СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА МЯСА Российский патент 2009 года по МПК G01N33/12 

1. Область техники

Изобретение относится к области исследований и анализа материалов путем определения их физических свойств, в частности к определению качества мяса на основе измерения интенсивности его цвета с помощью специально разработанного оптического устройства - цветофотометра ЦФМ-2СД.

Цель изобретения - ускорение и упрощение определения качества мяса по его цвету с сохранением высокой точности измерения исследуемого показателя как в лабораторных, так и производственных условиях при убое животных и реализации мяса.

Поставленная цель достигается путем измерения головкой-датчиком интенсивности и отраженного от поверхности мяса светового потока в сравнении с эталоном с помощью фототока, инициируемого фотоприемником, расположенным в головке-датчике, по величине которой после соответствующего преобразования в электронном блоке и судят о качестве мяса.

2. Описание аналогов (способов)

Известны различные способы определения качества мяса по его цвету с помощью измерения интенсивности его окраски с использованием различных технических средств, а именно:

2.1. Определение качества мяса проводят путем измерения интенсивности окраски специально подготовленной жидкой вытяжки мяса в сравнении с эталоном на регистрирующем спектрофотометре СФ-10. Прибор - достаточно громоздкое и сложное устройство (масса прибора - 380 кг, габариты 1150×960×380 мм) требует достаточно долгой специальной подготовки жидкой среды для исследования от взятых образцов мяса в строго стационарных условиях (Спектрофотометр регистрирующий СФ-10. Описание и руководство к пользователю. 1961, с.2-8).

2.2. Высокую точность определения качества мяса по интенсивности его окраски можно получить, используя прибор-колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2, предназначенный для измерения в отдельных участках диапазона волн 315-980 нм. Принцип измерения коэффициента пропускания с помощью данного прибора состоит в том, что на фотоприемник направляются поочередно световые потоки - полный Foj через эталонный раствор и Fj - через специально подготовленную мясную вытяжку и по отношению этих потоков определяют интенсивность окраски мяса.

Недостатком данного прибора для определения качества мяса по его цвету является достаточная сложность как самого прибора, так и подготовки образца для исследования и возможность работы в строго ограниченных стационарных условиях (Колориметр фотометрический концентрационный КФК-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1990 г.)

2.3 Известно устройство для определения цвета образца по пропущенному или отраженному свету (Великобритания, патент №1072363, кл. G01N 21/00, 1967)/, включающее осветительную лампу, светофильтр на вращающемся диске, конструкцию для расщепления луча, переменный и регулируемый атенюатор, систему зеркал, фотоэлементы. После калибровки опытный образец устанавливается на соответствующую позицию и проводят настройку прорези для уравновешивания моста для каждого фильтра по очереди. Количество отраженного или пропущенного света считывают со шкалы контроля проникающего света. Прибор может быть использован для контроля такого материала, который сохраняет постоянный цвет и в строго стационарных условиях.

2.4. Разработана установка для определения цвета проб с контрольной головкой и с подъемным предметным столиком, в рамках которого висит контрольная головка, под ней расположен столик для размещения проб. Контрольная головка состоит из корпуса из прозрачного материала и цилиндрической камеры, открытой внизу, нижняя поверхность которой закрыта стеклянным плато. Первый световой пучок проходит в направлении оси цилиндрической камеры, второй световой пучок попадает в камеру под углов 45° к оси цилиндра. Установка работает только в стационарных условиях и на специально подготовленных пробах (ФРГ, заявка №2636420, кл. G01N 21/00, 1977).

2.5. Наиболее близким к используемому в прелагаемом способе устройства по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для измерения коэффициента отражения SU 960544, кл. G01N 21/47, 1982). Устройство содержит измерительную головку, соединенную с блоком обработки сигнала. Измерительная головка имеет входное отверстие, закрытое прозрачной пластинкой, а внутри измерительной головки расположены осветитель и по ходу излучения коллективная линза, светофильтр и фотоприемник. Для определения коэффициента отражения головка-датчик прикладывается к поверхности измеряемого объекта. Сигнал с измеряемой головки, пропорциональный измеряемому коэффициенту отражения, через усилитель поступает на преобразователь напряжение-частота. После соответствующей обработки сигнала и его преобразования и усреднения на счетчик выдается усредненный показатель при многократных измерениях коэффициента отражения неоднородно отражающих поверхностей. Область применения данного устройства - твердые материалы с неоднородно отражающей поверхностью и слоев между ними, что делает неприемлемым для непосредственного измерения цвета мяса и определения его качества как в лабораторных, так и в производственных условиях.

3. Описание прототипа

В качестве прототипа взято изобретение SU 1244589 А1, кл. G01N 33/12, 1986). «Способ определения качества мяса», предусматривающий подготовку образца и измерение параметра, характеризующего его качество, отличающееся тем, что с целью ускорения и снижения трудоемкости измеряют коэффициент отражения специально подготовленного образца мяса на двух длинах волн - 480-520 и 640-720 нм, а качество мяса определяется по соотношению измеряемых величин по специальной формуле. Практически определяют качество мяса на образце мяса, вырезанного в виде цилиндра диаметром 50 мм и высотой 6 мм. Таким образом, подготовленный образец мяса помещают в измерительный блок стационарного спектрофотометра СФ-10 и снимают кривую отражения в интервале 400-700 нм. Обрабатывают кривую на двух указанных выше диапазонах волн и по формуле определяют качество мяса.

Недостатком данного способа определения качества мяса являются требования специальной подготовки образца мяса и измерение интенсивности его отражения на двух диапазонах волн на достаточно сложном и стационарном спектрофотометре СФ-10 и последующего расчета качества мяса по специальной формуле, с одной стороны, и достаточная трудоемкость и невозможность использования в производственных условия убоя животных и реализации мяса, с другой.

4. Техническая задача и технические результаты

В настоящее время интенсивность окраски (цвета) и определение на его основе качества мяса проводят путем:

1. Достаточно сложного извлечения пигментов из мяса с помощью специальных химических растворителей и последующего измерения на достаточно сложных и в большинстве своем стационарных фотоколориметрических устройствах.

2. Измерение интенсивности отраженного света с поверхности специальным образом подготовленных образцов мяса с помощью достаточно сложных и громоздких фотоколориметрических установок.

3. Процесс измерения интенсивности окраски (цвета) мяса и определения на этой основе его качества - достаточно сложный, трудоемкий и, что самое главное, не позволяет это сделать непосредственно на тушах убитых животных и при реализации мяса.

Основная техническая задача предлагаемого способа определения качества мяса животных состояла в том, чтобы исключить вышеперечисленные недостатки, а именно невозможность измерения интенсивности окраски (цвета) и определение на этой основе качества мяса непосредственно на тушах в производственных условия или на образцах мяса без их предварительной подготовки в лабораторных условиях, доведя до минимума (3-5 секунд) продолжительность измерения, и одновременно сохранить высокую точность измерений.

Указанные технические задачи решались с помощью разработанного, построенного и испытанного устройства для определения интенсивности окраски (цвета) мяса - цветофотометра ЦФМ-2СД, свободного от указанных недостатков, отличающегося быстротой измерения (3-5 секунд на одно измерение), достаточной простотой и удобством в использовании и возможностью применения как в лабораторных условиях на образцах, не требующих специальной подготовки, так и в производственных условиях убоя животных и реализации мяса, сохраняя при этом высокую точность измерений.

5. Изложение способа определения качества мяса (методика определения качества мяса)

Качество мяса животных определяется с помощью специально разработанного, построенного и испытанного устройства - цветофотометра ЦФМ-2СД.

5.1. Характеристика устройства. Общий вид цветофотометра ЦФМ-2СД и принципиальная электрическая блок-схема с соответствующей элементной базой представлены на фиг.1 и 2.

Устройство Цветофотометр ЦФМ-2СД (фиг.1) состоит из головки-датчика 1 и электронно-измерительного устройства с блоком сетевого и батарейного питания 2.

Головка-датчик (1) включает в себя: фотоэлемент (7) с рабочим диапазоном длины волн 350-750 нм для приема от измеряемой поверхности мяса отраженного света, четыре лампочки по 2,5 В каждая (5), включенные последовательно, размещенные в осветительной камере головки-датчика со специальным круглым застекленным оптическим стеклом отверстием-окном диаметром 36 мм (8) с крышкой и кнопочный переключатель для включения освещения поверхности в момент измерения (10).

Электронно-измерительное устройство, размещенное в специальном футляре (2), предназначено для преобразования электродвижущей силы (ЭДС) фотоэлемента (7) и последующего ею измерения и выдачи на регистрирующее устройство (9). Одновременно в футляре размещен блок сетевого и батарейного питания, обеспечивающий подачу строго стабилизированного напряжения независимо от колебаний сетевого напряжения или падения до определенного уровня напряжения батарей. Этим обеспечивается стабильное освещение измеряемой поверхности и работа электронно-измерительного устройства. Фиксирование результатов измерения осуществляется с помощью микроамперметра с делением шкалы от 1 до 100 единиц (9). На поверхности панели прибора установлены: микроамперметр (9), ручка переменною резистора для установления стрелки микроамперметра на деление 100 по эталону белого цвета (12), контрольная лампа (11), тумблер включения устройства (10). На правой боковой стороне футляра размещены разъемы для соединения вилки головки-датчика и корпуса трехжильным мягким кабелем и электрошнуром с вилкой на конце для сетевого напряжения.

5.2. Принцип работы устройства. Сигнал - ЭДС фотоэлемента с головки-датчика подается на дифференциальный усилитель типа К153УД2, собранный по стандартной схеме общей цепи (ОЦ). Сопротивление обратной связи выбрано 220 кОм. Измерительный микроамперметр включен между выходом ОЦ к дифференциальному усилителю и общим проводом. Питание общей цепи стабилизировано двумя стабилитронами напряжения. Напряжение питания ОЦ±15 В, лампы освещения - 10 В. Лампы соединены последовательно общим проводом. Микроамперметр защищен от перегрузки двумя диодами. Включают устройство на 10-15 мин до начала работы.

Перед измерением цвета мяса стрелку микроамперметра по белому эталону ручкой переменного резистора устанавливают на делении 100. Для этого крышку головки-датчика, на внутренней поверхности которой находится эталон белого цвета, надевают на окно головки-датчика, включают освещение и устанавливают стрелку микроамперметра на делении 100. После этого устройство готово к работе.

Измерение цвета мяса на тушах или лабораторных образцах проводят путем приложения к измеряемой поверхности отверстие-окно и включения освещения в головке-датчике. При этом интенсивность отраженного света от эталона принимается за 100%, а интенсивность отраженного света от измеряемой поверхности мяса фиксируется как процент по отношению к эталону.

5.3. Характеристика устройства. 1. Назначение. Устройство - цветофотометр ЦФМ-2СД предназначено для измерения интенсивности окраски (цвета) мяса сельскохозяйственных животных после их убоя и может работать как в лабораторных, так производственных условиях для идентификации качества мяса. 2. Технические данные. Диапазон измерения - от 5 до 100%. Цена деления шкалы - 1%. Настройка устройства на деление 100 осуществляется по эталонному образцу белого цвета. Пределы допустимой погрешности -1%. Продолжительность одного измерения - 3-5 секунд. Габаритные размеры 200×150×100 мм. Масса - 1.2 кг.

5.4. Испытание устройства, используемого для определения качества мяса, проводили при убое свиней крупной белой породы на Наро-Фоминском мясоперерабатывающем предприятии Московской области и на свиньях эстонской беконной породы на мясокомбинате г.Пярны (Эстония).

На каждой туше измеряли рН и цвет мяса цветофотометром ЦФМ-2СД. По результатам анализа полученных данных мясо подразделяли на три категории качества: нормальное мясо, мясо с пороком PSE и мясо с пороком DFD. Итоговые результаты распределения туш на качественные категории по результатам рН и цвету представлены в таблице 1.

Таблица 1Граничные параметры рН и цвета для качественных категорий мясаКатегории качества мясаПо рН:По цвету мяса, %:Мясо нормальное5,50-6,1030-37Мясо с пороком PSE4,0-5,4938 и болееМясо с пороком DFD6,20-7,7029 и менее

Средние показатели рН и цвета мяса при распределении туш по граничным параметрам качества через 24 часа после убоя представлены в таблице 2.

Таблица 2Средние показатели рН и цвета мяса при распределении туш по граничным параметрам качественных категорий мясаКатегории качества мясаПо рНПо цветуколичество:количествотуш%:M±mтуш%:M±mМясо нормальное6970,505,73±0.027177.2034.6±0.40Мясо с пороком PSE1415.605,39±0.021516.3039.7±0.64Мясо с пороком DFD99.786,43±0.1166.5028.6±0.47

Из данных таблицы 2 следует, что туши животных с меньшей рН, равной 5,2 (порок PSE) и большей рН, равной 6,43 (порок DFD), имели соответственно и больше - 39,7% (порок PSE) и меньше - 28,6% (порок DFD) значение показателя цвета мяса. Число туш, отнесенных к отдельным категориям качества мяса по рН, достаточно точно совпадает с числом туш, отнесенных к отдельным категориям качества мяса по фактической величине показателя цвета мяса. Нормальное качество мяса имели соответственно по рН и цвету 75,0 и 77,2%, с пороком PSE 15,2 и 16,3% и пороком DFD - 9,78 и 6,5% туш. Коэффициенты корреляций между показателями рН и цветом мяса соответственно составили -0,91 и -0,86 на свиньях крупной белой и эстонской беконной пород.

Таким образом, экспериментальные испытания заявляемого способа определения качества мяса с помощью цветофотометра ЦФМ-2СД в сравнении с качественной идентификацией с рН показали высокую его точность

По сравнению с прототипами и аналогом заявляемый способ определения качества мяса с использованием специально созданного цветофотометра ЦФМ 2СД отличается более высокой эффективностью в эксплуатации - на одно измерение требуется от 3 до 5 секунд, не требует специальной подготовки образцов к исследованию, позволяет получать информацию высокой точности о качестве мяса как на образцах в лабораторных, так и непосредственно на тушах животных в производственных условия их убоя и реализации мяса.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, применяемой в животноводстве, в частности, для исследования и анализа качества мяса с помощью оптических средств. Способ заключается в измерении интенсивности отраженного от мяса светового потока с помощью специально разработанного цветофотометра ЦФМ-2СД, содержащего выполненную отдельно от корпуса в виде головки-датчика измерительную часть, оснащенную осветительной камерой, фотоприемником и отверстием-окном для прикладывания к измеряемой поверхности объекта. Цвет образца мяса или туши фиксируется и по интенсивности окраски мясо подразделяется на соответствующие качественные категории. Техническим результатом является ускорение и упрощение измерения цвета мяса с сохранением высокой точности измерения исследуемого показателя как в лабораторных, так и в производственных условиях при убое животных и реализации мяса. 2 ил.

Способ определения качества мяса, заключающийся в измерении интенсивности отраженного от мяса светового потока с помощью фотоприемника, по величине которой судят о качестве мяса, отличающийся тем, что измеряют интенсивность отраженного от эталона белого цвета светового потока с помощью фотоприемника, спектральный диапазон которого 350-750 нм и который размещен в головке-датчике, содержащей также осветительную камеру и отверстие-окно, прикладываемое к исследуемой поверхности, и соединенной кабелем с корпусом устройства, в котором установлены блок электронного усиления и преобразования сигнала фототока и блок стабилизированного питания, принимают интенсивность отраженного от эталона белого цвета светового потока равной 100%, а интенсивность отраженного светового потока от измеряемой поверхности мяса фиксируется как процент по отношению к эталону, при этом мясо подразделяется на качественные категории: нормальное - 30-37%, дефектное с дефектом PSE - 38% и более и с дефектом DFD - 29% и менее.