Способ определения содержания поваренной соли в пищевом продукте
METHOD FOR DETERMINING THE CONTENT OF TABLE SALT IN A FOOD PRODUCT

Изобретение относится к пищевой промышленности и, в частности, к области производства мягких, плавленых и твердых сыров, а также колбасных изделий.
3
3
3
3
3
Известен метод определения содержания поваренной соли в пищевых продуктах (см. Наукоемкие исследования как основа инновационного развития общества. Часть 2. Сборник статьей Международной научно-практической конференции, Самара, 11 июня 2019. стр. 24-26). Согласно данному химическому методу для извлечения хлорида натрия из пробы анализируемого образца проводят экстракцию дистиллированной воды, титруют раствором нитрата серебра в присутствии хромата калия, который является индикатором. При титровании азотнокислое серебро дает с хлоридами белый осадок хлорид серебра. После того как все ионы хлора будут связаны, избыток нитрата серебра прореагирует с хромовокислым калием, образуя окрашенный в кирпично-красный цвет осадок хромат серебра. Приводится методика экспериментальных исследований колбасных, молочных и хлебобулочных изделий, которая заключалась в том, что к помещенной в химический стакан навеске приливали 100 см дистиллированной воды, тщательно размешали смесь стеклянной палочкой и оставляли, для настаивания повременно помешивая. Затем экстракции жидкость фильтровали через бумажный фильтр в сухую колбу. После 10 см фильтрата переносили в коническую колбу вместимостью 100 см. К фильтрату добавляли 0,5 см 10%-ного раствора хромат калия и титровали 0,05 моль/дм раствором нитрата серебра до появления кирпично-красного осадка. Содержание хлорида натрия (X) в процентах вычисляли по формуле.
Недостатком этого метода определения содержания поваренной соли в пищевых продуктах, можно считать рутинность процесса, лишенного возможности использования при автоматизации технологических процессов в пищевой промышленности.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения содержания соли в сыре (RU 2204132 С2, 10.05.2003). Данный способ заключается в том, что проводят измерение электрического сопротивления в сыре путем ввода двух игл-электродов в головку сыра, получают зависимость электрического сопротивления от солености сыра и строят две кривые для эталона. После этого замеряют температуру сыра и по указанной зависимости определяют содержание поваренной соли.
Недостатком этого известного способа определения содержания соли в сыре можно считать невысокую точность, связанную с изменением сопротивления игл-электродов из-за изменения температуры окружающей среды.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности определения содержания поваренной соли в пищевом продукте.
Технический результат достигается тем, что в способе определения содержания поваренной соли в сыре на исследуемый сыр воздействуют электромагнитной волной фиксированной частоты, измеряют амплитуду прошедшей через сыр электромагнитной волны, сравнивают измененную амплитуду с амплитудой несоленого сыра и правильно посоленного сыра, и по разности амплитуд определяют недостаточность соли или просоленность в исследуемом сыре.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что амплитуда прошедшей насквозь через контролируемый пищевой продукт электромагнитной волны, дает возможность вычислить содержание поваренной соли в пищевом продукте (сыре).
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу определения содержания поваренной соли в пищевом продукте на основе измерения амплитуды прошедшей насквозь через контролируемую среду электромагнитной волны с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности определения содержания поваренной соли в пищевом продукте.
На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство содержит источник излучения 1, соединенный выходом с передающей рупорной антенной 2, объект контроля 3, приемную рупорную антенну 4, амплитудный детектор 5, усилитель 6 и измеритель 7. На фигуре 8 обозначена подставка, на которую укладывают контролируемый продукт.
Способ работает следующим образом. Данный способ основывается на взаимодействии сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных колебаний с пищевым продуктом (объектом контроля). При зондировании контролируемого продукта электромагнитными волнами от раздела двух сред "воздух - поверхность продукта", одна часть энергии падающей на поверхность волны отражается, а другая часть проходит насквозь через продукт. При этом одна часть энергии выходящей из продукта волны отражается от границы раздела двух сред "поверхность продукта - воздух" (во внутреннюю сторону продукта), а другая часть, распространяясь по воздуху, может нести информацию о свойствах и некоторых показателях, например, диэлектрических сред.
В данном случае контролируемый пищевой продукт, например, сыр по составу и структуре, можно рассматривать как диэлектрический материал.
Из теории распространения электромагнитных волн известно, что при падении электромагнитной волны на поверхность диэлектрического материала, волна претерпевает преломление ввиду разности диэлектрической ε и магнитной проницаемостей μ воздуха и контролируемого материала. Как правило, магнитная проницаемость диэлектрических материалов принимается равной единице и показатель преломления в таком случае становиться зависимой в основном от диэлектрической проницаемости материала. С другой стороны, диэлектрическая проницаемость диэлектрических материалов может зависеть от влажности, плотности и других их физических параметров.
3
Как показывает практика, основными ингредиентами рассматриваемого диэлектрического продукта в виде сыра являются молоко нормализованное или пастеризованное, соль, закваска и молокосвертывающий фермент. При этом согласно технологии изготовления сыра, молоко является основным ингредиентом сыра, т.е. другими словами вкусовые качества сыра будут зависеть от сорта (плотности) молока. Так, например, плотность коровьего молока при температуре 20°С может изменяться от 1028 (высший сорт) до 1026 (не сортовое) кг/м. Также известно, что соль повышает плотность молока, а вода уменьшает его плотность.
Для соления сыра, как правило, необходимо приготовить рассол. При этом каждому сорту сыра требуется свой рассол. Так, например, 25% раствор соли используется в производстве сыра сулугуни. Чтобы приготовить 10 литров такого рассола, нужно взять 2,5 кг соли и 7,5 л воды. Посолка придает сыру соответствующего вкуса и влияет на структуру, консистенцию и качество продукта. Вместе с тем соль регулирует микробиологические и биохимические процессы в сыре, оказывая влияние на формирование его органолептических характеристик. Излишняя посолка резко замедляет процесс созревания сыра, сырная масса сначала увлажняется с поверхности, а затем становится сухой и хрупкой. В случае недостаточной посолки можно получить переброженный сыр. Отсюда можно сделать заключение о необходимости контроля соленности сыра при его производстве.
Согласно предлагаемому способу при облучении круглой головки сыра электромагнитной волной, интенсивность прошедшей через головку сыра волны будет уменьшаться по экспоненциальному закону (закон Бугера):
0
-αx
I(х)=Ie,
0
0
где Ι - интенсивность волны на входе в поглощающий слой вещества (сыра) толщиной х; е=2,7 - основание натуральных логарифмов; α - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны (частоты). Приведенная формула показывает, что при постоянных значениях параметров x, Ι и длины падающей волны, интенсивность волны на выходе головки сыра (здесь, сыр принимается как оптически однородная среда) может изменяться, как уже было сказано выше, в зависимости от изменения диэлектрической проницаемости контролируемой среды. В данном случае наиболее вероятным фактором, влияющим на изменение диэлектрической проницаемости сыра, можно считать плотность сыра. Плотность сыра, с определенной точностью можно сказать, что является функцией плотностей применяемого в производстве сыра молока и рассола, представляющего собой раствор соли в воде. В силу этого при известной плотности сыра, соответствующей плотности молока, погружение сыра в рассол и выдержка в нем сыра (до окончания просоливания), приводящие к диффузии соли в сыр и осмотическому переносу воды из сыра в рассол, обусловят проникновение соли в сыр. В итоге все это приведет к увеличению плотности сыра. Следовательно, плотность сыра, измеренная после его просоливания в рассоле, может быть использована для получения информации о содержании соли в сыре.
Устройство, реализующее предлагаемый способ работает следующим образом. С выхода микроволнового генератора 1 электромагнитные колебания фиксированной частотой подводят к передающей рупорной антенне 2. После этого колебания направляют на поверхность широкой (круглая) стороны головки сыра 3, расположенной торцом на подставке 8. Прошедшие через головку сыра колебания (противоположенная широкая сторона головки сыра) улавливают приемной рупорной антенной 4. Далее принятый приемной антенной сигнал поступает на вход амплитудного детектора 5. После детектирования в детекторе сигнал направляется на вход усилителя 6. Выходной усиленный сигнал последнего далее поступает на вход измерителя 7. Здесь измеряется интенсивность (амплитуда) прошедших насквозь головки сыра электромагнитных колебаний, содержащую информацию о плотности сыры после посолки. Измеренный сигнал, соответствующий величине плотности исследуемого сыра сравнивают с измеренными сигналами в пробах (эталоны) головок сыра, соответствующими плотностей непосоленного и стандартно (норма соли) посоленного сыра. Равенство плотностей исследуемого сыра и образца непосоленного сыра свидетельствует об отсутствии соли в сыре (вода в сыре уменьшает плотность сыра), а равенство плотностей исследуемого сыра и образца стандартно посоленного сыра (соль в сыре увеличивает его плотность) - о нормальной поселке сыра. При этом промежуточную величину плотности (между непосоленного сыра и стандартно посоленного сыра) образца исследуемого сыра, можно использовать как информацию о недостаточном количестве поваренной соли в образце исследуемого сыра, а величину плотности исследуемого образца сыра свыше плотности стандартно посоленного сыра как - о просаленности исследуемого сыра.
Определение содержания поваренной соли в образцах исследуемого, недосоленного и стандартно посоленного пищевых продуктов, необходимо проводить при постоянных (одних те же величинах) значениях температуры, давления и влажности окружающей среды с учетом особенности контролируемого пищевого продукта.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении зондирование пищевого продукта электромагнитной волной и измерение интенсивности прошедшей через продукт волны, дает возможность повысить точность определения содержания поваренной соли в пищевом продукте.
Преимуществом данного способа по сравнению с прототипом можно считать бесконтактность и возможность передачи информации дистанционно на расстояние.
Данный способ помимо для определения содержания поваренной соли, успешно может быть использован для контроля и других ингредиентов, например, жира в таких пищевых продуктах, как колбасные изделия.