Разработка методологии количественной оценки качества продовольственных товаров на основе мультисенсорной системы тестирования их ароматических характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

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 акцепт 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.

Цель: разработка методологии количественной оценки качества продовольственных товаров на основе мультисенсорной системы тестирования их ароматических характеристик.

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-метрии.

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. 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 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.

Теоретическая и практическая значимость работы.

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

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

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

Ш 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).

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

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

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.

Перед товароведами стоит важнейшая из задач: 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.

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

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, 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.

Развивается атомно-абсорбционный метод, используемый теперь и в производственных лабораториях. По-прежнему актуальным является определение малых концентраций металлов-токсикантов с помощью 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.

Широко используется на пищевых предприятиях потенциометрическое оборудование, вольтамперометрические анализаторы и многие другие.

Контроль потребительского качества пищевых продуктов традиционно проводят по органолептическим показателям, оцениваемым в основном с помощью органов зрения, вкуса и обоняния.

Органолептический анализ (organolepticanalysis) - это сенсорный анализ продуктов, вкусовых и ароматических веществ с помощью органов чувств человека.

Органолептический анализ является самым распространенным методом оценки качества пищевых продуктов, однако на его результаты оказывают влияние, прежде всего, индивидуальная чувствительность дегустатора, его физиологическое и психологическое состояние, условия оценки и другие факторы.

Согласно общепринятой международной классификации, все методы сенсорной оценки подразделяют на две группы: методы потребительской оценки и аналитические методы.

Методы потребительской оценки предназначены для исследования реакции потребителей на изменение рецептуры или технологических параметров. Для потребительской оценки привлекается широкий круг покупателей, ориентируясь на категорию лиц, для которой предназначен выпускаемый продукт (дети; пенсионеры, спортсмены; люди, соблюдающие специальную диету и т.д.). Результаты испытаний обычно выражаются в виде симпатии или антипатии и основаны на интегрированном восприятии продукта.

Метод приемлемости наиболее часто применяется в потребительской оценке. Наилучшие результаты получаются в тех случаях, когда потребителям предлагают простые шкалы, в которых они делают соответствующие отметки в зависимости от поставленных целей и оцениваемых образцов.

Методом предпочтения проводится исследование, направленное на выбор потребителями лучшего образца. Дегустаторы могут сравнивать оцениваемый образец по памяти, сравнивать исследуемый продукт с контрольным образцом или проводить ранжирование предпочтений для нескольких образцов.

Аналитические методы - основаны на количественной оценке показателей качества пищевых продуктов. К ним относятся: различительные (количественные и качественные) и описательные методы.

Различительные методы используют для сравнения сходных образцов и определения различий между ними. Для объективных аналитических испытаний дегустаторы должны обладать высокой сенсорной чувствительностью, а также снизить значимость сенсорных пристрастий и гедонических реакций.

Различительные методы применяют в случаях, когда требуется определить, существует ли разница между оцениваемыми образцами. Некоторые методы из этой группы позволяют оценить имеющуюся разницу количественно.

Описательные методы - наиболее сложные из аналитических методов, их целью является описание и количественное выражение сенсорных характеристик продукта. К ним относятся: метод парного сравнения, метод треугольника (триангулярный), метод «дуо-трио», метод единичных стимулов «А-не А» и другие.

Методы качественного различительного анализа используются в тех случаях, когда необходимо выяснить есть ли разница между оцениваемыми образцами по одному из показателей (вкус, запах, консистенция, внешний вид) или общему впечатлению о качестве продукта. Эти методы применяют также при отборе и обучении дегустаторов.

Метод парного сравнения. Дегустатору предлагают оценить от 6 до 8 закодированных пар проб. В парах комплектуют исходные и модельные продукты, мало различающиеся между собой.

Метод треугольника. Дегустатору предлагают оценить от 3 до 7 закодированных тройных блоков проб. В блоках комплектуют исходные и модельные продукты, мало различающиеся между собой. Во всех блоках предлагают одни и те же пробы, но в произвольной последовательности, например АББ, БАБ, АБА, ААБ и т.д. Дегустатор оценивает три образца, два из которых идентичны, и выбирает пробу отличную от двух других.

Метод «дуо-трио». Дегустатору предлагают сравнить два образца, представленные в паре, и обнаружить в них отличия на основе контрольного образца.

Метод «А-не А» (единичных стимулов). Дегустатору предлагают серию закодированных проб, некоторые из которых идентичны стандартному образцу «А», другие отличаются от стандартного образца «не А». Серию комплектуют исходными и модельными продуктами, мало различающимися между собой.

Также в сенсорном анализе различают непосредственные (простые) и количественные описательные методы. Их цель состоит в том, чтобы описать и количественно выразить сенсорные характеристики продукта.

Непосредственный описательный метод достаточно прост, для его реализации не требуется больших временных, материальных и энергетических затрат. Описание органолептических показателей широко используется для идентификации продовольственных товаров и приводится во всех стандартах и других нормативных документах, регламентирующих требования к качеству продовольственного сырья, пищевых и вкусовых продуктов.

К описательным количественным методам относят балловую систему оценки и профильный анализ. В этих методах широко используются шкалы для количественной оценки качественных признаков продуктов. Применение данных методов требует привлечения хорошо подготовленных дегустаторов, способных четко различать и описывать сенсорные характеристики продукта.

Введение в практику метода балльной оценки, основанного на единых принципах, необходимо для обмена информацией о качестве продовольственных товаров в международной торговле.

От точности критериев и методик, используемых для отбора и обучения участников, напрямую зависят объективность и воспроизводимость результатов сенсорной оценки. Для проведения аналитической сенсорной оценки привлекаются следующие квалификационные категории испытателей: отобранный испытатель, эксперт-испытатель и специализированный эксперт. Важной и сложной задачей является адекватное определение уровня квалификации экспертов.

Применяемые стандарты не позволяют дифференцировать уровень пригодности испытателей, вследствие чего большую ценность органолептические показатели приобретают при дополнении качественной информации количественной оценкой, получаемой с помощью аналитических методов.

В настоящее время активно развиваются технические средства для анализа газового состава, получившие название в литературе как приборы типа «электронный нос», по эффективности сравнимые с биологическим аналогом. Они предназначены для комплексного анализа летучих компонентов, формирующих запах и аромат продовольственных товаров. Чаще всего они формируются на основе набора множества датчиков (сенсоров), генерирующих первичный сигнал, и техник распознавания образов, обрабатывающих совокупный сигнал.

Существуют различные типы датчиков, принцип действия которых основан на определенных физических или химических явлениях и свойствах. При систематизации датчиков часто рассматривают принцип их действия.

В настоящее время существует тенденция увеличения числа и усложнения функций, выполняемых сенсорами. Особенно это характерно для интегральных датчиков, способных работать с дополнительными устройствами в своем составе. Такие датчики способны быть основой для создания измерительных систем, которые позволяют осуществлять сбор, обработку, хранение и распределение информации. В таблице 1.1 приведена классификация сенсоров мультисенсорных систем по основным параметрам и характеристикам.

Таблица 1.1 - Классификация сенсоров мультисенсорных систем по различным признакам

№ П/п	Признак	Вид	Характеристика
1	По виду входных величин	Активные	Входные величины имеют энергетическую природу (напряжение, сила и т.д.)
1		Пассивные	Входные величины имеют неэнергетический характер (электрические ёмкость, сопротивление и др.)
2	По числу воспринимаемых и преобразуемых величин	Одномерные	Оперирующие с одной величиной
1		Многомерные	Воспринимающие несколько входных величин
3	По числу выполняемых (измерительных) функций	Однофункциональные	Могут выполнять только одну основную функцию
1		Многофункциональные	Могут помимо основной функции (восприятие величины и формирование измерительного сигнала) выполнять ряд дополнительных функций
4	По числу преобразований энергии и вещества	Одноступенчатые	Преобразуют энергию в вещество только один раз
1		Многоступенчатые	Преобразуют энергию в вещество несколько раз
5	По технологии изготовления	Элементные	Изготавливаемые из набора отдельных элементов
1		Интегральные	Все составные элементы датчика изготавливаются одновременно по интегральной технологии
6	По взаимодействию с источниками информации	Контактные	Непосредственного действия
1		Бесконтактные	Дистанционного действия
7	По виду измерительных сигналов	Аналоговые	Для анализа работы аналоговых датчиков должен быть использован соответствующий математический аппарат
1		Цифровые	Для анализа работы цифровых датчиков должен быть использован соответствующий математический аппарат

К качеству современных датчиков предъявляются высокие требования: чувствительность, точность, линейность, воспроизводимость показаний, скорость отклика, взаимозаменяемость, длительный срок службы устойчивость к внешней среде, безотказность в работе, малые габариты и масса, простота конструкции, интегральное исполнение и низкая себестоимость.

К настоящему времени разработано огромное количество самых разнообразных сенсоров, перспективы расширения применения которых связываются, главным образом, с успехами в обработке их сигналов.

Как видно из представленного рисунка, существует множество химических сенсоров, созданных по различным технологиям, основанных на специальных физико-химических эффектах, позволяющих проводить аналогии между ощущениями человека и более точными, но, зачастую, узконаправленными датчиками. Реализация систем типа "Электронный нос" возможна благодаря современным технологиям наноэлектроники и методам обработки многопараметрической информации. Ученые трудятся над созданием приборов низкой стоимости для массового потребления, в том числе и для индивидуальных применений.

Особое место в этом случае занимают мультисенсорные системы, предлагающие совершенно новый подход к измерению многокомпонентных газовых сред с помощью неселективных сенсоров. Эта концепция следует принципам работы рецепторов в системе обоняния млекопитающих, чья система обоняния (как и у насекомых) основывается на наборе нескольких сотен типов рецепторов, каждый из которых имеет отличающийся отклик к данному газу. Такие системы способны решать различные задачи пищевого анализа. Например, классифицировать и идентифицировать по основному компоненту запаха пряности (корица, черный и красный перец, тимода, мускатный орех), оценивать количественно интенсивность запаха кофе (сырье и обжаренные зерна) и качество пищевых масел; определять микропримеси этилацетата в пищевом уксусе и содержание остаточных растворителей, покрытий, чернил в нескольких граммах упаковочной бумаги. В целом, «электронные носы» в перспективе смогут частично заменить сложное лабораторное оборудование и существенно упростить и ускорить процесс проведения анализа газовых смесей.

Классификация приборов типа «электронный нос», работающих на различных физических принципах, их преимущества и недостатки представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Классификация приборов типа «Электронный нос», их преимущества и недостатки

Тип сенсора	Принцип измерения// Способ изготовления	Преимущества	Недостатки	Производитель	Стоимость (тыс. $)
Металлоксидные	Проводимость// Микроэлектроника	Очень высокая чувствительность, быстрое реагирование и восстановление	Высокая рабочая температура, высокое энергопотребление, чувствительны к влажности	Lennartz Electronics GmbH	55
				Alpha MOS-Multy Organoleptic Systems	20
				Nordic Sensor Thechnologies	40
Проводящие полимеры	Проводимость// Технология микропечати	короткое время отклика, разнообразие покрытий датчиков	недолговечность, чувствительность к влажности и температуре, громоздкие размеры, ограниченная чувствительность	Alpha MOS-Multy Organoleptic Systems	20
				Aroma scan PLC	50
Пьезокристаллические микровесы	Приращение массы// Технологии нанесения микропленок	Высокая точность, разнообразный спектр сенсорных покрытий, высокая чувствительность	Слабый сигнал шум, ограниченная чувствительность, громоздкие	HKR Sensorsystems GmbH, Alpha MOS-Multy Organoleptic Systems	20
Поверхностные акустические волны	Приращение массы// Технологии нанесения микропленок	Высокая чувствительность небольшое время отклика, разнообразные покрытия датчика, небольшой размер, низкая стоимость	Сложная схема действия, потребляемая мощность	SavtecInc	5
				Electronic Sensor Thechnology	25
Каталитические транзисторы	Измерение емкостных зарядов// Микроэлектронные технологии	Малый размер датчика, недорогие операционные расходы	Требуется экологический контроль, низкая чувствительность	Nordic Sensor Thechnologies	40
Оптоэлектронные сенсоры	Флуоресценция, ИК-спектр, анализ микропленок// Точные технологии, нанесение красителей	Очень высокая чувствительность, способность идентификации отдельных соединений в смесях	Дорогие в эксплуатации, низкая мобильность из-за хрупких компонентов	Nordic Sensor Thechnologies	60

Проанализировав сведения, приведенные в таблице 1.2, можно сделать вывод о том, что все типы сенсоров обладают как преимуществами, так и недостатками и подходят для разных целей, преследуемых учеными. В целом, существует четкая потребность в электронных системах для целого ряда портативных приложений. Уже сейчас на этой, относительно ранней стадии развития, существует потенциал для создания микромеханических систем с функциями «электронного носа», способных анализировать окружающие их ароматы.

1.2 Основные достижения и перспективы использования мультисенсорных систем

Мультисенсорные системы содержат химические сенсоры, предназначенные для обнаружения газов или паров. Датчики отличаются друг от друга, поэтому, при анализе сложных запахов, сформированных из множества веществ, каждый сенсор реагирует по-своему. Такой принцип создаёт возможность создания шаблонов ответов датчиков, которые сохраняются в базе данных «электронного носа».

Рассматриваемая технология занимает умы ученых последние двадцать лет. Полученный опыт использования мультисенсорных систем для оценки качества продовольственных товаров подтверждает, что «электронный нос» по своим характеристикам чувствительности сравним с человеческим носом, но поскольку является объективным методом, имеет ряд преимуществ, а его результаты возможно подвергнуть математическому анализу.

Американские ученые пытаются использовать автоматические анализаторы для контроля происхождения вина: например, чтобы узнать, в каком регионе рос виноград, из которого оно сделано, и какого он был сорта. Израильские ученые собираются искать с помощью «электронного носа» новые ароматы. Для этого они создали базу данных из 123 различных химических веществ на основании мнений группы испытателей с распределением их оценок по специальной шкале. Ученые утверждают, что созданная система готова для практического использования и позволит во много раз ускорить разработку ароматических веществ. Специалисты из Мадрида изобрели "электронный нос", запрограммированный для распознавания индивидуальных запахов человека для их идентификации. В перспективе прибор сможет заменить собой как дактилоскопию, так и сканирование радужки глаза. На данный момент погрешность биометрической идентификации по запаху составляет 10 процентов.

Российские аналитические приборы вполне могут конкурировать с импортными аналогами. Конечно, зарубежные производители имеют большие финансовые возможности для разработки своей продукции, и они гораздо раньше приступили к решению многих проблем определения качественных показателей и поэтому продвинулись в этом направлении дальше. Но и многие российские компании выпускают оборудование, не уступающее по качеству и эффективности импортному.

Российские ученые сконструировали стендовый образец «электронного носа», который по своей чувствительности близок к аналогичному человеческому органу. Прибор представляет собой набор строго селективных датчиков и имеет обширный прикладной характер. Прибор можно использовать не только в медицине и пищевой отрасли, но и при поиске наркотиков и взрывчатых веществ. Уже сейчас прибор идентифицирует вредные примеси в воде и стройматериалах, а также оценивает качество воздуха в помещениях.

Уровень оснащения пищевых предприятий лабораторным оборудованием напрямую связан с их финансовыми возможностями. Мощные, высокобюджетные предприятия в большинстве закупают дорогостоящую импортную технику. Несмотря на это, отечественное приборостроение развивается достаточно высокими темпами, поэтому доля российского оборудования на рынке аналитических приборов будет увеличиваться.

К самым перспективным областям применения новой технологии можно отнести следующие:

Медицина: разработаны технологии обнаружения туберкулеза по анализу дыхания при помощи мультисенсорных систем. Ведутся исследования способов выявления заболеваний как в клинических, так и в домашних условиях, разрабатываются методы контроля лекарственных препаратов.

Диагностические «электронные носы» нужны там, где применяемые тесты не могут обеспечить точность и воспроизводимость результатов, а также для обеспечения неинвазивных средств диагностики и мониторинга личного здоровья.

Экология: контроль вредных выбросов, выхлопных газов, мониторинг природных экосистем, обнаружение следов токсичных, ядовитых и опасных реагентов; контроль состава воздушной среды помещений, качества газовоздушных выбросов промышленных предприятий, обнаружение вредных примесей или загрязнителей в грунтовых водах или водоемах.

Безопасность: борьба с наркотиками, контрабандой и терроризмом, перспективы замены собак-ищеек, поиск пропавших людей в завалах и труднодоступных объектах (например, развалы домов после землетрясений и техногенных катастроф); контроль утечек природного газа и других опасных жидких и газообразных веществ; обнаружение взрывчатых веществ и наркотиков.

Криминалистика: судебно-химическая экспертиза, идентификация денег и ценных бумаг по запаху, пожарная сигнализация, обнаружение запахов в условиях радиация, отравляющих веществ, высоких температур.

Контроль продуктов: проверка свежести и съедобности продуктов и сырья, разработка ароматических характеристик продукции, потребительский контроль.

Машиностроение - самодиагностики приборов, робототехника, разметка деталей и компонентов.

Развлечения - парфюмерная и косметическая промышленность.

Таким образом, наносенсорная нейроподобная система "Электронный нос" в ближайшие 3-10 лет может стать ключевым направлением развития современной электроники. Варианты ее исполнения являются инновационными, поскольку направлены на создание, главным образом, новой продукции, востребованной рынком.

На основании этих данных можно сделать вывод, что исследования, проводимые для создания методики оценки качества с использованием мультисенсорной системы «электронный нос», своевременны и актуальны. С ее помощью можно получить достоверную информацию об исследуемом образце, в том числе, о степени его безопасности, дать характеристику по признакам порчи; классифицировать пороки на основе количественной и качественной оценки.

1.3 Ароматические характеристики продовольственных товаров

При оценке пищевых продуктов особое внимание потребитель уделяет их аромату. Большую роль тут играют традиции, привычки, ощущение гармонии, которое возникает в организме человека при употреблении пищевых продуктов с определенным приятным ароматом. Неприятный, нетипичный вкус часто и справедливо связывают с низким качеством продукта.

Обоняние - чрезвычайно тонкое чувство. Человек без труда различает и запоминает до 1000 запахов, специалист же способен различать 10000 - 17000 запахов. Наряду с понятием «запах» используют термины «аромат» для обозначения приятного запаха и «букет» для характеристики сложного аромата, развивающегося в результате ферментативных и химических процессов (например: при выдержке вин и коньяков, созревании сыров и рыбных консервов, выпечке хлеба, обжарке зерен кофе и т.д.).

Восприятие запахов человеком осуществляется с помощью специальных обонятельных рецепторов, расположенных в слизистой оболочке верхних отделов носовой полости. Пахучие вещества вместе с током воздуха попадают в носовую полость, растворяются и раздражают рецепторные обонятельные клетки, откуда информация о запахе передается в мозг. Здесь в обонятельном анализаторе формируется впечатление о характере запаха (его качестве и интенсивности).

Запахи бесконечно многообразны, и «обонятельный словарь» необычайно вариабелен. Часто в передаче ощущений запаха принимает участие тройничный нерв, что осложняет словесное описание впечатления. Значение слова не соответствует обонятельному качеству, так как обонятельный раздражитель, воздействуя на тройничный нерв, может вызвать пощипывание носоглотки, чувство свежести, шероховатости и т.д. Обонятельные ощущения связаны с объемом вдыхаемого воздуха и скоростью движения частиц. Это тоже затрудняет интерпретацию обонятельных ощущений. Поэтому при оценке качества пищевых продуктов необходим единый принцип при опробовании запаха.

Обонятельная чувствительность снижается с возрастом. Нарушения обоняния от полной его утраты (аносмия) и до повышенной чувствительности к запахам (гиперосмия) - встречаются при воспалительных заболеваниях слизистой оболочки носа, травмах и опухолях мозга, психических расстройствах. Возможны и галлюцинации обоняния, проявляющиеся в том, что человек ощущает запах, которого в действительности нет (паросмия).

Впечатлительность обоняния изменяется под воздействием внешних условий, особенно температуры, относительной влажности и чистоты воздуха. В помещении без запахов при температуре 20 ± 2 °С и относительной влажности 70 ± 5% впечатлительность обоняния возрастает на 25%.

В пищевой промышленности аромат является одним из важнейших факторов, определяющих популярность того или иного продукта на современном рынке. Однако, в широком смысле, слово «аромат» часто обозначает запах продукта.

Вкус и аромат продуктов питания определяются многими факторами. К числу основных относятся следующие.

1. Состав сырья, наличие в нем определенных вкусоароматических компонентов.

2. Вкусовые вещества, специально вносимые в пищевые системы в ходе технологического потока. Среди них: подслащивающие вещества, эфирные масла, душистые вещества, ароматизаторы, пряности, поваренная соль, пищевые кислоты и подщелачивающие соединения, усилители вкуса и аромата.

3. Вещества, влияющие, а иногда и определяющие вкус и аромат готовых изделий и возникающие в результате разнообразных химических, биохимических и микробиологических процессов, протекающих при получении пищевых продуктов под влиянием различных факторов.

4. Добавки, специально вносимые в готовые изделия (соль, подсластители, специи, соусы и т.д.).

Одним из основных методов потребительской оценки качества продовольственных товаров является обонятельный метод.

Обонятельный метод -- метод, основанный на восприятии запаха с помощью рецепторов обоняния.

Даже микроколичества пахучих веществ или их смесей способны нести большой объем значимой информации о качестве продуктов. Не менее ценная информация о запахах, недоступная обонянию человека, может быть получена посредством сенсорных систем. Вопросы о природе запаха и биофизических процессах, связанных с обонянием - одна из проблем, которая по праву считается «одной из наиболее сложных в физиологии». В настоящее время отсутствует единая теория о природе и восприятии запахов. Существуют лишь научные гипотезы, предлагающие тот или иной вариант объяснения механизма восприятия запахов.

При оценке «приятности» запаха восприятие человека зачастую бывает субъективно. Чувствительность обоняния зависит от многих факторов:

-- психологического и физиологического состояния;

-- концентрации пахучего вещества;

-- длительности его воздействия;

-- внешних условий и т.д.

Из двух с лишним миллионов органических веществ 400 тыс. имеют более или менее резкий запах; большинство пахучих веществ имеют свой, характерный запах. Считают, что в пахучих веществах есть особая группа атомов-осмофоров (носителей запаха), которая обуславливает запах. Однако увеличение в одной молекуле числа осмофоров не усиливает запаха, а ослабляет его, а иногда и совсем уничтожает.

Складываясь, запахи могут усиливать один другой, ослаблять или давать в итоге новый запах, порой ни на что не похожий, совершенно неожиданный.

Дж. Дэвис Монкрифор предложил свою теорию рецепции запаха на узнавание формы молекулы по соответствию между структурой молекулы пахучего вещества и структурой некоей полости в рецепторной клетке. Развивая эту теорию, Эймур исследовал запахи множества органических соединений и систематизировал их. Согласно Эймуру, имеется 7 первичных запахов:

-- камфорный (камфора);

-- мускусный (пентадеканолактан);

-- цветочный (фенилметилэтилкарбинол);

-- мятный (ментол);

-- эфирный (дихлорэтилен);

-- едкий, острый (муравьиная кислота);

-- гнилостный (бутилмеркаптан).

На основании оценки литературных сведений ясно, что аромат, как физиологический феномен, является неоднозначным и может быть дифференцирован на составляющие не только на основе элементарных запахов, но и на основе их «тональности». Для того, чтобы выявить и классифицировать эту новую категорию были привлечены эксперты, специалисты-товароведы, перед которыми поставили задачу перечислить дескрипторы, характеризующие «тональность» запаха продовольственных товаров. После анализа предложенных экспертами дескрипторов нами могут быть предложены разновидности тональностей ароматов, которые приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Классификация ароматов по психоэмоциональным признакам

№ П/п	Признак	Дескриптор
1	«Степень приятности»	приятный, нейтральный, неприятный, отталкивающий
2	«Теплота»	холодный, прохладный, теплый, горячий
3	«Свежесть»	свежий, нейтральный, затхлый, тухлый
4	«Легкость»	легкий, нейтральный, тяжелый, давящий
5	«Плотность»	плотный, едва уловимый
6	«Сила»	слабый, сильный
7	«Мягкость»	нежный, мягкий, жесткий
8	«Острота»	пикантный, острый
9	«Вкус»	сладкий, горький, кислый

Как видно из таблицы 1.4, запахи продовольственных товаров обладают рядом психоэмоциональных признаков, которые могут присутствовать в запахе продукта, как по отдельности, так и в совокупности.

За последние несколько лет исследователи научились создавать приборы, хорошо подражающие работе обонятельной и вкусовой систем человека. Однако полностью заменить человека системы пока не в состоянии, так как ей необходимо постоянно обращаться к созданным экспертами базам данных запахов образцов продовольственных товаров.

Согласно общепринятой терминологии:

- запах - это впечатление, возникающее при возбуждении рецепторов обоняния, находящихся в полости носа;

- аромат -- это естественный, характерный запах продукта;

- букет - это запах, возникающий во время созревания, брожения или ферментации (сыра, вина, чая).

Не выявлено, являются ли отклики сенсоров приборов и обонятельные ощущения экспертов реакциями на одни и те же ароматобразующие вещества, а, следовательно, не ясно, можно ли утверждать, что мультисенсорные системы реагируют на «запах», «аромат» или «букет» продовольственных товаров.

В результате проведенного анализа сведений, представленных в литературных источниках, предложено ввести термин «ароматические характеристики».

Ароматические характеристики - это вещества, в некоторой степени характеризующие запах продовольственного товара, вызывающие отклики сенсоров мультисенсорной системы.

По результатам проведенного обзора литературных источников были сделаны следующие выводы:

1. Исследования, направленные на разработку методики оценки продукта (аромат, свежесть, приятность) с использованием мультисенсорной системы «электронный нос», современны и актуальны.

2. Мультисенсорная система "Электронный нос" в ближайшие 3-10 лет может стать ключевым направлением развития современной электроники. Варианты ее исполнения являются инновационными, поскольку направлены на создание, главным образом, новой продукции, востребованной рынком.

3. Необходимо оценить, какое из свойств продовольственных товаров является наиболее информативным, больше всего влияет на восприятие продукта питания потребителем, а также быстрее и легче всего способно дать информацию о продукте.

4. Изучив современные сведения об инструментальных методах исследования качества продуктов питания, можно сделать вывод о том, что применение мультисенсорных систем для оценки органолептических свойств продукта является малоизученной областью и нуждается в исследовании и обосновании эффективности ее применения.

5. Перед товароведами стоит задача научиться количественно измерять качество продукта, так как оно настолько многообразно, многомерно, индивидуально и строго не детерминировано, что необходимо привести универсальную систему его численного выражения.

6. Нет универсальной методологии численного измерения показателя качества, базирующегося на оценке аромата инструментальным методом с использованием мультисенсорной системы «VOCmeter».

7. Не изучена классификация продовольственных товаров по группам на основе интенсивности и характера их аромата.

8. Не установлено наличие корреляции между видовой чувствительностью летучих веществ, оцениваемых «VOCmeter» и ароматическими веществами, являющимися обонятельными стимулами для человека.

9. Не разработана методика оценки ароматических характеристик по данным тестирования летучих веществ при помощи «VOCmeter» для большинства продовольственных товаров.

2. Оценка качественных характеристик продовольственных товаров

2.1 Экспертная оценка целевых потребительских качественных характеристик

Важной задачей в исследовании такого спорного показателя, как качество продуктов питания, является выявление его ключевых дескрипторов. В рамках цели и задач исследования было предложено выявить ключевые дескрипторы путем проведения эвристической экспертизы. По данным экспертизы ключевые дескрипторы были выявлены и ранжированы.

Для разработки методологии экспертного этапа выявления целевых потребительских качественных характеристик был принят алгоритм, предложенный при разработке балловых шкал сенсорной оценки продовольственных товаров.

Потребительские характеристики продуктов питания формируются за счет гигиенических, антропометрических, физиологических, психофизиологических, психологических, эстетических, социальных показателей, а также за счет показателей функционального назначения, показателей выполнения основных функций (полезности), технологических параметров производства, органолептических характеристик и способности продуктов питания к длительному хранению.

Даже краткий вышеприведенный обзор характеристик, входящих в состав такого показателя, как «качество продуктов питания», указывает на бесконечное множество подходов к его оценке, что приведёт к формированию широкого спектра всевозможных методов и методик, целью которых является установление определенных критериев, способных полностью или частично описать этот показатель.

Желаемый результат может быть достигнут при изучении основных характеристик сырья, физико-химических процессов в технологическом цикле и новых социально-психологических, физиологических исследованиях. Для достижения поставленной цели должна быть решена задача оценки значимости характеристик потребительской ценности продовольственных товаров.

Существует два подхода к потребительской оценке качества продукта: оценка путём выявления предпочтений потребителей в конкретном секторе потребительских товаров и оценка путём выявления приемлемости (толерантности) потребителя. Зачастую сами потребители не в состоянии четко сформулировать свои желания и предпочтения. Для этого они должны обладать специальными знаниями и умениями. Поэтому для выявления и правильной интерпретации потребительских предпочтений должны быть привлечены специалисты - эксперты в области эвристической экспертизы.

Сформулировать перечень возможных характеристик продуктов питания, сформировать перечень дескрипторов качества и провести их ранжирование с учетом коэффициентов значимости является сложной задачей.

Результатом такой экспертной оценки является создание перечня основных характеристик качества продуктов питания. По полученному перечню будут предложены современные методы исследования «качества» продуктов питания, обеспечивающие своевременное и достоверное выявление его изменений.

2.2 Выбор показателей качества продовольственных товаров

Качественные потребительские характеристики продуктов питания зависят от целого ряда действующих факторов: производственного, эстетического и психологического характера. К числу производственных факторов следует отнести: используемые технологии, оборудование, уровень квалификации технологического персонала, сырье. Факторы эстетического и психологического характера имеют более сложную природу и могут быть выявлены в полной мере только при помощи специальных методов анализа и тестирования.

Таким образом, при оценке «качества» продуктов питания в настоящее время не разработаны количественные методы. В качестве критериев качества в таких исследованиях приводят комплексы численных критериев, либо информационно-матричные модели, основанные на использовании балловых шкал.

Экспертные методы относятся к эвристическим методам экспертизы. Экспертные методы применяют в случае значительной неопределенности в методах оценки и ожидаемом конечном результате экспертизы.

Для оценки возможного перечня дескрипторов для оценки «качества» продуктов питания выстраивание вопросов велось путем дробления качественных категорий более высокого уровня на категории более низкого уровня.

2.3 Определение ключевых показателей, характеризующих понятие «качество» продукта

В качестве респондентов в проведенном исследовании были привлечены специалисты - товароведы, а также обученные испытатели.

Экспертизу проводили под методическим руководством модератора, который давал разъяснения с целью унификации терминологии и формирования единого подхода у респондентов к понятиям и терминам.

В случае необходимости модератор организовывал рабочие дискуссии по отдельным вопросам экспертизы.

Далее на диаграммах приведены результаты опроса экспертов, обработанные при помощи статистических методов.

Дескрипторы, приведенные в анкете, были выбраны на основании анализа литературных источников, посвященных теме сенсорного анализа, а также вопросам качества продукта.



Рисунок 2.1 - Распределение психологических показателей оценки продовольственных товаров

Показатели «товарный вид» и «совершенство производственного исполнения» являются ключевыми, по мнению респондентов.

Рисунок 2.2 - Распределение социальных показателей оценки продовольственных товаров

Показатели «соответствие продукта оптимальному ассортименту» и «общественная целесообразность выпуска продукта», по мнению респондентов, являются ключевыми социальными показателями.



Рисунок 2.3 - Распределение товароведных показателей оценки продовольственных товаров

Из предложенной диаграммы видно, что мнения респондентов распределились почти равномерно между показателями, однако ключевыми признаны «показатели сохраняемости».

Рисунок 2.4 - Распределение признаков безопасности потребления при оценке продовольственных товаров

Большее доверие респондентам внушают такие признаки безопасности потребления продуктов питания, как «соответствие санитарным правилам» и «соответствие международным нормативам».

Рисунок 2.5 - Распределение психофизиологических показателей оценки продовольственных товаров

Из предложенной диаграммы видно, что мнения респондентов распределились почти равномерно между показателями, характеризующими психофизиологические предпочтения потребителей. С небольшим отрывом лидирует показатель «Привлекательный аромат», далее идут показатели «привлекательный внешний вид» и «привлекательный вкус».

Рисунок 2.6 - Распределение показателей качества продукта, определяемые обонянием

«Запах» продукта все еще остается ключевой характеристикой, по которой потребитель выбирает продукт. Это одно из первых ощущений, формирующих «образ» продукта и привлекающих внимание потребителя. Так какие же психоэмоциональные признаки оценки аромата влияют на принятие решения потребителем в пользу того или иного продукта питания?

Рисунок 2.7 - Распределение психоэмоциональных признаков оценки аромата продовольственных товаров

На первом месте, по мнению большинства респондентов - показатель «свежесть аромата».

Полученная в результате исследования последовательность потребительских характеристик различных уровней представляет собой, по мнению респондентов, суть понятия «качество», а конечные, неделимые его потребительские характеристики являются «ключевыми потребительскими дескрипторами».

Одним из критических показателей качества, по мнению экспертов, является «свежесть аромата». Это неудивительно, так как в последнее время во всех средствах массовой информации мы слышим термин «свежесть» и определение «свежий». Свежими должны быть продукты, духи и даже идеи и решения.

Что касается оценки продовольственных товаров, несовершенный обонятельный аппарат человека часто не способен достоверно и объективно оценить «свежесть». Вследствие чего возникает необходимость в применении инструментальных методов оценки ароматических характеристик. Однако, и здесь есть риск ошибочной оценки, так как до конца не изучено, как связаны реакции таких приборов, как, например, «электронный нос» с обонятельными ощущениями человека. Для решения этой проблемы, необходимо провести исследования продовольственных товаров разных групп и разной степени свежести, а также провести сравнительный анализ результатов оценки аромата продукта органолептическим и мультисенсорным методами.

1. Разработан алгоритм экспертной оценки целевых потребительских качественных характеристик продуктов питания на основе изучения потребительских предпочтений.

2. При помощи методов эвристической экспертизы определены ключевые дескрипторы, характеризующие понятие «качество».

3. Установлено, что ключевым дескриптором продовольственных товаров, по которому потребитель выбирает продукт, является «Запах», одно из первых ощущений, формирующих «образ» продукта и привлекающих внимание потребителя.

4. Установлено, что ключевым психоэмоциональным признаком оценки аромата, влияющим на принятие решения потребителем в пользу того или иного продовольственного товара, является показатель «свежесть аромата».

3. Изучение изменения ароматических характеристик продуктов питания в процессе хранения при помощи мультисенсорной системы «VOCmeter»

3.1 Приборы и методы исследования

Описание прибора.

Основным применением различных систем «VOCmeter» является выявление летучих соединений в области качества и управления технологическими процессами в промышленности, а также в научно-исследовательских учреждениях.

Сенсорные системы объективны и могут быть использованы непрерывно, но полностью заменить группы дегустаторов не смогут.

Техническая реализация не позволяет проводить оценку в соответствии с такими категориями, как фруктовый, зеленый, затхлый или, тем более, хороший или плохой запах. Следует отметить прийти к такому описанию с помощью технических средств очень сложная задача.

Преимущества при сравнении с классическими аналитическими системами это:

· экономия средств предприятия за счет снижения временных и трудовых затрат;

· простота использования (необходим только короткий тренинг);

· возможность использования он-лайн. Он-лайн использование требуется при контроле качества, так как необходим непрерывный мониторинг различных параметров.

Использование химических сенсорных систем при контроле качества и процессов дополняет существующие методы, такие, как оценка дегустаторов и классические аналитические инструменты.

Системы «VOCmeter» разработаны для определения газов или летучих соединений в жидких или твердых пробах. Летучие соединения испаряются из матрицы. Это, так называемое, свободное пространство является динамическим равновесием в образце (в высоко- и среднелетучих соединениях). Свободное пространство, следовательно, представляет образец качественно и количественно. Использование такого способа пробоотбора резко уменьшает объем необходимых работ (например, жидкостная экстракция из растворителя с последующим обогащением). Таким образом, технология парофазного пробоотбора очень эффективна. Важным ключевым фактором для успешного измерения является подготовка образцов с высокой воспроизводимостью и чистым образом.

...