С помощью измерения электропроводности этих объектов на переменном токе изучают их структуру, в частности, состояние клеток и межклеточного пространства. Это представляет большую практическую ценность для оценки качества овощей, так как подобные исследования позволяют исследовать процессы, протекающие в живых тканях при изменении их состояния с течением времени при воздействии внешних факторов (температуры, излучения, газового состава среды и т. п.).
Обеспечение высокого качество растительной продукции (овощной продукции) при хранении и производстве возможно с применением инструментальных методов анализа. Одним из методов инструментального контроля за оценкой качества пищевых продуктов является метод электрохимической импедансной спектроскопии, когда биологический объект характеризуется электрическим импедансом [6, с. 148].
,
где: и — действительная (активная) и мнимая (реактивная) части, а величина j — фазовый сдвиг между переменным напряжением и током .
Для паренхимной ткани активное сопротивление — это сопротивление его части объема, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в тепловую энергию (нагрев). Эти процессы в основном происходят в межклеточной и внутриклеточной жидкости и определяются ее свойствами. Реактивное сопротивление определяется обратимой передачей энергии переменного тока электрическому полю. Это происходит из-за поляризации внутриклеточных компартментов и инерционности макромолекул клеток [5, c. 251].
Следовательно, измеряя для биологического объекта величины и можно получать количественную информацию о физико-химических свойствах, как клеток, так и внутриклеточной или межклеточной жидкостях. В экспериментах проводят измерения модуля импеданса
или фазовый сдвиг j, который может определяться из соотношения
.
В исследованиях проводятся измерения частотных зависимостей (дисперсии) и [4]. Данные зависимости достаточно подробно характеризуют состояние клеток овощей, степень их деструкции [2, 3].
Для исследований влияния температуры на величину деструкции клеток в работе измерялась температурная зависимость электрического импеданса овощей. В качестве объектов исследований были выбраны следующие овощи: клубнеплоды (картофель), корнеплоды (морковь красная). Для измерений изготавливались образцы свежих овощей из основной (паренхимной) ткани с характерным размером (40´10´10) мм3, которые помещались в контейнер. В экспериментах измерялись частотные зависимости и .
Рисунок 1. Частотные зависимости модуля удельного сопротивления и сдвига фазы .
p — морковь; � — картофель; ¢ — яблоко; Т=20°С
Измерения проводились при комнатной температуре измерителем импеданса Е7-20 с применением позолоченных электродов диаметром 1,0 мм и длиной 10 мм, которые вводились в объем образцов [1]. Характерные зависимости и для диапазона частот 10—106 Гц представлены на рис. 1.
Как видно, при частоте напряжения 25 Гц модуль комплексного сопротивления у картофеля, моркови и яблока разный, величина отличается более чем 32 %. В этом случае можно уверенно по величине удельного сопротивления идентифицировать продукт.
С ростом частоты характер изменения у всех образцов одинаковый. При Гц происходит резкое уменьшение величины , например для моркови более чем в 30 раз ( Гц).
Характер изменения фазового сдвига для исследуемых тканей растительного происхождения также одинаковый. С ростом частоты происходит изменение величины j от нуля до 40¸60 градусов. На частоте 55 кГц на зависимостях j(f) наблюдается минимум, после которого величина фазового сдвига 20¸30 градусов при частоте Гц.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Для исследования влияние температуры образцы подвергались нагреву с помощью горячего воздуха до температур +70ºС со скоростью 1,5 град/мин. Измерение температуры проводилось с помощью термопара, которая была размещена в центре объема образца. Полученные результаты представлены на рис. 2. Исследования температурной зависимости импеданса Z проводились на частоте 104 Гц, так как в области частот от 103 до 105 Гц импеданс овощей наиболее сильно зависит от частоты.
Из рисунка видно, что с ростом температуры происходит монотонное уменьшение модуля импеданса, причем при температурах выше 45ºС скорость изменения существенно возрастает. При охлаждении (обратный ход кривой) величина |Z| практически не меняется и при комнатной температуре оказывается существенно ниже исходного значения.
Это свидетельствует о том, что с ростом температуры происходит необратимая деструкция клеток. На кривых φ(Т) как на прямом, так и на обратном ходе, также наблюдаются характерные изменения с ростом температуры.
Таким образом, результаты исследований показали, что величина электрического импеданса существенно зависит от температурных воздействий на паренхимные ткани овощей. Соответственно метод электрохимической импедансной спектроскопии может быть использован для оценки степени влияния температуры на овощи и возникающих при этом необратимых изменениях в их тканях.
Список литературы:
1.Голев И.М., Бобкина Е.Ю. Применение метода электрохимической импедансной спектроскопии для определения качества овощной продукции // сб. I межд. заоч. научно-практическая конф. «Потребительский рынок Евразии: современное состояние, теория и практика»: Екатеринбург: УГЭУ, 2012. С. 92—97.
2.Голев И.М., Бобкина Е.Ю. Применение метода электрохимической импедансной спектроскопии для определения качества овощной продукции // сб. I межд. заоч. научно-практическая конф. «Потребительский рынок Евразии: современное состояние, теория и практика»: Екатеринбург: УГЭУ, 2012. С. 92—97.
3.Голев И.М., Бобкина Е.Ю. Электрохимический импеданс клубней овощей // межд. заоч. научно — практическая конф. «Научные достижения биологии, химии, физики»: Новосибирск: НП «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. С. 36—41.
4.Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические процессы в переменном токе / Успехи химии. — 1975, т. 44, вып. 11. С. 1979—1986.
5.Самойлов В.О. Медицинская биофизика: Учебник/ В.О. Самойлов. — СПб.: СпецЛит, 2004.—496 с.: ил.
6.Электроаналитические методы. Теория и практика / Под. ред. Ф. Шольца; Пер. с анг. под ред. В.Н. Майстенко. — М.:БИНОМ, 2010. — 326 с.