Физические свойства биологических структур на примере мясного сырья и способы их оценки

Рис. 2. Относительные изменения показателей устойчивости МЯГКОЙ яровой пшеницы к хлоркдному засолению для групп устойчивых и неустойчивых сортов! /-длина ростков; 2-длина корней;- сухая масса ростков; 4-сухая масса корней; 5-электропроводность водных вытяжек листьев); Ц - группа ус-тойчивыхсортов; - группа неустоичивыхсортов.

отражается на выходе электролитов из растительных тканей в раствор и соответственно на значениях электрических параметров водных вытяжек. Так, в результате действия возбудителя обыкновенной корневой гнили злаков у относительно неустойчивого к болезни сорта Обская 14 произошло повышение электропроводности водных вытяжек из листьев, по сравнению с контролем, на 250 %. Изменения были зарегистрированы у растений даже при отсутствии видимых признаков поражения болезнью. У более устойчивого сорта Новосибирская 91 статистически достоверных отклонений величины этого показателя не наблюдалось.

Анализ результатов оценки сортов пшеницы к засолению и корневой гнили показал, что по дифференцирующей способности электрофизический метод находится на уровне, а в ряде случаев превосходит традиционные биометрические.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о возможности успешного применения автоматизированного комплекса измерительной аппаратуры для решения селекционных задач, связанных с диагностикой устойчивости новых сортов яровой пшеницы к стрессам различной природы.

Литература

1 Гурова Т.А., Березина В.Ю. Способ определения относительной устойчивости сортов ячменя и пшеницы к обыкновенной корневой гнили злаков. Патент РФ№2166245. Заявл. 20.07.1999, опубл.10.05.2001. Бюл. N913.

2 Гурова Т.А., Березина В.Ю. Способ определения относительной устойчивости сортов пшеницы к обыкновенной корневой гнили злаков. Патент РФ N92188538. Заявл. 27.05.1999, опубл. 10.09.2002.Бюл.№25.

3 Сборник методических рекомендаций по защите растений.// Под ред. Захаренко В. А,- С.-Петербург, 1998. - 306 С.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ПРИМЕРЕ МЯСНОГО СЫРЬЯ И СПОСОБЫ ИХ ОЦЕНКИ

Г. В. СЕРОКЛИНОВ, кандидат технических наук

A. В. ГУНЬКО, кандидат технических наук

B.А. УГЛОВ, кандидат биологических наук Сибирский ФТИ аграрных проблем

Предварительный анализ биофизических свойств мясного сырья показывает, что величины показателей его качества обусловлены биохимическими процессами, связанными с изменением состояния тканей под воздействием факторов окружающей среды [1].

С некоторым приближением мясное сырье можно рассматривать как двухфазную систему. Одна из фаз - межклеточная ткань — полупроводник с преобладанием диэлектрических свойств (она весьма устойчива в живом организме и изменчива в мертвом). Вторая — внутриклеточное вещество, представляющее собой электролит и клеточные мембраны (рис. 1) [2]. При таком представлении структурномеханические и биохимические изменения в мясе отражают его электрофизические свойства, которые характеризуются диэлектрической проницаемостью и удельной электрической проводимостью [3].

Рассматривая клетки живого организма, как электрически изолированные одна от другой (например, оболочка эритроцита обладает диэлектрической постоянной равной 2), можно полагать, что в результате течения послеубойных процессов в мышечной ткани диэлектрические свойства клеточных оболочек должны нарушаться, а из-за деструкции тканей начнут образовывать низкомолекулярные вещества, которые будут «сглаживать» емкостный эффект.

/Ч/Ч/Ч/^Ч ^ <--------

Наружный

*----гидропрофельный

Полярные группы фосфолипидов

Два

нелипидных

монослоя

}

Биомолекулярный липидный слой

Внутренний белковый гидрофобный слой

Рис. 1. Унитарная схема асимметричного строения биомембраны (по Дж. Робертсону, 1964).

Рис. 2. Эквивалентная электри-

Эквивалентная электрическая схема импеданса (2) ткани мясного сырья имеет вид представленный на рис.2.

Рассмотренные эквивалентные схемы, с последовательно-параллельным включением эле-

ческая схема импеданса животнои менТ0В, имеют реактив-ткани: Я - активное сопротивление

межклеточной жидкости; Я - со- НЫе И активные КОМПО-противление содержимого клетки; ненты, которые выступалу- активное сопротивление мем- ют функциями частот пе-браны; С - емкость мембраны. ременного тока электрической составляющей ЭМП и могут быть рассчитаны по формулам:

R..

\ + {wCR)

Х=-

wCR

1+(wCRY

где Як— сопротивление активной составляющей; м> — круговая частота в Гц; С — емкость мембраны; Я

— активное сопротивление мембраны; Хк — сопротивление реактивной составляющей.

При низких частотах ток в основном проходит через активную составляющую. По мере увеличения частоты растет доля тока, идущего через емкость, что ведет к по-ышению электропроводности в целом. Следовательно, при высоких частотах поляризационная емкость стремится к нулю [4]. Таким образом, электрофизические свойства мясного сырья варьируют в зависимости от частоты электромагнитного поля. Установлено, что по мере ее роста от 20 кГц до 5 мГц активная проводимость повышается. При этом выявляется дисперсия неодинаковая для разного вида животной ткани.

Диэлектрические свойства парного и охлажденного мяса достаточно близки, что говорит о возможности использования для исследования неживых тканей теоретических предпосылок Я.И.Френкеля, указывающих на то, что «емкостной эффект» в животных тканях снижается во времени с течением автолитических процессов [5].

Для оценки корреляционных зависимостей биофизических параметров мясного сырья и показателей его качества предлагается создать экспериментальный измерительный комплекс [6], учитывающий возможности современных технических средств и особенности проведения исследований (рис. 3).

ПЭВМ такого комплекса, с подключенным к ней устройством ввода/вывода (платой АЦП), обеспечивает формирование управляющего сигнала, поступающего на устройство управления, и считывание аналогового сигнала с выхода устройства согласования. Устройство управления формирует последовательность импульсов напряжения заданного уровня, длительности и числа или сигнал переменного ЭМП, которые подаются на силовые электроды первичного преобразователя и далее к образцу мясного сырья, расположенному в устройстве размещения. Последнее, кроме формирования электрического поля заданной напряженности, обеспечивает необходимое усилие на силовые и измерительные электроды и заданное значение тем-

ство размещения образца сырья; 2 — электроды неполяризующи-еся измерительные; 3 — электроды силовые; 4 — устройство измерения тока; 5 — устройство управления (генератор сигналов); 6 — устройство согласования сигналов; 7 — устройство ввода/вывода (плата АЦП); 8 — управляющая ПЭВМ.

пературы образца. Под воздействием электрического поля в мясном сырье проявляются эффекты поляризации и проводимости. Первый измеряется с помощью неполяризующихся электродов установленных на образце, второй оценивается по проходящему в период действия импульса или сигнала ЭМП току с помощью датчика. Полученные сигналы подаются на вход устройства согласования, для исключения влияния на них цепей платы АЦП, преобразуются устройством АЦП в цифровой вид и записываются в базу данных ПЭВМ. Обработка полученной информации проводится на ПЭВМ с использованием различных математических методов и программных средств, таких как тайаЪ, Statistica и др. Предложенная схема позволяет выполнить основные условия, необходимые при проведении экспериментальных исследований.

Наиболее целесообразно использовать реляционную базу данных, например, СУБД МуБОЬ-сервер. Ее структура (рис. 4) позволяет фиксировать результаты экспериментов по 3 входным каналам аналого-цифрового преобразования (входное и выходное напряжение, сила тока) и 1 дискретному каналу выходного сигнала для синхронизации устройства управления с платой АЦП.

в*оя*ву

РК мого id COUNTER

і DOUBLE

У OOUSLE

г DOUBLE

dtrertofl

PK direct id COUNTER

direction CMAR

PK COUNTER

sis'll' DOUBLE DOUBLE DOUBLE CHAR(30) DATETIME

. .«kaata .

PK dala id COUNTER

geometry direction lebor.data signal vottjn voR_out current duration INTEGER INTEGER INTEGER INTEGER DOUBLE DOUBLE OOUSLE DATETIME

tignei

PK »ign*l id COUNTER

voilege DOUBLE

polertty CHAR{2)

current DOUBLE

frequency DOUBLE

modulation CHAR

duration DATETIME

impulse, len DOUBLE

insxrfse edge DOUBLE

mputeejj DOUBLE

Рис. 4. Структура базы данных.

В нашем случае таблица «geometry» содержит информацию о геометрических размерах образца, таблица «direction» — о направлении приложения воздействия (вдоль, поперек, под углом к волокнам), таблица «labor data» — результаты предварительных лабораторных исследований образца (как минимум жирность, влагоудерживающая способность, кислотность, место

происхождения и дата/время проведения анализов). В таблицу «signal» заносятся сведения о параметрах входного воздействия (напряжение, полярность, сила тока, частота, вид модуляции, длительность). При использовании одиночного импульса могут также фиксироваться ширина его фронтов и скважность.

Собственно измеренные данные хранятся в таблице «adcdata», включая индексы записей в таблицах «geometry», «direction», «labor data», «signal», вре-

менные метки, силу тока, протекающего через образец в каждый момент времени, величину напряжения входного воздействия поляризации (реакция на входное воздействие) образца.

Полученная в ходе экспериментальных исследований информация позволяет оценить биофизические свойства мясного сырья в процессе его взаимодействия с окружающей средой (хранения) и благодаря этому точнее определить технологические показатели качества.

Литература

1. Шигимага В. А. Определение качества мяса по биофизическим свойствам. — Автореф. дисс. канд.селъх.наук.-Харьков,1994. — 22 с.

2. Баньков В.И. Электромагнитные информационные процессы биосферы. - Екатеринбург: Изд-во УрГМА, 2003, с.200.

3. Особенности качества сырья мясной промышленности, поступающих из животноводческих комплексов //Тарулов Ю. В. и др. ЦНИИ-ТЭИМясопром: Обзорная информация. Мясная промышленность. — М: 1984. —С. 40— 42.

4. Кузнецов А.Н. Биофизика низкочастотных электромагнитных воздействий. М.: МФТИ, 1994.

5. Ивашов В. И., Андреенков В. А., Комаров В. Л. Инструментальные методы определения консистенции мяса: Обзорная информация. -М.: АгроНИИТЭМП, 1991.-36 с.;

6. Сероклинов Г.В. Задачи автоматизации экспериментальных исследований сложных биофизических объектов // Методы и технические средства исследований физических процессов в сельском хозяйстве: Сб. научн. тр/РАСХН. Сиб. отд- ние. СибФТИ. — Новосибирск, 2001. — С. 46— 53.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИОРИТЕТНОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТА В РЕСПУБЛИКЕ САХА

B. В. АЛЬТ, член-корреспондент Россельхозакадемии Сибирский ФТИ аграрных проблем

C. С. ИВАНОВ Компания «Туймада-лизинг»

В рамках Соглашения о сотрудничестве по реализации национального проекта, заключенного между Министерством сельского хозяйства РФ и Республикой Саха (Якутия) утверждены следующие целевые показатели: наращивание производства молока на 3 %, мяса

— на 7 %;

увеличение объема реализации продукции ЛПХ и К(Ф)Х на 5 %;

создание и развитие более 100 сельскохозяйственных кредитных кооперативов;

строительство 16 тыс.м2 жилья для молодых специалистов (или их семей) на селе.

Вопросам осуществления проекта уделяется большое внимание со стороны руководства Республики Саха (Якутия). В апреле 2006 г. в ходе совместной выездной коллегии МСХ РФ и Правительства РС (Я) были приняты решения по его реализации с учетом специфических особенностей региона, определены меры по стимулированию укрепления материально-технической базы личных подсобных и крестьянских (фермерских) хозяйств, а также создаваемых ими кооперативных образований.

Достижение поставленных целей во многом зависит от действенности экономических механизмов.

Значительное место в решении этого вопроса отведена банковскому кредитованию. Заемные ресурсы будут направлены на такие крупные инвестиционные проекты, как строительство и модернизация животноводческих комплексов. Планируется возведение и ос-

нащение соответствующим оборудованием 50 летних ферм. В 2006-2007 гг. предполагается также привлечь ссудные средства на строительство и модернизацию 91 объекта по переработке сельскохозяйственной продукции. При этом на погашение процентной ставки по кредитам будет выделяться субсидия из бюджета в размере 95 % ставки рефинансирования ЦБ РФ.

По направлению «Обеспечение доступным жильем молодых специалистов на селе» запланировано возведение 115 индивидуальных домов. При этом определен механизм софинансирования их строительства: из бюджета РФ — 30 %, бюджета Республики — 40 %, собственные или заемные средства молодой семьи - 30 %.

Создание приемлемых условий, облегчение процедуры оформления и использования кредитов обеспечит их большую доступность для потребителей, что, в свою очередь, позволит добиваться поставленных целей путем создания и укрепления материально-технической базы агропромышленного комплекса.

Одно из важных направлений развития финансовой системы АПК — совершенствование сельской кредитной кооперации. В Якутии планируется развернуть систему из более чем 100 сельских кредитных кооперативов, на уровне поселений и улусов, а также организовать республиканский сельскохозяйственный кредитно-страховой потребительский кооператив. Это станет альтернативой коммерческим финансовым учреждениям в деле обеспечения доступности финансовых ресурсов на селе.

Использование в ходе выполнения мероприятий национального проекта лизинга обусловлено его эффективностью как инвестиционного инструмента. В основном это связано с преимуществами (экономическими, организационными, налоговыми) такой схемы, по сравнению с другими способами инвестиций и ее результативнос-