RO130443A2 - Durimetru pentru alimente - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un durimetru electronic portabil, destinat determinăriia durităţii alimentelor apelând doar la măsurarea adâncimii de pătrundere a unui penetrator de o anumită geometrie, în alimente solide sau semisolide. Durimetrul conform invenţiei este constituit dintr-un penetrator (1) de tip bilă sau un penetrator (2) de tip con, ambele din oţel călit, un corp (3) cilindric cu o talpă de adaptare şi presare, un ceas (4) comparator analogic, cinci casete (7, 8, 9, 10 şi 11) cu arcuri care asigură, la o săgeată de comprimare maximă de 5 mm, forţe calibrate de 4N, 5N, 6N, 8N şi, respectiv, 10N, fiecare casetelă cu arc fiind compusă, la rândul ei, dintr-un corp (12) cilindric, un arc (13) precomprimat la o anumită valoare a săgeţii, un corp (14) de precomprimare acţionat de un şurub (15), o bucşă (16) miniaturală cu bile, şi un corp (17) de presare asupra tijei (5) mobile aparţinând ceasului (4) comparator, valoarea durităţii H a alimentului testat calculându-se din raportul dintre valoarea forţei F, preluată din caracteristica arcului (8), şi diferenţa valorilor săgeţii fmaxime a arcului (8) şi a săgeţii f, citită de pe ceasul comparator, cea din urmă corespunzând comprimării arcului (8) ca urmare a pătrunderii penetratorului (1) de tip bilă (b) sau a penetratorului (2) de tip con (c) în alimentul testat, H= F/(5 - f) sau H= F/(5 - f), valoarea 5 fiind duritatea teoretică infinită, mai precis corespunde situaţiei în care, la o forţă prestabilită, penetratorul nu intră deloc în materia alimentară cercetată.

Description

Invenția se referă la un echipament electronic portabil bazat pe determinarea adâncimii de pătrundere a unui penetrator ca expresie a durității unui aliment solid sau semisolid.

In cazul alimentelor, duritatea reprezintă un parametru primar de textură [1] ,[2],[3] și este definită ca fiind proprietatea mecanică, structurală, legată de forța necesară pentru obținerea unei anumite deformări sau pătrunderi a produsului.

Senzorial uman, percepția și cuantificarea durității se realizează fie prin apăsarea unei probe alimentare între degetul gros al mâinii și degetul arătător și caracterizarea durității prin termenii populari precum, moale, ferm, tare, fie percepția si cuantificarea se realizează in interiorul gurii unde acest parametru este perceput la alimente solide prin compresia acestora între dinți, iar la alimente semisolide prin compresia lor între dinți, limbă și bolta palatină. Principalele adjective populare folosite pentru definirea durității alimentelor sunt tot,moale, ferm si tare, [1], iar pentru cuantificarea cu rezoluție mai ridicată a durității materiilor prime și a produselor finite alimentare sunt folosite scale de intensitate, [1]-[ISO 11036/2007 tab.1 (se gaseste in anexa)], [2]-[ISO 4.121], prin care aprecierea numerică a durității se face cu numere de la 1 la 9, atribuite unor materii prime și produse finite alimentare cunoscute de cât mai mulți oameni de pe glob.

Senzorial instrumental duritatea alimentelor se determină indirect din diagrama ciclului dublu de comprimare - decomprimare, folosită pentru analiza profilului de textura (TPA) [4][5],[6],[7],[8], unde evoluția forței aplicate alimentului printr-un platan cilindric este înregistrată în funcție de timp, iar duritatea este definita ca fiind valoarea forței maxime din primul ciclu de solicitare al probei.

Toate metodele folosite actualmente pentru determinarea durității prezintă dezavantaje majore, astfel:

- la determinarea valorii durității alimentelor prin apăsarea unei probe de produs între degetul gros al mâinii și degetul arătător, percepția de duritate este o combinație între forța rezistivă a alimentului, raportată la suprafața de deformare și lucrul mecanic de deformare. Este o percepție puternic subiectivă, depinzând de forța de apăsare a individului, de percepția valorii forței și de suprafața degetelor în contact cri proba. In plus, având la dispoziție doar trei termeni de apreciere a acestui parametru de textură, rezoluția de măsurare este deosebit de slabă;

la determinarea valorii durității alimentelor prin intermediul masticabilitatii acestora percepția durității este complexa, la cuantificarea ei contribuind si parametrii primari de textura coezivitate si elasticitate [5],[6],[7]. Finalitatea determinării este o valoare inexacta a durității cu o reproductibiltate slaba de la proba la proba si de la panelist la panelist

- la determinarea valorii durității alimentelor din diagrame ale ciclurilor comprimare - decomprimare, metodă folosită la analiza profilului de textură (TPA) evoluția forței de reacție a probei alimentare este înregistrată în funcție de timp, iar duritatea este definită ca fiind valoarea forței corespunzătoare (χ- 2 O u 0 0 0 1 6 -1 3 -01- 2014 maximului din primul ciclu de solicitare a probei [5],[6],[7], ceea ce reprezintă o abordare și o exprimare greșită, o duritate nefiind o forță ci o rezistență mecanică a produsului testat, iar rezistențele se exprimă fie în unități de forță pe unități de suprafață deformată elastic și/sau plastic de către un penetrator, fie în unități de forță pe adâncime de pătrundere, în cel din urmă caz fiind necesară cunoașterea precisă a geometriei penetratorului.

Singura abordare corectă a încercării de duritate la alimente este cea de exprimare a valorii durității cât mai aproape de normele și reglementările în vigoare pentru încercarea materialelor. Acest lucru presupune, pentru încercarea durității alimentelor, folosirea unui penetrator de o anumită geometrie, specifică unor clase de materii prime și produse finite alimentare, precum și exprimarea valorii durității prin raportul dintre valoarea forței aplicate penetratorului și valoarea adâncimii de pătrundere a acestuia în alimentul testat. Este exclusă exprimarea valorii durității prin raportul dintre valoarea forței aplicate penetratorului și valoarea suprafeței urmei lăsate de acesta după retragerea lui datorită comportării preponderent elastice sau elasto- vâscoase a unui număr mare de alimente.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unui durimetru electronic portabil, destinat determinării in situ a durității, apelând doar la măsurarea adâncimii de pătrundere a unui penetrator de o anumită geometrie, în alimente solide sau semisolide.

In acest scop este folosită o structură modulară formată din mai multe casete cu arc, calibrate metrologic la un anumit domeniu de forțe de apăsare pe penetrator, forțe realizate în funcție de comprimarea arcului. In compunerea durimetrului mai intră un ceas comparator analogic și un corp cilindric cu talpă plană. Structura de durimetru se obține prin asamblarea prin infiletare a componentelor enumerate mai sus, în ordinea: penetratorul corespunzător aplicației - corpul de adaptare cu talpă plană - caseta cu arc. Valoarea durității H a alimentului testat se calculează din raportul dintre forța F_h preluată din caracteristica arcului (Fig 5), ca fiind forța corespunzătoare săgeții f_h ce reprezintă la rândul ei diferența între adâncimea zero de pătrundere (corespunzătoare durității teoretice infinite) și adâncimea de pătrundere f?_?, egală cu săgeata 6 a arcului, (corespunzătoare durității alimentului cercetat), ca rezultat al comprimării acestuia prin pătrunderea penetratorului în alimentul testat, săgeata Λ fiind citită de pe ceasul comparator electronic:

f max

Fi

5-fț (D

Având în vedere relația (1), duritățile pentru cele două tipuri de penetratoare de tip bilă (B) și de tip con (C) se exprimă prin:

O U O O 9 1 6 - f 3 -01- 2014 respectiv :

C

(3)

In relațiile (1), (2) și (3), valoarea 5 corespunde durității infinite H_K, mai precis situației în care, la o forță prestabilită, penetratorul nu intră deloc în materia alimentară cercetată.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- se realizează un durimetru electronic portabil performant și maneabil având o rezoluție de măsurare net superioară sistemelor actuale de cuantificare a durității alimentelor, fapt care contribuie la creșterea sensibilității și a preciziei de măsurare a acestui parametru primar de textură;

- exprimarea durității alimentelor prin adâncimea de pătrundere a unui penetrator, măsurată cu un ceas comparator, sub acțiunea apăsării unui arc de compresiune, permite construirea unui echipament simplu și cu un preț de cost scăzut.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu Fig.1, Fig.2, Fig.3, Fig. 4 și Fig.5 care reprezintă:

Fig.1- Principiul determinării durității unui produs alimentar prin măsurarea adâncimii de pătrundere a penetratorului sub acțiunea unei forțe cunoscute, realizate cu un arc de compresiune

Fig.2- Vederea din față a durimetrului electronic portabil bazat pe măsurarea adâncimii de pătrundere

Fig.3- Vederea modulară din față a durimetrului electronic portabil bazat pe măsurarea adâncimii de pătrundere

Fig.4- Secțiune printr-o caseta cu arc calibrat precomprimat la o anumită valoare

Fig.5- Caracteristicile casetelor tipizate cu arcuri calibrate și precomprimate la o anumită valoare

In compunerea durimetrului portabil pentru alimente intră un penetrator 1 de tip bilă din otel călit sau un penetrator 2 de tip con, tot din oțel călit, un corp 3 cilindric cu o talpă de adaptare și presare, un ceas 4 comparator analogic prevăzut cu. o tijă 5 mobilă și o tijă 6 fixă, cinci casete 7,8,9,10 șil 1 cu arcuri compuse la rândul lor fiecare dintr-un corp 12 cilindric, un arc 13 precomprimat la o anumită valoare, un corp 14 de precomprimare acționat de un șurub 15, o bucșă 16 miniaturală cu bile, și un corp 17 de presare pe tija 5 mobilă. Casetele cu arcuri precomprimate asigură la o săgeata de comprimare maximă de 5 mm forțe de apăsare de 4N,5N,6N,8N și 10 N. Reperul 18 reprezintă alimentul cercetat.

In scopul determinării durității unei materii prime alimentare sau a unui produs finit alimentar, in funcție de ordinul de mărime a durității bănuite, se infiletează in partea superioară a ceasului 4 comparator una din cele cinci casete 7-11 conținând tot atâtea arcuri precomprimate, fiecare din acestea având o caracteristică proprie, (Fig.4), după care se infiletează pe tija 5 mobilă un (λ- 2 O U 0 0 0 1 6

3 -01- 20« penetrator 1 de tip bilă sau un penetrator 2 de tip con, funcție de tipul alimentului, operație urmată de infiletarea corpului 3 cilindric pe tija 6 fixă.

Operația de încercare a durității se realizează prin presarea penetratorului 1, de tip bilă sau a penetratorului 2 de tip con, din poziție verticală pe alimentul 18 cercetat până când se percepe o rezistență mărită dată de contactul tălpii de adaptare și presare a corpului 3 cilindric cu suprafața alimentului 18 cercetat. In acest moment se citește indicația ceasului 4 comparator analogic care reprezintă valoarea săgeții 6 a arcului 13 precomprimat, săgeată care corespunde forței de reacție a alimentului 18 cercetat la pătrunderea unui penetrator de o anumită geometrie, mai precis duritatea alimentului cercetat. Valoarea durității H se determină cu relația (1) după ce în prealabil, pentru caseta cu arc (Fig.4), utilizată la încercare s-a determinat forța F₁ corespunzătoare săgeții fi folosind în acest scop fie caracteristica arcului (Fig.1), fie o formă tabelară a acesteia în care sunt cuprinse perechile de valori: forță - F- săgeată - f.

BIBLIOGRAFIE

1. SR ISO 11036 - 2007 Analiza senzorială. Metodologie. Profil de textură

2. ISO 5492 - 2008 Senzory analysis - Vocabulary

3. ISO 6658 -1985 Senzory analysis - Methodology - General guidance

4. Sasaki K., Motoyama M., Yasuda J., .s.a., Beef texture characterization using internationally established texture vocabularies in ISO5492:1992: Differences among four different end-point temperatures in three muscles of Holstein steers, Meat Science 86 (2010), p.422 - 429

5. Xianzong X., Daquan L., s.a., Jaw movement patterns during incizor penetration on different textural foods, Journal of Texture Studies, 44, (2013), p. 124-131

6. Sayaka I., Satomi N., s.a. Compresion test of food gels on artificial tongue and ist comparasion with human test, Journal of Texture Studies, 44, (2013), p.104 -114

7. Kealy T., Application of liquid and solid rheological technologies to the textural characterisation of semi-solid foods, Food Research Internațional 39 (2006), p.265-276

8. Herrero A.,M., Ordonez J.A., Avila R., s.a. Breaking strength of dry fermented sausages and their correlation with texture profile analysis (TPA) and physicochemical characteristics, Meat Science 77 (2007), p. 331 - 338

Claims (1)

1. REVENDICARE

   Invenția Durimetru electronic portabil pentru alimente, în compunerea căruia intră un sistem de apăsare cu arc, caracterizat prin aceea că în vederea determinării in situ a durității unui aliment (18), ca expresie a texturii acestuia, in condițiile unei rezoluții, a unei sensibilități și a unei precizii ridicate, este folosit un echipament modular portabil in compunerea căruia intră un penetrator (1) de tip bilă din otel călit sau un penetrator (2) de tip con din oțel călit, un corp (3) cilindric cu o talpă de adaptare și presare, un ceas (4) comparator analogic, cinci casete (7),(8),(9),(10) si(11) cu arcuri care asigură la o săgeată de comprimare maximă de 5 mm forțe calibrate de 4N,5N,6N,8N și 10 N, casetele cu arc fiind compuse la rândul lor fiecare dintr-un corp (12) cilindric, un arc (13) precomprimat la o anumită valoare a săgeții, un corp (14) de precomprimare acționat de un șurub (15), o bucșă (16) miniaturală cu bile, și un corp (17) de presare asupra tijei (5) mobile aparținând ceasului (4) comparator, valoarea durității H a alimentului testat calculându-se din raportul dintre valoarea forței Fi , preluată din caracteristica arcului (8) și diferența valorilor săgeții f_s maxime a arcului (8) și a săgeții f_h citită de pe ceasul comparator, cea din urmă corespunzând comprimării arcului (8) ca urmare a pătrunderii penetratorului (1) de tip bilă (b) sau a penetratorului (2) de tip con (c) în alimentul (18) testat, valoarea 5 corespunzând durității teoretice infinite, mai precis situației în care la o forță prestabilită penetratorul nu intră de loc în materia alimentară cercetată.