СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА СВЕЖЕСТИ МЯСНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И УСТРОЙСТВО ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗАТОРА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G01N33/12 

Изобретение относится к области пищевой промышленности и технике контроля производственных процессов и может быть использовано для экспресс-оценки свежести мясных продуктов питания за счет определения их характерного времени хранения без предварительного взятия пробы.

Как известно, пищевые продукты постоянно и достаточно сильно обсеменены различными микроорганизмами. Принято дифференцировать микрофлору, обсеменяющую продукты питания, на специфическую и неспецифическую [смотрите, например, Шустрова Н.М, Снегирева А.Е., под редакцией Красовского П.А // Микробиологическая экспертиза качества продукции. МУ МВШЭ. МР-016-2002]. К первой относятся микроорганизмы, искусственно вносимые в продукт для придания ему определенных свойств. К неспецифической микрофлоре относятся микроорганизмы, прижизненно обсеменяющие органы и ткани животных в случае заболевания или нарушения барьерных функций кишечника, при травмах, голодании, перегревании или при переохлаждении организма животных. При несоблюдении санитарных условий получения продуктов питания на этапах заготовки, переработки, транспортировки и хранения также возможно вторичное загрязнение их микроорганизмами. Микроорганизмы, вызывающие порчу и гниение пищевых продуктов, чаще всего обладают выраженной протеолитической активностью. Их попадание в продукты нежелательно, так как они снижают биологическую и пищевую ценность, а в некоторых случаях делают невозможным использование продуктов в питании. Наряду с изменениями органолептических свойств продукта, микроорганизмы способствуют накоплению токсических компонентов, которые могут привести к пищевому отравлению.

Микроорганизмы, обсеменяющие мясные продукты питания, в процессе своей жизнедеятельности синтезируют большое количество различных веществ, некоторые из которых могут служить своеобразными индикаторами зараженности этих продуктов. Протопорфирин IX является важным веществом-предшественником при синтезе бактериями гема, цитохрома c и хлорофиллов и одновременно он может служить индикатором степени бактериальной обсемененности мясных продуктов питания, т.к. при возбуждении лазерным светом с длиной волны 405 нм он обладает интенсивной фотолюминесценцией, находящейся в красной спектральной области 600-800 нм [смотрите, например, J. Biomed. Opt. 21(12), 125008]. Оценивая интенсивность этой фотолюминесценции, можно судить о степени бактериальной обсемененности, времени хранения мясных продуктов питания и тем самым об их свежести.

На сегодняшний день не существует устройства, достоверно оценивающего в экспресс-режиме свежесть мясных продуктов питания и степень их бактериальной обсемененности. Классическим методом для определения числа и идентификации микроорганизмов в мясных продуктах питания является микробиологический метод, с помощью которого производится определение количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) и дифференциация микроорганизмов методом серийных 10 - кратных разведений жидких мясных смывов с последующим параллельным высевом на чашки с 5% кровяным агаром, солевым агаром с манитолом, SS-агаром, TSN агаром, агаром Шедлера, средой Сабуро, средой Эндо и другими. Но он является длительным и требует высокой квалификации обслуживающего персонала и специализированных стационарных лабораторий и микробиологических установок.

Измерения оптических характеристик мясных продуктов питания после возбуждения образца посредством электромагнитного излучения отнимают малое количество времени и не требуют крупногабаритной и дорогой измерительной техники.

Известно устройство, реализующее способ (патент SU 1244589) определения качества мяса, предусматривающий подготовку образца и измерение параметра его окраски, характеризующего его качество по коэффициентам отражения образца мяса на длинах волн 480-520 нм и 640-720 нм. Недостатки устройства заключаются в том, что способ, реализованный им, довольно трудоемок и требует предварительного взятия пробы. А так же это устройство имеет маленькую чувствительность и специфичность, т.к. изменение коэффициента отражения обусловлено большим количеством причин, некоторые из которых не связаны прямым образом с порчей мясных продуктов питания.

Известно устройство, реализующее способ (патент RU 2015507) определения качества мясной продукции за счет подвергания образца электромагнитному облучению в диапазоне около 800 - 1800 нм для определения наличия в нем червей и дальнейшего анализа характеристического поглощения излучения червями, присутствующими в указанном продукте. Недостатки устройства заключаются в том, что при его работе требуется предварительное взятие пробы, и оно позволяет исследовать только те образцы мяса, которые уже содержат червей, то есть являются отбракованными на производстве.

Известно устройство (патент RU 2035399) для определения качества мяса, предусматривающее измерение величины интенсивности отраженного света с последующим установлением значения коэффициента отражения. Измерение величины интенсивности отраженного света осуществляют непосредственно в толще исследуемого образца на глубине 5-7 см путем введения в последней оптической иглы, при этом при измерении используют световой поток с длиной волны 600-720 нм. Основным недостатком устройства является то, что широкие спектральные полосы отражения, поглощения и пропускания не имеют специфичности и поэтому на основе их анализа невозможно достоверно и воспроизводимо определять качество и свежесть мясной продукции при различных условиях хранения исследуемых образцов.

Известны решения для оценки свежести рыбы, изложенные в заявках US2015330906, US2017074784, основанные на измерении спектра поглощения (либо отражения) света в диапазоне 315-450 нм от глаза рыбы. При разработке данного метода было установлено в результате подробных исследований, что при старении рыбы в ее глазу возникает широкая характеристическая полоса поглощения света в диапазоне от 315 до 450 нм. Интенсивность поглощения в пике полосы, вблизи 410 нм, монотонно растет по мере старения рыбы.

В заявках US2015330906 и US2017074784 предложен целый ряд вариантов оценки свежести рыбы по поглощению света в ее глазу. В самых сложных реализациях измеряется спектр поглощения (или отражения) света от источника со сплошным спектром в глазу рыбы или в биологической жидкости, извлеченной из глаза и помещенной в кварцевую оптическую кювету. В более простых вариантах используется набор узкополосных источников света с разными длинами волн. Для оценки свежести предлагается сравнивать поглощение в характеристической полосе с поглощением вдали от нее, либо уровни поглощения со стороны коротких и длинных волн от полосы. Наконец, предложен вариант с одним узкополосным источником с максимумом в области 410-430 нм для измерения абсолютной величины поглощения в области самóй характеристической полосы поглощения в глазе рыбы. В любом случае для оценки свежести измеряется абсолютная величина поглощения света, A(λ) = -log(I(λ)/I₀(λ)), где I₀(λ) – интенсивность падающего света, I(λ) – интенсивность отраженного или прошедшего света.

Известные методы оценки свежести мясопродуктов требуют измерения абсолютных характеристик оптического спектра. Соответственно, точность оценки существенно ниже, чем при измерении относительного значения оптической характеристики.

Кроме того, в известных методиках требуется оптика для фокусировки света на поверхность тестируемого образца и для сбора света люминесценции.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является устройство, реализующее способ дистанционного спектрального контроля качества мяса (патент RU2170928, опубл.: 20.07.2001), включающий облучение контролируемого образца мяса монохроматическим излучением лазера с длиной волны 488 нм и последующий анализ возникающего флуоресцентного излучения в полосе флуоресценции, по результатам которого судят о состоянии мяса, отличающийся тем, что при анализе флуоресцентного излучения выделяют из полосы флуоресценции с помощью соответствующих спектрально-селективных интерференционных фильтров два спектральных участка с максимумами на длинах волн λ₁ = 510 нм и λ₂ = 545 нм, измеряют интенсивности J₁ и J₂ флуоресцентного излучения на указанных длинах волн соответствующими фотоприемниками, сравнивают между собой значения интенсивностей J₁, J₂ и при значении величины отношения J₁/J₂ ≥ 1 дают положительную оценку произведенного анализа, соответствующую качественную мясу, а при значении величины отношения J₁/J₂ < 1 дают отрицательную оценку произведенного анализа, соответствующую мясу с патогенными бактериями.

Технической проблемой прототипа является то, что зеленая область флуоресценции (в области длин волн 500-565 нм) от исследуемых мясных продуктов не является информативной и специфичной при рассматривании процессов их порчи и гниения, т.к. в зеленой области наблюдается широкая флуоресценция, которая присуща всем видам тканей (соединительной, эпителиальной, мышечной), веществам и метаболитам, входящих в состав исследуемого образца мяса. Для бактериальной микрофлоры, накапливаемой в результате процессов гниения и порчи мясных продуктов питания, характерна фотолюминесценция от веществ, синтезируемых этими бактериями, в красной области длин волн 600-800 нм.

Задачей изобретения является создание такой экспресс оценки свежести мясных продуктов питания без потребностей анализа проб, которая отличается портативностью и оперативностью действия и при этом не имеет недостатков, присущих известным решениям.

Техническим результатом изобретения является возможность быстрого анализа свежести мясных продуктов питания, без потребности взятия проб, портативность системы анализа.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ проведения экспресс-анализа свежести мясных продуктов питания, характеризующийся облучением контролируемого образца мяса монохроматическим излучением лазера и последующим анализом возникающего флуоресцентного излучения в полосе флуоресценции, по результатам которого судят о состоянии мяса, причем при анализе флуоресцентного излучения выделяют из полосы флуоресценции определенного спектра с помощью соответствующих спектрально-селективных интерференционных фильтров, отличающийся тем, что сначала формируются и сохраняются в базу данных эталонные спектры фотолюминесценции образцов свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени, затем производят измерение контролируемого образца мяса, путем облучением его лазером с длиной волны 405 нм, которое направляют через набор полосовых фильтров в диапазоне 600-800 нм и систему фокусировки таким образом, что отраженное от образца мяса излучение попадало на спектрометр, который располагают внутри кожуха, блокирующего проникновение паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей; полученное спектрометром излучение детектируют и определяют количественное значение интенсивностей фотолюминесцентных линий протопорфирина IX, лежащих в области красных длин волн 600-800 нм; полученные данные направляют на компьютерную обработку для сравнения интенсивностей этих линий фотолюминесценции с интенсивностью эталонного фотолюминесцентного спектра из базы данных эталонных спектров, причем устанавливают время хранения и свежесть исследуемого образца мяса исходя из соответствия полученных значений интенсивностей этих линий фотолюминесценции контролируемого образца мяса значениям интенсивностей этих линий фотолюминесценции, заложенных в данных эталонных спектров.

Также заявлено устройство фотолюминесцентного анализатора для экспресс-анализа свежести мясных продуктов питания, функционирующее согласно описанному способу, и состоящее из защитного корпуса, выполненного с возможностью блокирования паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей, внутри которого расположены: источник питания, источник лазерного излучения с длиной волны 405 нм, система фокусировки, система фильтрации регистрируемого излучения, состоящая из набора полосовых фильтров 600-800 нм, спектрометра, который подключен по меньшей мере одному детектору электромагнитного излучения видимого диапазона, который подключен к контроллеру обработки сигналов, где выход последнего подключен к блоку управления, состоящему из микропроцессорного блока и базы данных эталонных спектров фотолюминесценции образцов свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени, причем микропроцессорный блок подключен к дисплею, лазеру и блоку питания.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 схематически изображен принцип работы и схема устройства анализатора для оценки свежести мясных продуктов питания.

На Фиг.2 показан пример эталонного графика выявленной зависимости того, что мясо говядины сохраняет различные промежутки времени при всех исследуемых температурах в пределах одного эквивалентного времени хранения при температуре +22°С.

На Фиг.3 показаны графики зависимостей отношения интенсивности свечения продуктов жизнедеятельности анаэробных и аэробных бактерий свинины.

На Фиг.4 показаны графики зависимостей отношения интенсивности свечения продуктов жизнедеятельности анаэробных и аэробных бактерий говядины.

На Фиг.5 показан график зависимости интенсивности от времени в двойном логарифмическом масштабе одной из характерных линий фотолюминесценции вещества-индикатора бактериальной обсемененности протопорфирина IX образца мяса свинины при температуре +22°С в течение 100 часов.

На Фиг.6 показана зависимость от времени интенсивности одной из характерных линий фотолюминесценции вещества-индикатора бактериальной обсемененности протопорфирина IX, синтезируемого в процессе жизнедеятельности бактерий, в образце свинины при режиме хранения +22°С в двойном логарифмическом масштабе.

На Фиг.7 показаны примеры тест-салфеток для фактической проверки гниения мяса.

На Фиг.8 показаны примеры выявленных всплесковых ростов колоний гнилостных бактерий.

На Фиг.9 показан примеры последовательного разведения смывов с мяса в 10 раз и подсчет колоний бактерий (выборки А, Б - свинина, В - говядина для несвежего мяса и выборки Г - свинина, Д - говядина - для свежего мяса.

На чертежах: 1 - кожух, блокирующий проникновение паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей, 2 - лазер с длиной волны 405 нм, 3 - система фокусировки (линза), 4 - исследуемый образец мяса, 5 - полосовые фильтры диапазона 600-800 нм, 6 - спектрометр, 7 - детектор электромагнитного излучения видимого диапазона, 8 - контроллер обработки сигналов, 9 - блок управления, 10 - микропроцессорный блок, 11 - база данных эталонных спектров фотолюминесценции образцов свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени, 12 - дисплей, 13 - фотолюминесцентное излучение, 14 - источник питания.

Осуществление изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что фотолюминесцентный экспресс-анализ осуществляется с длиной волны возбуждающего излучения 405 нм с помощью контроллера и программного обеспечения регистрируется, обрабатывается и количественно анализируется интенсивность фотолюминесцентных линий протопорфирина IX, лежащих в области красных длин волн 600-800 нм, являющегося индикатором бактериальной обсемененности исследуемого мясного продукта питания.

По полученным данным судят о свежести мясного продукта по заранее нормированным фотолюминесцентным спектрам эталонного образца свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени. Эталонные значения хранят в базе данных фотолюминесцентных спектров анализатора, и по ним определяют характерное время хранения и свежесть исследуемого мясного образца за счет сопоставления фотолюминесцентных линий.

Измерения производят либо непосредственно на тушах крупного рогатого скота после убоя, либо на охлажденном или замороженном мясе, либо на готовых к употреблению мясных блюдах. Образцы для анализа могут быть упакованы в прозрачный для электромагнитного излучения видимого спектрального диапазона материал или могут находиться на открытом воздухе. Они могут из себя представлять мясной фарш, цельные куски мяса или готовые к употреблению мясные блюда.

Фотолюминесцентный анализатор (см. Фиг.1) состоит из кожуха (1), блокирующего проникновение паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей, источника лазерного излучения с длиной волны 405 нм (2), системы фокусировки (3) (линзы или системы линз) и фильтрации излучения.

Система фильтрации излучения может быть выполнена состоящей из набора полосовых фильтров диапазона 600-800 нм (5) или спектрометра (6), подключенных к по меньшей мере одному детектору (7) электромагнитного излучения видимого диапазона, который подключен к контроллеру обработки сигналов (8), где выход последнего подключен к блоку управления (9), состоящему из микропроцессорного блока (10) и базы данных (11) эталонных спектров фотолюминесценции образцов свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени, причем микропроцессорный блок (10) подключен к дисплею (12), на который выводятся результаты измерений.

Микропроцессорный блок (9) подключен к дисплею (12), лазеру (2) и блоку питания (14).

База данных (11) может представлять собой блок памяти, например, в виде съемного носителя (флеш-карты).

Такая конструкция анализатора в виду малости и простоты конструкции (см. Фиг.1) обладает портативностью.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

По сигналы блока управления (9), питание от блока питания (14) подается на лазер (2). С лазера (2) через полосовые фильтры диапазона 600-800 нм (5) и систему фокусировки (3) посылается излучение на исследуемый образец мяса (4). Фотолюминесцентное излучение (13) от образца (4) проходит на спектрометр (6), откуда сигнал поступает на детектор (7) электромагнитного излучения видимого диапазона и затем на контроллер обработки сигналов (8). Данные с последнего подаются на блок управления (9), конкретно в микропроцессорный блок (10), где происходит их сравнение с данными из базы данных (11) эталонных спектров фотолюминесценции образцов свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени.

Установленные микропроцессорным блоком (10) показатели для исследуемого образца мяса выводятся на дисплей (12).

Такой способ анализа обеспечивает быстрый анализ свежести мясных продуктов питания, поскольку скорость обработки данных, включая сравнение полученных данных с эталонной базой данных, до выведения результата на дисплей (12) занимает не более 1 - 2 секунд. При этом, очевидно не требуется взятие проб, так как анализ проводится бесконтактным методом за счет отраженного излучения (13) от лазера (2).

Апробация

На тестовых образцах был проведен фотолюминесцентный анализ свежести мясных продуктов питания (фарша говядины и фарша свинины). На протяжении 5 дней с интервалом в 10 минут записывались спектры фотолюминесценции фарша говядины и свинины при хранении их при температурах -4°С, +4°С, +8°С, +22°С, +35°С.

Обнаружено, что мясо сохраняемое различные промежутки времени при всех исследуемых температурах можно охарактеризовать одним эквивалентным временем хранения при температуре +22°С. Например, сохранение мясного продукта из говяжьего мяса при температуре +8°С в течение 30 часов эквивалентно хранению того же продукта при +22°С в течение 8 часов (см. эталонный график на Фиг.2).

Из графика на Фиг.5 видно, что зависимость интенсивности от времени в двойном логарифмическом масштабе одной из характерных линий фотолюминесценции вещества-индикатора бактериальной обсемененности протопорфирина IX образца мяса свинины при температуре +22°С в течение 100 часов, аналогична Фиг.2, причем для свежего мяса график не имеет всплесковых пиков, какие имеют протухшее мясо и копченые колбасные изделия.

Из Фиг.6 можно видеть линейную зависимость от времени интенсивности одной из характерных линий фотолюминесценции вещества-индикатора бактериальной обсемененности протопорфирина IX, синтезируемого в процессе жизнедеятельности бактерий, в образце свинины при режиме хранения +22°С в двойном логарифмическом масштабе.

Таким образом, устанавливается не абсолютное время хранения мяса, поскольку процессы гниения и бактериального обсеменения происходят с разной скоростью при разных температурах, а определяется эквивалентное время, в течение которого бы мясной продукт хранился бы при температуре +22°С или при какой-то другой наперед заданной пользователем температуре. Выбор +22°С или более низкой температуры для определения эквивалентного времени хранения обусловлен тем, что при данных температурах наблюдался монотонный рост линий фотолюминесценции протопорфирина IX, являющегося индикатором бактериальной обсемененности исследуемого мясного продукта питания, в течение длительного времени.

Спектр фотолюминесценции мяса и мясных продуктов, возбуждаемый под действием фиолетового лазера, 405 нм, состоит главным образом из двух широких линий (полос). Одна из них находится в сине-зеленой области спектра, 465-500 нм с максимумом вблизи 480 нм, и не меняет своей интенсивности со временем. Другая же полоса, в желто-красной области, 560-750 нм с максимумом около 640 нм, возникает и усиливается по мере старения мясопродуктов. Основным результатом подробных исследований люминесцентного анализатора для изучения качества и свежести мяса и мясных продуктов явилось построение графиков зависимостей отношений интенсивностей желто-красной и сине-зеленой полос от времени выдержки тестовых образцов различного вида мясопродуктов при температуре 22°С в течение 5 суток с интервалом измерений – 30 минут. Для оценки свежести мяса и мясных продуктов нет нужды сравнивать спектр фотолюминесценции тестируемого продукта с эталонными спектрами из базы данных, которая, разумеется, была построена в ходе исследований. Достаточно извлечь из полученного спектра значение отношения интенсивностей вышеупомянутой пары полос. Из этого значения можно узнать по соответствующему графику, какому времени выдержки при 22°С оно отвечает. Кроме того, можно определить, какой категории свежести продукта это значение соответствует (что будет показано далее на примере Таблицы 2).

Тестирование анализатора, выполненного и функционирующего согласно изобретения, проводилось в Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии - "МВА имени К.И. Скрябина".

Сущность метода и работа люминесцентного анализатора заключалась в следующем: формировались и сохранялись в базу данных эталонных спектров спектры фотолюминесценции образцов свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени; проводился количественный анализ интенсивностей линий фотолюминесценции, характерных для бактериальных процессов порчи и гниения; осуществлялось сравнение интенсивностей линий фотолюминесценции с эталонными линиями из базы данных эталонных спектров. С помощью программного обеспечения устанавливалось время хранения исследуемого образца мяса. Образцы для анализа упаковывались в прозрачный для электромагнитного излучения видимого спектрального диапазона материал или находились на открытом воздухе. Образцы исследования представляли собой мясной фарш, цельные куски мяса или готовые к употреблению мясные блюда. Полученным спектральным показателям ставилась в соответствие балльная шкала органолептических показателей мясной продукции по ГОСТ 9959-91 (табл. 1).

Таблица 1. Органолептические показатели качества мясной продукции по 10-бальной шкале

Оценка
в
баллах Внешний вид Цвет на разрезе Запах (аромат) Вкус Консистенция (нежность, жесткость) Сочность Общая оценка качества 9 Очень
красивый Очень
красивый Очень
ароматный Очень
вкусный Очень
нежный Очень
сочный Отличное 8 Красивый Красивый Ароматный Вкусный Нежный Сочный Очень
хорошее 7 Хороший Хороший Достаточно ароматный Достаточно вкусный Достаточно нежный Достаточно
сочный Хорошее 6 Недостаточно хороший Недостаточно хороший Недостаточно ароматный Недостаточно вкусный Недостаточно нежный Недостаточно сочный Выше среднего 5 Средний (удовлетворительно) Средний (удовлетворительно) Средний (удовлетворительно) Средний (удовлетворительно) Средний (удовлетворительно) Средний (удовлетворительно) Среднее 4 Немного нежелательный (приемлемо) Неравномерный слегка обесцвеченный (приемлемо) Не выражен
(приемлемо) Немного
безвкусный
(приемлемо) Немного жестковат, рыхловат (приемлемо) Немного суховат., влажный (приемлемо) Ниже среднего 3 Нежелательный (приемлемо) Немного обесцвеченный (приемлемо) Немного неприятный
(приемлемо) Неприятный,
безвкусный (приемлемо) Жестковат, рыхлый (приемлемо) Суховатый, влажный (приемлемо) Плохое (приемлемое) 2 Плохой
(неприемлемо) Плохой
(неприемлемо) Неприятный (неприемлемо) Плохой
(неприемлемо) Жесткий, рыхлый
(неприемлемо) Сухой
(неприемлемо) Плохое (неприемлемое) 1 Очень плохой
(неприемлемо) Очень плохой (неприемлемо) Очень плохой
(неприемлемо) Очень плохой
(неприемлемо) Очень жесткий, очень рыхлый
(неприемлемо) Очень сухой
(неприемлемо) Очень плохое
(совершенно
неприемлемое)

Отбор проб проводили в соответствии с ГОСТ 9959-91. Пробы отбирали в чистую, сухую стеклянную посуду. Для доставки в лабораторию виалы с пробами упаковывали в тару, обеспечивающую сохранность качества, постоянство температуры и влажности и предохраняющую от резких перепадов температуры и ударов.

При выполнении измерений соблюдали правила техники безопасности при работе со свежим мясом по ГОСТ 9959-91, требования электробезопасности при работе с электроустановками по ГОСТ 12.1.019, а также требования, изложенные в технической документации на измерительные приборы.

Помещение соответствовало требованиям пожаробезопасности по ГОСТ 12.1.004 в нем были средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009. Содержание вредных веществ в воздухе не превышало допустимых значений по ГОСТ 12.1.005. Организация обучения работающих безопасности труда по ГОСТ 12.0.004.

При выполнении измерений соблюдались следующие условия:

- температура окружающей среды (25±10)°С);

- относительная влажность воздуха (65±15)%;

- атмосферное давление (760±60) мм рт.ст.;

- или (1.01±0.08)105Па;

- напряжение сети (220±11)В;

- постоянная мощность излучения лазера 10 мВт;

- время экспозиции 1 ООмс.

При подготовке к выполнению измерений проводили следующие работы.

Новую и загрязненную лабораторную стеклянную посуду, колбы, виалы стерилизовали в автоклаве сухим жаром при температуре 180°С в течение 1 ч.

Средства измерений готовили к работе в соответствие с инструкциями по их эксплуатации. Исследуемые образцы мяса соответствовали ГОСТ 9959-91.

Выполнение измерений.

В устройстве согласно изобретению использовался синий лазер с длиной волны 405 нм, с помощью которого возбуждалось люминесцентное свечение исследуемых образцов мяса. Все измерения проводились при постоянной мощности излучения 10 мВт и времени экспозиции 100 мс каждые полчаса при постоянной температуре и в темноте в течение 5-10 дней. Виала располагалась на расстоянии 2-5 см от спектрометра неподвижно во время всего цикла измерений. Записанные спектры люминесценции программно обрабатывались и в нормированном виде представлялись в виде графиков.

На тестовых образцах проводился люминесцентный анализ качества мясных продуктов питания (говядины и свинины). На протяжении 5 дней с интервалом в 30 минут производились измерения и записывались спектры люминесценции мяса говядины и свинины, хранящегося при температуре +22°С. Формировались и сохранялись в базу данных эталонных спектров спектры фотолюминесценции образцов свежего мяса и мяса, выдержанного при определенном температурном режиме в течение строго установленного времени. Производились измерения неизвестного образца мяса. Проводился количественный анализ интенсивностей линий фотолюминесценции, характерных для бактериальных процессов порчи и гниения. Осуществлялось сравнение интенсивностей линий фотолюминесценции с эталонными линиями из базы данных эталонных спектров.

Данный метод демонстрировал, что мясо, сохраняемое различные промежутки времени при всех исследуемых температурах, можно было охарактеризовать одним эквивалентным временем хранения при температуре +22°С. Например, сохранение мясного продукта из свиного мяса при температуре +8°С в течение 30 часов эквивалентно хранению того же продукта при +22°С в течение 8 часов. Таким образом, программно устанавливалось не абсолютное время хранения мяса, поскольку процессы гниения и бактериального обсеменения происходят с разной скоростью при разных температурах, а определялось эквивалентное время, в течение которого мясной продукт хранился бы при температуре +22°С или при какой-то другой наперед заданной пользователем температуре. Выбор +22°С или более низкой температуры для определения эквивалентного времени хранения обусловлен тем, что при данных температурах наблюдался монотонный рост специфических линий люминесценции гнилостных бактерий в течение длительного времени. С помощью программного обеспечения устанавливалось время хранения, свежесть, степень бактериальной обсемененности и качество исследуемого образца мяса.

Результаты измерений оформлялись записью в специальном журнале. При этом приводились сведения об анализируемой пробе, условиях измерений, дате получения результатов измерений.

Таблица 2. Результаты анализа зависимостей отношения интенсивности свечения продуктов жизнедеятельности анаэробных и аэробных бактерий

Категории мяса Свинина Говядина парная охлажденная замороженная парная охлажденная замороженная 1 кат. свежести t=(0÷20)ч
I=(0.2÷0.5) t=(0÷20)ч
I=(0.2÷0.5) t=(0÷10)ч
I=(0.2÷0.5) t=(0÷20)ч
I=(0.2÷0.5) t=(0÷20)ч
I=(0.2÷0.5) t=(0÷20)ч
I=(0.2÷0.5) 2 кат. свежести t=(20÷100)ч
I=(0.5÷0.8) t=(20÷50)ч
I=(0.5÷0.8) t=(20÷100)ч
I=(0.5÷2) t=(10÷50)ч
I=(0.5÷0.8) t=(20÷100)ч
I=(0.5÷0.8) t=(20÷100)ч
I=(0.5÷2) 3 кат. свежести t > 100 ч
0.8 < I < 2 t > 50 ч
0.8 < I < 2 t > 50 ч
I > 2 t > 100 ч
0.8 < I < 2 t > 100 ч
0.8 < I < 2 t > 100 ч
I > 2

По результатам измерений были построены следующие графики зависимостей отношения интенсивности свечения продуктов жизнедеятельности анаэробных (в интервале 560÷750нм) (см. Фиг.3) и аэробных (в интервале 465÷500нм) бактерий (см. Фиг.4).

Процессы фактического гниения мяса проверялись с помощью готовых тест-салфеток RIDA COUNT, содержащих питательную среду и хромогенный субстрат. Суммарный сигнал люминесценции хромогена со всей площади салфетки несет в себе информацию о числе выращенных колоний бактерий. Примеры подобной информативности салфеток можно видеть из Фиг.7.

С помощью подобного контроля выявили всплесковые росты колоний гнилостных бактерий (общее микробное число - ОМЧ) в желто-красной области спектра диапазона 560-750 нм с максимумом около 640 нм, которые возникают и усиливается по мере старения мясопродуктов в течение 24 часов (см. Фиг.8).

Результаты измерений с помощью тест-салфеток представлены в таблице 3 и таблице 4.

 Таблица 3
Говядина (ОМЧ) День Тест-салфетки
RIDA COUNT
(KOE/мл) Питательная среда
(KOE/мл) 1 6 * 10⁴ 1 * 10⁵ 2 2 * 10⁹ 2 * 10¹¹ 3 3 * 10¹¹ 1 * 10¹¹ 4 1 * 10¹³ 4 * 10¹² 5 6 * 10⁵  Таблица 4
Свинина (ОМЧ) День Тест-салфетки
RIDA COUNT
(KOE/мл) Питательная среда
(KOE/мл) 1 1 * 10⁴ 4 * 10⁴ 2 2 * 10⁸ 2 * 10⁸ 3 7 * 10¹¹ 2 * 10¹¹ 4 2 * 10⁷ 5 1 * 10⁸ 2 * 10⁷

Сравнение со свежим мясом производилось визуально путем разведения смывов с мяса в 10 раз и подсчетом колоний бактерий.

Пример такого сравнения показан на Фиг.9, где видно, что последовательные разведения смывов с мяса в 10 раз и подсчет колоний бактерий (выборки А, Б - свинина, В - говядина) явно свидетельствуют о несвежести мяса в сравнении такими же смывами со свежего мяса (выборки Г - свинина, Д - говядина).

Мясо делится на три категории свежести: первая - свежее мясо, вторая - относительно свежее и третья - несвежее. Свежим считается любое мясо до 20 часов хранения при температуре 22°С, кроме размороженной свинины, которое становится относительно свежим через 10 часов хранения. Вторая категория свежести парной и охлажденной свинины и любой говядины длится до 100 часов хранения при температуре 22°С, а размороженное мясо свинины портится быстрее и становится несвежим уже через 50 часов. Заметим, что даже однократно замороженная свинина портится в два раза быстрее, чем говядина. Отношение интенсивностей люминесценции продуктов жизнедеятельности анаэробных (560-750 нм) и аэробных (465-500 нм) бактерий, превышающее значение два говорит о том, что мясо было хотя бы однократно заморожено и анаэробные бактерии там при разморозке размножаются гораздо быстрее и амплитуда люминесценции продуктов жизнедеятельности этих бактерий существенно превышает предельно достижимый уровень люминесценции продуктов жизнедеятельности бактерий в мясе без заморозки. В парном или охлажденном мясе предельно достижимое отношение интенсивностей люминесценции продуктов жизнедеятельности анаэробных и аэробных бактерий обычно не превышает коэффициент к=1,5.

Соответствие люминесцентных спектров и органолептических показателей качества мяса: сравнивая полученные нами результаты с базой данных эталонных спектров мы получили, что мясо с оценкой от 9 до 7 баллов можно отнести к первой категории, с оценками от 6 до 4 баллов – ко второй категории, а с оценками от 3 до 1 балла - к третьей категории.

Изобретение относится к области пищевой промышленности и технике контроля производственных процессов и может быть использовано для экспресс оценки свежести мяса за счет определения их характерного времени хранения без предварительного взятия пробы. Предложен способ определения свежести мяса, который включает проведение экспресс-анализа путем облучения контролируемого образца мяса монохроматическим излучением лазера и последующим анализом возникающего флуоресцентного излучения в полосе флуоресценции, по результатам которого судят о состоянии мяса, при этом сначала формируют и сохраняют в базу данных эталонные спектры фотолюминесценции образцов свежего мяса, затем производят измерение контролируемого образца мяса, путем облучения его лазером с длиной волны 405 нм, которое направляют через набор полосовых фильтров в диапазоне 600-800 нм и систему фокусировки в виде линзы таким образом, чтобы отраженное от контролируемого образца мяса излучение попадало на спектрометр, который располагают внутри кожуха, блокирующего проникновение паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей, полученное спектрометром излучение детектируют и определяют количественное значение интенсивностей фотолюминесцентных линий протопорфирина IX, как индикатора бактериальной обсемененности контролируемого мяса, лежащих в области красных длин волн 600-800 нм, полученные данные направляют на сравнение интенсивностей этих линий фотолюминесценции с интенсивностью эталонного фотолюминесцентного спектра из базы данных эталонных спектров, причем устанавливают свежесть контролируемого образца мяса исходя из соответствия полученных значений интенсивностей для этих линий фотолюминесценции контролируемого образца мяса значениям интенсивностей этих линий фотолюминесценции, заложенным в данных эталонных спектрах. Также предложено устройство для осуществления указанного способа определения свежести мяса в виде фотолюминесцентного анализатора, которое состоит из защитного кожуха корпуса, выполненного с возможностью блокирования паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей, внутри которого расположены источник питания, лазер с длиной волны 405 нм, система фокусировки в виде линзы, система фильтрации регистрируемого излучения, состоящая из набора полосовых фильтров 600-800 нм, спектрометра, который подключен по меньшей мере к одному детектору электромагнитного излучения видимого диапазона, который подключен к контроллеру обработки сигналов, где выход последнего подключен к блоку управления, состоящему из микропроцессорного блока и базы данных эталонных спектров фотолюминесценции образцов свежего мяса, причем микропроцессорный блок подключен к дисплею, лазеру и блоку питания. Изобретение обеспечивает возможность быстрого анализа свежести образца мяса, без потребности взятия проб, а также портативность системы анализа. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 9 ил.

1. Способ определения свежести мяса, характеризующийся тем, что он включает проведение экспресс-анализа путем облучения контролируемого образца мяса монохроматическим излучением лазера и последующим анализом возникающего флуоресцентного излучения в полосе флуоресценции, по результатам которого судят о состоянии мяса, при этом сначала формируют и сохраняют в базу данных эталонные спектры фотолюминесценции образцов свежего мяса, затем производят измерение контролируемого образца мяса, путем облучения его лазером с длиной волны 405 нм, которое направляют через набор полосовых фильтров в диапазоне 600-800 нм и систему фокусировки в виде линзы таким образом, чтобы отраженное от контролируемого образца мяса излучение попадало на спектрометр, который располагают внутри кожуха, блокирующего проникновение паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей, полученное спектрометром излучение детектируют и определяют количественное значение интенсивностей фотолюминесцентных линий протопорфирина IX, как индикатора бактериальной обсемененности контролируемого мяса, лежащих в области красных длин волн 600-800 нм, полученные данные направляют на сравнение интенсивностей этих линий фотолюминесценции с интенсивностью эталонного фотолюминесцентного спектра из базы данных эталонных спектров, причем устанавливают свежесть контролируемого образца мяса исходя из соответствия полученных значений интенсивностей для этих линий фотолюминесценции контролируемого образца мяса значениям интенсивностей этих линий фотолюминесценции, заложенным в данных эталонных спектрах.

2. Устройство для осуществления способа определения свежести мяса по п. 1 в виде фотолюминесцентного анализатора, характеризующееся тем, что оно состоит из защитного кожуха корпуса, выполненного с возможностью блокирования паразитного электромагнитного излучения видимого диапазона сторонних излучателей, внутри которого расположены источник питания, лазер с длиной волны 405 нм, система фокусировки в виде линзы, система фильтрации регистрируемого излучения, состоящая из набора полосовых фильтров 600-800 нм, спектрометра, который подключен по меньшей мере к одному детектору электромагнитного излучения видимого диапазона, который подключен к контроллеру обработки сигналов, где выход последнего подключен к блоку управления, состоящему из микропроцессорного блока и базы данных эталонных спектров фотолюминесценции образцов свежего мяса, причем микропроцессорный блок подключен к дисплею, лазеру и блоку питания.