Исследование процессов свертывания молока интерференционным методом

достаточно четко можно иметь при соотношении «размер частицы / длина волны» от 1 до 4– 5. Излучение должно быть монохроматичным. Этому условию удовлетворяют твердотельные лазеры, широко используемые в настоящее время в целом ряде приборов.

Исследования проводили на специальном интерференционном микроскопе с лазером с длиной волны 650 нм. Интерференционную картину фиксировали с помощью веб-камеры с разрешением 640 х 480 пикселей. Луч лазера направляли на кювету с исследуемым молоком, прошедший луч – в оптическую систему микроскопа, снабженную видеокамерой. Кювета термостатировалась при температуре 30 ± 1ºС.

Полученное видеоизображение анализировали с использованием специальной программы, записывали и затем подвергали сканированию в нескольких точках для получения осциллограммы изменения яркости.

Интерференционное изображение получалось в виде круга с неравномерно окрашенными в красный цвет перемещающимися зонами неправильной изменяющейся формы (рис. 1 и 2). Первоначально, после добавления сычужного фермента, визуально наблюдалось интенсивное хаотичное перемещение окрашенных зон. С течением времени размеры зон несколько укрупнялись, движение становилось замедленным и затем полностью прекращалось по завершении процесса свертывания. Рабочей гипотезой являлось то, что получаемое и фиксируемое аппаратурой изображение представляет собой интерференционную картину монохроматического луча, взаимодействовавшего с объектами, содержащимися в молоке (жир и белок). Взаимодействие представляло собой прохождение и отражение света от поверхности объектов.

Рис. 1. Изображение начальной стадии свертывания молока

Рис. 2 . Изображение конечной стадии свертывания молока

Для количественной оценки скорости перемещения зон полученные записи видеоизображения интерферограмм затем воспроизводились на мониторе компьютера, оборудованном фотодатчиками. Сигналы яркости с контролируемых точек изображения записывались в виде осциллограмм, а также поступали на вход анализатора спектра частот. Контроль проводился в трех точках видеоизображения, суммарный сигнал подвергался частотному анализу. Общий вид осциллограммы приведен на рис. 3.

По внешнему виду осциллограммы можно сказать о том, что процесс, фиксируемый интерфероскопом, несмотря на хаотичность, имеет в первой стадии высокую интенсивность (высокую частоту изменения яркости контролируемой точки), впоследствии частота снижается, что видно по увеличению расстояний между экстремумами осциллограммы.

Рис. 3 . Осциллограмма центральной точки видеоизображения интерференционной картины

Частотный анализ с применением метода БПФ (быстрые преобразования Фурье) показал изменения в спектре частот (скорости перемещения объектов в точке наблюдения) в процессе свертывания молока под воздействием молокосвертывающего фермента (рис. 4–8). Диапазон характерных частот находился в пределах от 0,1 Гц до 5 Гц.

Рис. 4 . Начальная стадия свертывания (10 с)

Рис. 5 . Завершающая стадия свертывания (300 с)

Рис. 6 . Суммарное изменение амплитуд (от 0 до 4 Гц) в процессе свертывания молока

Рис. 7 . Суммарное изменение амплитуд (от 1 до 2 Гц) в процессе свертывания молока

Рис. 8 . Суммарное изменение амплитуд (от 2 до 3 Гц) в процессе свертывания молока

Из спектрограмм видно, что в начальной стадии свертывания спектр частот шире (от 0,1 Гц до 4 Гц с уровнем более 0,005 мв). В завершающей стадии свертывания высокочас-

тотные колебания значительно снижаются, а после завершения свертывания практически полностью прекращаются. Незначительные отклонения от нулевого уровня объясняются флуктуациями лазерного излучения и шумами фотоприемника.

Обработка спектрограмм позволила выявить оценку динамики перемещения объектов, получаемых на интерферограммах.

Рис. 9 . Суммарное изменение амплитуд (от 3 до 4 Гц) в процессе свертывания молока

Наиболее информативным следует считать диапазон от 2 Гц до 3 Гц, в котором ярко проявляются оптические эффекты, связанные со структурой образующегося молочного сгустка.

Обращают на себя внимание минимумы на графиках, соответствующие 100 с и 230 с с момента внесения сычужного фермента в образец (рис. 8). Это может быть связано с какими-либо этапами свертывания белков (отщепление гликомакропептида, изменение пространственной структуры белков).

Анализ частотной характеристики в течение всего времени наблюдения (350 с) говорит о наличии максимума амплитуды на частоте 0,16 Гц и локальных максимумов на частотах 0,635; 0,794 и 1,07 Гц. Минимумы амплитуд соответствовали частотам 0,476 Гц и 0,873 Гц.

Следует отметить, что предлагаемая методика позволяет наблюдать динамику процесса свертывания без механического воздействия на объект, что дает возможность получать более достоверную информацию о процессах, происходящих при коагуляции молока.