Главная

Анализатор степени измельчения пищевых продуктов на базе микроскопа.

Одним из важных технологических процессов в производстве пищевых продуктов является процесс измельчения (помола) различных компонентов.
От степени помола зависит качество выпускаемой продукции, а также производительность и долговечность оборудования.
Поэтому тщательный контроль размеров частиц имеет большое значение. В настоящее время, на кондитерских предприятиях, в качестве экспресс- метода для определения размеров частиц, в шоколадной глазури, используется микрометр. При этом, измеряется фактически толщина слоя частиц между губками микрометра, что не является размером частиц. Отсутствует точная информация о фактических размерах частиц и их распределение.
Применяемые более объективные седиментационные методы контроля громоздки, требуют значительное время на подготовку и анализ, не дают в полной мере оценку качества помола.
Однако эти методы традиционны, имеют, установленные границы по которым контролируется процесс помола. Например, степень измельчения шоколадной глазури на кондитерских предприятиях определяется седиментационным методом /1/, путем измерения веса не осевших в керосине частиц глазури, размером меньше 35мкм, и расчета отношения веса этих частиц к общему весу всех частиц.
X=(P35 / Pобщ.)*100%, (1)
где X- степень измельчения, %; P35- вес, не осевших частиц меньше 35 мкм, мг; Робщ.- вес всех частиц, мг.
Степень измельчения считается достаточной, если Х находится в пределах (95%- 98%).
Аналогичные показатели имеются в масложировой промышленности, при определении устойчивости эмульсии майонеза, которая выражается величиной условной дисперсности. При этом вычисляют условную дисперсность Д, % по выражению
Д=100-S, (2)
где S,% - доля жировой поверхности, определяется как отношение площади всех жировых клеток к общей площади.;
Величина условной дисперсности должна находиться в пределах 90%- 99%.
Чем больше эта величина, тем более устойчива эмульсия майонеза. По этой величине можно сравнивать различные виды майонезов.
Переход на современные анализаторы размеров частиц тормозится отсутствием аналогичных контрольных показателей степени измельчения, которые установлены в НТД предприятий при использовании традиционных методов анализа, а также стоимостью этих анализаторов.
Существующие лазерные анализаторы, основанные на принципе измерения степени рассеяния и дифракции света в зависимости от размеров частиц во взвеси, отображают распределение частиц по размерам в виде дифференциальной и интегральной характеристик.
Однако не имеют привычных обобщенных показателей и контрольных пределов, таких как при измерении степени измельчения седиментационным методом или как при измерении условной дисперсности майонеза.
Лазерные анализаторы не позволяют увидеть форму частиц. С другой стороны ужесточение требований к степени помола на основании данных анализаторов приводит к избыточным затратам всех показателей предприятия.
Таким образом, задача стоит в разработке анализатора, который бы объединил показания статистических данных распределения частиц с традиционными показателями контроля при доступной стоимости.
Использование современных микроскопов с видеокамерой, подключенной к компьютеру (ПК) дает возможность решить указанные задачи.
Преимуществом является то, что использование микроскопа позволяет увидеть форму частиц в исследуемой пробе на экране ПК, а программное обеспечение произвести обработку изображений большого объема фотографий и рассчитать не только все традиционные статистические параметры, а и технологические показатели, установленные в НТД предприятий, необходимые для технолога.
Для решения этих задач в НПО "Пищепромавтоматика" г.Одесса (сайт puaz.biz) был разработан анализатор размеров частиц на основе микроскопа с видеокамерой и ПК. Простота и экономичность выбранных средств обусловили необходимость разработки программного обеспечения, которое должно было производить фото и анализ изображений частиц поступающих с видеокамеры. ;
При этом определять диаметры всех частиц эквивалентной площади, рассчитывать статистические характеристики распределения частиц по размерам, а также величины отношений суммы площадей всех частиц S35, размером меньше 35мкм к общей площади всех частиц Sобщ., что фактически является аналогичной характеристикой степени измельчения.
При определенных условиях:
(S35/ Sобщ.) = (P35 / Pобщ.) (3)
Этими условиями является то, что продукт состоит в основном из частиц похожих на чешуйки и пластины, а частицы похожие на шары отсутствуют.
Рассмотрение под микроскопом частиц шоколадной глазури показало, что это в основном чешуйки и пластины, толщину которых h можно считать одинаковой. Объем V этих частиц равен:
V= h*S (4)
C учетом того, что вес Р = d*V, где d - плотность вещества; V- объем, легко получить выражение (3).
Программа позволяет, в зависимости от требований технологии автоматически менять границу. На некоторых предприятиях граница нормируется в 25 мкм.
Изображение частиц, получаемых с микроскопа, представлены на рис.1.
Изображения частиц после обработки, представлены на рис.2. Форма результирующего протокола распределения частиц, шоколадной глазури, по размерам представлены на рис.3.
Общий вид анализатора представлен на рис. 4.
В качестве микроскопа использовался микроскоп Bresser (Германия).
Подготовка диспергированной смеси проводилась по стандартной методике 0,5 г. шоколадной глазури растворяется в 150 мл растительного масла и нагревается до 50С., затем полученная смесь перемешивается в течении 5мин. в акустической ванне и после этого пипеткой отбирается небольшое количество смеси для анализа на предметном стекле микроскопа. Постоянный объем определяется обработкой одинаковых количеств снимков для разных проб.
Таким образом, обеспечивается воспроизводимость показаний и представительность пробы.
Количество обработанных частиц может составлять от 3 до 4 тысяч, что позволяет получать устойчивые статистические характеристики (среднее, среднеквадратичное и т.д).
Для определения размеров кристаллов сахара в помадной массе, лактозе и т.д. использовался глицерин и пищевой краситель. Аналогично определяется доля жировой поверхности майонеза, общую площадь которых несложно определить.
Основные технические характеристики анализатора:
- размер анализируемой частицы от 1,5 мкм до 500 мкм;
-погрешность измерения стандартных образцов частиц ±0,8 мкм;
-объем растворителя, не более 150 мл;
-количество фотографий, не менее 30 штук; время подготовки пробы, не более 10 мин;
-время анализа 30 фотографий, не более 3 мин;
Программа является универсальной и ее использование в сочетании с мощными электронными микроскопами может решать более сложные научно- технические задачи.
Литература.
1. Лурье И.С. Руководство по технохимическому контролю в кондитерской промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1978г.- 214с.
 рис.1

РИС.1

 рис.2

РИС.2

 рис.3

 рис.3

РИС.3

 рис.4

РИС.4