Регистрация / Вход
Прислать материал

Производственные технологии автоматического оптического контроля качества продуктов питания

Сведения об участнике
ФИО
Василенко Надежда Александровна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Агро-, био- и производственные технологии
Раздел области наук
Теоретические основы и технология пищевых продуктов
Тема
Производственные технологии автоматического оптического контроля качества продуктов питания
Резюме
Актуальной задачей является обеспечение инструментального контроля качества пищевых продуктов для защиты потребителей от некачественных продуктов.
В данном проекте основное внимание уделено исследованию двух метода контроля качества продуктов питания:
1.Колориметрическое исследование
2.Спектрофотометрическое исследование.
Сочетание двух этих методов позволяет получить информацию о цвете, химических составляющих, состоянии поверхности и консистенции исследуемого пищевого продукта
Результаты экспериментальных исследований проекта могут быть использованы при создании оптико-электронных систем экспресс-контроля качества пищевых растительных и животных продуктов.
Ключевые слова
Колориметрия, спектрометрия, анализ, качество, мясо, ягода.
Цели и задачи
Целью настоящей работы является исследование возможности внедрения оптических технологий в производственный контроль продуктов питания. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: исследовать известные методы и средства бесконтактного контроля качества пищевой продукции; выполнить моделирование цветовых параметров объектов пищевой промышленности для визуального аппарата человека для определения принципиальной возможности различения и анализа их цвета оптико-электронными методами; сформировать лабораторный стенд для проведения экспериментальных исследований; провести экспериментальные исследования образцов животного и растительного происхождения.
Введение

Полноценное питание является одним из первостепенных обстоятельств, определяющих здоровье населения Российской Федерации. Неполноценность питания вызвана неудовлетворительным состоянием производства пищевых продуктов, а также невозможностью населения приобретать качественные продукты питания. Из-за отсутствия на рынке отечественных портативных средств оценки качества продуктов с достаточно низкой ценой, покупатель не может оценить с помощью приборов-индикаторов интегральный показатель качества, например, свежесть приобретаемых мясных продуктов. В связи с этим актуальной задачей является обеспечение инструментального контроля качества пищевых продуктов для защиты потребителей от некачественных и опасных продуктов.

Методы и материалы

В ходе работы были рассмотрены и проанализированы четыре метода анализа продуктов питания:

1. Спектрофотометрический метод исследования, основанный на анализе взаимодействия вещества с электромагнитным излучением. Спектроскопия даёт широкие возможности исследования качества пищевой продукции в различных областях электромагнитного спектра – ультрафиолетовое (УФ) излучение, видимый свет, инфракрасное (ИК) излучение, а также микро- и радиоволновое излучение.

2. Системы технического (машинного) зрения, предназначенные для комплексной оценки объектов пищевой промышленности: автоматического распознавания, контроля цвета, формы, структуры объектов. Системы данного типа включают в себя аппаратные и программные средства, которые позволяют решать широкий круг пользовательских задач. 

3. Рефрактометрический метод, для определения массовой доли сухих веществ в исследуемых образцах, определения влажности и содержания сахара в мучных кондитерских полуфабрикатах и изделиях, овощных полуфабрикатах, мёде, сгущенке, напитках, сладких блюдах, в бисквите и песочных лепёшках, в некоторых кремах.

4.Поляриметрический метод для определения содержание сахарозы, глюкозы, фруктозы, белка и многих других веществ в исследуемом образце благодаря свойству оптически активных веществ изменять угол вращения плоскости поляризации света.

 

Описание и обсуждение результатов

В ходе данной работы было проведено моделирование цветовых параметров объектов пищевой промышленности для визуального аппарата человека, в результате которого установлена принципиальная возможность реализации цветового анализа для контроля их качества. Также был сформирован лабораторный стенд для проведения экспериментальных исследований, состоящий из двух частей: для спектрального анализа и анализа с использование системы технического зрения. С помощью сформированной измерительной установки проводились экспериментальные исследования объектов животного и растительного происхождения.

1. Объекты животного происхождения - образцы говядины. Экспериментальное исследование проводилось в несколько этапов в течение 6 дней. Были получены гистограммы цветового тона, насыщенности и яркости каждого образца с помощью системы технического зрения. Со временем цветовой тон образцов изменялся, уходя от кроваво-красного оттенка к бордовому. Светлота и насыщенность уменьшались - образцы темнели и приобретали сероватый оттенок. Были получены графики спектральных зависимостей отражения образцов говядины с помощью спектрального метода. Измерения проводились в первый, второй, третий, пятый и шестой дни. Графики спектральных зависимостей отражения образца отличаются как по форме, так и по амплитуде, что свидетельствует об изменении соотношений и концентраций форм миоглобина в образце, в том числе преобладании метмиоглобина, а, следовательно, и о гниении образца.

2. Объекты растительного происхождения - образцы плодов рябины двух сортов и облепихи. Колориметрические исследования проводились в два этапа с промежутком времени в 1 неделю. Были получены графики изменения статистики во времени распределения цветовых оттенков на изображениях плодов в цветовом тоне, светлоте и насыщенности. Плоды рябины приобрели бордовый оттенок, потемнели и стали насыщеннее. Плоды облепихи не изменили цветовой тон и яркость, но стали менее насыщенными. С помощью спектрального метода были получены спектры отражения трех категорий объектов: целых и мятых плодов и дефектов на их поверхностях. Во всех случаях спектры отражения различались как по форме, так и по амплитуде.

Результаты экспериментальных исследований настоящего проекта могут быть использованы при создании оптико-электронных систем экспресс-контроля качества пищевых продуктов растительного и животного происхождения, реализующих колориметрический и спектральный анализ, а также для прогнозирования сроков их хранения. 

Научная новизна работы заключается в реализации качественного контроля пищевых продуктов на основании анализа их цветовых и спектральных характеристик. Такой подход позволяет автоматизировать оценку одного из ключевых органолептических показателей продуктов питания.

Используемые источники
Алейников А.Ф. Классификация методов оценки свежести мясного сырья
Шаулина Л.П. Контроль качества и безопасности пищевых продуктов и продовольственного сырья
Снегирева И.А. Современные методы исследования качества пищевых продуктов
Дроханов А.Н. Оптический метод контроля качества пищевых сред и готовых продуктов питания
Rico Scheier Early Postmortem Prediction of Meat Quality Traits of Porcine Semimembranosus Muscles Using a Portable Raman System
Бондаренко А.В. Спектрально-текстурный экспресс-контроль пищевых сред
Воскресенский Е. Техническое зрение в пищевой промышленности: технологии и приложения
Мурашев С.В. Моделирование цветовых переходов между формами миоглобина
M. Kamruzzaman Non-destructive prediction and visualization of chemical composition in lamb meat
Т.В. Подлегаева Методы исследования свойств сырья и продуктов питания
Information about the project
Surname Name
Nadezhda Vasilenko
Project title
Production technology of automatic optical inspection of food quality
Summary of the project
An urgent task is to ensure the tool control of food quality to protect consumers from substandard products.
This project is focused on the study of two methods of quality control of food products:
1. The colorimetric study
2. The spectrophotometric study
The combination of these two techniques can provide information about the color, chemical constituents, the surface condition and the consistency of the test food.
The experimental results of this project can be used in the creation of optical-electronic system express-control of quality of products of plant and animal origin.
Keywords
Colorimetry, spectroscopy, analysis, quality, meat, berry.