Концентраты пищевые. Методы определения влаги

1. Введение

1.1 Концентрат – это вид продукции, в котором содержание полезного компонента выше, чем в исходном сырье

Концентрат пищевой – смесь высушенных или сублимированных растительных и животных продуктов с добавлением жиров, сахара, приправ, служащая для быстрого приготовления готовых блюд. Пищевые концентраты в России начали выпускать в начале 50-х годов. Продукты с высокой пищевой ценностью и удобными в быстром приготовлении в те годы очень ценились, т.к. являлись дешевым питанием. В основном пищевые концентраты вначале использовались в различных экспедициях, путешествиях, для снабжения армии, у студентов. Хорошие хозяйки все-таки предпочитали готовить традиционные русские блюда, а не суп из пакета. После в 90-е годы концентраты стали очень популярными из-за кризиса. Не все могли себе позволить готовить первые и вторые блюда из натурального мяса. Сегодня же спрос на концентраты все растет и это обусловлено тем, что некоторые люди уже привыкли к ним и не могут обходиться в силу того, что это удобно, а некоторые начинают привыкать, потому что это один из быстрых способов приготовить еду из-за динамичности жизни.

Целью курсового проекта является получение знаний по разработке метрологического обеспечения процессов управления качеством, мероприятий метрологического контроля и надзора, направленных на соблюдение правил единства измерений, высокое качество продукции, на основе современных методов управления качества.

Объектом изучения являются методы и средства определения влаги.

Предметом исследования является пищевые концентраты.

Задачи, решаемые в ходе проекта – это:

1. Практическое освоение современных методов определения массовой доли спирта в пиве.

2. Приобретение теоретических навыков эксплуатации контрольно-измерительных средств.

3. Приобретение навыков в определении номенклатуры измеряемых и контролируемых параметров продукции и технологических процессов, установление оптимальных норм точности измерений и достоверности методов контроля, выбора средств измерения, испытания и контроля.

4. Умение разрабатывать программы и методики измерения.

В работе описываются методы определения влаги, проводится анализ средств измерения по параметрам, точность, экономичность.

Первая глава курсовой работы является вводной и делится на подпункты, где в первом описывается объект измерения и его особенности, во втором -правовая нормативная документация метрологического обеспечения, в третьем – краткое изложение сути методов, фундаментальных физических законов, анализируются системные и внесистемные единицы измерения и в четвертом – приводятся вероятностно – статистические методы, используемые в ходе курсовой работы.

Вторая глава посвящается конкретным методам измерения с описанием технических параметров; приводятся класс точности, диапазон измеряемых значений физических величин.

В третьей главе проводится сравнительный анализ методов измерения с использованием методов теории принятия решений.

В четвертой главе проводится анализ влияния объекта исследования и связанных с ним технологических процессов на экологию.

1.2 Правовая нормативная документация

· ГОСТ Р 52610-2006. Концентраты пищевые. Гравиметрический метод определения массовой доли влаги. Настоящий стандарт распространяется на пищевые концентраты (концентраты обеденных и сладких блюд, сухие завтраки) и устанавливает метод определения массовой доли влаги гравиметрическим методом. Диапазон измеряемых массовых долей влаги: в обеденных и сладких блюдах от 5,0% до 15,0%, сухих завтраках от 3,0% до 11,0%

· ГОСТ 15113.5-77. Концентраты пищевые. Методы определения кислотности. Настоящий стандарт распространяется на пищевые концентраты и устанавливает методы определения кислотности

· ГОСТ 15113.4-77. Концентраты пищевые. Методы определения влаги. Настоящий стандарт распространяется на пищевые концентраты и устанавливает метод определения влаги

· ГОСТ 15113.9-77. Концентраты пищевые. Методы определения жира. Настоящий стандарт распространяется на пищевые концентраты, в рецептуру которых входит жир и жиросодержащие компоненты, и устанавливает методы определения жира добавленного и внутриклеточного (липидов).

1.3. Для определения влаги методом высушивания до постоянной массы используется два различных метода.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГИ МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ.

Метод основан на способности исследуемого продукта, помещенного в сушильный шкаф, отдавать гигроскопическую влагу при температуре 100-105 °С.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГИ НА ПРИБОРЕ ВЧ.

Метод основан на обезвоживании исследуемого продукта на приборе ВЧ с помощью тепловой энергии инфракрасного излучения, которая, проникая внутрь тонкого слоя продукта, быстро удаляет имеющуюся в нем влагу.

Физическое явление. Сушка — удаление жидкости из веществ и материалов тепловыми способами.

2. Методы определения влаги

2.1 Описание методов определения влаги

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГИ МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ.

Чистую пустую бюксу или бюксу с помещенными в нее стеклянной палочкой и несколько грамм прокаленного песка сушат вместе с крышкой в открытом виде в сушильном шкафу до постоянной массы.

Определение влаги концентратов, в рецептуру которых входит сахар, проводят с добавлением прокаленного песка. Влажность концентратов, не содержащих сахар, допускается определять без добавления песка.

Из аналитической пробы концентрата берут в высушенную бюксу навеску некоторой массы, осторожно перемешивают с песком и помещают в открытом виде вместе с крышкой в сушильный шкаф на некоторое время. После этого бюксу вынимают из сушильного шкафа тигельными щипцами, закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе несколько минут и взвешивают. При дальнейшем высушивании навески взвешивают через каждый час. При высушивании навесок с песком содержимое бюксы периодически осторожно перемешивают стеклянной палочкой. Навеску высушивают до тех пор, пока разница между двумя последующими взвешиваниями превышает некоторую массу или масса навески увеличивается.

Результат измерения представлен в граммах.

Массовую долю влаги Х, %, вычисляют по формуле

где m – масса навески испытуемого концентрата, г;

m1 – масса бюксы с навеской до высушивания, г;

m2 – масса бюксы с навеской после высушивания, г.

За результат испытания принимают среднеарифметическое двух параллельных определений.

1) В соответствии с ГОСТ 24104–80 лабораторные весы общего назначения с именованной шкалой и цифровым отсчетным устройством изготавливают 1; 2; 3; 4-го классов точности. Весы 1; 2; 3-го классов соответствуют специальному классу, а весы 4-го класса — высокому классу точности.

Наибольший предел взвешивания весов выбирают от 1Ч10-6 до 50 кг. Цена поверочного деления весов с именованной шкалой и цифровым отсчетным устройством должна соответствовать значениям, указанным в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.1.

Цена поверочного деления весов с именованной шкалой

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГИ НА ПРИБОРЕ ВЧ. Из пробы концентрата в предварительно высушенный и взвешенный пакет берут с указанной погрешностью навеску, в зависимости от вида концентрата.

Для получения правильных результатов испытания навеску берут быстро и распределяют ровным слоем по всей поверхности пакета или вкладыша.

Пакет закрывают, помещают в прибор ВЧ и сушат навеску по режимам, указанным в таблице.

Таблица 2.1.2.

В прибор помещают одновременно два пакета с навесками (параллельные определения).

После высушивания пакеты охлаждают в эксикаторе в течение нескольких минут и взвешивают. Результат измерения представлен в несистемных единицах – граммах.

Массовую долю влаги Х, %, вычисляют по формуле

(2.1.1)

где m – масса навески испытуемого концентрата, г;

m1 – масса бюксы с навеской до высушивания, г;

m2 – масса бюксы с навеской после высушивания, г.

За результат испытания принимают среднеарифметическое двух параллельных определений.

Рассмотрим лабораторные весы общего назначения.

В соответствии с ГОСТ 24104–80 лабораторные весы общего назначения с именованной шкалой и цифровым отсчетным устройством изготавливают 1; 2; 3; 4-го классов точности. Весы 1; 2; 3-го классов соответствуют специальному классу, а весы 4-го класса — высокому классу точности.

Наибольший предел взвешивания весов выбирают от 1Ч10-6 до 50 кг. Цена поверочного деления весов с именованной шкалой и цифровым отсчетным устройством должна соответствовать значениям, указанным в таблице 2.4.

Таблица 2.1.3.

Цена поверочного деления весов с именованной шкалой

2.2 Расчет погрешностей приборов

Для метода высушивания до постоянной массы используются весы общего назначения 2го класса точности, у них имеется погрешность. Рассчитаем ее.

Таблица 2.2.1.

Наибольшие допускаемые погрешности взвешивания весов общего назначения (е – цена поверочного деления)

Таким образом, в этом методе для весов 2го класса точности (Св. 2г до 20г) цена поверочного деления (е) из таблицы 2.1.4 равна 0,100 г, а наибольшая допускаемая (систематическая) погрешность взвешивания (по таблице 2.2.1) равна (г):

0,5е = 0,5 Ч 0,100 = 0,05. (2.2.1)

Получаем, что в методе высушивания до постоянной массы существует погрешность весов общего назначения и она равна ±0,05г.

А в методе определения влаги на приборе ВЧ также присутствует погрешность весов общего назначения, но там используются лабораторные весы 1-го класса. В этом случае для весов 1го класса точности (Св. 2г до 20г) цена поверочного деления (е) из таблицы 2.1.4 равна 0,02 г, а наибольшая допускаемая (систематическая) погрешность взвешивания (по таблице 2.2.1) равна (г):

0,5е = 0,5 Ч 0,02 = 0,01. (2.2.2)

Получаем, что в методе определения влаги на приборе ВЧ существует погрешность весов общего назначения и она равна ±0,01 г.

2.3 Вероятностно-статистические методы

В данной курсовой работе необходимо выбрать наиболее оптимальный метод определения количества клейковины. Воспользуемся теорией принятия решений. Она основана на том, что вероятности различных вариантов развития событий неизвестны. В этом случае мы руководствуемся, с одной стороны, своим рисковым предпочтением, а с другой – критерием выбора из всех альтернатив по составленной «матрице решений». Принятие решений в условиях риска основано на том, что каждому возможно выбираемому методу может быть задана вероятность его осуществления. Это позволяет взвесить каждое из значений и выбрать для реализации метод с наименьшим уровнем риска. Методология принятия решения в условиях риска и неопределенности предполагает построение в процессе обоснования рисковых решений так называемой «матрицы решений», которая имеет следующий вид:

Таблица 2.3.1. Матрица решений.

Ниже опишем выбранные параметры оценки методов и обоснование выставления баллов. Отметим, что максимальный балл 10, минимальный 0.

1) Погрешность обоих методов мы рассмотрели в пункте 2.2.

влага пищевой концентрат погрешность

Таблица 2.3.2. Соответствие погрешностей и баллов.

Получаем оценки методов:

1метод: 7 баллов;

2 метод: 9 баллов.

2) Стоимость основных приборов (экономичность).

Таблица 2.3.3.

Основные приборы, используемые в первом методе и их стоимость.

Таблица 2.3.4. Основные приборы, используемые во втором методе и их стоимость.

Выставление баллов будем производить по формуле:

(2.3.1)

где Сп – стоимость приборов по методу,

Сmax – максимальная стоимость приборов по всем методам.

Тогда получаем, для первого метода Кэ ? 0,8, для второго Кэ = 1. Распределим баллы таким образом:

Таблица 2.3.5.

Соответствие коэффициента Кэ и баллов.

1. Критерий Лапласа.

(2.3.3)

(2.3.4)

Следовательно, по критерию Лапласа следует выбирать оба метода.

2. Критерий максиминный

(2.3.5)

Находим минимум по строкам и максимум из них.

(2.3.6)

Следовательно, выбираем первый метод (метод высушивания до постоянной массы).

3. Критерий Сэвиджа

Необходимо составить матрицу потерь.

Таблица 2.3.6. Матрица потерь.

Из максимального элемента по столбцу вычитаем элементы на пересечениях строк и столбцов, получаем потери. Далее находим максимумы по строкам, а среди них ищем минимальный элемент.

min(max) = 2. (2.3.7)

Можно использовать оба метода.

4. Критерий Гурвица.

(2.3.8)

где б – коэффициент оптимизма.

(2.3.9)

Построим график, на котором будут отражаться оба метода, из двух прямых на графике выберем прямую с максимальными значениями по оси y (по оси х откладывается коэффициент оптимизма б). По оси у отложим минимальные элементы по строке, по оси, параллельной оси у (значение х=1) максимальные элементы в строке «матрицы решений».

Рис. 2.3. График, отображающий лучшую стратегию по критерию Гурвица.

Нужно выбрать прямую, значения которой максимальны по оси у. Из данного графика видно, что следует выбрать оба метода.

5) Выставим каждому параметру методов рейтинг Р таким образом, чтобы в сумме коэффициенты давали 1:

Для методов рассчитаем суммарный коэффициент К:

(2.3.11)

Коэффициент К может принимать максимальное значение, равное 10, минимальное 0. Чем больше этот коэффициент, тем лучше метод. Это совокупный коэффициент отображает значения с учетом значимости критериев.

Таблица 2.3.7. Выставление рейтинга.

Вывод: 2 метод.

Таким образом, пять критериев дали нам следующие результаты: по четырем из них выиграл метод высушивания до постоянной массы и по четырем выиграл метод определения влаги на приборе ВЧ.

Проанализируем экологичность обоих методов и косвенные и прямые погрешности и сделаем на основе этих данных выбор между методами.

3. Расчет погрешностей измерения

3.1 Расчет погрешности прямых измерений

Рассчитаем прямые погрешности для каждого метода:

1. Определение влаги методом высушивания до постоянной массы.

Для определения погрешности прямых измерений сделаем выборку из 5 измерений.

Таблица 3.1.1.

Выборка весов II класса точности

(3.1.1)

t = Sx • бs (3.1.2)

Sx – средняя квадратическая погрешность;

бs – коэффициент Стьюдента;

А – половина цены деления прибора.

(3.1.3)

Р = 0,95: бs = 2,8,

(3.1.4)

хср= 5,0038, А=0,05, Sx= 0,00785.

t = 0,022

?Х=0,0546.

2. Определение влаги на приборе ВЧ.

Таблица 3.1.2.

Выборка весов I класса точности

По (3.11), (3.12) и (3.13) определим прямую погрешность.

хср= 5,0028, А=0,01, Sx= 0,0008423.

t = 0,0024

?Х=0,01.

Прямая погрешность второго метода меньше прямой погрешности первого метода, следовательно, преимущество отдаем второму методу.

3.2 Расчет погрешности косвенных измерений

3.3.1 Определение влаги методом высушивания до постоянной массы

(3.2.1)

?m = ?m1 = ?m2 = 0,05.

(3.2.2)

(3.2.3)

(3.2.4)

(3.2.5)

(3.2.6)

3.3.2 Определение влаги на приборе ВЧ

?m = ?m1 = ?m2 = 0,01.

(3.2.7)

В одном и другом методе используется одна и та же формула, но различные погрешности массы, поэтому косвенные погрешности второго метода будут меньше.

4. Экология

Воздействие электромагнитных полей различных частот на организм человека зависит от характера поля, создаваемого генератором на рабочем месте. Рабочее место у источника высокочастотных полей может являться как зоной индукции, так и зоной излучения в зависимости от частоты генератора и расстояния от источника излучения. Установлено, что на расстоянии от источника не более чем 1/6 длины волны преобладают поля индукции, и это пространство условно считается зоной индукции, а на более далеких расстояниях преобладают поля излучения, и это пространство называют зоной излучения.

В зоне индукции человек находится в периодически сменяющих друг друга электрических и магнитных полях. В зоне излучения на человека действует электромагнитное поле с равными и одновременно изменяющимися электрической и магнитной составляющими. При работе генераторов с частотой от десятков до сотен килогерц и десятков мегагерц практически на рабочих участках действуют в основном слабые внешние электрические и магнитные поля индукции, так как электромагнитные поля с большей плотностью концентрируются непосредственно у источника.

Степень воздействия электромагнитных полей на человека зависит в первую очередь от интенсивности облучения. Из других факторов следует учитывать такие, как длительность воздействия и диапазон радиочастот. При определении влаги на приборе ВЧ работа длится несколько минут. При воздействии электромагнитных полей на организм человека происходит частичное поглощение их энергии тканями тела. Под действием высокочастотных электромагнитных полей в тканях возникают высокочастотные токи, сопровождающиеся тепловым эффектом. Длительное и систематическое воздействие на работающих электромагнитных полей различных частот большой интенсивности может вызвать повышенную утомляемость, периодически появляющуюся головную боль, сонливость или нарушение сна, повышение артериального давления и боли в области сердца. Под воздействием электромагнитных полей сверхвысоких частот наблюдаются изменения в крови, увеличение щитовидной железы, катаракта глаз, а у отдельных лиц — изменения в психической сфере (неустойчивые настроения, ипохондрические реакции) и трофические явления (выпадение волос, ломкость ногтей).

В методе высушивании до постоянной массы не используются высокие частоты, поэтому экологичность этого метода выше.

При определении влаги методом высушивания до постоянной массы используются хлористый кальций и серная кислота. При приеме кальция хлорида внутрь возможны боли в подложечной области, изжога; при введении в вену — урежение сердечных сокращений; при быстром введении могут возникнуть неритмичные сокращения желудочков сердца.

Серная кислота — очень едкое вещество. Она поражает кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывает химические ожоги). При вдыхании паров вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит и т. д. Следует безопасно для здоровья в методе высушивания до постоянной массы использовать хлористый кальций и серную кислоту.

При отравлении парами серной кислоты возникает раздражение и ожог глаз, слизистых оболочек носоглотки, гортани, носовые кровотечения, боль в горле, охриплость голоса из-за спазма голосовой щели. При этом особенно опасны отеки гортани и легких.

При попадании серной кислоты на кожу возникают химические ожоги, глубина и тяжесть которых определяются концентрацией кислоты и площадью ожога.

Оба метода не безопасны для здоровья лаборанта и могут негативно влиять на экологию.

Заключение

В данной работе были рассмотрены два метода определения влаги в пищевых концентратах. Это метод высушивания до постоянной массы и метод, основанный на приборе ВЧ. Основным средством измерения в первом методе являются весы II класса точности с погрешностью 0,05г, а во втором методе весы I класса точности с погрешностью 0,01 г.

Я сравнила эти методы с помощью критериев теории принятия решений. В итоге получила, что методы одинаковы (ни один из них не выиграл существенно у другого). Поэтому необходимо было найти прямые и косвенные погрешности и с помощью них оценить методы.

Общая погрешность между прямым и косвенным измерением выражается формулой:

Погрешность прямых и косвенных измерений первого метода выше погрешности второго метода. Поэтому общая погрешность метода, основанного на весах I класса точности (1 метод) будет меньше, чем погрешность на весах II класса (2 метод).

Проанализировав влияние объекта измерения на экологию, выяснилось, что в первом методе необходимо использование хлористого кальция и серной кислоты, которые негативно воздействуют на организм человека. Во втором методе используется высокочастотное оборудование, при использовании которого человек получает небольшие дозы излучения.

Таким образом, можно сказать, что второй метод наиболее оптимальный и я бы советовала использовать его.

Список литературы

1. Радкевич, Я.М. Метрология, стандартизация и сертификация: Учеб. Для вузов / Я.М. Радкевич, А.Г. Схиртладзе, Б.И. Лактионов. – 3-е изд. Перераб. И доп. – М.: Высш.шк., 2007. – 791 с.: ил.

2. Никитин, В.А. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: Учебное пособие – 2-е изд. перераб. и доп./В.А.Никитин, С.В.Бойко – Оренбург ГОУ ОГУ, 2004. – 462с.

3. ГОСТ 15113.4-77. Концентраты пищевые. Методы определения влаги. – Введ. 01.01.79. – М.: Госстрой России, 1977. – 3с.

4. Гальперин, М.В. Экологические основы природопользования/ М.В. Гальперин. – М.:Форум – ИНФРА-М, 2002. – 256с.

5. Лозановская, И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении/ И.Н. Лозановская, Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова. – М.:Высшая школа, 1998. – 334с.

6. РМГ 29-99. ГСИ. «Метрология. Основные термины и определения»

7. Хомченко, И.Г. Общая химия/ И.Г. Хомченко. – М. Новая Волна, 2002. – 464с.

8. Бачурская, Л.Д. Пищевые концентраты/ Л.Д. Бачурская, В.Н. Гуляев. – М.: Пищевая промышленность, 2006. – 362с.

9. Мелькина, Г.М. Общая технология пищевых производств/ Г.М. Мелькина, Г.Г. Дубцов. – М.: Колос, 2003. – 384с.

10. Скурихин, И.М. Все о пище с точки зрения химика/ И.М. Скурихина, А.П. Нечаев. – М.: Высшая школа, 2001. – 288с.