автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Высокоинформативные методы системного анализа безопасности и качества пищевой продукции

На правах рукописи

Акинина Евгения Владимировна

ВЫСОКОИНФОРМАТИВНЫЕ МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ И КАЧЕСТВА ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ

05 13 01 - системный анализ, управление и обработка информации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сургут - 2007

/

003173400

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры»

Научный руководители

доктор технических наук, С С Беднаржевский

доктор физико-математических наук, Г И Смирнов

Официальные оппоненты

доктор технических наук, В Н Копылов

кандидат технических наук, Т В. Гавриленко

Ведущая организация Государственное научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства Сибирского отделения Российской Академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится « 13 » ноября 2007 г в 15 часов на заседании диссертационного совета К 800 005 02 в ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры» по адресу 628412, Тюменская обл, г Сургут, ул Энергетиков, 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры»

Автореферат разослан «-/el» октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

к т н, доцент

ФФ Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Проблема безопасности и качества пищевых продуктов повсеместно в мире имеет важнейшее экономическое и очень острое социальное значение Это обусловлено не только техногенными загрязнениями окружающей среды, но и появлением новых технологий производства пищевой продукции, использующих в качестве сырья трансгенные, гормональные и другие био- и химические компоненты и добавки

Системный анализ состава показателей безопасности и качества веществ и материалов является необходимым инструментом для решения актуальных задач управления и принятия решений в различных отраслях производства, технике, экономике, социальной сфере и экологии Потребность в объективной информации об экологической безопасности и качестве агросырья и продуктов его переработки весьма велика В ней и высокоэффективном современном оснащении для ее получения остро нуждаются практически все отрасли АПК, государственные службы санэпид-надзора, стандартизации и метрологии, экологического и таможенного надзора, центры судебной экспертизы Однако весьма часто информация о качестве пищевой продукции имеет низкую достоверность вследствие неэффективности, применяемой контрольно-измерительной аппаратуры и в силу отсутствия необходимого метрологического обеспечения экоанали-тических технологий Достоверность аналитических измерений является базой для анализа и прогнозирования экологической обстановки, разработки научно обоснованных технологий производства безопасных продуктов питания гарантированного качества Контрольно-измерительная техника для экологических исследований, экоаналитические технологии должны быть метрологически обеспечены государственными стандартными образцами (эталонами) анализируемых сред, надежно аттестованными по своим характеристикам

Решение проблемы системного анализа безопасности и управления качеством пищевой продукции с применением государственных стандартных образцов может стать стратегически важным направлением деятельности по защите населения от опасной и некачественной пищевой продукции, по улучшению потребительских свойств и повышению конкурентоспособности отечественных пищевых продуктов

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является создание высокоинформативных методов системного анализа экологической безопасности и качества агросырья и пищевой продукции, обладающей высокими потребительскими свойствами Научно обоснованное решение этой комплексной задачи содержит следующие этапы, связанные между собой объектами исследований- моделирование нелинейных лазерно-нефелометрических методов диагностики концентрации и размеров частиц для системного анализа пищевой продукции,

- разработка высокоточного метода экспресс-контроля малых концентраций оптически активных веществ для технологий системного анализа прозрачных пищевых растворов,

- создание унифицированного экоаналитического комплекса государственных эталонов состава веществ и биоматериалов для проведения системного анализа показателей качества пищевой продукции по всей технологической цепочки от поля до прилавка,

- исследование возможностей и разработка методологии применения стандартных эталонных образцов состава веществ и материалов для повышения достоверности системного анализа показателей безопасности и качества arpo- и пищевой продукции

Научная новизна работы определяется ее основными положениями, выносимыми на защиту

1) Разработаны высокоинформативные лазерно-нефелометрические методы определения концентрации и размеров частиц для системного анализа безопасности и качества пищевой продукции Разработан высокоточный лазерный метод оперативного анализа малых и сверхмалых концентраций сахара, глюкозы, фруктозы и других веществ, растворенных в прозрачных пищевых жидкостях, на основе использования эффекта естественной оптической активности этих веществ

2) Создан и метрологически аттестован унифицированный экоанали-тический комплекс эталонных государственных стандартных образцов состава биоматериалов и спиртосодержащей продукции для проведения системного анализа показателей их безопасности и качества

3) Дана сравнительная оценка методов системного анализа техногенных загрязнений, качества пищевой продукции, измерений содержания токсикантов и радионуклидов в исследуемых объектах на основе использования разработанных государственных эталонов

4) Предложена и реализована методология применения разработанных государственных и международных эталонов состава веществ для метрологического обеспечения и существенного повышения информативности и достоверности системного анализа показателей качества и безопасности агросырья и пищевой продукции

Практическая ценность работы. Значительная социально-экономическая эффективность данной работы проявилась в том, что ее основные научно-технические результаты практически внедрены в большинстве российских регионов и ряде европейских стран при формировании региональных и межрегиональных систем контроля и мониторинга экологической безопасности, а также широкомасштабном производстве экологически чистой пищевой продукции Созданные экоаналитические методы и средства по своим показателям находятся на уровне лучших мировых аналогов или их превосходят Они используются в более 200 аналитических лабораториях промышленных предприятий и медицинских учреждений, центров метрологии и стандартизации, экологического и таможенного надзора, судмедэкспертизы и криминалистики в России и за рубежом

Часть представленных разработок общегосударственной значимости получена в рамках важных государственных и межгосударственных программ (1997-2000 годы), таких как Федеральные целевые программы «Реабилитация населения и социально-экономическое развитие регионов Алтайского края, подвергшихся радиационному воздействию в результате ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне», «Оказание медицин-

ской, социальной помощи населению и нормализация санитарно-гигиенического состояния населенных пунктов Республики Алтай, подвергшихся радиационному воздействию в результате ядерных испытаний на семипалатинском полигоне», «Развитие индустрии детского питания», «Исследования по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», а также научно-исследовательская программа Объединения метрологических служб стран Центральной и Восточной Европы

Разработанные высокоинформативные методы контроля качества и безопасности агросырья и пищевой продукции успешно применены в разработках показателей и критериев для оценки степени токсического и радиационного воздействия, что позволило научно обосновать и реализовать программы государственных мер социальной, медицинской профилактики и реабилитации населения, экономического развития экологически неблагополучных территорий.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международной конференции по точной диагностике агропро-дукции и патогенных состояний (Бостон, 1998), III Сибирском конгрессе по прикладной математике (Новосибирск, 1998), Уральской научно-практической конференции по метрологии (Екатеринбург, 1998); 5 Совещании стран-участниц Объединения метрологических служб стран Центральной и Восточной Европы (Екатеринбург, 1999), Научно-практической конференции «Сибирский стандарт жизни экология питания» (Новосибирск, 1998); VII Всероссийском конгрессе «Здоровое питание населения России» (Москва, 2003), VII Российской конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Новосибирск, 2004), Международной научно-технической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2006), Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 2007), научных семинарах Международного института нелинейных исследований РАН и Сургутского государственного университета

Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 научные работы, в том числе патент РФ на изобретение

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы по теме диссертации Общий объем работы составляет 122 страницы, в том числе 24 иллюстрации, 9 рисунков, список литературы содержит 94 наименования

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении поставлена задача исследования, обоснована ее актуальность, представлены выносимые на защиту положения и результаты, а также кратко изложено содержание глав диссертации

Глава 1. Моделирование высокоинформативных методов системного анализа качества и безопасности пищевой агропродукции

В первой главе с позиции системного анализа рассматривается задача контроля качества и экологической безопасности arpo- и пищевой продукции При этом процесс ее производства представлен в виде системы взаимосвязанных через показатели качества технологий, где контроль за содержанием токсиканта осуществляется последовательно на каждом зта-

пе технологической цепочки почва - растения - животные — пищевое сырье - продукты питания На схеме движения токсикантов при производстве пищевой продукции (рис 1 1) показано также, что дополнительными источниками накопления токсикантов могут быть вода и атмосфера Использована концепция критической контрольной точки для обеспечения системного подхода при анализе опасных факторов, под которыми понимается любое загрязнение пищевого продукта или состояние пищевого продукта, являющиеся причинами отрицательных воздействий на здоровье и поэтому недопустимыми

Высокоинформативные лазерно-нефелометрические методы определения концентрации и размеров частиц в дисперсных биосредах Широко используемые в биофизике и биотехнологиях нефелометрические методы анализа основаны на изучении светорассеяния макрочастицами в жидкостях или газах Лазерные источники излучения позволяют резко повысить информативность, точность и оперативность нефелометрических методов диагностики дисперсных пищевых сред, применяемых в качестве сырья или компонентов в технологиях производства продуктов питания Блок-схема лазерно-нефелометрического анализа дисперсных биосистем представлена на рис 1 2 Построена модель нелинейно-оптических процессов самовоздействия сильного лазерного излучения, возникающих в дисперсных биосредах с высокой концентрацией взвешенных частиц при многократном рассеянии Для непрерывного лазерного излучения эффект самовоздействия может проявляться как самофокусировка светового пучка, а в случае нелинейного взаимодействия коротких импульсов лазерного излучения с дисперсными биосистемами возможна трансформация излучения в импульсы стационарной формы, т е солитоны Концентрацию N и средний размер суспензированных частиц <1 можно определять, измеряя ширину солитонного импульса X при известном значении его амплитуды

При данном способе диагностики относительные погрешности определения концентрации и среднего размера частиц почти совпадают с погрешностями измерения ширины солитона или длины самофокусировки / Поскольку экспериментально величины т и / можно измерить с относительной погрешностью, не превышающей по абсолютной величине 10"3, то описанный новый способ диагностики полидисперсных биосистем представляется весьма эффективным Он пригоден для исследования биологических жидкостей с параметрами показатель преломления частиц п0 = 1,35 - 1,60, показатель преломления среды п0 = 1,20 - 1,34, размеры сферических частиц 0,02-30 мкм Предложенный метод лазерной нефелометрии базируется на изменении нелинейно-оптических характеристик волновых пакетов и предназначен для анализа широко используемых в биотехнологиях полидисперсных систем с высокой концентрацией биочастиц, когда выполняются условия многократного рассеяния

Высокоточный лазерный экспресс-анализ малых концентраций оптически активных веществ в прозрачных пищевых растворах В технологиях пищевых производств для измерения концентрации сахара, глюкозы, фруктозы и других оптически активных веществ используют простое устройство (поляриметр), принцип действия которого основан на свойстве оптически активных веществ поворачивать плоскость поляризации проходящего через них излучения на определенный угол

Рис 1 1 Схема движения токсикантов при производстве пищевой продукции

Рис 1 2 Блок схема лазерно-нефелометрического анализа биосистем в режиме коротких импульсов излучения 1 - импульсный лазер, 2 - кювета с образцом дисперсной биосреды, 3 - блок регистрации

При наличии оптически активного вещества в исследуемом растворе поляризация прошедшего через кювету излучения повернута на некоторый угол ф Угол поворота равен

ф^аСЬ ,

где а— удельное вращение плоскости поляризации света (табличная величина для каждого вещества, обладающего естественной оптической активностью), С - концентрация вращающего компонента раствора, Ь -дайна кюветы Таким образом, концентрация С искомого компонента вычисляется по величине угла поворота ф плоскости поляризации, который в свою очередь обнаруживается при повороте анализатора до момента получения нулевого сигнала фотоприемника

Поэтому для повышения чувствительности регистрирующей системы при определении угла поворота плоскости поляризации были разработаны метод и устройство для автоматического лазерного экспресс-анализа малых концентраций оптически активных веществ в прозрачных пищевых растворах, где в качестве источника излучения используется бихромати-ческий зеемановский лазер, и применяется двухканальная оптоэлектрон-ная система регистрации Бихроматический зеемановский лазер генерирует одновременно две бегущие электромагнитные волны с равными амплитудами, но с противоположными круговыми поляризациями и различными оптическими частотами

Световой пучок выходит из переднего зеркала лазера, направляется поворотным зеркалом попеременно в две кюветы, заполненные исследуемым раствором и раствором сравнения, и подается на измерительный канал Одновременно, световой пучок, выходящий через заднее зеркало лазера, подается на опорный канал Сигналы измерительного и опорного каналов одновременно подаются на детектор, где сигнал измерительного канала, который проходит через вещество и определяет угол поворота плоскости поляризации, очищается от помех, связанных с источником излучения, от случайных колебаний амплитуды излучения, после чего он регистрируется в цифровом виде с помощью аналогово-цифрового преобразователя и подается на персональный компьютер для накопления и ста-тобработки

Предложенное устройство отличается простотой, высокой чувствительностью и степенью автоматизации Его оптические и электронные тракты собираются на стандартной, доступной и дешевой отечественной элементной базе Схема регистрации оказалась устойчивой по отношению к различного рода акустическим и электромагнитным помехам Средне-квадратическая ошибка определения угла поворота плоскости поляризации при длине оптической кюветы 10 см составила 10-4 - 10-6, что является рекордным значением для известных поляризационных и фазовых методов Таким образом, разработанные метод и устройство экспресс-анализа содержания сахара и других параметров качества различных биологических жидкостей могут эффективно использоваться для создания высокоинформативных систем контроля качества в технологиях производства пищевых продуктов

Глава 2. Унифицированный экоаналитический комплекс государственных эталонов состава веществ и материалов

Вторая глава посвящена результатам создания унифицированного экоаналитического комплекса государственных стандартных образцов (эталонов) состава почв, биоматериалов, растительной и спиртосодержащей продукции, предназначенного для метрологического обеспечения измерений при оценках качества агросырья и продуктов питания В процессе производства пищевой агропродукции проводятся многочисленные измерения с помощью контрольно-измерительных приборов, вследствие чего при выполнении анализа возникает необходимость1 их калибровки по материалам с известным составом, а таковыми являются государственные стандартные образцы Стандартные образцы состава веществ и материалов являются средством измерений в виде веществ или материалов, состав которых установлен при аттестации Разработку системы стандартных образцов агросред и пищевых продуктов следует рассматривать как один из наиболее эффективных путей метрологического обеспечения аналитических служб АПК, обеспечивающих переход на высокоинформативные приборные методы анализа и прогрессивные, ресурсосберегающие технологии переработки пищевого сырья

Государственные стандартные образцы состава почв Разработаны государственные стандартные образцы состава пяти типов почв, дерново-глеевой (ГСО 7178-95), черноземной (ГСО 7179-95), сероземной (ГСО 718095), каштановой (ГСО 7181-95) и дерново-подзолистой (ГСО 7182-95), аттестованные на содержание подвижных компонентов После усреднения, измельчения почвенных масс, оценивания однородности распределения аттестуемых показателей все образцы были направлены в 185 лабораторий системы агрохимслужбы на изучение их химического состава стандартизованными методами, после чего их метрологические характеристики были утверждены Госстандартом РФ В настоящее время государственные стандартные образцы состава почв внедрены в народное хозяйство России Они позволяют надежно обеспечивать аналитический контроль и улучшать его качественные характеристики при оценке научно обоснованного хозяйственного использования почвенных ресурсов, экологического состояния окружающей природной среды и безопасности пищевой продукции

Государственные стандартные образцы состава растительных материалов Для обеспечения технологий производства продуктов питания стандартными образцами, наиболее полно охватывающими диапазон концентраций компонентов и элементов, содержащихся в растительных кормах и агропродукции, были создан комплект стандартных образцов состава растительных материалов (ГСО 8242-2003), в котором аттестованы массовые доли белка, золы и 30 элементов, в тч тяжелых металлов В исследованиях было задействовано 145 аналитических лабораторий из стран ближнего и дальнего зарубежья (Россия, Болгария, Польша, Беларусь, Литва, США, Швеция, Германия, Италия и др ) Область применения ГСО состава растительных материалов лаборатории государственных контролирующих служб, таможенного надзора, судмедэкспертизы и кри-

миналистики Минюста, МВД, Госкомэкологии, Минздрава РФ, предприятий агропромышленного комплекса и другие лаборатории, исследующие химический состав кормов, пищевой и другой продукции, материалов и веществ растительного происхождения

Государственные стандартные образцы состава биоматериалов Решение о создании стандартных образцов разнообразных оголенных биоматериалов для обеспечения единообразия экоаналитических измерений было принято в 1998 году на заседании Объединения метрологических служб Центральной и Восточной Европы (КООМЕТ) В аттестационных исследованиях участвовали 97 лабораторий из РФ, стран ближнего и дальнего зарубежья В результате исследований был аттестован комплект из 4 стандартных образцов состава различных озоленных биоматериалов на их элементный состав (49 макро и микроэлементов) и содержание радионуклидов Эг90 и Сзш Аттестованные значения ГСО и погрешности аттестованных значений в расчете на материал, высушенный при 105°С, приведены в табл 2 1 Комплект государственных стандартных образцов состава озоленных биоматериалов, предназначен для контроля метрологических характеристик методик и средств измерений в лабораториях государственных служб и промышленных предприятий, исследующих химический состав пищевых и других материалов биологического происхождения

Государственные и международные эталоны состава этанола и спиртосодержащей продукции Разработка государственных и международных эталонов состава спиртосодержащей продукции имеет большое значение для контроля качества и безопасности алкогольных напитков, так они позволяют отделять продукцию из пищевого спирта от фальсификации из синтетического и технического спиртов Поэтому были созданы и аттестованы первые государственные и международные стандартные образцы состава ректификованных этиловых пищевого (ГСО 7818-2000, табл 2 2, 2 3) и синтетического (ГСО 7819-2000, табл 2 4) спиртов, а также водок из спирта «Люкс» (ГСО 7481-98) и «Экстра» (ГСО 7482-98) В исследования по их созданию были задействованы России, Польши, Болгарии, Литвы, Белоруссии и других стран (всего 36 лабораторий) Разработанные государственные эталоны состава водок и спиртов прошли дополнительную аттестацию в рамках международной программы КООМЕТ и были зарегистрированы в Реестре СО КООМЕТ под номерами 0008-1998-Ли, 0009- 1998-Яи, 0010-2000-Яи и 0011-2000-Яи Для метрологического обеспечения возможности системного анализа качества спиртосодержащей продукции газохроматографическими методами был дополнительно создан комплект из четырех стандартных образцов ГСО 8355-2003 состава этанола Названные эталоны разработаны впервые в России и не имеют зарубежных аналогов Они позволяют осуществить переход на высокоинформативные методы экспресс-анализа экологической безопасности спиртосодержащей продукции.

Таблица 2 1

Аттестованные значения и погрешности аттестованных значений ГСО 7870-2000 состава золы биоматериалов, р=0,95

Наименование компонента Обозначе- Индекс СО в комплекте

цы физич величины СЗ-1 СЗ-2 СЗ-З СЗ-4

Аттест знач Погр Аттест знач Погр Аттест знач Погр Аттест знач Погр

А8 мг/кг 0,11 0,03 1,22 0,37 1,04 0,17 1,18 0,32

А1 мг/кг 568 57 1830 122 1272 116 1701 121

АБ мг/кг 1,70 0 27 2,20 0 29 1,16 0 25 1,96 0 28

Аи мг/кг 0,031 0 009 0,022 0 007 0,52 0 И 0,14 0 03

В мг/кг 111 11 58,6 3,7 69,4 5,6 61,1 4,1

Ва мг/кг 90,7 5,8 586 24 225 29 503 25

Ве мг/кг 1,42 0 28 0,55 0 05 0,46 0 06 0,53 0 05

В1 мг/кг 1,14 0,26 0,73 0,24 1,73 0,28 0,96 0,25

Вг мг/кг 128 9 97,6 12 2 520 58 195 23

Са г/кг 23,3 1,7 107 3 31,2 1,8 89,5 2,7

Сй мг/кг 3,41 0,57 4,88 1,22 5,2 0 1,16 4,95 1,21

С1 г/кг 31,2 8,5 103 15 39,9 75 88,4 13,3

Со мг/кг 2,84 0 57 0,73 0 24 3,47 0 96 1,36 0 41

Сг мг/кг 22,7 30 9,76 2 22 17,9 29 11,6 24

Ся мг/кг 0,62 0 14 0 85 0 12 4,62 0 56 1,72 0 22

Си мг/кг 375 9 28,1 12 277 6 85,5 23

Ей мг/кг 0,087 0 028 0,12 0 03 0,35 0 06 0,17 0 04

Р мг/кг 199 57 122 37 231 58 147 42

Ие мг/кг 1590 85 2440 48 5144 58 3064 50

ва мг/кг 2,81 0,42 0,88 0,24 1,16 0,27 0,94 0,25

К г/кг 412 9 292 5 243 2 281 4

1л мг/кг 25,6 3,0 22,0 3,2 12,7 2,3 19,9 3,0

и мг/кг 4,27 0,54 7,33 0,67 4,05 0,41 6,57 061

М8 г/кг 27,0 1,6 40,3 2 1 80,9 4,0 49,7 2,5

Мп мг/кг 190 6 1320 24 2370 58 1562 32

Мо мг/кг 4,28 0,57 35,4 1,8 16,2 1,2 31,0 1,7

Ыа г/кг 7 95 0,57 13,2 0,5 3,76 0,29 11,0 0,5

ЫЬ мг/кг 8,52 2,84 11,0 2,4 5,83 1,16 9,81 2,11

№ мг/кг 36,9 5,7 8 54 1,22 40,5 5,8 15,9 23

Р г/кг 54,8 0,8 42,0 0,5 208 3 80,3 1,1

РЬ мг/кг 5,68 1,14 15,9 1,8 11,0 1,2 14,8 1,7

ш> мг/кг 199 18 79,3 6,1 214 17 110 9

Б г/кг 36,9 2,8 35,4 3,0 92,5 4,2 48,6 3,3

БЬ мг/кг 0,26 0,07 0,21 0,06 1,73 0,58 0,56 0,18

Бс мг/кг 0,017 0,006 0,15 0,03 0,22 0,04 0,17 0,03

Бе мг/кг 1,14 0,28 0,56 0,18 4,22 0,87 1,40 0,33

& г/кг 2,56 0,57 19,5 1,2 12,1 0,6 17,8 1,1

Яш мг/кг 0,057 0,018 0,12 0,03 0,12 0,03 0,12 0,03

Бп мг/кг 9,94 1,99 1,83 0,24 1,85 0,29 1,83 0,24

вс мг/кг 142 14 305 24 127 12 264 21

Та мг/кг 5,68 1 71 7,32 1,81 11,6 2,2 8,31 1,90

ТЬ мг/кг 0,20 0,06 0,24 0 07 - - 0,18 0 05

Т| мг/кг 76,7 6,1 122 14 75,1 58 111 12

V мг/кг 9,37 1,78 4,88 1,22 6,36 1,46 5,22 1,28

W мг/кг 0,28 0,10 - - 0,58 0,13 0,40 0,09

У мг/кг 2 84 081 3,66 0,94 2 89 0,84 3 48 0,92

УЬ мг/кг 0,28 0,09 0,24 0,08 0,29 0,09 0,25 0,08

Ъп мг/кг 653 28 415 12 1792 58 733 23

мг/кг 9,94 2,20 18,3 2,5 16,8 2,9 18,0 2,6

Ек/кг 76,0 3,8 98,8 4,4 88,4 4,2 96,4 44

Сз137 Бк/кг 67,2 5,6 160 9 66,6 5,5 138 8

Таблица 2 2

Аттестованные значения комплекта международного СО КООМЕТ № 0010-2000-Ки состава пищевого спирта (ГСО 7818-2000)

Наименование компонента Обозначение единицы физической величины Индекс СО в комплекте

С1 С2 СЗ С4

Ацетальдегид мг/дм3 14,1 7,5 4,1 0,8

Метилацетат мг/дм3 9,8 5,1 2,7 0,3

Эгилацетат мг/дм3 33,6 16,9 8,6 0,1

Изоамилацетат мг/дм3 1,6 0,8 0,4 0,1

Метанол %,об 0,055 0,032 0,020 0,008

Пропаяол-1 мг/дм3 6,0 3,5 2,2 0,9

Изобутанол мг/дм3 2,0 1,1 0,6 0,1

Изопентанол мг/дм3 5,8 2,9 1,6 0,1

Таблица 2 3

Погрешности аттестованных значений комплекта международного СО КООМЕТ № 0010-2000-11и состава пищевого спирта (ГСО 7818-2000), р = 0,95

Наименование компонента Обозначение единицы физической величины Индекс СО в комплекте

С1 С2 СЗ С4

Ацетальдегид мг/дм3 0,9 0,7 0,7 0,3

Метилацетат мг/дм3 1,1 0,7 0,5 0,1

Этилацетат мг/дм3 4,2 1,8 1,1 —

Изоамилацетат мг/дм3 0,2 0,1 0,1 —

Метанол %,об 0,008 0,005 0,003 0,002

Пропанол-1 мг/дм3 0,7 0,4 0,5 0,2

Изобутанол мг/дм3 0,3 од 0,1 -

Изопентанол мг/дм3 0,5 0,3 0,2 -

Таблица 2 4

Аттестованные значения и погрешности аттестованных значений международного СО КООМЕТ № 0011-2000-Яи состава синтетического спирта (ГСО 7818-2000), р = 0,95

Наименование компонента Обозначение единицы физической величины Аттестованное значение Погрешность аттестованного значения

Адетальдегид мг/дм 1,66 0,23

Метилацетат мг/дм3 0,18 0,03

Этилацетат мг/дм3 0,24 0,03

Метанол %,об 0,0003 0,0001

Изопентанол мг/дм3 <0,1 -

Глава 3 Методология применения государственных эталонов состава веществ и материалов для повышения информативности экоа-налитических измерений

В третьей главе представлены результаты исследований по созданию методологии использования государственных стандартных образцов состава биоматериалов для оценки погрешностей методов анализа содержания токсикантов в агрообъектах и повышения точности измерения показателей экологической безопасности arpo- и пищевой продукции при решении задач удовлетворения потребностей населения в высококачественных продуктах питания При проведении исследований по Федеральной целевой программе «Реабилитация населения и социально-экономическое развитие регионов Алтайского края, подвергшихся радиационному воздействию в результате ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне» было установлено, что аналитические данные, полученные разными лабораториями, но относящиеся к одним и тем же объектам исследования, оказываются несопоставимыми между собой, имея очень большие различия результатов измерений

В этой связи появилась необходимость решения задач

• определение степени достоверности результатов измерений, их взаимоувязка для получения объективных выводов,

• оценка метрологического уровня лабораторий и разработка методологии применения ГСО для устранения существенных погрешностей измерений и получения достоверных данных

Метрологическая составляющая решения этих задач обеспечивалась использованием контрольных государственных образцов биоматериалов (почвы, растительного образца и озоленного растительного образца), в которых техногенные элементы были точно известны, через аттестованные значения Анализ данных измерений различных лабораторий, принадлежащих к лучшим научным организациям страны, содержания в контрольном образце озоленного растительного материала кадмия, меди, хрома, свинца, кобальта, цинка, никеля, марганца показал, что ни одна лаборатория точно не определила все указанные элементы (см например, рис 3 1,3 2) На основании полученных данных были установлены коэффициенты пересчета результатов измерений различных лабораторий, на которые необходимо умножить полученные лабораторные данные измерений содержания токсикантов в почве, растительных объектах и их золе для получения достоверного результата при уровне доверительной вероятности 95% Эти коэффициенты необходимы для формирования банка данных и получения достоверных выводов Результаты применения разработанной методологии до и после оснащения аккредитованных лабораторий Новосибирской области, разработанными ГСО, демонстрируют, в частности рис 3 3, 3 4 Хотя до оснащения лабораторий государственными стандартными образцами данные, измерений существенно отличались по свинцу - в 8,8 раз, по кадмию - в 10 раз, по меди в 16 раз, по цинку - в 27 раз Повторные сличительных испытания показали существенное снижение разброса результатов измерений и, следовательно, повышения экологической безопасности населения

РЬ, мг/кг 45

30

15

6 8 9 Номера лабораторий

Рис. 3 Л. Результаты измерений контрольного образца биоматериала с содержанием свинца, равным 16 ± 3 мг/кг

Си, мг/кг

91 -

61 -

Номера лабораторий

Рис. 3.2. Результаты измерений контрольного образца биоматериала с содержанием меди, равным 28 ± 6 мг/кг

20

£

I 15

о £

10

9

о

Стандарт

| Стандарт Си = 4,2 ± 0/Г|

5,2

6,5

7,5

|ВДк---------------И

1,5 1,8 2

гая ¡И НИ

123456789

Номера лабораторий

Рис. 3.3. Результаты измерений аккредитованных лабораторий до оснащения ГСО

Номера лабораторий

Рис 3.4. Результаты измерений аккредитованных лабораторий после оснащения ГСО

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты данной работы и выводы, которые можно сделать на их основе, заключаются в следующем

1 Предложены высокоинформативные лазерно-нефелометрические методы определения концентрации и размеров частиц в дисперсных биосредах для системного анализа безопасности и качества пищевой продукции Получены оценки погрешностей измерения концентрации и размеров, взвешенных в пищевых жидкостях биочастиц, по характеристикам рассеянного лазерного излучения и указаны алгоритмы расчета исследуемых параметров биочастиц Разработан высокоточный лазерный метод оперативного анализа малых и сверхмалых концентраций сахара, глюкозы, фруктозы и других веществ, растворенных в прозрачных пищевых жидкостях, на основе использования эффекта естественной оптической активности этих веществ

2 Создан и метрологически аттестован унифицированный экоанали-тический комплекс эталонных государственных стандартных образцов состава почв, биоматериалов и спиртосодержащей продукции для системного анализа показателей их безопасности и качества Проведена дополнительная метрологическая аттестация отдельных частей данного комплекса в качестве международных эталонов С привлечением методов теории вероятности и математической статистики определены аттестуемые значения концентраций примесных компонентов в разработанных эталонах, рассчитаны величины допустимых отклонений результатов экоанали-тических измерений от аттестованных значений концентрации примесей по данным анализа в межлабораторных экспериментах

3 Дана сравнительная оценка методов системного анализа техногенных загрязнений, качества пищевой продукции, измерений содержания токсикантов и радионуклидов в исследуемых объектах на основе использования разработанных государственных эталонов

4 Предложена и реализована методология применения разработанных государственных и международных эталонов состава веществ для метрологического обеспечения и существенного повышения информативности системного анализа показателей качества и безопасности агросырья и пищевой продукции

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Акинина Е В , Беднаржевский С С , Смирнов Г И Методология применения государственных эталонов состава веществ и материалов для высокоинформативных экоаналитических измерений // Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики Труды Междунар науч -техн конф, 29-31 сентября 2006 г, г Новочеркасск - Новочеркасск, 2006 - С 53-56

2 Акинина Е В , Беднаржевский С С, Голубятников В П, Назин А Г, Смирнов Г И, Шевченко Н Г. Моделирование калибровочных функций для технологий системного анализа качества и сертификации биоматериалов // Сиб журн индустриальной математики - 2005 - Т 8, № 3 — С 3-7

3 Беднаржевский С С , Акинина Е В , Харитонов С Г, Шевченко H Г Разработка и применение стандартных образцов состава синтетического спирта // Аналитика Сибири и Дальнего Востока Тез VII Рос конф, г Новосибирск, 11-16 октября - Новосибирск, 2004 -Т 2 - С 314

4 Акинина Е В , Беднаржевский С С, Верясов Ю В , Воронов А Ф , Сажинов Г Ю , Смирнов Г И , Харитонов С Г , Шевченко H Г Унифицированный экоаналитический комплекс государственных эталонов состава веществ и биоматериалов - Новосибирск Изд-во МАСС - 2003 — 46 с

5 Акинина Е В Беднаржевский С С , Смирнов Г И , Сажинов Г Ю , Назин Г И, Шевченко H Г Унифицированный экоаналитический комплекс государственных эталонов для мониторинга и контроля показателей безопасности пищевой продукции // Здоровое питание населения России Тез докл VII Всерос конгресса - M , 2003 - С 58

6 Акинина Е В , Беднаржевский С С , Смирнов Г И Высокоинформативный системный анализ пищевой агропродукции - Новосибирск Изд-во МАСС, 2002 - 12 с

7 Бадалян A M , Поляков О В , Беднаржевский С С , Акинина Е В , Смирнов Г И Устройство для автоматического экспресс-анализа концентрации сахара и других оптически активных веществ в прозрачных растворах Патент РФ на изобретение №2145418 Бюлл №4,10 02 2000

8 Akimna Е V, Bednarjevsky S S, Veryasov Y V., Smirnov G I Alternative method for determmmg geometrical parameters of agricultural produce // Proc SPIE - 1999 -V 3543 -P 55-62

9. Акинина E В , Беднаржевский С С, Голубятников В П, Смирнов Г И Математическое моделирование нелинейной динамики сильного излучения при лазерной нефелометрии дисперсных биосред // Сиб жур индустриальной математики -1998 -Т 1, № 2 - С 14-23

10 Bednarjevsky S S , Veryasov Y V , Akmma E V , Smirnov G I Modem methods and systems of the précise control of the quality of the agricultural and food production // Techn D SPIE Int Conf on Précision Agriculture and PatogenDétection - Boston, 1998 -P 32

11 Шафринский Ю С, Самохвалов С Г, Беднаржевский С С, Акинина Е В , Налобин Д П Государственные стандартные образцы состава почв - Новосибирск Изд МАСС, 1998 - 28 с

12 Шафринский Ю С , Самохвалов С Г , Беднаржевский С С , Акинина Е В , Налобин Д П Государственные стандартные образцы состава растительных материалов -Новосибирск Изд МАСС, 1998.-24с

13 Беднаржевский СС, Шафринский ЮС, Сажинов ГЮ, Налобин Д П Акинина Е В Применение стандартных образцов при контроле качества и сертификации сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции -Новосибирск Изд МАСС, 1998 -31 с

14 Акинина Е В , Беднаржевский С С , Смирнов Г И, Ухов Г Я, Шафринский Ю С Создание и использование государственных стандартных образцов состава этилового спирта // Стандарты и качество - 1998 -№ 11 -С 17-18

15 Беднаржевский СС, Голубятников ВП, Акинина ЕВ, Калинин С В , Смирнов Г И Математические методы в разработках государственных и международных эталонов экологической безопасности алко-

гольной продукции // Тез докл III Сиб конгресса по прикладной и индустриальной математике -Новосибирск Изд-во ИМ СО РАН, 1998 -Ч V -С 119

16 Bednarjevsky S S , Veryasov Y V , Uhov G Y, Akmma E V , Smir-nov G.I Elaboration and use of the étalons of the alcohol production // Techn D SPIE Int Conf on Precision Agriculture and Patogen Detection - Boston, 1998 -P 32

17 Беднаржевский С С , Шафринский Ю С, Ухов Г Я, Налобин Д П, Смирнов Г И, Акинина Е В Государственные стандартные образцы состава этилового спирта -Новосибирск Изд-во МАСС, 1998 -С 23

18 Акинина Е В Беднаржевский С С , Шафринский Ю С, Налобин Д П Разработка государственных стандартных образцов состава этилового спирта // Тез докл Уральской науч -практ конф по метрологии, Екатеринбург, 1998.-С 20

19 Беднаржевский С С, Голубятников В П, Акинина Е В, Калинин С В, Смирнов Г И Обратные задачи рассеяния при контроле качества продукции агропромышленного комплекса // Тез докл III Сиб конгр по прикладной и индустриальной математике - Новосибирск Изд-во ИМ СО РАН, 1998 -Ч V -С 120

20 Акинина Е В , Беднаржевский С С, Смирнов Г И , Ухов Г Я , Шафринский Ю С Разработка государственных эталонов состава этилового спирта // Препринт СО МИНИ РАН - 1997 - № 97-3 - 14 с

21 Акинина Е.В., Беднаржевский С С , Забелин В А, Корнилова О H, Комкова А В , Пушкарев H С, Шевченко H Г Применение государственных стандартных образцов состава биоматериалов в технологиях системного анализа экологической безопасности Нефть и газ Западной Сибири Мат-лыВсерос науч-тех конф -Тюмень, 2007 -Т 2 - С 211-213

22 Акинина Е В , Пушкарев H С, Коптева Е А, Забелин В А, Шевченко H Г, Беднаржевский С С Математическое моделирование технологий контроля экологического состояния окружающей среды // Моделирование Теория, методы и средства Мат-лы Междунар науч -тех конф -Новочеркасск, 2007 -Ч 1 -С 47-48

23 Акинина Е В , Беднаржевский С С , Добровольский С В , Забелин В А, Пушкарев H С , Шевченко Н.Г Свидетельство № 2007613085 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Выполнение экоанали-тических измерений на основе международного стандарта ИСО 11095» (RU) Заяв 23 04 2007 Зарег 20 07 2007

24 Акинина Е В , Забелин В А, Захариков Е С , Корнилова О H , Комкова А В , Кунгурцева H А, Макеев В H, Шевченко H Г Свидетельство №2007613850 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Построение оптимальных калибровочных моделей для проведения экоанали-тических измерений» (RU) Заяв 23 07 2007 Зарег 10 09 2007

Акинина Евгения Владимировна

ВЫСОКОИНФОРМАТИВНЫЕ МЕТОДЫ

СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ И КАЧЕСТВА ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ

05 13 01 - системный анализ, управление и обработка информации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оригинал-макет подготовлен в редакционном отделе Издательского центра СурГУ Тел (3264)23-25-75

Подписано в печать 8.10 2007 г Формат 60x84/16 Печать трафаретная Уел печ л 1,16 Уч-изд л. 1,0 Тираж 100 Заказ 92

Отпечатано полиграфическим отделом издательского центра СурГУ г Сургут, ул Лермонтова, 5. Тел (3462)32-33-06

Сургутский государственный университет 628400, Россия, Ханты-Мансийский автономный округ, г Сургут, ул Энергетиков, 14

ВВЕДЕНИЕ.

1. Системный анализ безопасности и качества пищевой продукции как инструмент для управления социально-экономическими процессами.

2. Краткое содержание диссертации.

Глава 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОИНФОРМАТИВНЫХ МЕТОДОВ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВОЙ АГРОПРОДУКЦИИ.

§ 1. Постановка задачи системного анализа экологической безопасности и качества пищевой агропродукции.

§ 2. Моделирование процедуры определения концентрации и размеров частиц в полидисперсных биосистемах методами нефелометрии.

§ 3. Эффекты самовоздействия лазерного излучения при многократном рассеянии в дисперсных биосредах.

§ 4. Нелинейные эффекты взаимодействия коротких импульсов лазерного излучения со случайно неоднородными биоматериалами в условиях многократного рассеяния.

§ 5. Оценка погрешностей измерения концентрации и размеров взвешенных в жидкостях биочастиц по характеристикам рассеиваемого импульсного лазерного излучения. Алгоритмы расчёта исследуемых параметров биосистем.

§ 6. Высокоточный лазерный экспресс-анализ малых концентраций оптически активных веществ в прозрачных пищевых растворах.

Глава 2. УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЭКОАНАЛИТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ГОСУДАРСТВЕННЫХ ЭТАЛОНОВ СОСТАВА ВЕЩЕСТВ И

МАТЕРИАЛОВ.

§ 7. Стандартные образцы в метрологическом обеспечении систем экомониторинга и контроля качества пищевой продукции.

§ 8. Государственные стандартные образцы состава почв.

§ 9. Государственные стандартные образцы состава растительных материалов.

§ 10. Государственные стандартные образцы состава биоматериалов.

§11. Государственные и международные эталоны состава спиртосодержащей продукции.

Глава 3. МЕТОДОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ЭТАЛОНОВ СОСТАВА ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИНФОРМАТИВНОСТИ ЭКОАНАЛИТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.

§ 12. Сравнительная оценка экоаналитических методов с помощью государственных стандартных образцов веществ и материалов.

§ 13. Использование стандартных образцов для повышения точности системного анализа показателей безопасности при проведении экоаналитических исследований пищевой агропродукции.

§ 14. Метрологическая оценка погрешностей методик измерений и системного анализа показателей качества и безопасности агро- и пищевой продукции.

1. Системный анализ безопасности и качества пищевой продукции как инструмент для управления социально-экономическими процессами

Интенсивное развитие промышленности, бесконтрольное освоение природных ресурсов, химизация сельского хозяйства приводят к все большему загрязнению окружающей среды (воздуха, водных ресурсов, почв, растений и т.д.) различными высокотоксичными веществами, попадающими, в конечном счете, в агросырье, готовую пищевую продукцию и организм человека [1-4]. Велики следствия от ущерба, наносимого токсикантами в продовольствии физическому и психическому состоянию, генетическому аппарату наследственности населения. Исследования последних лет показывают, что физическое и психическое состояние более половины школьников и молодежи призывного возраста в России неудовлетворительно, смертность российского населения существенно превышает рождаемость. С другой стороны, во всех странах с развитыми экономикой и социальной сферой роль государства и населения в контроле за качеством и безопасностью пищевой агропродукции является определяющей, что позволяет оптимизировать управленческие решения в социальных и экономических системах.

Проблема безопасности и качества пищевых продуктов повсеместно в мире имеет важнейшее экономическое и очень острое социальное значение. Системный анализ показателей качества и безопасности продукции является необходимым инструментом для решения задач управления и принятия решений в социальной сфере и экономике, повышения социально-экономической эффективности агропромышленного комплекса. Основой для производства полноценных экологически безопасных продуктов питания является агросырье, качество которого в последние годы снижается несмотря на применение более совершенных технологий для его производства. Причиной этого является ухудшение экологической ситуации, отсутствие эффективной научно обоснованной системы мониторинга и контроля качества, обеспечивающих высокую степень гарантии экологической чистоты агропродукции.

На многих международных конференциях по проблемам качества пищи и на всемирных форумах на высшем уровне по вопросам продовольствия и питания в 1996 и 2002 гг. подчеркивалось, что доступ к безопасному и высококачественному продовольствию является одним из основных прав человека. Подобно тому, как жизненно важное значение имеет качество чистого воздуха и воды, так и качество потребляемой пищи играет ключевую роль в формировании полноценного здоровья и устранении социального неравенства в этой области. Создание систем безопасности и качества агро- и пищевой продукции является в настоящее время приоритетным направлением развития агропромышленного комплекса.

Для России это очень серьезная экономическая и социальная проблема. Она выражается, в частности, в том, что малообеспеченное население, как правило, не может себе позволить высококачественные экологически чистые продукты питания из-за их повышенной стоимости, в отличие от обеспеченных слоев общества. Население начинает проявлять большую озабоченность по поводу взаимосвязи между продуктами питания и здоровьем, однако пока не может самостоятельно устранить социальное неравенство в этой области, связанное как с различием материальных возможностей, так и отсутствием полной и достоверной информации по этой проблеме.

Употребление некачественной пищи, содержащей разного рода токсиканты, ведет к ускоренной физической и интеллектуальной деградации малоимущей части населения, что в свою очередь дополнительно стимулирует неравенство и ущемление прав человека. Это выражается не только в появлении у малоимущих слоев населения новых проблем со здоровьем, преждевременной смертности, но усугубляет экономическое неравенство. В США, ЕС, Японии выработаны в последние годы механизмы решения вопросов, связанных с качеством и безопасностью пищевой продукции. В России, к сожалению, эти механизмы развиты сравнительно слабо. Кроме того, в России в настоящее время имеет место гораздо большая имущественная дифференциация, чем в экономически развитых странах. Это существенно обостряет решение вопросов качества и безопасности пищевой продукции, в связи с чем они в России имеют свою специфику. Вместе с тем обостряется и необходимость скорейшего решения этих вопросов.

Эффективное управление связанными с АПК социальными и экономическими системами, выполнение технологических процессов в земледелии, растениеводстве, животноводстве и пищевой промышленности невозможны без измерений и системного анализа параметров качества почвы, кормов, молока, мяса и других компонентов. В сфере агропромышленного комплекса аналитический контроль проводится лишь на определенных технологических звеньях при отсутствии взаимоувязанной документации между различными отраслями, причем число анализируемых показателей по мере приближения по технологической цепочке к конечному продукту возрастает [5-9].

Полученная при этом экологическая информация о состоянии пищевого сырья имеет низкую достоверность, а отнесение готовой продукции к браку или высокому качеству не всегда обосновано в силу отсутствия необходимого метрологического обеспечения для применяемых аналитических методов. Одним из наиболее эффективных способов решения данного вопроса является использование стандартных образцов химического состава. Вне всякого сомнения, концентрация контроля на завершающих этапах технологий переработки пищевого агросырья приводит к излишнему расходованию средств на производство продукции, которая впоследствии не застрахована от выбраковки. Экономически выгодной является концентрация контроля за будущей продукцией в начале ее формирования на этапах: поле, луг, ферма и убывание по технологической цепи - от выращивания кондиционных по качеству кормов до поставки конечной пищевой продукции потребителю.

Имеется и целый ряд проблем научно-технического плана, которые необходимо решить для повышения эффективности контроля за качеством пищевой продукции. Так многие исследования показали, что обычно применяемые в стране методы контроля качества сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции не могут гарантировать населению ее экологическую безопасность. Данные измерения содержания токсикантов в продукции, полученные разными лабораториями, очень часто сильно различаются, причем различия достигают сотен процентов. Исследования и первые практические действия показали, что хорошим средством устранения этой неопределенности является использование эталонных стандартных образцов состава агрообъектов, пищевой продукции и ее компонентов [4,10].

Ни один из применяемых методов анализа не может быть с полной уверенностью отнесен в разряд самых надежных, достоверных. Каждому из них свойственны свои преимущества и недостатки, конкретная оперативность и чувствительность, точность и воспроизводимость. Предпочтение тому или иному способу анализа может быть отдано в зависимости от поставленной цели производства или научного поиска, количества имеющегося материала, химического его состава, наличия соответствующего аналитического оборудования, реактивов и посуды, квалификации кадров и пр. Главный же критерий в оценке методов анализа заключается в оптимальных для указанного комплекса метрологических параметрах [И].

Для сравнения различных и давно применяемых, а также вновь разрабатываемых методов количественного обнаружения компонентов в веществе [12-25], оценки их уровня, градуировки приборов-анализаторов, выявления подлинной квалификации исполнителей, достижения требуемой правильности и точности, необходимо иметь стандартные образцы соответствующих материалов, надежно аттестованные по своим характеристикам [4,26-48].

Международной организацией по стандартизации (ИСО) разработаны требования (стандарты ИСО серии 9000) к системам качества. Эти стандарты приняты как национальные более чем в 90 странах: России, США, Японии, всех членов Евросоюза и др. Применение систем качества в агропромышленном комплексе позволяет решить проблему стабильного обеспечения населения экологически безопасными пищевыми продуктами надлежащего качества.

Для метрологического обеспечения методов анализа, применяемых в системах качества, должны использоваться государственные стандартные образцы (ГСО) контролируемых агро- и пищевых сред. Наличие ГСО играет определяющую роль для достижения требуемой точности измерений показателей безопасности сельскохозяйственного сырья (токсичных элементов, радионуклидов, и т.п.) на всех этапах технологической цепочки его производства и переработки, начиная от почвы до готовых продуктов питания.

ГСО несут также важнейшую юридическую нагрузку. Они включены в законодательные акты о качестве пищевой продукции, где выполняют функцию, аналогичную сигналу точного времени. С их помощью устанавливают правильность данных протоколов измерений аккредитованных испытательных лабораторий и обоснованность заключения органов по сертификации о безопасности пищевой продукции.

С целью обеспечения единства измерений всех агрообъектов, участвующих в процессе производства пищевой продукции, была создана единая система государственных стандартных образцов. Она включает ГСО состава почв, растительных материалов, мясных и молочных продуктов, спиртов, напитков (водки и другие). В исследованиях по их созданию было задействовано более 300 аналитических лабораторий в республиках бывшего СССР, а также США, Германии, Болгарии, Польши, Венгрии, Монголии и других странах.

Для перехода на единые критерии оценки качества пищевых продуктов и взаимоувязки методов их анализа в октябре 1997 года Объединением метрологических служб стран Центральной и Восточной Европы (КООМЕТ) было принято решение о создании на основе ГСО единой расширенной системы международных стандартных образцов агропродукции. В Концепции государственной политики в области здорового питания населения России сформулированы основные задачи, которые должны решаться наукой в агросекторе, пищевой и перерабатывающей промышленности в ближайшие годы.

Приоритетными направлениями фундаментальных исследований отечественной агронауки признаны получение качественно новых пищевых продуктов общего и специального назначения с направленным изменением химического состава, конструирование новых пищевых продуктов для укрепления защитных функций организма, профилактики различных заболеваний.

Следовательно, совершенно необходимы исследования на макро- и микроэлементном уровне качества и технологических свойств сырья растительного и животного происхождения, продуктов его переработки с целью выявления закономерностей и взаимосвязей, позволяющих обосновать требования к ним. Прежде всего это относится к созданию экологически безопасных технологий производства продуктов детского, диетического и лечебного питания [4], нового поколения высококачественных продуктов детского и специального питания.

Как показывает опыт экономически развитых стран от реализации экологически безопасной и качественной пищевой продукции выигрывает не только население, но и бизнес в торговой и промышленной сферах и бюджеты всех уровней.

В частности, создание системы качества и безопасности пищевой продукции позволит: защитить население от опасной и некачественной пищевой продукции, включая алкогольные напитки; навести порядок в сфере производства и оборота агро- и пищевой продукции на территориях муниципальных образований и регионов в соответствии с современными международными требованиями; предоставить депутатам и администрациям городов и регионов конкретные возможности и законные права для государственного управления и регулирования в этой сфере деятельности; увеличить объемы производства высококачественного продовольствия и услуг, непосредственно связанных с этой сферой деятельности (производство стройматериалов, оборудования, удобрений и т.д.); обеспечить рост бюджетных доходов всех уровней за счет увеличения поступления налогов на заработную плату, налогов на добавочную стоимость, акцизов на алкогольную продукцию местного производства и др.; уменьшить бюджетные расходы на лечение населения от заболеваний и отравлений, связанных с некачественной пищевой продукцией; снизить бюджетные расходы, направляемые на решение проблем занятости местного населения и др.

Создание системы качества и безопасности пищевой продукции может стать стратегически важным направлением деятельности по защите населения от опасной и некачественной продукции, включая детские, диетические, лечебно-профилактические продукты питания и алкогольные напитки, по улучшению потребительских свойств и повышению конкурентоспособности отечественных пищевых продуктов.

Показатели качества пищевого агросырья и продуктов, подлежащие контролю в России, а также предельно допустимые концентрации различных веществ в них, определены санитарными нормами Минздрава РФ. К примеру, для молока и молочных продуктов требуется контролировать более 80 показателей качества, в том числе концентраций 64 токсичных элементов и других опасных для здоровья человека веществ: концентрации тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов, нитратов и т.п.

В России имеются и свои специфические проблемы, связанные с наличием видов пищевой продукции, требующих экологического контроля, непредусмотренного обычными нормами. Это, прежде всего, алкогольные напитки: для них необходимо определять вид используемого спирта и отделять продукцию, изготовленную из пищевого спирта, от продукции из синтетических, технических спиртов и других суррогатов, опасных для здоровья и жизни человека, но реально в крупных масштабах поступающих в продажу.

Контрольно-измерительные приборы для анализа сырья и пищевой продукции должны быть метрологически обеспечены стандартными эталонами (образцами) сырья, продукции или почв, подлежащих контролю, где аттестованы значения контролируемых показателей качества. В настоящее время в российских государственных стандартных образцах состава почв, сырья и пищевой продукции растительного и животного происхождения, включая водки и спирты, аттестованы более 80 различных показателей качества. В этих государственных эталонах аттестованы даже концентрации некоторых микроэлементов, которые пока не нормированы Минздравом РФ, но начинают вводиться в требования к качеству агросырья и пищевой продукции в ряде экономически развитых стран. Так в Японии нормируется предельное содержание алюминия в воде. В 1995 г. в России, впервые в мире, аттестованы подвижные формы тяжелых металлов в почвах, т.е. такие формы этих металлов, которые попадают из почвы в растения, а затем передаются животным и человеку, представляя для них наибольшую опасность. Именно эти формы и необходимо контролировать при создании систем качества пищевой продукции, что определяет перспективу развития и совершенствования этих систем и, соответственно, контрольно-измерительной техники.

Стандартизация метрологического обеспечения создает одну из основных предпосылок для обеспечения единства и требуемой точности измерений. На этой основе вырисовывается взаимосвязь различных систем стандартизации со стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений.

В соответствии с решениями Организации ООН по сельскому хозяйству и пищевой продукции (ФАО) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) любые законодательные и нормативные акты, касающиеся экологической безопасности и контроля качества продуктов питания, могут опираться на широко признанное собрание стандартов и рекомендаций в этой области, называемое Codex Alimentarius [49].

К задачам стандартизации метрологического обеспечения относятся: установление номенклатуры измеряемых параметров и норм точности измерений, средства измерений, разработка и внедрение методик выполнения измерений.

При учёте необходимости разработки требований не только к состоянию средств измерений, но и к результатам измерений, были установлены положения, закрепляющие основные задачи и обязанности за министерствами и ведомствами по обеспечению повышения государственной дисциплины в части соблюдения метрологических правил координации деятельности, направленной на достижение стабильных показателей качества, надежности и высокого технического уровня выпускаемой продукции, активное воздействие на качество продукции путем систематического совершенствования метрологического обеспечения. Под метрологическим обеспечением понимается установление и применение научных организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений [11,12]. Достоверность измерительной информации является основой для системного анализа, прогнозирования, планирования и управления агропроизводством, служит повышению эффективности учёта сырья, готовой продукции и энергетических затрат, а также улучшению качества пищевой продукции.

Основные результаты данной работы и выводы, которые можно сделать на их основе, заключаются в следующем.

1. Предложены высокоинформативные лазерно-нефелометрические методы определения концентрации и размеров частиц в дисперсных биосредах для системного анализа безопасности и качества пищевой продукции. Получены оценки погрешностей измерения концентрации и размеров взвешенных в пищевых жидкостях биочастиц по характеристикам рассеянного лазерного излучения и указаны алгоритмы расчета исследуемых параметров биочастиц. Разработан высокоточный лазерный метод оперативного анализа малых и сверхмалых концентраций сахара, глюкозы, фруктозы и других веществ, растворенных в прозрачных пищевых жидкостях, на основе использования эффекта естественной оптической активности этих веществ.

2. Создан и метрологически аттестован унифицированный экоаналитический комплекс эталонных государственных стандартных образцов состава почв, биоматериалов и спиртосодержащей продукции для системного анализа показателей их безопасности и качества. Проведена дополнительная метрологическая аттестация отдельных частей данного комплекса в качестве международных эталонов. С привлечением методов теории вероятности и математической статистики определены аттестуемые значения концентраций примесных компонентов в разработанных эталонах, рассчитаны величины допустимых отклонений результатов экоаналитических измерений от аттестованных значений концентрации примесей по данным анализа в межлабораторных экспериментах.

3. Дана сравнительная оценка методов системного анализа техногенных загрязнений, качества пищевой продукции, измерений содержания токсикантов и радионуклидов в исследуемых объектах на основе использования разработанных государственных эталонов.

4. Предложена и реализована методология применения разработанных государственных и международных эталонов состава веществ для метрологического обеспечения и существенного повышения информативности системного анализа показателей качества и безопасности агросырья и пищевой продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Монисов А.А., Тутельян В.А., Хотимченко С.А., Терешкова Л.П. Проблемы безопасности пищевых продуктов в России. Вопросы питания, №3, С.33-39,1994.

2. Кузубова Л.И. Токсиканты в пищевых продуктах : Аналитический обзор СО АН СССР. Новосибирск, ГПНТБ, 1990.

3. Липатов Н.Н. Экология пищевых продуктов. Вестник сельскохозяйственной науки, №6,1991.

4. Сажинов Г.Ю., Беднаржевский С.С. Экологическая безопасность пищевой продукции. Новосибирск: СОМИНИ, 1999.-416 С.

5. Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного сырья и пищевых продуктов. М.: Стандарты, 1990.

6. Измеров Н.И., Монисов А.А., Тутельян В.А. Нормативно-методическая база обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов в России. Труды Междунар. конф. «Политика в области здорового питания России», С. 21, М., 1997.

7. Оррис Г.Д. Обогащение пищевых продуктов: методология и опыт ФАО. Труды Междунар. конф. «Политика в области здорового питания России», С. 18, М., 1997.

8. Материалы 3 Междунар. научно-технической конф. «Пища. Экология. Человек.» М.:МГУПБ, 1999.

9. Беднаржевский С.С., Смирнов Г.И. Экологическая безопасность агросырья и пищевой продукции как фактор устойчивого развития. Труды 2 Междунар. симп. ЮНЕСКО «Экологическое образование для устойчивого развития», Барнаул, Изд. АГТУ, С. 278-284,1999 .

10. АкининаЕ.В., Беднаржевский С.С., Смирнов Г.И. Высокоинформативный системный анализ качества и безопасности агропродукции. Изд. МАСС, 2002. -12 С.

11. Основополагающие стандарты в области метрологии. М.: Изд. стандартов, 1986,311 С.

12. Атутов С.Н., Беднаржевский С.С., Смирнов Г.И. и др. Двухпараметри-ческий лазерный нефелометр. Автометрия, 1981, N 3, С.119-120.

13. Беднаржевский С.С., Родионов Г.Д., Смирнов Г.И. и др. Анализ микрофлоры в дисперсно-коллоидных смесях и растворах лазерным нефелометром. -Автометрия, 1981, N 3, С. 115-116.

14. Flux D.C., Raven J.A., Gray I.K. Accuracy of the Milkotester over a wide range of milk fat concentrations. N.Z.J. Dairy Sci. and Technol., 1982, V. 17, N 1, P. 15-25.

15. Атутов C.H., Беднаржевский C.C., Смирнов Г.И. и др. Методика и аппаратура для лазерной нефелометрии молока. Метрология, 1982, N3, С.55-61.

16. Антонов С.Ф., Атутов С.Н., Беднаржевский С.С. и др. Способ определения жира и белка в молоке. Авт. свид. N 983538. Бюлл. изобр., 1982, N 47.

17. Асеев В.М., Атутов С.Н., Беднаржевский С.С. и др. Устройство для определения содержания жира и белка в молоке. Авт. свид. N 968757. Бюлл.изобр., 1982, N39.

18. Ng-Kwai-Hang K.F., Hayes F. Effects of potassium dichromate and sample storage time on fat and protein by Milko-Scan and on protein and casein by a modified Pro-Milk MKII. Daiiy Sci., 1983, V. 65, N 10, P. 1895-1999.

19. Infrared milk analyzer Milko-Scan 104 S. Dairy Record, 1983, V. 84, N 3,1. P.133.

20. Johnston K.A. A comparison of daily and composite analysis for fat, protein and lactose in raw milk. N.Z.J. Dairy Sci. and Technol., 1983, V. 18, N 2, P. 79-85.

21. Акинина E.B., Беднаржевский C.C., Голубятников В.П., Смирнов Г.И. Математическое моделирование нелинейной динамики сильного при лазерной нефелометрии дисперсных биосред. Сиб. журнал индустриальной математики, Т.1, N2,1998.-С.14-23.

22. Akinina E.V., Bednarjevsky S.S.,Veryasov Y.V., Smirnov G.I. Alternative method for determining geometrical parameters of agricultural produce. Proc. SPIE, V. 3543, 1999. -P.55-62.

23. Арнаутов H.B. Стандартные образцы химического состава природных минеральных веществ. Новосибирск.: ИГиГ СО АН СССР, 1990. - 220 С.

24. Шафринский Ю.С. К созданию стандартных образцов растительных материалов. Журн.аналит.химии, 1977, т.32, вып. 7, С. 1468-1469.

25. Шафринский Ю.С. Стандартные образцы природных материалов. В кн.: Метрологическое обеспечение анализа почвенных и растительных материалов. СО ВАСХНИЛ, Новосибирск, 1982, С. 3-10.

26. Шафринский Ю.С., Самохвалов С.Г., Беднаржевский С.С., Акинина Е.В., НалобинД.П. Государственные стандартные образцы состава почв. Новосибирск: СО РАСХН, 1998.-28 С.

27. Шафринский Ю.С., Самохвалов С.Г., Беднаржевский С.С., Акинина Е.В., НалобинД.П. Государственные стандартные образцы состава растительных материалов. Новосибирск: СО РАСХН, 1998. -24 С.

28. Беднаржевский С.С., Шафринский Ю.С., Сажинов Г.Ю., Налобин Д.П. Акинина Е.В. Применение стандартных образцов при контроле качества и сертификации сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции. Новосибирск: СО РАСХН, 1998. -31 С.

29. Акинина Е.В., Беднаржевский С.С., Смирнов Г.И., УховГЛ., Шафринский Ю.С. Создание и использование государственных стандартных образцов состава этилового спирта. Стандарты и качество, N 11,1998. С.17-18.

30. Акинина Е.В., Беднаржевский С.С., Смирнов Г.И., УховГЛ., Шафринский Ю.С. Разработка государственных эталонов состава этилового спирта. Препринт СО МИНИ РАН, N 97 3, 1997. - 14 С.

31. Bednarjevsky S.S., Veryasov Y.V., UhovG.Y., AkininaE.V., SmirnovG.I. Elaboration and use of the etalons of the alcohol production. Techn. D. SPIE Int. Conf. on Precisiion Agriculture and Patogen Detection, P. 32, Boston, 1998.

32. Беднаржевский C.C., Шафринский Ю.С., УховГ.Я., НалобинД.П., Смирнов Г.И., Акинина Е.В. Государственные стандартные образцы состава этилового спирта. Новосибирск, Изд. СО РАСХН, 1998. С.23

33. Акинина Е.В. Беднаржевский С.С., Шафринский Ю.С., НалобинД.П. Разработка государственных стандартных образцов состава этилового спирта. Тез. докл. Уральской научно-практической конференции по метрологии, Екатеринбург, С. 20,1998.

34. Беднаржевский С.С., Акинина Е.В., Харитонов С.Г., Шевченко Н.Г. Разработка и применение стандартных образцов состава синтетического спирта.

35. Тезисы VII Росс. конф. «Аналитика Сибири и Дальнего Востока», Новосибирск, 11 -16 октября, 2004. Т. 2. С. 314.

36. Беднаржевский С.С., Шевченко Н.Г. Идентификация качества алкогольной продукции. Новосибирск: СОМИНИ РАН, 2004,309С.

37. Codex Alimentarius. General Requirements. Food and Agriculture Organization of the United Nations, World Health Organization, Rome: FAO / WHO, 1995.

38. Шифрин K.C., Колмаков И.Б. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1967, Т.З, С.1271.

39. Feynman R.P. The theory of positrons. Phys.Rev., 1949, V.76, N6, P.749-759.

40. Dyson F. The S matrix in quantum electrodynamics. Phys.Rev., 1949, V.75, N11, P.1736-1755.

41. Salpeter E.E., Bethe H.A. A relativistic equation for bound-state problems. Phys.Rev., 1951, V.84, N6, P.1232-1242.

42. Барабаненков Ю.И. и др. Состояние теории распространения волн в случайно-неоднородной среде. УФН, 1970, Т. 102, N1, С.3-42.

43. Леонтович М.А. Об одном методе решения задач о распространении электромагнитных волн вдоль поверхности земли. Изв. АН СССР. Сер.физ., 1944, Т.8, №1, С. 16-22.

44. Чернов Л.А. Метод параболического уравнения в теории распространения волн в среде со случайными неоднородностями. III Всесоюзн. симп. по дифракции волн, Тбилиси, 1964, Рефераты докл., М.: Наука, 1964, С.224.

45. Долин Л.С. О лучевом описании слабо-неоднородных волновых полей. Изв.ВУЗов. Радиофизика, 1964, Т.7, С.559-562.

46. Ахманов С.А., Сухоруков А.П., Хохлов Р.В. О самофокусировке и самоканализации интенсивных световых пучков в нелинейных средах. ЖЭТФ, 1966, Т.50, №6, С.1538-1549.

47. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Самовоздействие волновых пакетов в нелинейной среде и генерация фемтосекундных лазерных пучков. УФН, 1986, Т. 149, №3, С.449-509.

48. Захаров В.Е., Шабат А.Б. Точная теория двумерной самофокусировки и одномерной автомодуляции волн в нелинейных средах. ЖЭТФ, 1971, Т.61, №1, СЛ18-134.

49. Захаров В.Е., Кузнецов Е.А. Квазиклассическая теория трехмерного волнового коллапса. ЖЭТФ, 1986, Т.91, №4, С.1310-1324.

50. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. М.: Мир, 1981.

51. Бадалян A.M., Ковалевский В.И., Смирнов Г.И. и др. Бихроматический зеемановский лазер с нелинейным поглощением. Автометрия, 1984, N1, С. 106-108.

52. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. М., Госхимиздат, 1960,438 С.

53. Волошин З.С. и др. Справочник специалиста КИПиА сахарной промышленности. М., Агропромиздат, 1985, С.73.

54. Гольдштейн С., МукимовК.М., Сигал Г.П., Соколов Б.Ю. ПТЭ, 1992, N6,1. С.113.

55. Шафринский Ю.С., Лонцих С.В. и др. Изготовление и аттестация стандартных образцов горных пород на гранитной, карбонатной и терригенной основах. Научно-технический отчет по теме 08.13.19.02., Б N 290699, ВНТИЦ, М., 1975,175 С.

56. Шафринский Ю.С., Таусон Л.В. и др. Геохимические стандарты магматических горных пород. В кн.: Ежегодник 1974. Новосибирск: Наука, 1976, С. 370-376.

57. ГОСТ 8.315-97. Стандартные образцы. Основные положения, порядок разработки, аттестации, утверждения, регистрации и применения. М.: Изд. стандартов, 1997.

58. Шафринский Ю.С., Самохвалов С.Г. и др. Некоторые особенности агрохимических стандартных образцов почв. В кн.: Метрологическое обеспечение анализа почвенных и растительных материалов, ВАСХНИЛ, Новосибирск, 1982, С. 23-40.

59. Методические указания по аттестации образцов химического состава кормов и растений для контроля правильности анализов в агрохимической службе. -М., 1983, ЦИНАО, 35 С.

60. ГОСТ 8.531-85 (СТ СЭВ 4569-84). Однородность стандартных образцов состава дисперсных материалов. Методика выполнения измерений. М., 1985,9 С.

61. ГОСТ 8.532-85 (СТ СЭВ 4570-84). Стандартные образцы состава веществ и материалов. Порядок межлабораторной аттестации. М., 1985,15 С.

62. ГОСТ 27872-88 (СТ СЭВ 5892-87). Метрология. Стандартные образцы. Методика изготовления и аттестации стандартных образцов состава горных пород и минерального сырья. М., 1989, 50 С.

63. Методические указания по определению обменного аммония в почвах с помощью газочувствительного аммиачного электрода. М., 1986, ЦИНАО, 14 С.

64. Методические указания по определению щелочногидролизуемого азота в почве по методу Корнфилда. М., 1986, ЦИНАО, 9 С.

65. ОСТ Ю144-88+ОСТ 10150-88. Методы агрохимического анализа. Определение подвижных форм микроэлементов в почвах. М., 1988, 145 С.

66. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М., 1989, ЦИНАО, 62 С.

67. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (медь, свинец, цинк, никель, кадмий) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом. М., 1989, ИЭМ, 35 С.

68. Методические указания по атомно-абсорбционному определению подвижного стронция в почвах. М., 1986, ЦИНАО, 8 С.

69. Методические указания по определению углекислоты карбонатов в почвах. -М., 1984, ЦИНАО, 22 С.

70. Школьник М.Я. Значение микроэлементов в жизни растений и земледелии. -М, Изд. АН СССР, 1950,310 С.

71. Агафонова А.Ф. О распределении кобальта в растениях. В кн.: Микроэлементы в сельском хозяйстве и медицине. Рига: Изд. АН Латв. ССР, 1956, С.131-135.

72. Горшкова А.А., Герасименко Н.Ю. и др. Видовой состав и режим подготовки стандартного образца злаковой травосмеси СБМТ-01. В кн.:

73. Метрологическое обеспечение анализа почвенных и растительных материалов. Новосибирск: ВАСХНИЛ, 1982, С. 41-46 .

74. Шафринский Ю.С., Николаевский B.C. и др. Требования к хранению стандартных образцов почв и растений. В кн.: Селекция и возделывание кормовых трав на Дальнем Востоке. Новосибирск: ВАСХНИЛ, 1982, С. 116-142.

75. Шафринский Ю.С., Самохвалов С.Г., Горшкова Г.И. Стандартные образцы растительных материалов и их применение в Госагрохимслужбе. В кн.: Метрологическое обеспечение анализа почвенных и растительных материалов. Новосибирск: ВАСХНИЛ, 1982, С. 11-23 .

76. ГОСТ 8.315-78. Стандартные образцы. Основные положения. М., 1984, 14 С.

77. Беднаржевский С.С. Агромониторинг и контроль качества сельскохозяйственной продукции. Новосибирск: СОМИНИ, 1996.

78. Тез.докл. Научно-практ.конф. «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности», М., 1999.

79. Кузнецова А.И., Петров Л.Л., Ветров В.А. и др. Определение микроэлементов в природных средах. Аналит.обзор, Новосибирск: СО РАН, 1994.

80. Методы анализа токсикантов в пищевых продуктах. Аналит.обзоры, Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1993.

81. Шаевич А.Б. Аналитическая служба как система. М.: Химия, 1981.

82. Шафринский Ю.С. Метрологическая оценка работы аналитических служб при определении азота, фосфора и калия в растительных материалах. Сб. Селекция и возделывание кормовых трав на Дальнем Востоке. Новосибирск: СО ВАСХНИЛ, 1982, С.84.