способ принадлежностной идентификации кофейных напитков для различных социальных групп и сравнительной оценки ароматических характеристик внутри группы

Формула изобретения

Способ принадлежностной идентификации кофейных напитков для различных социальных групп и сравнительной оценки ароматических характеристик внутри группы, характеризующийся тем, что для принадлежностной идентификации и сравнительной оценки ароматических характеристик кофейных напитков используют анализатор запахов с методологией «электронный нос», в котором в качестве измерительного массива применяют 7 сенсоров на основе пьезокварцевых резонаторов объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц и разнохарактерными пленочными сорбентами на электродах: 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к спиртам, альдегидам, эфирам, фенолам, кетонам, эфирам, аминам - полидиэтиленгликоль сукцинат (ПДЭГСк); полиэтиленгликоль фталат (ПЭГфт); 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к легколетучим спиртам, альдегидам, эфирам - полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000), Тритон Х-100; 2 сенсора с избирательными сорбентами к фенолам, метиловым эфирам жирных кислот, эфирным маслам - 4-аминоантипирин (4ААП); пчелиный клей (прополис, ПчК); 1 сенсор с неполярным сорбентом - полистирол (ПС); пробы напитков термостатируют при комнатной температуре, отбирают среднюю пробу объемом 50 см³, отстаивают ее, помещают в герметичный стеклянный сосуд с полимерной мягкой мембраной, выдерживают при постоянной температуре (20±2)°C в течение 30 мин, индивидуальным для каждой пробы шприцем отбирают 2 см³ равновесной газовой фазы и вводят в ячейку детектирования, фиксируют частоту колебаний пьезокварцевых резонаторов равномерно через 1 с в течение 120 с, формируют суммарный аналитический сигнал в виде «визуальных отпечатков» максимумов и с помощью программного обеспечения прибора сравнивают с эталонными «визуальными отпечатками», полученными при анализе кофейных напитков для четырех социальных групп, а именно: беременные женщины и кормящие матери; дети и подростки в возрасте от 10 до 17 лет; пожилые люди; спортсмены и люди, подверженные тяжелой физической нагрузке, приготовленных в точном соответствии с рецептурами из сырья, обжаренного при точном соответствии технологических параметров заданным, устанавливая степень их сходства, при этом, если степень сходства с каким-либо эталоном из базы данных по кофейным напиткам составляет более 95%, то делают вывод о принадлежности исследуемого напитка к этой группе, если степень сходства составляет 90-95%, то исследуемый напиток изготовлен из сырья с отличающимися от эталона свойствами, если степень соответствия менее 90%, то напиток не принадлежит к выбранной группе и его сравнивают с эталоном для другой социальной группы; при необходимости производят сравнительную оценку ароматических характеристик кофейных напитков внутри группы посредством анализа степени сходства нескольких образцов, по максимальным сигналам отдельных сенсоров судят о соответствии содержания отдельных веществ в образце эталону: сигнал сенсора с покрытием полидиэтиленгликоль сукцинат (ПДЭГСк) характеризует содержание аминов, сигнал сенсора с покрытием полиэтиленгликоль фталат (ПЭГфт) характеризует содержание сложных эфиров, сигнал сенсора с покрытием полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000) характеризует содержание спиртов; если сигналы этих сенсоров в анализируемой пробе соответствуют с погрешностью ±2 Гц их сигналам для стандартной пробы, то содержание спиртов, сложных эфиров, аминов можно считать идентичным эталону.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике определения качественных показателей кофейных напитков и может быть использовано в пищеконцентратной промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является дегустационный метод [Позняковский, В.М. Экспертиза пищевых концентратов. Качество и безопасность [Текст]: Учеб. - справ. пособие / В.М. Позняковский, И.Ю. Резниченко, А.М. Попов; под общ. ред. В.М. Позняковского - 2-е изд., испр. и доп.- Новосибирск: Сиб. Универ. изд-во, 2007. - 266 с.].

Недостатком известного способа являются: невысокая точность оценки, субъективность, необходимость привлечения квалифицированных экспертов, значительная погрешность вследствие внешних факторов, недостаточная экспрессность, невозможность сохранения и накопления качественных и количественных характеристик аромата.

Технической задачей изобретения является разработка способа принадлежностной идентификации кофейных напитков для различных социальных групп и сравнительной оценки ароматических характеристик внутри группы, обеспечивающего высокую точность, воспроизводимость и объективность исследований, исключающего возможность ошибки за счет воздействия внешних факторов и позволяющего сохранять и накапливать качественные и количественные характеристики аромата.

Для решения поставленной технической задачи изобретения предложен способ принадлежностной идентификации кофейных напитков для различных социальных групп и сравнительной оценки ароматических характеристик внутри группы, характеризующийся тем, что для принадлежностной идентификации и сравнительной оценки ароматических характеристик кофейных напитков используют анализатор запахов с методологией «электронный нос», в котором в качестве измерительного массива применяют 7 сенсоров на основе пьезокварцевых резонаторов объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц и разнохарактерными пленочными сорбентами на электродах: 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к спиртам, альдегидам, эфирам, фенолам, кетонам, эфирам, аминам - полидиэтиленгликоль сукцинат (ПДЭГСк); полиэтиленгликоль фталат (ПЭГфт); 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к легколетучим спиртам, альдегидам, эфирам -полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000), Тритон Х-100; 2 сенсора с избирательными сорбентами к фенолам, метиловым эфирам жирных кислот, эфирным маслам - 4-аминоантипирин (4ААП); пчелиный клей (прополис, ПчК); 1 сенсор с неполярным сорбентом - полистирол (ПС); пробы напитков термостатируют при комнатной температуре, отбирают среднюю пробу объемом 50 см ³, отстаивают ее, помещают в герметичный стеклянный сосуд с полимерной мягкой мембраной, выдерживают при постоянной температуре 20±2°C в течение 30 минут, индивидуальным для каждой пробы шприцем отбирают 2 см³ равновесной газовой фазы и вводят в ячейку детектирования, фиксируют частоту колебаний пьезокварцевых резонаторов равномерно через 1 с в течение 120 с, формируют суммарный аналитический сигнал в виде «визуальных отпечатков» максимумов и с помощью программного обеспечения прибора сравнивают с эталонными «визуальными отпечатками», полученными при анализе кофейных напитков для четырех социальных групп, а именно: беременные женщины и кормящие матери; дети и подростки в возрасте от 10 до 17 лет; пожилые люди; спортсмены и люди, подверженные тяжелой физической нагрузке, приготовленных в точном соответствии с рецептурами из сырья, обжаренного при точном соответствии технологических параметров заданным, устанавливая степень их сходства, при этом если степень сходства с каким-либо эталоном из базы данных по кофейным напиткам составляет более 95%, то делают вывод о принадлежности исследуемого напитка к этой группе, если степень сходства составляет 90-95%, то исследуемый напиток изготовлен из сырья с отличающимися от эталона свойствами, если степень соответствия менее 90%, то напиток не принадлежит к выбранной группе и его сравнивают с эталоном для другой социальной группы; сравнивают ароматические характеристики кофейных напитков внутри группы посредством анализа степени сходства нескольких образцов; по максимальным сигналам отдельных сенсоров судят о соответствии содержания отдельных веществ в образце эталону: сигнал сенсора с покрытием полидиэтиленгликоль сукцинат (ПДЭГСк) характеризует содержание аминов, сигнал сенсора с покрытием полиэтиленгликоль фталат (ПЭГфт) характеризует содержание сложных эфиров, сигнал сенсора с покрытием полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000) характеризует содержание спиртов; если сигналы этих сенсоров в анализируемой пробе соответствуют с погрешностью±2 Гц их сигналам для стандартной пробы, то содержание спиртов, сложных эфиров, аминов можно считать идентичным эталону.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности, воспроизводимости и объективности принадлежностной идентификации и сравнительной оценки ароматических характеристик кофейных напитков внутри группы, повышении экспрессности, исключении возможности ошибки за счет воздействия внешних факторов.

На фиг.1 приведены эталоны «визуальных отпечатков» максимальных сигналов сенсоров: а - напиток для беременных женщин и кормящих матерей, б - напиток для детей и подростков в возрасте от 10 до 17 лет, в - напиток для пожилых людей, г - напиток для спортсменов и людей, подверженных тяжелой физической нагрузке; на фиг.2 приведен «визуальный отпечаток» максимальных сигналов сенсоров неизвестного напитка; на фиг.3 приведены «визуальные отпечатки» максимальных сигналов сенсоров образцов напитка для пожилых людей, приготовленных с использованием сырья, обжаренного при параметрах, отличных от требуемых по технологии.

Способ принадлежностной идентификации кофейных напитков и сравнительной оценки ароматических характеристик внутри группы осуществляют следующим образом:

- готовят анализатор запахов с методологией «электронный нос», где в качестве измерительного массива применяются 7 сенсоров на основе пьезокварцевых резонаторов объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц и разнохарактерными пленочными сорбентами на электродах: 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к спиртам, альдегидам, эфирам, фенолам, кетонам, эфирам, аминам - полидиэтиленгликоль сукцинат (ПДЭГСк); полиэтиленгликоль фталат, (ПЭГфт); 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к легколетучим спиртам, альдегидам, эфирам - полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000), Тритон Х-100; 2 сенсора с избирательными сорбентами к фенолам, метиловым эфирам жирных кислот, эфирным маслам - 4-аминоантипирин (4ААП); пчелиный клей (прополис, ПчК); 1 сенсор с неполярным сорбентом -полистирол (ПС); затем готовят кофейный напиток, для чего растворяют в 150 см³ кипятка 7,5 г порошка кофейного напитка, приготовленного по рецептуре для одной из четырех социальных групп, а именно: беременных женщины и кормящие матери; дети и подростки в возрасте от 10 до 17 лет; пожилые люди; спортсмены и люди, подверженные тяжелой физической нагрузке [Шевцов А.А. Поликомпонентные кофейные напитки диетического назначения [Текст] / А.А. Шевцов, Е.А. Острикова // Пиво и напитки. - 2011. - № 4. - С.36-38.] и настаивают в течение 5 минут; отбирают среднюю пробу подготовленного напитка объемом 50 см³ , отстаивают ее, помещают в герметичный стеклянный сосуд с полимерной мягкой мембраной. Пробы выдерживают при температуре 20±2°С в течение 30 минут. Отбирают индивидуальным для каждой пробы шприцем 2 см³ равновесной газовой фазы и вводят в ячейку детектирования;

- фиксируют частоту колебаний пьезокварцевых резонаторов в течение 120 с;

- формируют суммарный аналитический сигнал в виде «визуальных отпечатков» максимумов и сравнивают с эталонными «визуальными отпечатками», полученными по результатам анализа кофейных напитков для четырех социальных групп, а именно: беременные женщины и кормящие матери; дети и подростки в возрасте от 10 до 17 лет; пожилые люди; спортсмены и люди, подверженные тяжелой физической нагрузке, приготовленных в точном со ответствии с рецептурами из сырья, обжаренного при точном соответствии технологических параметров заданным [Шевцов, А.А. Обоснование выбора закона изменения температуры и скорости теплоносителя в процессе обжарки растительного сырья [Текст] / А.А. Шевцов, Е.А. Острикова // Материалы международной научно-технической интернет-конференции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах» («ЭПАХПП-2011»). - Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж: ВГТА, 2011. - С.392-395];

- выявляют степень сходства с эталонами с помощью программного обеспечения прибора, дающего результат в процентах: 95% - однозначное соответствие заявленному образцу; 90-95% - частичное соответствие образцу, свидетельствующее об изготовлении исследуемого напитка из сырья с отличающимися от эталона свойствами; 90% - несоответствие заявленному образцу, указывающее на то, что напиток не принадлежит к данной группе и его следует сравнить с эталоном для другой социальной группы; производят сравнительную оценку ароматических характеристик кофейных напитков внутри группы посредством анализа степени сходства нескольких образцов;

- по максимальным сигналам отдельных сенсоров судят о соответствии содержания отдельных веществ в образце эталону: сигнал сенсора с покрытием полидиэтиленгликоль сукцинат (ПДЭГСк) характеризует содержание аминов, сигнал сенсора с покрытием полиэтиленгликоль фталат (ПЭГфт) характеризует содержание сложных эфиров, сигнал сенсора с покрытием полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000) характеризует содержание спиртов; если сигналы этих сенсоров в анализируемой пробе соответствуют с погрешностью±2 Гц их сигналам для стандартной пробы, то содержание спиртов, сложных эфиров, аминов можно считать идентичным стандарту.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Получение эталонных визуальных отпечатков для кофейных напитков для: беременных женщин и кормящих матерей; детей и подростков в возрасте от 10 до 17 лет; пожилых людей; спортсменов и людей, подверженных тяжелой физической нагрузке - осуществляется следующим образом:

- готовят анализатор запахов с методологией «электронный нос», где в качестве измерительного массива применяют 7 сенсоров на основе пьезокварцевых резонаторов объемно-акустических волн с базовой частотой колебаний 10,0 МГц и разнохарактерными пленочными сорбентами на электродах: 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к спиртам, альдегидам, эфирам, фенолам, кетонам, эфирам, аминам - ПДЭГСк, ПЭГфт; 2 сенсора с полярными сорбентами, чувствительными к легколетучим спиртам, альдегидам, эфирам - ПЭГ-2000, Тритон Х-100; 2 сенсора с избирательными сорбентами к фенолам, метиловым эфирам жирных кислот, эфирным маслам - 4ААП, ПчК; 1 сенсор с неполярным сорбентом - ПС;

- смешивают согласно рецептуре обжаренное в соответствии с технологией [Шевцов А.А. Обоснование выбора закона изменения температуры и скорости теплоносителя в процессе обжарки растительного сырья [Текст] / А.А. Шевцов, Е.А. Острикова // Материалы международной научно-технической интернет-конференции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах» («ЭПАХПП-2011»). - Воронеж, гос.технол. акад. - Воронеж: ВГТА, 2011. - С.392-395.] и измельченное растительное сырье: для беременных женщин и кормящих матерей 30,80% ячменя и 69,20% каштанов; для детей и подростков в возрасте от 10 до 17 лет 5,00% кофе, 5,00% цикория, 67,82% ячменя, 5,00% желудей и 17,18% каштанов; для пожилых людей 12,32% кофе, 0,57% цикория, 74,74% ячменя и 12,37% желудей; для спортсменов и людей, подверженных тяжелой физической нагрузке 30,76% кофе, 42,25% ячменя и 26,99% каштанов.

- готовят кофейный напиток, для чего растворяют в 150 см³ кипятка 7,5 г порошка напитка и настаивают в течение 5 минут; отбирают среднюю пробу подготовленного напитка объемом 50 см³, отстаивают ее, помещают в герметичный стеклянный сосуд с полимерной мягкой мембраной. Пробу выдерживают при температуре 20±2°С в течение 30 минут. Отбирают индивидуальным шприцем 2 см ³ равновесной газовой фазы и вводят в ячейку детектирования;

- фиксируют частоту колебаний пьезокварцевых резонаторов в течение 120 с;

- формируют суммарный аналитический сигнал в виде «визуального отпечатка» максимума, который и принимают за эталон.

Пример 2. Принадлежностная идентификация кофейного напитка осуществлялась следующим образом:

- готовили анализатор запахов с методологией «электронный нос» аналогично примеру 1;

- растворяли в 150 см³ кипятка 7,5 г порошка идентифицируемого напитка и настаивали в течение 5 минут;

- отбирали среднюю пробу напитка объемом 50 см³, отстаивали ее, помещали в герметичный стеклянный сосуд с полимерной мягкой мембраной. Пробы выдерживали при постоянной температуре 20°С в течение 30 минут. Отбирали индивидуальным шприцем для каждой пробы 2 см³ равновесной газовой фазы и вводили в ячейку детектирования;

- фиксировали частоту колебаний пьезокварцевых резонаторов в течение 120 с;

- формировали суммарный аналитический сигнал в виде «визуальных отпечатков» максимумов (фиг.2) и сравнивали с эталонами «визуальных отпечатков» кофейных напитков для четырех социальных групп, а именно: беременные женщины и кормящие матери; дети и подростки в возрасте от 10 до 17 лет; пожилые люди; спортсмены и люди, подверженные тяжелой физической нагрузке - (фиг.1), полученных, как показано в примере 1;

- выявляли степень сходства с эталонами с помощью программного обеспечения прибора, в результате чего степень сходства с «визуальным отпечатком» кофейных напитков для беременных женщин и кормящих матерей (фиг.1а) составила 91%, в то время как степень сходства с «визуальными отпечатками» кофейных напитков для других групп населения (фиг.1б, в, г) составила менее 90%.

Данные анализа показали соответствие ароматических характеристик кофейного напитка эталону кофейного напитка для беременных женщин и кормящих матерей, однако исследуемый напиток был изготовлен из сырья с отличающимися от эталона свойствами. Кроме того, различие в показаниях сенсора с покрытием ПЭГ-2000 на 4 Гц свидетельствовало об отклонении содержания спиртов от эталона.

Пример 3. Сравнительная оценка ароматических характеристик 3 образцов кофейных напитков для пожилых людей осуществлялась следующим образом:

Подготовку анализатора и отбор проб осуществляли аналогично примеру 2, после чего фиксировали частоту колебаний пьезокварцевых резонаторов в течение 120 с, формировали суммарный аналитический сигнал в виде «визуальных отпечатков» максимальных сигналов (фиг.3а, б, в) и, сравнив их с эталоном для кофейных напитков для пожилых людей (фиг.1в), выявили степень сходства 95%, 99% и 92% соответственно.

Таким образом, второй образец (фиг.3б) показал наибольшую степень сходства с эталоном, а третий образец (фиг.3в) - наименьшую. Различия «визуальных отпечатков» максимальных сигналов сенсоров в первой и третьей пробах (фиг.3а, в) объясняются нарушениями технологии обжарки сырья. Кроме того, различие в показаниях сенсора с покрытием ПЭГфт на 3 Гц и 4 Гц у первого и третьего образцов соответственно свидетельствует об отклонении содержания сложных эфиров от эталона.

Сравнительная характеристика принадлежностной идентификации и оценки ароматических характеристик кофейных напитков по прототипу и предложенным способом представлена в табл.1.

Таблица 1
Критерии	Дегустационный метод	Предложенный способ
Субъективность анализа	+	-
Воспроизводимость	-	+
Время анализа с пробо-подготовкой, мин	180	37
Время измерения, мин	145	2
Погрешность анализа, %	20	5-7
Стоимость одного определения (без учета стоимости вспомогательного оборудования), руб.	2000	400

Как видно из примеров и таблицы, предлагаемый способ принадлежностной идентификации кофейных напитков для различных социальных групп и сравнительной оценки ароматических характеристик внутри группы по сравнению с прототипом отличается приемлемой ценой, обладает высокой точностью, экспрессностью и воспроизводимостью.

Если использовать для идентификации другие пленки покрытий сенсоров, то не удастся получить значимо отличающиеся «визуальные отпечатки» максимальных сигналов, используемые в качестве эталонов, и осуществить идентификацию.

Таким образом, использование предложенного способа принадлежностной идентификации кофейных напитков для различных социальных групп и сравнительной оценки ароматических характеристик внутри группы позволяет: обеспечить высокую точность определения, простоту обнаружения, объективность, безопасность, позволяет сохранять и накапливать качественные и количественные характеристики аромата, снизить себестоимость и время, затрачиваемое на анализ.