гетинакса [8, 9]. Данные об электронных потенциалах рассматриваемых металлов в разных средах приведены в таблице 2. Щуп закрепляется внутри рукоятки из диэлектрического материала. Результаты измерения силы тока, образующегося в цепи, включающей ткани исследуемого образца, отображаются на дисплее. Принципиальная схема прибора для оценки свежести мясных и рыбных продуктов представлена на рисунке 1, а его конструктивные особенности на рисунке 2.
Таблица 2 - Электродные потенциалы металлов в разных средах
Электрод Потенциал Среда
нейтральная кислотная щелочная
Zn2+/ Zn Катод - 0,78 - 0,84 - 1,13
Анод 0,06 0,15 0,03
г ш - вспомогательный резистор; г им - сопротивление измерительного механизма амперметра; R н - сопротивление нагрузки; £ - ЭДС; А - амперметр; I - сила тока
Рисунок 1 - Принципиальная схема прибора
а)
б)
1 - пластина (цинковая); 2 - пластина (медная); 3 - диэлектрик; 4 - рукоятка; 5 - электропровод; 6 - штекер; 7 - цифровой миллиамперметр
Рисунок 2 - Прибор для оценки свежести мясных и рыбных продуктов, где: а - внешний вид; б - конструкция
Активное накопление веществ распада белков изменяет рН среду (кислая - 0-6,9, нейтральная - 7, щелочная - 7,1-14). Значение показателя рН зависит от соотношения между положительно заряженными ионами (формирующими кислую среду) и отрицательно заряженными ионами (формирующими щелочную среду) [10].
Прибор для оценки свежести мясных и рыбных продуктов работает следующим образом. В продукт питания (мясо или рыбу) на глубину 2030 мм помещается щуп. Для помещения щупа в
мороженые мясо или рыбу он предварительно нагревается в воде температурой +75...+80 °С. Состояние уровня рН приводит к образованию ЭДС и разности потенциалов на пластинах щупа, помещенного в исследуемый образец продукта питания.
Величина силы тока, образующаяся в результате возникновения ЭДС, измеряется миллиамперметром (7). Она зависит от рН среды, в которую помещаются электроды щупа (рисунок 3).
Рисунок 3 - Принцип работы прибора
ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2 2018
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
Новизна данного прибора состоит в том, что его работа, в отличие от имеющихся аналогов, основана на физическом принципе изменения силы тока, который образуется в результате появления электродвижущей силы среды в тканях продуктов питания (кислой, нейтральной, щелочной), в которые помещены электроды. К настоящему времени приборов, позволяющих оперативно определять свежесть скоропортящихся продуктов питания, содержащих животный белок, с использованием электрохимического анализа не существует. Измерение постоянного тока малой величины, образующегося при
возникновении электродвижущей силы в исследуемой среде, осуществляется электронным цифровым миллиамперметром.
Работоспособность предложенного прибора подтверждена проведением экспериментальных исследований по определению свежести скоропортящихся пищевых продуктов в лаборатории физико-химических исследований продовольствия Военной академии материально-технического обеспечения (рис. 4, 5) [11]. Результатом исследований являются полученные зависимости величины силы тока, образующегося при появлении ЭДС в исследуемых пищевых продуктах (таблица 3, 4, 5).
Качество продукта 1 день 2 день 3 день 4 день 5 день 6 день 7 день
Продукт свежий 855-895
Продукт сомнительной свежести 840-820 680-750
Продукт несвежий 460-535 390-425 290-365 250-185
Ч -М^я^ У! ¿Ш
а ^ б в г
Рисунок 4 - Изменение внешнего вида мяса кур в зависимости от качественного состояния: а - продукт свежий; б - продукт сомнительной свежести; в - продукт несвежий; г - определение
качества продовольствия
Таблица 3 - Показания миллиамперметра при исследовании качества мяса кур (Тпом +22 °С; ф 75-80 %)
Таблица 4 - Показания миллиамперметра при исследовании качества мяса кур (Тпом + 10 °С; ф 80-85 %)_
Качество продукта 1 день 2 день 3 день 4 день 5 день 6 день 7 день
Продукт свежий 925-875
Продукт сомнительной свежести 840-820 785-740
Продукт несвежий 650-595 545-485 415-390 350-305
Результаты экспериментальных исследований по определению ЭДС в мясе кур представлены в таблице 6. Незначительные габаритные размеры, небольшая масса, себестоимость и автономность позволяют эффективно эксплуатировать щуп для оценки свежести мясных и рыбных продуктов в стационарных и полевых условиях.
Рисунок 5 - Изменение ЭДС исследуемого продукта (мяса кур)
Таблица 5 - Показания миллиамперметра при исследовании качества мяса кур (Тпом 0 °С; ф 85-90 %)
Качество продукта 1 день 2 день 3 день 4 день 5 день 6 день 7 день
Продукт свежий 925-875
Продукт сомнительной свежести 855-830 795-765
Продукт несвежий 720675 640595 575500 450415
Таблица 6 - Результаты экспериментальных исследований по определению ЭДС в мясе кур
День исследования Т, °С ф, % ЭДС, мА Органолептические показатели исследуемого образца
1 22 75-80 855-895 Цвет мяса ярко-розовый в разрезе глубинных слоях мышечной ткани; отсутствие липкости и слизи; при надавливании образуется ямка, которая быстро выравнивается; свежий запах и на поверхности, и в глубине мышечной ткани; сухожилия не повреждены, поверхность суставов гладкая, на разрезе мясо упругое и плотное.
2 22 75-80 800-820 Местами увлажнена, слегка липкая; выделение большого количества клеточного сока, слегка мутноватый; на разрезе мясо более мягкое и менее упругое; суставные поверхности слегка покрыты слизью.
3 22 75-80 680-750 На разрезе мясо менее плотное и упругое; запах слегка кисловатый, с оттенком затхлости; жир серовато-матовый, имеет легкий запах оса-ливания; состояние сухожилий менее плотное матово-белого цвета.
4 22 75-80 460-535 Поверхность сильно подсохшая, покрытая слизью, серовато-коричневого цвета; мышцы на разрезе влажные и липкие; частичное выделение мутного мясного сока; сразу же чувствуется неприятный запах тухлого мяса; жир мягкий.
5 22 75-80 390-425 На разрезе мясо дряблое, образующаяся при надавливании пальцем ямка не выравнивается, жир рыхлый, осалившийся; запах слабо гнилостный; выделение небольшого количества темно-мутного клеточного сока.
6 22 75-80 290-365 Жир имеет серовато-матовый оттенок; мышечная ткань полностью рыхлая; большое количество выделенной слизи на поверхности мяса; запах гнилостный; отделение мышечной ткани от костей; сухожилия размягчены, сероватого цвета.
7 22 75-80 250-185 Ярко выраженный запах тухлого мяса; большое количество слизи на поверхности мяса; полное отсутствие плотности и упругости; появление плесени на поверхности жира.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Прибор для оценки свежести мясных и рыбных продуктов позволяет дать оценку качественному состоянию мяса и рыбы с использованием их электрохимического анализа. Применение прибора наиболее актуально 54
в отдаленных районах размещения организаций, частей и подразделений ВС РФ, других войск, воинских формирований и органов, а также при выполнении специальных задач малочисленными подразделениями, когда поставки продовольствия ограничены и ис-
пользуются источники местной экономической базы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воровков, М. Ф. Ветеринарно-санитарная экспертиза с основами технологиии стандартизации продуктов животнодства [Электронный ресурс] / М. Ф. Воровков, В. П. Фролов, С. А. Серко. - Режим доступа : httpV/медпо ртал .co m/vete rinariya_727/vete rin arno-sanitarnaya-ekspertiza-myasa14331. html.
2. Романчиков, С. А. Фотометрический способ оценки качества продовольствия / С. А. Романчиков // Ползуновский вестник, 2017. - № 4. -С. 26-30.
3. Романчиков, С. А. Использование принципов колориметрии и люминесценции для оценки качества продуктов питания для военнослужащих / С. А. Романчиков // пищевая промышленность, 2018. - № 2. - С. 40-43.
4. Романчиков, С. А. Мобильная экспресс-лаборатория для определения качества продовольствия / С. А. Романчиков // Вестник Международной академии холода, 2018. - № 1. - С. 54-60.
5. Пат. 170386 Российская Федерация, МПК G01N7/00, Устройство для определения содержания летучих веществ в продуктах питания [Текст] / Романчиков С.А. (RU), Баранов В.В. (RU); патентообладатель ВАМТО № 2016115990, опубл. 22.04.2017, Бюл. № 12. - С. 76.
6. Пат. 176217 Российская Федерация, МПК G01N7/00, Электронный щуп для оценки свежести мясных и рыбных блюд питания [Текст] / Романчиков С.А. (RU), патентообладатель ВАМТО № 2017131148; заявл. 04.09.2017 г. опубл. 14.02.2018 г. Бюл. № 5. - 213 с.
7. Песков, Н. П. Физико-химические основы коллоидной науки / Н. П. Песков. - М. ; Л. : ОНТИ-Госхимтехиздат, 1932. - 436 с.
8. Электрохимические методы анализа [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://eurolabinstrument.ru/elektrohimicheskie_metody _analiza.
9. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике / сост. Я. Н. Лугинский [и др.]. - М. : РУССО, 1999. — 616 с.
10. Изменения в мясе после убоя животных [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://biofile.ru/bio/16267.html.
11.Акт проведения испытаний анализатора качества хлебопекарных дрожжей. - СПб : ВАМТО, № 5, 2017. - 4 с.
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. E-mail: romanchkovspb@mail.ru, тел 8-911-209-49-67.
