Устройство для измерения влагоудерживающей способности мяса свиней

Полезная модель относится к измерительной технике, применяемой для исследования или анализа качества мяса путем измерения влагоудерживающей способности (ВУС). Устройство может быть использовано в научных, учебных и иных учреждениях аграрного профиля для экспресс-оценки качества мяса, а также на мясокомбинатах и косвенно в селекции свиней на мясность.
Одним из основных показателей качества мяса, наравне с рН, является ВУС. Этот показатель характеризует способность мяса удерживать воду в толще мышечных волокон при созревании и последующей переработке. Показатель ВУС особенно важен для мяса свиней, поскольку интенсивное промышленное свиноводство сопряжено с существенным ухудшением его качества, известного как пороки типа DFD или PSE (чрезмерная сухость или наоборот, водянистость мяса). При сбросе или недостатке связанной воды, которая в норме удерживается белками мяса, меняются его реологические свойства и это не позволяет полноценно использовать сырье в технологических процессах переработки. Приходится его выбраковывать или применять коррекцию ВУС путем введения искусственных добавок, что не всегда желательно. Кроме того, известна также высокая степень наследуемости признака по ВУС, что можно косвенно использовать в селекции свиней.
Существуют многочисленные устройства (влагомеры) для измерения общей влажности мяса, однако для технологических процессов переработки мясного сырья важно знать связанную (удержанную белками) долю воды, поскольку именно она определяет качество мясной продукции. Устройства же для измерения ВУС, особенно с функцией автоматической экспресс-оценки, почти не известны. Таким образом, своевременное автоматизированное измерение ВУС с целью экспресс-оценки качества мяса позволит снизить экономические потери, связанные с выбраковкой сырья и продуктов переработки, улучшить селекционные показатели, а также повысить экологичность мясной продукции, исключая искусственные меры повышения ВУС.
Известно устройство для определения влагоемкости (синоним ВУС) мяса (пат. №23499 А, Украина, G01N 33/12; заявл. 19.12.96; опубл. 02.06.98.), состоящее из полиэтиленового сосуда с конусным сужением в нижней части, на которую герметично надета пробирка с градуировкой, выполненной в единицах ВУС. Устройство содержит также крышку с крюком и держателем для образца мяса. В известном устройстве образец подвешивают за держатель и помещают в сосуд. Герметично закрывают крышкой сосуд, после чего устройство подвешивают за крюк в холодильную камеру на 48 часов. В течение процесса созревания выделяющийся из образца мясной сок собирается в пробирке. После этого отмечают уровень мясного сока по шкале пробирки, проградуированной в процентах ВУС.
Однако это устройство не позволяет проводить экспресс-оценку качества мяса по ВУС на любой стадии созревания, а также фарша. Кроме того, в устройстве не имеется технической возможности автоматизировать процесс измерения ВУС, что не позволяет оперативно и достоверно оценить качество мяса, например, прямо на конвейере мясокомбината.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для оценки влагосвязывающей способности (пат. №2440571, РФ, G01N 33/12; заявл. 01.11.10; опубл. 20.01.12). Устройство содержит первичный преобразователь, включающий в себя приспособление для размещения образца, два силовых электрода, два измерительных электрода, соединенных с согласующим усилителем. Последний соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Он подключен к ЭВМ и соединен с управляющим входом коммутатора, вход которого соединен с генератором импульсов, а выход - с датчиком напряжения и силовыми электродами. В известном устройстве на образец воздействуют скачкообразным электрическим током и определяют напряжение поляризации образца мясного сырья и электродов. Вычитают из напряжения поляризации образца напряжение поляризации электродов. Производят низкочастотную фильтрацию и численное дифференцирование сигнала разности. Вычисляют амплитудно-частотные характеристики сигнала разности, отфильтрованного и дифференцированного сигналов разности, выполняя преобразование Фурье. Вычисляют средние значения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) сигнала разности и спектра сигнала разности, максимальное и среднее значения АЧХ фильтрованного и дифференцированного сигналов разности и оценивают влагосвязывающую способность с учетом полученных результатов по соответствующей формуле.
Однако, несмотря на принятые меры по устранению поляризации электродов путем введения дополнительной их пары, в известном устройстве не реализуется сам принцип измерения, основанный именно на суммарной поляризации пары измерительных электродов с образцом. Это не сможет обеспечить корректности измерения в режиме их линейной поляризации в интервале 30-60 с, скорость роста которой (наклон) на этом участке поляризационной кривой и является критерием значения ВУС. Отсюда следует возможность упрощения конструкции устройства путем использования всего лишь двух измерительных электродов, а также введения микроконтроллера с интегрированным АЦП на борту. Таким образом, сохраняя неизменным сам принцип измерения ВУС по наклону кривой поляризации в интервале 30-60 с, одновременно снижаются затраты вычислительных ресурсов.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать устройство для измерения ВУС мяса путем введения в него электронных элементов, обеспечивающих автоматическое измерение скорости линейного роста напряжения в процессе электролитической поляризации пары электродов и мяса в течение заданного интервала времени при пропускании через образец постоянного тока.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение корректности измерения, упрощение конструкции, сокращение вычислительных ресурсов, что достигается измерением скорости линейного роста напряжения поляризации на двух измерительных электродах с зафиксированным между ними образцом мяса, введением микроконтроллера с интегрированным АЦП и элементов автоматики, обеспечивающих подачу на него напряжения поляризации.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения влагоудерживающей способности мяса свиней, содержащее приспособление для размещения образца и два измерительных электрода, генератор импульсов, электронный коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, согласно предложению, дополнительно снабжено электронным ключом, селектором импульсов, запускающим триггером, таймером, цифровым индикатором и микроконтроллером с интегрированным в него аналого-цифровым преобразователем, ко входу контроллера через электронный ключ подключен электронный коммутатор, соединенный с таймером, подключенным через триггер к селектору импульсов, который подключен к электронному ключу, а к выходу микроконтроллера подключен цифровой индикатор.
Генератор может быть выполнен в виде источника последовательности импульсов с секундными и полуминутными интервалами, а приспособление для размещения образца и двух измерительных электродов - в виде стеклянного цилиндра, открытого с двух торцов. На чертеже показана блок-схема автоматического устройства для измерения ВУС мяса свиней в процессе электролитической поляризации электродов и образца при пропускании через них постоянного тока.
Устройство содержит генератор 1 секундных и полуминутных импульсов, соединенный последовательно с селектором 2 импульсов и электронным ключом 3, запускающий триггер 4, соединенный с таймером 5, по сигналу которого коммутатор 6 подключает через ключ 3 электроды на вход АЦП, интегрированный в составе микроконтроллера 7, выход которого подключен к индикатору 8.
Автоматическое устройство для измерения ВУС мяса свиней работает следующим образом.
В стеклянный цилиндр-кювету между двумя плоскими электродами из нержавеющей стали помещают образец мяса (можно взять и фарш). Рабочий цикл устройства длится 1,5 минуты и начинается нажатием кнопки "пуск" после размещения образца между электродами, замкнутыми накоротко ключом 3 в течение 30 с перед измерением. Последнее нужно для снятия контактной разности потенциалов, возникающей при соприкосновении металлического электрода с мясом, содержащим электролиты. Одновременно с этим запускается генератор 1 и начинается отсчет общего времени измерения. Спустя 30 с электроды через селектор 2 автоматически размыкаются ключом 3. Одновременно подается напряжение на образец мяса, а на таймер 5 по сигналу триггера 4 через селектор 2 поступает секундная последовательность импульсов с генератора 1. Таким образом, отсчет времени таймером 5 и процесс поляризации электродов и мяса начинаются одновременно, напряжение на образце растет и на 30 и 60 секундах по сигналу таймера 5 через коммутатор 6 подается на вход АЦП, интегрированный в микроконтроллере 7. Таким образом, с электродов на микроконтроллер 7 последовательно с интервалом 30 с поступают два сигнала, соответствующие двум значениям линейно растущего напряжения поляризации. Микроконтроллер 7 выполняет вычитание второго по времени значения напряжения из первого, вычисляет скорость роста напряжения поляризации и далее по заданному алгоритму формирует цифровое значение ВУС в процентах, отображаемое на индикаторе 8. Питается устройство от сети переменного тока через стабилизированный блок или в переносном варианте от аккумулятора.
Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом состоят в том, что оно обеспечивает корректность измерения ВУС, причем, как натурального мяса (парного или любой степени созревания), так и фарша. За счет упрощения конструкции повышается надежность и автономность устройства, что вместе с автоматическим измерением ВУС позволяет использовать его непосредственно в условиях производства, например, путем встраивания в автоматизированную систему контроля качества сырья прямо на конвейере мясокомбината. Устройство обеспечивает также высокую оперативность оценки качества мяса по ВУС при небольших затратах труда и вычислительных ресурсов. Кроме того, полученные данные по показателю ВУС мяса по контрольным убоям можно косвенно использовать в селекции свиней на мясность.