Оценка уровня инжекции мясного сырья

УДК 637.5.072

ОЦЕНКА УРОВНЯ ИНЖЕКЦИИ МЯСНОГО СЫРЬЯ

Г. В. СЕРОКЛИНОВ1, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

А.В. ГУНЬКО2, кандидат технических наук, доцент 1Сибирский физико-технический институт аграрных проблем, пос. Краснообск, Новосибирский р-н, Новосибирская обл., 630501, Российская Федерация

2Новосибирский государственный технический университет, просп. Карла Маркса, 20, Новосибирск, 630092, Российская Федерация

Резюме. Исследования проводили с целью разработки экспресс метода оценки качества мясного сырья в процессе его глубокой переработки. Одна из технологических операций при переработке мясного сырья - инжекция (инъекция) специальных растворов (рассолов) в мышечную ткань отрубов и полутуш методом шприцевания. В основе метода лежит эффект приэлектродной поляризации образца мяса при прохождении через образец постоянного тока заданной величины. При этом изменение напряжения на электродах, между которыми расположен исследуемый образец, коррелирует с количеством дополнительной жидкости введенной в мясное сырье. В процессе исследований изучали 16 образцов свинины и 7 образцов говядины. При обработке результатов экспериментов определяли значения максимума, установившегося значения и разности между этими сигналами поляризации образца мясного сырья. На основании полученных данных проведен регрессионный анализ и определены регрессионные зависимости уровня инжекции от параметров напряжения поляризации для мясного сырья говядины и свинины. Относительная ошибка оценки уровня инжекции говядины, полученной методом взвешивания и рассчитанной по предложенной в работе зависимости составила 1%, для свинины - 9 %. Предлагаемый способ позволяет оценивать уровень инжекции в образцах мясного сырья, взятых из отрубов, как непосредственно после операции инжекции, так и в процессе их хранения и технологического движения. В результате исследований так же разработано устройство для оценки уровня инжекции мясного сырья. Ключевые слова: способ, мясное сырье, уровень инжекции, регрессионная зависимость, поляризация, устройство. Для цитирования: Серокли-нов Г.В., Гунько А.В. Оценка уровня инжекции мясного сырья // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №3. С. 81-84.

работки очень часто возникает потребность в оценке насыщенности продукта специальными растворами (рассолами), которые вводят вглубь мышечной ткани методом шприцевания.

В существующей практике оценки количества введенного в мясное сырье рассола используют метод взвешивания, который заключается в определении массы до инъекции рассола в сырье и после. Однако в условиях производства он носит интегральный характер и не позволяет оценить количество (уровень) инжектированного рассола в отдельные части отрубов, туши или полутуши. Поэтому при длительном их хранении и их поступлении на производство от внешних поставщиков оценить уровень инжекции мясного сырья невозможно. Устранить указанные недостатки и решить задачу повышения достоверности оценки можно с использованием предложенного в СибФТИ способа, основанного на приэлектродной поляризации животной ткани.

Известно, что электропроводность животной ткани при пропускании через нее постоянного тока со временем изменяется [2]. Для неинжектированного мясного сырья, заключенного между двумя электродами, наблюдается нарастающее сопротивление, которое

В современных технологиях производства цельно-мышечных мясных изделий количество рассола, вводимого в сырье, может составлять до 100% его массы [1]. Поэтому в процессе глубокой пере-

Рис. 1. Эпюры сигнала поляризации образца мясного сырья: а) до инжекции, б) после инжекции (41%).

проявляется в увеличении напряжения на электродах при подключении их через ограничивающий резистор к источнику постоянного тока. В этом случае при включении тока напряжение на электродах, между которыми находится животная ткань мало, затем оно быстро повышается до определенной величины и держится на таком уровне. Для мясного сырья после инъекции раствора при включении тока напряжение на электродах, между которыми находится животная ткань, сначала быстро повышается до определенной величины, затем снижается и устанавливается на определенном уровне.

Цель наших исследований заключалась в определении информационно значимых параметров измеренного, после подачи на образец возмущающего напряжения, сигнала поляризации мясного сырья, а также вида и коэффициентов уравнения регрессии, связывающего априори известные величины уровня инжекции рассола в образце и выбранные информационно значимые параметры сигнала поляризации.

Условия, материалы и методы. Исследования биофизических характеристик мясного сырья проводили с использованием автоматизированного комплекса, выполненного на основе виртуальных технологий [3, 4]. Он дает возможность измерять напряжение поляризации, возникающее на электродах, между которыми помещен образец мясного сырья, фиксировать последовательность измеренных значений и после превращения их с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в цифровой вид записывать в базу данных ПЭВМ. Время включения и отключения возмущающего воздействия, задающего процесс поляризации (обычно 70-80 с), определяется сигналами, поступающими с управляющей ПЭВМ с помощью коммутатора.

При проведении исследований использовали следующую методику [5]. Образец брали от отруба, предварительно инжектированного на инъекторе с эффектом спрей MOVISTICK 120/3000 СЯ с иглами диаметром 4,8 мм. Из него делали высечку площадью 2-3 см2, толщиной 1,0-1,3 см, которую помещали в первичный преобразователь (ПП). Последний содержал приспособление для размещения образца сырья, два электрода для отвода напряжения поляризации, выполненных из нержавеющей стали и имеющих контакт с образцом, и подключенный к одному из электродов ограничивающий резистор. На цепь, состоящую из резистора и электродов с размещенным между ними сырьем, скачком подавали постоянное напряжение 3 В, после чего с помощью устройства на основе ПЭВМ измеряли и фиксировали напряжение поляризации, возникающее на электродах, с частотой дискретизации 10-20 кгц(рис.1).

По данным записанного в память ПЭВМ массива измеренных значений напряжения поляризации образца мясного сырья проводили низкочастотную фильтрацию сигнала путем свертки массива его значений с массивом отсчетов импульсной характеристики низкочастотного фильтра с конечной импульсной характеристикой:

У*=5>„-х,_л,/ге[1Л],Пб[0,Л/-1],

п=0

где xk - к-й отсчет измеренного сигнала, K - количество отсчетов сигнала, hk - п-й отсчет импульсной характеристики фильтра, N - количество отсчетов

импульсной характеристики, ук - к-й отсчет выходного сигнала фильтра.

Импульсную характеристику низкочастотного фильтра вычисляли известными методами. Параметры фильтра задавали таким образом, чтобы верхняя частота полосы пропускания не превышала 1/5 частоты сбора данных. Ширину переходной полосы (от верхней частоты полосы пропускания до нижней частоты полосы задерживания) и уровни пульсаций в полосах пропускания и задерживания выбирали таким образом, чтобы длительность импульсной характеристики фильтра не превышала длительности фильтруемого сигнала. Шаг дискретизации по времени определялся частотой сбора данных. Коррекцию фазового сдвига отфильтрованного сигнала не проводили. После низкочастотной фильтрации сигнала вычисляли выбранные по результатам корреляционного анализа параметры сигнала поляризации образца - максимальное (Цтах) и установившееся (Цуст) значения фильтрованного сигнала.

Оценку уровня инжекции проводили на 7-и образцах мяса крупного рогатого скота и 16 образцах свинины, которые брали из отрубов шейки, окорока и других частей туши. Их помещали в устройство для размещения образца мясного сырья, снимали с измерительных электродов реализации напряжения поляризации образца и записывали их в памяти ПЭВМ. Затем по выражению (1) вычисляли характеристики отфильтрованного сигнала. Далее, используя методы статистического анализа данных, определяли для каждого вида сырья регрессионные зависимости, обеспечивающие оценку уровня инжекции мясного сырья, с наименьшим отклонением от величины, полученной методом взвешивания.

Результаты и обсуждение. На основании измеренных величин изучаемых показателей (см. табл.) регрессионная зависимость уровня инжекции для образцов говядины имеет следующий вид:

Y 2 = 46362,7 - 3276,битах2 -

- 21853,3/и

тах

13703,1Ц.

Таблица. Результаты предварительной обработки сигналов поляризации

Образец У, %* и , В тах' ист В У, %

Говядина

1 41,5 1,526 0,872 41,497

2 42 1,644 0,978 42,039

3 39,7 1,761 1,239 39,671

4 23,68 1,812 1,080 23,568

5 15,5 1,875 1,262 15,644

6 0 1,905 1,731 0

7 0 1,919 1,890 0

Свинина

1 50 1,465 0,904 52,8

2 53 1,480 0,944 50,6

3 50 1,496 0,919 50,0

4 50 1,501 0,951 48,8

5 50 1,560 0,904 45,2

6 40 1,575 0,886 44,5

7 42,6 1,607 0,953 40,0

8 34,3 1,608 1,079 37,4

9 24,7 1,667 1,627 25,7

10 24,7 1,740 1,071 25,8

11 21,8 1,759 1,533 18,1

12 8,1 1,865 1,846 5,6

13 5 1,834 1,792 9,0

14 0 1,860 1,842 0

15 0 1,939 1,919 0

16 0 2,021 2,000 0

* У0 - уровень инжекции, рассчитанный методом взвешивания, У1 - по полученным данным.

> о

2000

1800

1600

1400

1200

= 3

сс &

Ёа 8 1000

О са

а >

<в и о н га а ч

800

600

400

200

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Квадрат оценки уровня инжекции расчитанного по уравнению регрессии, % Y2 = 46362,7 - 3276,6*итах2 - 21853,3/иуст - 13703,1*и

2000

а)

60

50

40

30

20

10

о ОС

•

"""""

/ / / /// //

о ° х ! ! !

10

20

30

40

б)

Оценка уровня инжекции расчитанная по уравнению регрессии Y = 86,413 - 26,527и тах2 + 21,209/иуст

Рис. 2. График сравнения: а) квадратов оценки уровня инжекции для мясного сырья говядины, б) оценки уровня инжекции для мясного сырья свинины; ^ - 95% достоверность.

Коэффициент корреляции для этой зависимости г = 0, 999, коэффициент детерминации Я2= 0, 999, стандартное отклонение оценки 7,99.

Для мясного сырья свинины уровень инжекции можно определить с использованием другой регрессионной зависимости:

У = 86,413 - 26,527112 + 21,209/и

Коэффициент корреляции для нее составляет г = 0,98, коэффициент детерминации Я2 = 0,96, стандартное отклонение оценки 3,35.

Обе регрессионные зависимости и их коэффициенты в условиях изученной выборки статистически значимы.

По результатам сравнения относительная ошибка квадратов оценки уровня инжекции мясного сырья говядины, полученной методом взвешивания и рас-

считанной по предложенной в работе зависимости, составила не более 1,0%, а оценки уровня инжекции мясного сырья свинины -около 9,0% (рис. 2). По нашему мнению, такие различия в точности измерения связано с существеннымы отличиями структуры изучаемых видов сырья. Более рыхлое мясное сырье свинины лучше связывает вводимую в него влагу, что увеличивает погрешность измерения уровня его инжекции предложенным методом.

На основании полученных результатов было предложено устройство для оценки уровня инжекции мясного сырья [5]. Оно содержит первичный преобразователь, включающий в себя приспособление 1 для размещения образца сырья, выполненное в виде основания из непроводящего материала и крышки (рис. 3). На основании закреплен один измерительный электрод 2, а на крышке - второй 3. Крышка фиксируется таким образом, что электроды, после ее установки на основание, отстоят один от другого на определенном расстоянии. Электроды 2 и 3 подключены ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 4, выход которого соединен с первым входом ПЭВМ 5 второй и третий входы которого соединены соответственно с памятью 6 и клавиатурой 7, а первый и второй выходы подключены соответственно к дисплею 8 и первому входу коммутатора 9, второй вход которого соединен с первым выходом источника постоянного тока 10, а выход подключен через резистор 11 к электроду 2. При этом второй выход источника постоянного тока соединен с электродом 3. Кроме того, третий выход ПЭВМ 5 соединен с адаптером 12 подключения к внешнему ПЭВМ, а питание ПЭВМ 5 осуществляется от источника 13 через выключатель 14.

Перед началом измерений выключатель 14 устанавливают в положение «Включено», ПЭВМ 5 подключают к источнику питания 13 и запускают. Кнопками клавиатуры 7 устанавливают режим работы «Настройка», в котором вводят параметры, характеризующие образец сырья. После этого кнопками клавиатуры 7 устанавливают режим «Работа», при котором проводят измерения уровня инжекции. Образец помещают в

50

60

0

0

0

0

10 ИП

9

Коммутатор

8

Дисплей

11

rqd

1,2

П3П )

7

Клавиатура

4 АЦП

12 Адаптер

6

Память

5

Микро-ЭВМ

X

13

14

Рис. 3. Блок-схема устройства для оценки уровня инжекции

приспособление 1 и располагают между электродами

2 и 3 таким образом, что обеспечивает электрический контакт с электродами и образцом. Одновременно путем частичной деформации задают толщину образца, определенную конструкцией приспособления. Кнопками клавиатуры 7 на ПЭВМ 5 запускают программу измерения напряжения поляризации, согласно которой на управляющий вход коммутатора 9 поступает сигнал, подключающий выход источника постоянного тока 10 к цепи ограничивающий резистор 9 - электрод 2. Напряжение поляризации, возникающее на электродах 2 и 3, снимается с них и поступает на вход АЦП 4,

где сигнал преобразуется в цифровой вид с частотой дискретизации 10-20 кгц и по шине обмена данными поступает на вход ПЭВМ 5, где фиксируется в памяти 6. Продолжительность измерения составляет 70 с. Полученный массив данных напряжения поляризации образцаобрабатывается по формуле (1). В результате обработки образуется массив данных отфильтрованного сигнала, для которого вычисляются максимальное и установившееся значения и затем по выражениям (2 или 3)рассчитывается уровень инжекции. При этом на дисплее 8 высвечиваются порядковый номер и результат оценки, который сохраняется в памяти 6. При необходимости можно переместить данные из памяти 6 в память ПЭВМ.

Выводы. В результате проведенных исследований определены информационно значимые параметры измеренных реализаций сигнала поляризации мясного сырья, по которым построены уравнения регрессии для двух его видов (говядина и свинина), связывающие величины этих параметров с уровнем инжекции рассола в мясное сырье.

Предложено устройство позволяющее оценить уровень инжекции мясного сырья в образцах, взятых из отрубов на различных этапах его переработки.

Литература.

1. Усовершенствование технологии производства деликатесных изделий методом инъецирования «МЯСО В МЯСО» / П. Микляшевски, В.В. Прянишников, А.В. Ильтяков, А.В. Гиро // Мясной ряд. 2010. №2. С

2. Способ оценки влагосвязывающей способности мяса и устройство для его осуществления, патент № 2469318, МПК G01N 33/12/Г.В. Сероклинов, А.В. Гунько, Е.А. Свежинцева, Л.В. Гуцева (РФ) заяв. 11.01.2010, опубл. 20.01.2012, Бюл. № 2.

3. Сероклинов Г.В. Технические средства для экспериментальных исследований физических свойств биологических структур// Информационные технологии, системы и приборы в АПК: Материалы Междунар. Науч.-практ. конф. «АГРОИНФО-2006». Новосибирск: Россельхозакадемия. Сиб. отд-ние, 2006. Ч.2. С. 122-125.

4. Сероклинов Г.В., Гунько А.В. Автоматизированный измерительный комплекс для исследования качества мясного сырья //Материалы VIII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения». Новосибирск, 2006. Т.7. С. 253-256.

5. Способ оценки уровня инжекции мясного сырья и устройство для его осуществления, патент № 2469318, МПК G01N 33/12/Г.В. Сероклинов, А.В. Гунько, Е.А. Свежинцева, Л.В. Гуцева (РФ) заяв. 15.03.2011, опубл. 10.12.2012, Бюл. № 34.

ASSESSMENT OF INJECTION LEVEL OF RAW MEAT

G. V. Seroklinov1, A. V. Gunko2

Siberian Physical-Technical Institute of Agrarian Problems, pos. Krasnoobsk, Novosibirsky r-n, Novosibirskaya obl., 630501, Russian Federation

2Novosibirsk State Technical University, prosp. Karla Marksa, 20, Novosibirsk, 630092, Russian Federation

Summary. This analysis was undertaken to develop an express method to evaluate the quality of raw meat during secondary processing. Among others, meat processing may involve injection of special (brine) solutions into the muscle tissue of individual cuts or carcass sides. The method is based on the polarization of meat sample near the electrode under constant current conditions. Electrode voltage changes correlate with the amount of liquid additionally injected into the meat. We analyzed 16 samples of pork and 7 beef samples. For each meat sample, three parameters were measured: maximum polarization value, steady-state (final) value, and the difference between the two values. Regression analysis was performed to uncover the association between injection volume and the observed polarization values. We found that relative error values for raw beef and pork samples were 1 and 9%, respectively. Importantly, our approach can be applied to reliably estimate the volume of the injected liquid in raw meat from individual cuts either following injection procedure or during the storage and downstream technological processing steps. A device allowing convenient assessment of injection levels in raw meat was developed.

Keywords: method, raw meat, injection level, regression analysis, polarization, device.

Author Details: G.V. Seroklinov, Cand. Sc. (Tech.), leading research fellow (e -mail: seroklinov@mail.ru); A.V. Gunko, Cand. Sc. (Tech.), assoc. prof.

For citation: Seroklinov G.V., Gunko A.V. Assessment of Injection Level of Raw Meat. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2016. V.30. No 3. Pp. 81-84 (In Russ.).