автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Методология потребительской оценки продовольственных товаров на основе мультисенсорной системы тестирования их ароматических характеристик

На правах рукописи

МАСТИХИНА АНАСТАСИЯ ЛЕОНИДОВНА

МЕТОДОЛОГИЯ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ ОЦЕНКИ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИСЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ ТЕСТИРОВАНИЯ ИХ АРОМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Специальность 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного

питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005549744

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель:

Сидоренко Юрий Ильич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Резго Георгий Яковлевич

доктор технических наук, профессор кафедры «Товароведение и таможенная экспертиза» ГКОУ ВПО «Российская таможенная академия»

Ведущая организация:

Смирнова Елена Александровна

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории пищевых биотехнологий и специализированных продуктов ФГБУ «Научно-исследовательский институт питания» РАМН

Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии

Защита состоится «30» июня в 10.00 часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.08 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11., корп. А, ауд. А-302.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» и на сайте http://ragupp.ru.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. И, МГУПП, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.148.08.

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах ВАК РФ Министерства образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation/ и ФБГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» http://mgupp.ru.

Автореферат разослан «¿¿у> 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного —. /

совета Д 212.148.08, кандидат (Уик^/ГУ B.C. Штерман

химических наук, доцент /

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Во многих странах мира проводятся исследования, направленные на совершенствование и создание новых подходов к оценке органолептических показателей продовольственных товаров при помощи инструментальных методов исследования, в целях обеспечения объективности и достоверности полученных результатов.

Многие из показателей качества могут быть определены с использованием современных инструментальных методов исследования (спектроскопии, изучение структурно-механических свойств, газовой и жидкостной хроматографии, масс-спектрометрии). Однако, недостатками некоторых методов является сложность пробоподготовки, а также риск видоизменения веществ в результате химических взаимодействий, что может вносить ошибку в результаты анализа.

Развитие науки и современных технологий привело к появлению инновационных приборов, которые могут заменить или улучшить способности человека и показать более объективные результаты. К настоящему времени имеются электронные прототипы всех основных органов чувств человека. Среди современных инструментальных приборов особое место занимают мультисенсорные системы типа «электронный нос».

Подобные системы основаны на газовых сенсорах различных типов, не обладающих высокой селективностью. Сенсоры получили развитие в середине XX века и нашли широкое применение в промышленности для анализа газов в среде известного состава. Сенсоры, используемые в мультисенсорных системах, реагируют на группу сходных по каким-либо параметрам газов, и полученная информация преобразуется в электрический или оптический сигналы.

Существуют области применения, связанные с классификацией веществ по летучим органическим компонентам, что особенно важно в пищевой, фармацевтической промышленности и в медицине.

Требуется развитие качественно новых методов сенсорного газового анализа, задачей которых является не только совершенствование сенсоров, но и развитие методов исследования ароматических характеристик является чрезвычайно необходимым.

Немногочисленный опыт использования мультисенсорных систем для оценки качества продовольственных товаров (чай, соки, молоко, сливочное масло, пряности, мясо и мясные продукты) подтвердил, что мультисенсорный метод исследования объективен, а его результаты легко подвергаются математической обработке. Отсутствует детальный сравнительный сенсорный анализ, выполненный органолептическими инструментальными методами применительно к таким группам продовольственных товаров, как крупы, консервы, кисломолочные продукты и фрукты.

Степень разработанности темы исследования. Вопросы создания эффективных систем оценки сенсорного качества продовольственных товаров рассматривались в трудах ведущих российских и зарубежных ученых Г.А. Вукс, К.Б. Гурьевой, Н.В. Долгополова, Л.Г. Елисеевой, Г.А. Ермолаевой, В.М. Кантере, Т.Ф. Киселевой, Т.Г. Кузнецовой В.И. Криштафович, В.А. Матисона, Л.А. Маюрниковой, М.А. Николаевой, В.М. Позняковского, Т.Г. Родиной, Л.А.

Сапроновой, Р. Эксела, М. Bailey, L. Buck, К. Cadwallader, E. Durnford, W. Grosch, C. Milo, B. Pan, G. Reneccius, S. Spurvey и др. Однако, несмотря на значительный интерес к данной научной проблеме, вопросы инструментальной оценки продовольственных товаров и методы корреляции данных, полученных при помощи мультисенсорных систем с экспертной оценкой изучены недостаточно и требуют решений.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методологии количественной оценки качества продовольственных товаров на основе мультисенсорной системы тестирования их ароматических характеристик.

В соответствии с целью были определены следующие задачи:

1. Выбор наиболее информативной сенсорной характеристики для анализа качества продовольственных товаров.

2. Анализ практики применения мультисенсорной системы «VOCmeter» для органолептической оценки продовольственных товаров разных товарных групп.

3. Разработка алгоритма ускоренного старения продовольственных товаров различных групп, с целью получения ароматических характеристик образцов для калибровки мультисенсорной системы «VOCmeter».

4. Разработка методики пробоподготовки продовольственных товаров для проведения оценки ароматических характеристик с применением VOC-мётрии.

5. Изучение влияния условий проведения пробоподготовки на чувствительность сенсоров мультисенсорной системы «VOCmeter».

6. Разработка методики количественной оценки интенсивности ароматических характеристик при помощи VOC-метрии.

7. Установление степени достоверности и корреляции между результатами анализа летучих веществ с применением мультисенсорной системы «VOCmeter» и органолептической оценки с участием дегустаторов.

8. Разработка методики качественной и количественной оценки основных ароматических характеристик широкого спектра продовольственных товаров для прогнозирования сроков их годности.

9. Разработка методологии количественной оценки качества продовольственных товаров на основе данных VOC-метрии.

Научная новизна. Доказана возможность использования прибора, оборудованного неселективными датчиками летучих веществ, для оценки осязаемых человеком ароматических характеристик широкого спектра продовольственных товаров.

Впервые показана возможность адекватной оценки срока хранения продовольственных товаров при помощи VOC-метрии путем применения метода ускоренного старения.

Изучена взаимосвязь между данными, полученными в результате дегустационной оценки и значениями откликов металл-оксидных сенсоров мультисенсорной системы «VOCmeter», на основе полученных данных построены стандартные ароматограммы, которые могут быть использованы для оценки свежести изученных образцов.

Установлена возможность оценки потребительского качества продовольственных товаров путем измерения интенсивности форпостных ароматов на ранних стадиях порчи.

Показана возможность прогнозирования сроков годности продовольственных товаров по определяющему показателю потребительского качества — аромату.

Получены стандартные ароматограммы для продуктов выбранных товарных групп, которые могут быть применены в поточных анализах свежести в целях сокращения трудовых и материальных затрат.

Практическая значимость. Предложено для оценки качества продовольственных товаров использовать наиболее информативную сенсорную характеристику - аромат продукта.

Разработана методика количественной оценки качества продовольственных товаров по данным мультисенсорной системы «УОСпШег».

Разработанная методика апробирована для оценки потребительского качества нескольких групп продовольственных товаров (плодоовощные товары, молоко и молочные товары, рыбные товары, зерномучные товары).

Показана возможность применения разработанных методик определения «свежести» по оценке ароматических характеристик для нескольких групп продовольственных товаров (плодоовощные товары, молоко и молочные товары, рыбные товары, зерномучные товары).

Разработаны, утверждены и внедрены в практику ФГБУ «Научно исследовательский институт проблем хранения Росрезерва» методики: «Методика измерения уровня свежести гречневой крупы на мультисенсорной системе «УОСтйег», «Методика измерения уровня свежести рисовой крупы на мультисенсорной системе «УОСтйег».

Разработана и утверждена «Методика проведения анализа свежести икры тресковых рыб пробойной, соленой при помощи мультисенсорной системы «УОСпШег».

Методология и методы исследования. В качестве методов исследования ароматических характеристик продовольственных товаров применялись методы мультисенсорного анализа (при помощи мультисенсорной системы «УОСте^г»), методы органолептического анализа, экспертные методы оценки на основе стандартных и специальных методов сбора и анализа информации, систематизации результатов исследований.

Научная концепция работы заключается в разработке методологии потребительской оценки продовольственных товаров с применением инструментальных методов на основе доминантного сенсорного показателя -ароматических характеристик.

Положения, выносимые на защиту:

алгоритм применения ускоренного старения продовольственных товаров различных групп, с целью получения ароматических характеристик образцов для калибровки мультисенсорной системы «УОСте1ег»;

совокупность экспериментальных данных по установлению влияния условий пробоподготовки на чувствительность сенсоров мультисенсорной системы «УОСте1ег»;

оценка осязаемых человеком ароматических характеристик продовольственных товаров по результатам инструментального анализа летучих веществ, детектируемых неселективными сенсорами мультисенсорной системы «УОСте1ег»;

совокупность экспериментальных данных изучения взаимосвязи между результатами анализа летучих веществ с применением мультисенсорной системы «УОСш^ег» и органолептической оценки с участием дегустаторов;

экспериментальные данные изучения откликов сенсоров мультисенсорной системы «УОСтйег», характеризующие свежесть продуктов выбранных товарных групп, и построение на основе полученных данных стандартных ароматограмм, являющихся паспортными характеристиками продовольственных товаров.

Степень достоверности результатов исследования и апробация результатов работы. Достоверность полученных результатов обеспечивается значительным объемом проведенных экспериментальных работ, математической обработкой результатов эксперимента, которые базируются на общепринятых выводах фундаментальных и прикладных наук, согласованностью новых положений с уже известными положениями и современными тенденциями товароведения, пищевой химии и технологии, подтверждается апробацией, практическими внедрениями, производственными опытами и публикациями основных результатов работы в рецензируемых печатных изданиях. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на научно-практическом семинаре «Международные тенденции развития товароведения и подготовки бакалавров» (Москва, 2012); V межведомственной научно-практической конференции «Товароведение и вопросы длительного хранения продовольственных товаров» (Москва, 2013); Межведомственной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности, товароведении и общественном питании» (Москва, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 2 работы в изданиях рекомендованных ВАК, поданы две заявки на выдачу патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 174 источника, и приложений. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включает 61 рисунок и 50 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследования проводились на кафедре «Товароведение и общественное питание» ФБГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», в лаборатории ФГБУ «Научно исследовательский институт проблем хранения Росрезерва».

Во введении изложена актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

а также причины изменения качества продуктов питания в процессе хранения. Проанализирован и обобщен зарубежный и отечественный опыт оценки ароматических характеристик продовольственных товаров с применением мультисенсорной системы «VOCmeter».

Обоснована необходимость изучения возможности использования инструментальных методов оценки для численной оценки качества продовольственных товаров.

Анализ состояния вопроса позволил обосновать цель и сформулировать задачи исследования.

Во второй главе в рамках достижения сформулированных цели и задач исследования был разработан алгоритм оценки качественных характеристик продовольственных товаров. С помощью методов эвристической экспертизы выявлено, что ключевым показателем, характеризующим понятие «Качество», по которому потребитель выбирает продукт, является «Запах». Установлено, что ключевым психоэмоциональным признаком оценки аромата, влияющим на принятие решения потребителем, является показатель «Свежесть аромата», который для ряда продовольственных товаров определяют методом дегустационной оценки.

Объективность и воспроизводимость результатов сенсорной оценки напрямую зависят от точности критериев и методик, используемых для отбора и обучения участников исследования. В результате часто возникают ситуации, когда экспертами становятся люди, которые в действительности ими не являются, а их персональное мнение о продукте превращается в стандарт качества. Не смотря на высокую значимость дескриптора «Запах», использовать его для целей численной оценки качества продовольственных товаров не представляется возможным. Для решения этой проблемы предложена методология инструмнтальной оценки ароматических характеристик продовольственных товаров мультисенсорным методом.

В третьей главе представлены результаты исследования изменения ароматических характеристик продовольственных товаров в процессе их хранения при помощи мультисенсорной системы VOCmeter.

Технически мультисенсорная система серии «VOCmeter» представляет собой комплексную систему, в которую входят несколько базовых функциональных узлов:

• система пробоотбора и пробоподготовки;

• матрица сенсоров с заданными свойствами;

• персональный компьютер с установленной на нем программой для обработки данных серии «Argus».

В приборах серии «VOCmeter» установлены два типа преобразователей: кварцевые микробалансные сенсоры - предпочтительно используются для определения больших летучих органических соединений; металл-оксидные сенсоры - реагируют на присутствие в атмосфере широкого спектра газов.

Принцип работы «VOCmeter» заключается в измерении электропроводности сенсоров при их взаимодействии с парами летучих веществ. Каждый сенсор не является строго селективным по отношению к какому-либо газу. Математическая обработка данных сенсорного массива микропроцессором

методом главных компонент представляет собой области экспериментальных точек, характеризующих аромат образцов, и располагаются в специальной системе координат в непосредственной близости. Геометрия размещения точек характеризует степень отклика неселективных сенсоров на спектр летучих соединений, в том числе воспринимаемых человеком как ароматические. Установлено, что доля летучих соединений, формирующих отклик сенсоров и одновременно являющихся обонятельно значимыми для человека, достаточна для использования прибора в целях инструментальной оценки аромата широкого ряда продовольственных товаров. Графические изображения интенсивности откликов неселективных сенсоров предложено называть ароматограммой.

Методология оценки ароматических характеристик продовольственных товаров при помощи «УОСше1ег» (далее «Методология») включает несколько этапов.

«Методология» разработана для оценки пригодности продовольственного товара для длительного хранения. При этом конечным сроком хранения принимается период, по истечении которого образец принимает аромат «неприемлемой порчи». При разработке «Методологии» аромат «неприемлемой порчи» определяли органолептически. «Методология» направлена на оценку степени приближения анализируемого образца продовольственного товара к значениям «неприемлемой порчи». Для того чтобы приступить к анализу ароматических характеристик продуктов питания, необходимо провести «обучение» мультисенсорной системы, сформировав «базу данных» ароматических характеристик сигналов сенсоров с применением методов ускоренного старения для анализа качественных изменений аромата продовольственных товаров. Факторами, провоцирующими преждевременную порчу образцов служили повышенная температура и нарушение целостности

упаковки. Алгоритм исследования приведен на рисунке 1._

Приобретение максимально свежего образца продовольственного товара

ли

Помещение в виапы навески массой т образца в лаборатории для сенсорного анализа

и и

Закрытие виал обжимными крышками и помещение в термостат с температурой ТО

-11- -

Исследование несколько виал с образцами при помощи мультисенсорной системы «УОСше1еп> через определенные промежутки времени

Л и

Проведение дегустации образцов дегустаторами-экспертами

Окончание эксперимента, когда эксперты оценивают приобретенный образцами запах, ^_как «несвежий»

Предложенная методика ускоренного старения выбранных образцов была применена для установления ароматических характеристик, свойственных для разных этапов порчи.

Выбор рекомендуемых параметров для анализа продовольственных товаров с помощью мультисенсорной аналитической системы «УОСтйег» осуществляли в последовательности, которая приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Последовательность выбора рекомендуемых для исследования параметров

Предложенная методика выбора рекомендуемых для исследования параметров (массы навески, температуры и времени нагрева в печи) была применена для анализа ароматических характеристик выбранных образцов. При помощи мультисенсорной аналитической системы «УОСтйсг» проведен ряд замеров откликов сенсоров, для продовольственных товаров, выбранных в качестве типичных представителей различных товарных групп. В результате исследования предложены рекомендуемые параметры измерения ароматических характеристик при проведении мультисенсорной оценки (таблица 1).

Таблица 1 - Рекомендуемые параметры измерения ароматических характеристик ряда продовольственных товаров при помощи мультисенсорной системы «УОСте1ег»

Параметры измерения

Продовольственный товар Масса навески для виалы объемом 20 мл, г Температура нагрева в печи,°С Время нагрева в печи, мин

Гречневая крупа 5 55 15

Рисовая крупа Не влияет 55 15

Молоко Не влияет 30 10

Кефир 5 30 10

Икра трески пробойная, соленая 5 30 15

Мясо охлажденное 40 10

(телятина)

Груша свежая

поздних сортов 5 30 10

созревания

Как видно из таблицы 1, рекомендуемые масса навески, температура и время нагрева проб в печи могут отличаться для каждого продовольственного товара. Таким образом, показана важность применения методики выбора рекомендуемых параметров для исследования нового продукта, для достижения достоверности результатов оценки ароматических характеристик продовольственных товаров на приборе «УОСте1ег».

Для подтверждения способности прибора оценить продукты с различным сроком годности, а также для численной оценки потребительской стоимости продовольственных товаров, обладающих ароматом, разработан алгоритм оценки ароматических характеристик продовольственных товаров (рисунок 3).

Рисунок 3 - Алгоритм оценки ароматических характеристик продовольственных товаров при помощи мультисенсорной системы «УОСшйег»

Как видно из рисунка 3, результатами предложенного алгоритма оценки ароматических характеристик продовольственных товаров, является получение уровней свежести и численных значений интервалов для исследуемого продовольственного товара, путем проведения сравнительного анализа результатов, полученных с применением мультисенсорной системы «УОСшйег» и органолептической оценки с участием дегустаторов.

В качестве базисного объекта для отработки «Методологии оценки ароматических характеристик продовольственных товаров при помощи «УОСпШег»» была выбрана рисовая крупа, обладающая умеренно выраженными ароматическими характеристиками.

На подготовительном этапе экспертизы, для оценки возможного перечня показателей качества рисовой крупы, с помощью которых можно определить «степень свежести», была применена эвристическая экспертиза.

Руководствуясь нормативно-технической документацией, был выбран ряд показателей, характеризующих качество рисовой крупы. Был проведен опрос отобранных экспертов с целью выявления показателей качества, при помощи которых можно оценить «Свежесть» рисовой крупы. Эксперты проранжировали показатели качества (1 балл - наиболее подходящий показатель для оценки свежести), результаты опроса приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Экспертная оценка важности показателей качества для определения «свежести» рисовой крупы__

Показатель качества Оценка эксперта, балл Сумма баллов Ранг показателя

1 2 3 4 5 6 7

Вкус 1 1 2 3 2 1 1 11 1

Запах 2 2 1 2 1 3 2 13 2

Цвет 3 3 3 1 3 2 3 18 3

Внешний вид 5 4 4 4 4 6 6 33 4

Развариваемость 4 5 6 5 5 4 4 33 5

Вид упаковки 6 6 5 6 6 5 5 39 6

Как видно из таблицы 2, для определения такого показателя, как «Свежесть» выбраны показатели: цвет, запах и вкус. По выбранным показателям составлена схема-таблица характеристик свежести продовольственного товара с их подробным словесным описанием. В связи с тем, что разные единичные показатели имеют различные значения в восприятии показателя «Свежесть» продукта, методом экспертных оценок были рассчитаны коэффициенты весомости (К). Градация рисовой крупы по «свежести» в зависимости от балловых оценок, с учетом коэффициентов весомости (К) представлена в таблице 3. Таблица 3 - Градация рисовой крупы по «свежести» в зависимости от балловых

Показатели качества Коэффициент весомости Уровни свежести, с учетом коэффициентов весомости, баллы

Свежий Переходная свежесть Несвежий

Цвет 0,2 0,2-0,4 0,6 0,8-1,0

Запах 0,4 0,4-0,8 1,2 1,6-2,0

Вкус 0,4 0,4-0,8 1,2 1,6-2,0

Итоговый балл — 1,0-2,0 2,1-3,0 3,1-5,0

Предварительными исследованиями установлено наличие прямой связи качества сухой и сваренной рисовой крупы. Поэтому для ускорения процессов старения в опытах использовали сваренную рисовую крупу, процессы порчи в которой проходили значительно быстрее, нежели в сухой. Исследование образцов проводилось 1 раз в сутки с помощью сенсорного анализа и мультисенсорной аналитической системы «УОСте1ег».

Результаты органолептической оценки проб сваренной рисовой крупы, характеризующие степень порчи, представлены на рисунке 4.

I3

л

М 2

1 О

—♦—Цвет

-•-Запах

......А1" Вкус

>< Итоговый балл

1 2 3 4 5

Продолжительность хранения, дни

Рисунок 4 - Выявление степени порчи проб сваренной рисовой крупы при помощи сенсорного анализа

Как видно из рисунка 4, имеет место плавное изменение качества исследуемого продукта в процессе ускоренного хранения, дегустаторы отметили изменение свежести продукта на четвертый день исследования, а его порчи - на пятый день исследования.

При исследовании проб рисовой крупы мультисенсорным методом, с помощью специального программного обеспечения, были получены значения откликов металл-оксидных сенсоров прибора. Затем были рассчитаны средние

значения откликов Мср для каждого сенсора мультисенсорной системы «УОСте1ег»:

Мер = У м + п

где М - значения откликов металл-оксидного сенсора прибора в условных единицах, п - количество проб.

Результаты в условных единицах приведены в таблице 5. Условные единицы позволяют адекватно оценивать интенсивность отклика сенсоров, и, соответственно, ароматические характеристики образца.

Таблица 5 - Средние значения откликов металл-оксидных сенсоров мультисенсорной системы «УОСпШег» для сваренной рисовой крупы_

Продолжительность хранения,сутки Среднее значение показаний металл - оксидных сенсоров прибора, усл. ед. изм.

М1 М2 МЗ М4

1 14193 5503 839 5716

2 16418 7456 1081 7313

3 51319 21293 2433 23413

4 127134 74566 6107 51676

5 125183 84160 8433 46799

В программе обработки данных «Argus» прибора «VOCmeter», результаты экспериментов представлены в виде пространственного расположения точек мультисенсорного анализа (ароматограммы), где ось абсцисс — значения главной

Рисунок 5 - Ароматограмма образцов рисовой крупы для пяти дней исследования (1-5)

Как видно из рисунка 5, области точек (кластеры), характеризующие первый и второй дни хранения незначительно различаются между собой, в то время как кластер, характеризующий третий день хранения, резко увеличивается в размерах, а кластеры, соответствующие четвертому и пятому дням явно демонстрируют, что образец приобрел совершенно другой аромат. Таким образом, прибор реагировал на изменение аромата каждый день эксперимента.

Для численной оценки областей расположения точек на ароматограмме (кластеров), характеризующих изменение ароматических характеристик продукта, была предложена инновационная методика расчета показателей аромата. Методика основана на выявленном эффекте изменения геометрических параметров кластеров мультисенсорного анализа продовольственных товаров в

зависимости от степени их свежести. В качестве таких показателей были предложены:

• прогнозируемая линейная дисперсия экспериментальных точек;

• координаты центра тяжести кластера;

• интегральный показатель аромата.

На рисунке 6 приведен пример графического нахождения значений прогнозируемой линейной дисперсии ((1) по ее проекции (с^О, углу наклона (а) и координаты центра тяжести кластера (Ь).

Рисунок 6 - Пример графического нахождения значений прогнозируемой линейной дисперсии (d) по ее проекции (dpci), углу наклона (а) и координаты центра тяжести кластера (L)

Экспериментальная линейная дисперсия - это расстояние между двумя крайними экспериментальными точками кластера.

Прогнозируемая линейная дисперсия (d) — это предел, к которому стремится экспериментальная линейная дисперсия при увеличении количества экспериментальных точек, стремящегося к бесконечности. Программное обеспечение прибора позволяет с высокой достоверностью очерчивать кластер фактически имеющихся экспериментальных точек в виде эллипса, при этом, увеличение числа экспериментальных точек одного и того же образца, как правило, незначительно влияет на геометрические размеры очерченного эллипса. Этот показатель рассчитывают как длину большей диагонали кластера, по формуле:

dL = (2)

cos а

где а - угол наклона d к оси главной компоненты 1, dpci - проекция d на ось главной компоненты 1 (РС1).

Координата центра тяжести кластера (L) - величина главной компоненты 1 (РС1), соответствующая центру кластера.

Интегральный показатель аромата (Г) - величина, характеризующая запах продукта. Рассчитывается по предложенной нами формуле:

I = т х L (3)

В таблице 6 приведен сравнительный анализ значений предложенных показателей ароматических характеристик сваренной рисовой крупы и результатов органолептической оценки.

Продолжительность хранения, сутки Прогнозируемая линейная дисперсия, усл.ед.изм. Координаты центра тяжести кластера, усл.ед.изм. Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Оценка запаха образца, балл Итоговый балл органолептической оценки

1 5000 15000 15000 1 1

2 5500 20000 22000 1 1

3 98000 60000 1176000 2,2 1,8

4 160000 130000 4160000 3,1 2,4

5 220000 160000 7040000 4 3,6

Из таблицы 6 видно, что значения предложенных показателей и данные органолептической оценки образца сваренной рисовой крупы возрастают.

На рисунке 7 приведено сравнение значений предложенных показателей в процессе хранения

8000000

к

I 7000000 ф

| 6000000

5 5000000

I 4000000

I 3000000 с!

Ф 2000000

| 1000000 о

5 0

/

/

/

—88 ШГ ■

—Ф— Прогнозируемая

линейная дисперсия -в-Координаты центра тяжести кластера

......¡А" Интегральный

показатель аромата

Продолжительность хранения, сутки

Рисунок 7 - Изменение значений предложенных показателей в процессе хранения

Из рисунка 7 видно, что предложенный «Интегральный показатель аромата» является наиболее информативным, так как наглядно демонстрирует точки перегиба кривой, в которых произошли изменения аромата образца.

Для оценки степени корреляции данных мультисенсорной системы с результатами органолептического анализа был рассчитан линейный коэффициент корреляции интегрального показателя аромата с оценкой запаха образца и итоговым баллом органолептической оценки. Результаты представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Значения коэффициента корреляции интегрального показателя аромата с оценкой запаха образца и итоговым баллом органолептической оценки

Интегральный показатель аромата

Оценка запаха образца 0,98531221

Итоговый балл органолептической оценки 0,98611798

зультатами органолептического анализа. Полученные результаты сравнительного анализа подтверждают целесообразность разработки и адекватность «Методологии оценки ароматических характеристик продовольственных товаров при помощи «VOCmeter»».

Результаты органолептической оценки свежести продовольственных товаров являются наиболее значимыми при интерпретации показаний прибора, с их помощью были выявлены три предложенных нами уровня свежести для оценки качества продовольственных товаров:

«Fresh» — уровень «несомненная свежесть», характеризует продовольственный товар, как товар, обладающий высшей степенью свежести. Товары, относящиеся к этой категории, пригодны к использованию по назначению и подлежат реализации без каких-либо ограничений.

«Medium» - уровень «переходная свежесть», характеризующий развитие процессов порчи. Принадлежность к этой категории определяет продовольственный товар, как нестандартный, он может быть реализован по пониженным ценам, отправлен на промпереработку либо на иные нужды.

«Stale» - уровень «отсутствие свежести», характеризует продовольственный товар, как товар, полностью потерявший свежесть и непригодный для употребления. Продовольственные товары, относящиеся к этому уровню свежести, не подлежат реализации, а также поставке для промпереработке и кормовых целей.

Проведённое согласно «Методологии» сравнительное исследование позволило установить зависимость результатов органолептической и инструментальной оценки ароматических характеристик сваренной рисовой крупы, на основании которой была получена стандартная ароматограмма (рисунок 8). Она может быть использована для анализа образцов сваренной рисовой крупы с целью определения неизвестной степени свежести или проверки

Для уровней свежести, представленных на рисунке 8, рассчитаны показатели точности измерений, приведенные в таблице 8.

Таблица 8 - Показатели точности измерений уровней свежести сваренной

Уровень свежести

Показатели точности измерений «Несомненная «Переходная «Отсутствие

свежесть» свежесть» свежести»

Среднее арифметическое 17375 59540 142818

Среднеквадратическое отклонение 3506 21881 50961

Доверительный интервал 3056 28124 35469

Интервал расположения точек по оси главных компонент 1 14319-20431 31416-87664 107348178288

Итоговый балл оценки экспертов 1 1,8 2,4-3,6

Как видно из таблицы 8, при анализе рисовой крупы точки, характеризующие пробы образца, будут ложиться в выявленные интервалы по оси главных компонент 1, с вероятностью 95%.

Предложенная методология была проверена на значительном количестве образцов рисовой крупы 2010-2013 годов урожая, хранившихся в различных видах упаковки. На основании обработанного массива данных были выявлены величины «Интегрального показателя аромата», соответствующие предложенным уровням свежести, сводные данные представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Оценка потребительской стоимости рисовой крупы при помощи интегрального показателя аромата рисовой крупы _

Уровень свежести Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Численная оценка потребительской ценности,%

«Несомненная свежесть» До 5*104 До 12

«Переходная свежесть» 5*104-120*1О4 12- 100

«Отсутствие свежести» От 120* 104 100

На основании проведённых исследований разработана и утверждена «Методика измерения уровня свежести рисовой крупы на мультисенсорной системе «УОСтйег». Результаты выполненных исследований предполагают возможность определения свежести рисовой крупы, исключая процесс калибровки мультисенсорной системы «УОСшйег».

В четвертой главе представлена оценка применимости разработанной методологии для анализа изменения свежести продовольственных товаров нескольких товарных групп в процессе хранения.

«Методология» была адаптирована для следующих пищевых продуктов: гречневая крупа; молоко; кефир; икра трески пробойная, соленая; груша свежая поздних сортов созревания; мясо охлажденное (телятина). Для всех исследованных образцов получены стандартные ароматограммы и значения интегрального показателя аромата, характеризующие уровни свежести.

Результаты исследования гречневой крупы представлены на рисунке 9.

40000 20000

0

-20000

Рисунок 9 - Ароматограмма, характеризующая уровни свежести сваренной гречневой крупы

Для уровней свежести, представленных на рисунке 9, рассчитаны показатели точности измерений, приведенные в таблице 9.

Таблица 10 - Показатели точности измерений уровней свежести сваренной гречневой крупы для вероятности 95%_

Показатели точности измерений Уровень свежести

«Несомненная свежесть» «Переходная свежесть» «Отсутствие свежести»

Среднее арифметическое 34437 72400 225454

Среднеквадратическое отклонение 8784 20982 62138

Доверительный интервал 7656 26968 43249

Интервал расположения точек по оси главных компонент 1 (РС1) 26781 -42093 45432 - 99368 182205 -268703

Итоговый балл оценки экспертов 1 1,8 2,8 - 3,6

Как видно из таблицы 10, при анализе гречневой крупы точки, характеризующие пробы образца, будут ложиться в выявленные интервалы по оси главных компонент 1.

Предложенная «Методология» была проверена на большом количестве образцов гречневой крупы 2009-2013 годов урожая, хранившихся в разных видах упаковки. На основании обработанного массива данных были выявлены величины «Интегрального показателя аромата», соответствующие предложенным уровням свежести, сводные данные представлены в таблице 11.

Таблица 11 — Значения интегрального показателя аромата гречневой крупы

Уровень свежести Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Численная оценка снижения потребительской ценности, %

«Несомненная свежесть» До 6*104 До 15

«Переходная свежесть» 6*104-15*104 15-100

«Отсутствие свежести» От 15*104 100

На основании проведённых исследований разработана и утверждена «Методика измерения уровня свежести гречневой крупы на мультисенсорной системе «УОСте1ег». Результаты выполненных исследований предполагают возможность определения свежести гречневой крупы, исключая процесс калибровки мультисенсорной системы «\ЮСте1ег».

о О \

О \

/_es____

\ ° 0 О

О /

о

medium

-0 Ю0СЮ0 200000 300000 400000

FC1: 992%

Результаты исследования молока представлены на рисунке 10.

РС!: ЭЗ.ЯЬ

Рисунок 10 - Ароматограмма, характеризующая уровни свежести молока Для уровней свежести, представленных на рисунке 10, рассчитаны показатели точности измерений, приведенные в таблице 12.

Таблица 12 - Показатели точности измерений уровней свежести молока для вероятности 95%__

Показатели точности измерений Уровень свежести

«Несомненная свежесть» «Переходная свежесть» «Отсутствие свежести»

Среднее арифметическое 24937 44700 57454

Среднеквадратическое отклонение 2022 6838 3179

Доверительный интервал 1762 8789 2213

Интервал расположения точек по оси главных компонент 1 (РС1) 23175 -26700 35911 - 53489 55241 - 59668

Итоговый балл оценки экспертов 1 2,2 3,8

Как видно из таблицы 12, при анализе молока точки, характеризующие пробы образца, будут ложиться в выявленные интервалы по оси главных компонент 1.

Предложенная методология была проверена на ряде образцов. На основании обработанного массива данных были выявлены величины «Интегрального показателя аромата», соответствующие предложенным уровням свежести, сводные данные представлены в таблице 13.

Таблица 13 - Значения интегрального показателя аромата молока

Уровень свежести Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Численная оценка снижения потребительской ценности,%

«Несомненная свежесть» До 3,5*104 До 20

«Переходная свежесть» 3,5*104 -9*104 20 - 100

«Отсутствие свежести» От 9* 104 100

Результаты исследования кефира представлены на рисунке 11.

ЯШ) 1СОООО 150000 200000

=С1 93 5%

Рисунок 11 - Ароматограмма, характеризующая уровни свежести кефира Для уровней свежести, представленных на рисунке 11, рассчитаны показатели точности измерений, приведенные в таблице 14. Таблица 14 - Показатели точности измерений уровней свежести кефира для

Показатели точности измерений Уровень свежести

«Несомненная свежесть» «Переходная свежесть» «Отсутствие свежести»

Среднее арифметическое 38312 56400 135182

Среднеквадратическое отклонение 6628 10669 36648

Доверительный интервал 5777 13713 25507

Интервал расположения точек по оси главных компонент 1 (РС1) 32535 - 44090 42686-70114 109674- 160689

Итоговый балл оценки экспертов 1 2,6 4,1

Как видно из таблицы 14, при анализе кефира точки, характеризующие пробы образца, будут ложиться в выявленные интервалы по оси главных компонент 1.

Предложенная методология была проверена на ряде образцов. На основании обработанного массива данных были выявлены величины «Интегрального показателя аромата», соответствующие предложенным уровням свежести, сводные данные представлены в таблице 15.

Таблица 15 - Значения интегрального показателя аромата кефира

Уровень свежести Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Численная оценка снижения потребительской ценности, %

«Несомненная свежесть» До 6*104 До 20

«Переходная свежесть» 6*104-20*104 20-100

«Отсутствие свежести» От 20* 104 100

Результаты исследования консервированной икры трески соленой, пробойной представлены на рисунке 12.

РС1: 99.7%

Рисунок 12 — Ароматограмма, характеризующая уровни свежести икры Для уровней свежести, представленных на рисунке 14, рассчитаны показатели точности измерений, приведенные в таблице 16.

Таблица 16 - Показатели точности измерений уровней свежести икры для

Показатели точности измерений Уровень свежести

«Несомненная свежесть» «Переходная свежесть» «Отсутствие свежести»

Среднее арифметическое 41687 61600 82909

Среднеквадратическое отклонение 2060 2956 7739

Доверительный интервал 1796 3799 5387

Интервал расположения точек по оси главных компонент 1 (РС1) 39892 - 43483 57800 - 65400 77522 - 88296

Итоговый балл оценки экспертов 1 2,6 4

Как видно из таблицы 16, при анализе икры точки, характеризующие пробы образца, будут ложиться в выявленные интервалы по оси главных компонент 1.

Предложенная методология была проверена на ряде образцов. На основании обработанного массива данных были выявлены величины «Интегрального показателя аромата», соответствующие предложенным уровням свежести, сводные данные представлены в таблице 17.

Таблица 17 - Значения интегрального показателя аромата икры

Уровень свежести Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Численная оценка снижения потребительской ценности, %

«Несомненная свежесть» До 5*104 До 20

«Переходная свежесть» 5*104- 15*104 20- 100

«Отсутствие свежести» От 15*10" 100

Результаты исследования груши свежей поздних сортов созревания представлены на рисунке 13.

РС1 936«

Рисунок 13 - Ароматограмма, характеризующая уровни свежести груши Для уровней свежести, представленных на рисунке 13, рассчитаны показатели точности измерений, приведенные в таблице 18.

Таблица 18 - Показатели точности измерений уровней свежести груши для

вероятности 95%

Уровень свежести

Показатели точности измерений «Несомненная «Переходная «Отсутствие

свежесть» свежесть» свежести»

Среднее арифметическое 58750 155000 304545

Среднеквадратическое отклонение 3061 23874 113246

Доверительный интервал 2668 30686 78821

Интервал расположения точек по оси главных компонент 1 (РС1) 56081 -61419 124314- 185686 225724 - 383367

Итоговый балл оценки экспертов 1 2,5 4

Как видно из таблицы 18, при анализе груши точки, характеризующие пробы образца, будут ложиться в выявленные интервалы по оси главных компонент 1.

Предложенная методология была проверена на ряде образцов. На основании обработанного массива данных были выявлены величины «Интегрального показателя аромата», соответствующие предложенным уровням свежести, сводные данные представлены в таблице 8.

Таблица 19 - Значения интегрального показателя аромата груши

Уровень свежести Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Численная оценка снижения потребительской ценности,%

«Несомненная свежесть» До 10*104 До 20

«Переходная свежесть» 10*104-30*104 20 - 100

«Отсутствие свежести» От 30*104 100

Результаты исследования охлажденного мяса (телятины) представлены на рисунке 14.

60СХ

403СС

. 203Ж 2з

сч О о

-2<юа: -¿акю

15QM'j 2030СИ 25СООЗ ЗС0ЭОО 550000 iOOOOO РС1 99 5%

Рисунок 14 - Ароматограмма, характеризующая уровни свежести охлажденного мяса (телятины)

Для уровней свежести, представленных на рисунке 14, рассчитаны показатели точности измерений, приведенные в таблице 20.

Таблица 20 - Показатели точности измерений уровней свежести охлажденного мяса для вероятности 95%__

Показатели точности измерений Уровень свежести

«Несомненная свежесть» «Переходная свежесть» «Отсутствие свежести»

Среднее арифметическое 178000 222200 304545

Среднеквадратическое отклонение 5477 4833 53489

Доверительный интервал 4774 6212 37229

Интервал расположения точек по оси главных компонент 1 (РС1) 173226- 182774 215988 -228412 267316-341775

Итоговый балл оценки экспертов 1 2,6 4

Как видно из таблицы 20, при анализе охлажденного мяса (телятины) точки, характеризующие пробы образца, будут ложиться в выявленные интервалы по оси главных компонент 1.

Предложенная методология была проверена на ряде образцов. На основании обработанного массива данных были выявлены величины «Интегрального показателя аромата», соответствующие предложенным уровням свежести, сводные данные представлены в таблице 21.

Таблица 21 - Значения интегрального показателя аромата охлажденного мяса

Уровень свежести Интегральный показатель аромата, усл.ед.изм. Численная оценка снижения потребительской ценности, %

«Несомненная свежесть» До 30*1О4 До 15

«Переходная свежесть» 30*104-90*104 15-100

«Отсутствие свежести» От 90*104 100

ф ' ©т в . f . . •/

^ * ° s /Я Stale medium fres ft 4 *

Полученные результаты исследования образцов продовольственных товаров разных товарных групп подтвердили перспективность использования мультисенсорных систем для оценки ароматических характеристик широкого круга продуктов питания.

Анализ представленных стандартных ароматограмм, выявил закономерность: чем выше свежесть образца, тем меньше по размеру кластеры, и тем левее находятся центры их тяжести по оси абсцисс. На основании которой возможна разработка методики оценки свежести продовольственных товаров, позволяющая минимизировать подготовительный этап исследования, а также значительно его ускорить.

В пятой главе выявлено, что вклад отдельных металл-оксидных сенсоров в интегральный показатель аромата в большинстве случаев неодинаков. Сенсор, показания которого в процессе хранения продовольственного товара сильнее возрастают, предложено именовать «Доминантным».

Для того чтобы выделить доминантный сенсор необходимо выявить во сколько раз возросли отклики сенсоров. Величина возрастания значений откликов металл-оксидных сенсоров прибора рассчитываем по формуле:

ЛМ = Мп/М1 (4)

где Мп - показания металл-оксидного сенсора прибора для п дня эксперимента, М\ - показания металл-оксидного сенсора прибора для свежего продукта (первый день эксперимента), п - день хранения, когда продукт потерял свежесть.

В таблице 22 представлены данные по величине возрастания каждого сенсора для всех исследуемых образцов.

Таблица 22 — Величины возрастания показаний металл-оксидных сенсоров мультисенсорной системы «УОСпШег» для исследованных продовольственных товаров от начала хранения до этапа порчи _

Наименование исследуемого образца Величина возрастания показаний металл-оксидных сенсоров прибора (ДМ)

М1 М2 МЗ М4

Рисовая крупа 8,8 15,3 10,0 8,2

Гречневая крупа 7,0 10,3 6,4 6,1

Молоко 2,2 1,7 1,9 2,2

Кефир 2,6 4,3 3,0 2,7

Икра трески пробойная, соленая 3,1 5,4 3,6 3,1

Груша свежая поздних сортов созревания 3,0 3,2 2,1 2,5

Мясо охлажденное (телятина) 1,7 2,9 2,9 1,7

Из таблицы 22 видно, что сенсор М2 является доминантным для образцов крупы, кефира и икры тресковых рыб. Для остальных образцов доминантный сенсор слабо выражен.

Для рисовой крупы была разработана экспресс-методика оценки ароматических характеристик по данным доминантного сенсора для определения уровня «Отсутствие свежести». Уровни «Несомненная свежесть» и «Переходная свежесть» экспресс-методика не определяет.

Выявлено, что помимо доминантного сенсора, существует сенсор, чьи отклики лучше всего коррелируют с результатами органолептической оценки, такой сенсор предложено называть «достоверным». Метод выбора достоверного сенсора заключается в вычислении коэффициента корреляции с результатами

органолептической оценки для каждого сенсора. Сенсор, для которого коэффициент корреляции больше, предложено считать «достоверным» (таблица 23).

Таблица 23 - Коэффициенты корреляции откликов сенсоров «УОСте(ег» и итогового балла дегустационной оценки для сваренной рисовой крупы_

Величина коэффициента корреляции для металл-оксидных сенсоров прибора

М1 М2 МЗ М4

Итоговый балл дегустационной оценки 0,914170067 0,938887501 0,978873369 0,886673753

Как видно из таблицы 23, «достоверным» для рисовой крупы является металл-оксидный сенсор МЗ. Его показания больше всего приближены к оценке дегустаторов.

Дальнейшее изучение закономерностей откликов сенсоров мультисенсорной системы «УОСтйег» позволяет разработать экспресс-методику оценки свежести продовольственных товаров.

Используя мультисенсорную систему и новые методологии исследования, анализа и обработки данных можно перейти на новый уровень оценки ароматических характеристик продовольственных товаров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема оценки качества и свежести продовольственных товаров является актуальной. Одним из способов решения данной проблемы, рассмотренным в работе, является применение современных систем для оценки сенсорных характеристик. Современные технологии позволяют разрабатывать и применять новейшие устройства и методы для решения товароведных задач.

Итоги выполненных исследований представлены в следующих выводах:

1) При помощи методов эвристической экспертизы выбрана наиболее информативная сенсорная характеристика для анализа качества продовольственных товаров.

2) Установлено, что ключевым психо-эмоциональным признаком оценки аромата, влияющим на принятие решения потребителем в пользу того или иного продовольственного товара, является показатель «свежесть аромата».

3) Разработан алгоритм применения ускоренного старения продовольственных товаров различных групп, с целью получения ароматических характеристик образцов для калибровки «УОСте1ег».

4) Разработан алгоритм выбора рекомендуемых массы навески образца, температуры и времени нагрева в печи для анализа продукта с помощью мультисенсорной аналитической системы «УОСтйег».

5) Разработан методический подход к оценке ароматических характеристик продовольственных товаров по данным анализа летучих веществ с использованием мультисенсорной системы «УОСтйег».

6) Сравнительный анализ между результатами исследований летучих веществ с применением мультисенсорной системы «УОСтйег» и органолептической оценки с участием дегустаторов выявил видимую связь, свидетельствующую о

достоверности и эффективности предложенного методического подхода к оценке качества для рассмотренных групп продовольственных товаров.

7) В результате исследования были получены кластеры, характеризующие свежесть исследуемых образцов. Эти данные могут быть применимы в дальнейшем для оценки свежести продовольственных товаров, выбранных товарных групп.

8) Показано, что интегральный показатель аромата является наиболее информативным для оценки свежести продовольственных товаров.

9) Выявлены доминантные сенсоры мультисенсорной системы «VОСтйег» для нескольких групп продовольственных товаров.

10) Установлена взаимосвязь между показаниями доминантного сенсора мультисенсорной системы «УОСтаег» и интегральным показателем аромата.

11) Результаты выполненных исследований предполагают возможность суждения о закономерностях изменения динамики аромата продовольственных товаров в процессе их хранения.

12) Результаты выполненных исследований предполагают возможность применения для некоторых продовольственных товаров экспресс-методики оценки качества.

13) Сформированы предпосылки для оценки снижения потребительской стоимости продовольственных товаров с течением их хранения.

Рекомендации использования результатов диссертационной работы.

Данные, полученные в результате проведенной работы, могут послужить основой для исследований ароматических характеристик продовольственных товаров, что позволит четко дифференцировать их по уровням качества и потребительской стоимости.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Мастихина А.Л. Изучение возможности применения мультисенсорной системы УОСте1егУ для анализа свежести гречневой крупы / Мастихина А.Л., Семенова Е.А., Сумелиди Ю.О., Белецкий С.Л., Гурьева Л.В. // Биотехносфера. -2013.-№3(27). -С. 35-37.

2. Гурьева К.Б. Сравнительная оценка качества крупы органолептическим и мультисенсорным методами / Гурьева К.Б., Мастихина А.Л., Сумелиди Ю.О., Белецкий С.Л., Сидоренко Ю.И. // Товаровед продовольственных товаров. - 2013. -№ 10.-С. 45-53.

Статьи и материалы конференций

3. Подкопаев Д.О. Исследование эффективности использования упаковочных материалов с наночастицами серебра для хранения охлажденного мяса / Подкопаев Д.О., Мастихина А.Л., Крайнева О.В. // Товароведение и вопросы длительного хранения продовольственных товаров «Товаровед 2013» -Сборник материалов. - 2013. - С.100 - 104.

4. Семенова Е.А. Сенсорный анализ как метод оценки характеристик продукции длительного хранения / Семенова Е.А., Мастихина А.Л., Крайнева

О.В., Гурьева К.Б. // Теория и практика длительного хранения. Информационный сборник. - 2013. - №3 (23). - С. 4 - 8.

5. Гурьева К.Б. Оценка качества рыбных консервов мультисенсорным методом / Гурьева К.Б., Мастихина А.Л., Семенова Е.А., Сидоренко Ю.И. // Инновационные технологии в пищевой промышленности, товароведении и общественном питании - Сборник материалов межведомственной научно-практической конференции. - Москва. - 2013. - С.63 - 66.

6. Мастихина АЛ. Перспективы оснащения высших учебных заведений инновационными приборами для сенсорного анализа / Мастихина А.Л., Толмачева A.B. // Молодой ученый. - 2014. - № 2 (61). - С. 994 - 995.

Автор выражает глубокую признательность и благодарит коллектив лаборатории технологии длительного хранения продовольственных товаров и хлебопродуктов ФГБУ НИИПХ Росрезерва и особенно заведующую лабораторией к.т.н. К.Б. Гурьеву за консультирование и помощь при выполнении работы.

Подписано в печать 25.05.2014 Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 100 экз. Заказ № 007 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-т, д.28 Тел.8(495)782-88-39

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

На правах рукописи

04201458654

МАСТИХИНА АНАСТАСИЯ ЛЕОНИДОВНА

МЕТОДОЛОГИЯ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ ОЦЕНКИ ПРОДОВОЛЬСВЕННЫХ ТОВАРОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИСЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ ТЕСТИРОВАНИЯ ИХ АРОМАТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК

Специальность05.18.15-Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного

питания

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

доктор технических наук, профессор Ю.И. Сидоренко

Москва-2014

Содержание ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................9

1.1. Изучение различных способов оценки качества продовольственных товаров........................................................................................................................9

1.2. Основные достижения и перспективы использования мультисенсорных систем.......................................................................................................................21

1.3. Ароматические характеристики продовольственных товаров....................24

Выводы по Главе 1..................................................................................................29

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ..........................................................31

2.1. Экспертная оценка целевых потребительских качественных характеристик ...................................................................................................................................31

2.2. Выбор показателей качества продовольственных товаров..........................32

2.3. Определение ключевых показателей, характеризующих понятие «качество» продукта...............................................................................................33

Выводы по Главе 2..................................................................................................39

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ХРАНЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МУЛЬТИСЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ «УОСМЕТЕИ». 40

3.1. Приборы и методы исследования...................................................................40

3.1.1. Описание прибора......................................................................................40

3.1.2. Химическое распознавание.......................................................................41

3.1.3. Метод главных компонент........................................................................47

3.2. Разработка «Методологии оценки ароматических характеристик продовольственных товаров при помощи «УОСте1ег»»....................................49

3.2.1. Деление продовольственных товаров на группы по обонятельным характеристикам..................................................................................................49

3.2.2. Разработка методики ускоренного старения для анализа изменения ароматических характеристик продовольственных товаров при помощи мультисенсорной системы..................................................................................57

3.2.3. Методика выбора рекомендуемых параметров для анализа продовольственных товаров с помощью мультисенсорной аналитической системы «УОСте1ег»..........................................................................................60

3.2.3.1. Изучение влияния массы навески на результат исследования образца рисовой крупы при помощи мультисенсорной аналитической системы «УОСте1ег»........................................................................................61

3.2.3.2. Влияние температуры нагрева в печи на результат исследования образца рисовой крупы при помощи мультисенсорной аналитической системы «УОСте1ег»........................................................................................64

3.2.3.1. Влияние времени нагрева в печи на результат исследования образца рисовой крупы при помощи мультисенсорной аналитической системы «УОСте1ег».......................................................................................................66

3.3. Методика оценки качества продовольственных товаров по данным анализа их ароматических характеристик при помощи мультисенсорной системы «УОСше1ег».............................................................................................................70

Выводы по Главе 3..................................................................................................83

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ «МЕТОДОЛОГИИ ОЦЕНКИ АРОМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ ПРИ ПОМОЩИ «УО СМЕТЕ!*» ДЛЯ РАЗНЫХ ГРУПП ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ.............................................................................................................85

4.1. Анализ изменения свежести гречневой крупы в процессе хранения.........85

4.2. Изменение свежести молока в процессе хранения.......................................90

4.3. Оценка изменения свежести кефира в процессе хранения..........................96

4.4. Оценка изменения свежести консервированной икры в процессе хранения .................................................................................................................................103

4.5. Изменение свежести груши в процессе хранения.......................................109

4.6. Анализ изменения свежести мяса в процессе хранения.............................114

Выводы по Главе 4................................................................................................120

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ АРОМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ........................................................121

5.1. Метод выявления доминантного сенсора....................................................121

5.2. Оценка корреляции показаний доминантного сенсора и показателя «Интегральный показатель аромата» для рисовой крупы................................124

5.3. Разработка экспресс-методика оценки уровня свежести рисовой крупы 128 Выводы по Главе 5................................................................................................129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................130

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................132

ПРИЛОЖЕНИЕ А - АНКЕТА.......................................................................151

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - БАЛЛОВЫЕ ШКАЛЫ..............................................154

ПРИЛОЖЕНИЕ В - ПРИМЕР ДЕГУСТАЦИОННОГО ЛИСТА...........162

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - УТВЕРЖДЕННЫЕ МЕТОДИКИ............................163

ВВЕДЕНИЕ

Во многих странах мира проводятся исследования, направленные на совершенствование и создание новых методов оценки органолептических показателей при помощи инструментальных методов исследования, в целях обеспечения объективности и достоверности полученных результатов.

Многие из органолептических показателей качества могут быть определены с использованием современных инструментальных методов исследования (спектроскопии, изучение структурно-механических свойств, газовой и жидкостной хроматографии, масс-спектрометрии и др.). Однако недостатками некоторых методов является сложность пробоподготовки, а также риск видоизменения веществ в результате химических взаимодействий, что может вносить ошибку в результаты анализа.

Развитие науки и современных технологий привело к появлению инновационных приборов, которые могут заменить или улучшить способности человека. К настоящему времени имеются электронные прототипы всех основных органов чувств человека. Среди современных инструментальных приборов особое место занимают мультисенсорные системы типа «электронный нос».

Подобные системы основаны на газовых сенсорах различных типов, не обладающих высокой селективностью. Сенсоры получили развитие в середине XX в. и нашли широкое применение в промышленности для анализа концентрации газов, как правило, в среде известного состава. Сенсоры, используемые в мультисенсорных системах, как правило, реагируют на группу сходных по каким-либо параметрам газов, и полученная информация преобразуется в электрический или оптический сигнал.

Газовый анализ широко применяется в различных областях: в промышленности — контроль газовых сред технологических процессов, экологическом мониторинге, в системах охраны жизнедеятельности и многих

других. Однако существуют и потенциально новые области применения, связанные с классификацией веществ по летучим органическим компонентам, что особенно важно в пищевой и фармацевтической промышленности, медицине.

Для решения подобных задач, требуется развитие качественно новых методов сенсорного газового анализа, в которых основной акцент делается не только на совершенствование сенсоров, но и на развитие методов исследования ароматических характеристик.

Немногочисленный опыт использования мультисенсорных систем для оценки качества пищевых продуктов (чай, соки, молочные продукты, пряности, мясо и мясные продукты) подтвердил, что «электронный нос» является объективным методом, результаты которого легко подвергаются математической обработке. Однако отсутствует детальный сравнительный сенсорный анализ, выполненный органолептическим и инструментальным методами применительно к таким группам продовольственных товаров, как крупы, консервы, молоко и молочные продукты и фрукты.

□ ПТП тптгптпгтттп шип ГТПТПШ- разработка методологии количественной оценки качества продовольственных товаров на основе мультисенсорной системы тестирования их ароматических характеристик.

гттттп

1. Выбор наиболее информативной сенсорной характеристики для анализа качества продовольственных товаров.

2. Анализ практики применения мультисенсорной системы «УОСте1ег» для органолептической оценки продовольственных товаров разных товарных групп.

3. Разработка алгоритма ускоренного старения продовольственных товаров различных групп с целью получения ароматических характеристик образцов для калибровки мультисенсорной системы «УОСте1ег».

4. Разработка методики пробоподготовки продовольственных товаров для проведения оценки ароматических характеристик с применением УОС-метрии.

5. Изучение влияния условий проведения пробоподготовки на чувствительность сенсоров мультисенсорной системы «УОСте1ег».

6. Разработка методики количественной оценки интенсивности ароматических характеристик при помощи УОС-метрии.

7. Установление степени достоверности и корреляции между результатами анализа летучих веществ с применением мультисенсорной системы «УОСше1ег» и органолептической оценки с участием дегустаторов.

8. Разработка методики качественной и количественной оценки основных ароматических характеристик широкого спектра продовольственных товаров для прогнозирования сроков их годности.

9. Разработка методологии количественной оценки качества продовольственных товаров на основе данных УОС-метрии.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем:

□ Доказана возможность использования прибора, оборудованного неселективными датчиками летучих веществ, для оценки осязаемых человеком ароматических характеристик широкого спектра продовольственных товаров.

□ Впервые показана возможность адекватной оценки срока хранения продовольственных товаров при помощи УОС-метрии путем применения метода ускоренного старения.

□ Изучена взаимосвязь между данными, полученными в результате дегустационной оценки и значениями откликов металл-оксидных сенсоров мультисенсорной системы «УОСте1ег», на основе полученных данных построены стандартные ароматограммы, которые могут быть использованы для оценки свежести изученных образцов.

□ Установлена возможность оценки потребительского качества продовольственных товаров путем измерения интенсивности форпостных ароматов на ранних стадиях порчи.

□ Показана возможность прогнозирования сроков годности продовольственных товаров по определяющему показателю потребительского качества - аромату.

□ Получены стандартные ароматограммы для продуктов выбранных товарных групп, которые могут быть применены в поточных анализах свежести в целях сокращения трудовых и материальных затрат.

Теоретическая и практическая значимость работы

□ Предложено для оценки качества продовольственных товаров использовать наиболее информативную сенсорную характеристику -аромат продукта.

□ Разработана методика количественной оценки качества продовольственных товаров по данным мультисенсорной системы «УОСпШег».

п Разработанная методика апробирована для оценки потребительского качества нескольких групп продовольственных товаров (плодоовощные товары, молоко и молочные товары, рыбные товары, зерномучные товары).

□ Показана возможность применения разработанных методик определения «свежести» по оценке ароматических характеристик для нескольких групп продовольственных товаров (плодоовощные товары, молоко и молочные товары, рыбные товары, зерномучные товары).

□ Разработаны, утверждены и внедрены в практику ФГБУ «Научно исследовательский институт проблем хранения Росрезерва» методики: «Методика измерения уровня свежести гречневой крупы на мультисенсорной системе «УОСте1ег», «Методика измерения уровня свежести рисовой крупы на мультисенсорной системе «УОСте1ег».

□ Разработана и утверждена «Методика проведения анализа свежести икры тресковых рыб пробойной, соленой при помощи мультисенсорной системы «УОСше1ег».

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Изучение различных способов оценки качества продовольственных

товаров

Во всем мире наблюдается динамичное развитие пищевой промышленности. Конструируют и создают новые продукты питания, обогащают традиционные пищевые продукты, с помощью генной инженерии выращивают сельскохозяйственные растения и животных, служащие сырьем для перерабатывающей промышленности. И все это требует обязательного контроля качества и безопасности пищевой продукции, чтобы не навредить человеку. Здоровье населения Российской Федерации является одним из первостепенных задач, стоящих перед товароведением. Жизнь человека зависит от таких факторов, как чистый воздух, чистая питьевая вода и качественные продукты питания [13, 14].

Перед товароведами стоит важнейшая задача: контроль свежести и полезности продовольственных товаров, поступающих на стол потребителя.

Важнейшей характеристикой продуктов питания является их безопасность, рассматриваемая в качестве потребительского свойства, обеспечивающего защиту человека от вредных воздействий при потреблении, сохранении, транспортировке и утилизации продовольственных товаров [77].

В этом отношении большую роль играет совершенствование методик и средств определения качественных показателей продовольственных товаров, составляющие неотъемлемую часть пищевой отрасли. Благодаря такому развитию сегодня мы имеем приборы нового поколения, которые позволяют провести анализ любого пищевого продукта. Ведь они представляют собой сложные образцы для детектирования их состава для качественной и количественной оценки [86].

Анализ литературных источников и других информационных материалов показал, что одним из приоритетных направлений развития современных технологий является предотвращение потерь качества продовольственных товаров на всех стадиях производства и последующего хранения [34, 91], а также позволил выделить основные и перспективные методы оценки качества продуктов.

Для оценки качества продовольственных товаров в пищевой промышленности используют методы аналитического контроля. Для определения микробиологических показателей применяют ПЦР-анализаторы и иммуноферментные анализаторы. Это сложные, дорогостоящие приборы в основном импортного производства.

Для определения показателей радиационной безопасности и токсикологических показателей используют методы испытаний, основанные на атомноабсорбционной спектрометрии, спектрофотометрии, газовой хроматографии и т.д. Очень перспективный метод - высокоэффективная жидкостная хроматография. Метод успешно справляется с задачами определения компонентного состава исследуемых объектов и обладает широкими возможностями не только при определении катионно-анионного состава воды и напитков, но и при обнаружении в пищевых продуктах микотоксинов и фенолов. Особое значение приобретает возможность определения значительного числа пищевых добавок, как разрешенных нормативными документами, но не превышающих допустимых количеств, так и запрещенных к применению [140, 142].

Развивается атомно-абсорбционный метод, используемый теперь и в производственных лабораториях. По-прежнему актуальным является определение малых концентраций металлов-токсикантов методом вольтамперометрии, для которой разрабатываются электроды современного уровня. Также представляют интерес и приборы, позволяющие определять антиоксидантную активность, содержание селена, йодид- ионов, летучих органических соединений в пищевых продуктах. Причем часто это можно делать

без предварительной подготовки образцов к анализу, т. е. прямым методом, что повышает экспрессность определения и достоверность получаемых результатов. Поэтому и пищевая промышленность и аналитическая приборная химия, находящиеся в своем непрерывном развитии, вместе способствуют формированию современного пищевого рынка продуктов питания, удовлетворяющего спрос потребителей с различными вкусами и запросами [28, 135, 143].

Широко используется на пищевых предприятиях потенциометрическое оборудование, вольтамперометрические анализаторы и многие другие [16, 18, 38, 54, 89].

Контроль потребительского качества пищевых продуктов традиц