О способе измерения содержания жира в молоке

Молоко – сложная физиологическая жидкость, образующаяся в молочной железе в результате глубоких изменений составных частей кормов в организме животного. Оно служит полноценной и незаменимой пищей для новорожденных живот- ных, а также необходимым продуктом питания для человека в любом возрасте.

Эффективность предприятий по производству молока зависит от качества и количества производимого молока, что в свою очередь определяется влиянием многих факторов. Свести к минимуму влияние неблагоприятных факторов можно только созданием адаптивного оборудования, позволяющего подстраиваться к индивидуальным особенностям животных. Работы физиологов показывают, что каждая четверть вымени коровы функционирует отдельно от других, качественный и количественный состав по четвертям может сильно отличаться. Развитие наукоемких технологий диктует создание малогабаритных и быстродействующих устройств, не нарушающих качество молока и условия промывки оборудования.

Удои и состав молока подвержены ежедневным колебаниям в пределах от 10 до 30%, которые обусловлены заболеваниями коров, недокормом или перекормом, интервалом между дойками, погрешностями при выдаивании, стадией полового цикла, изменениями погоды [1]. Очень важным показателем качества молока является содержание в нем жира. Этот показатель является самым неустойчивым. Так, например, в весенний пастбищный период жирность молока снижается более чем на единицу. Снижается содержание жира в молоке и тогда, когда в рационах коров повышается доля силоса и корнеплодов, комбикорма, измельченных или гранулированных кормосмесей, когда животные получают менее 4 кг сена в сутки. При заболевании коров маститом жирность молока из пораженной доли вымени уменьшается на 5–12%. По изменению содержания жира в молоке непосредственно при доении можно судить о возникших нарушениях функции вымени или проблемах в кормлении.

Разработке методов и средств для оценки качественных показателей молока посвящены труды Я.Н. Озол, И.Ф. Бородина, В.И. Столбова, и многих других отечественных и зарубежных ученых. В результате этого промышленностью выпускаются технические средства определения качественных показателей молока, в том числе определения содержания жира, применимые только в лабораториях [2, 3]. Популярны и сравнительно недороги ультразвуковые анализаторы качества молока «Лак- тан» и «Клевер», но они не позволяют контролировать качество молока в потоке, непосредственно в процессе доения.

В связи с этим работы, направленные на разработку устройств контроля качества молока в потоке, актуальны и на первый план выходят бесконтактные способы оценки качественных показателей молока.

Целью исследований являлась проверка предложенного способа измерения содержания жира в молоке. Способ заключается в том, что на обкладки емкостного устройства, заполненного молоком, подаются электромагнитные колебания смеси частот. Прошедший сигнал раскладывается на гармонические составляющие и изучается влияние содержание жира в молоке на амплитуды напряжений гармоник или их комбинации.

В экспериментах использовались пробы молока с разным содержанием жира, которые получали путем разбавления отстоянного молока сливками этого же молока. В результате исследований было оценено 62 пробы молока от десяти коров.

Содержание жира в пробах молока определялось с помощью ультразвукового анализатора «Лактан 1–4».

Через молоко, помещенное между обкладками емкостного устройства, пропускали электромагнитные колебания смеси частот (основная частота сигнала – 3 МГц). Запись выходного сигнала и преобразование его в цифровую форму производились с помощью цифрового осциллографа АКТАКОМ 3106, позволяющего кроме записи сигнала производить импорт данных в редактор MS Excel. Выходной сигнал устройства раскладывали в гармонический ряд и анализировали изменение амплитуд напряжений гармоник выходного сигнала в зависимости от содержания жира в молоке.

На рисунке представлены зависимости амплитуд напряжений основной гармоники выходного сигнала от содержания жира в молоке для десяти коров.

Для сечений разного содержания жира в молоке вычислены средние значения напряжений, дисперсии, среднеквадратические отклонения.

Зависимость амплитуд напряжений основной гармоники выходного сигнала от содержания жира в молоке

По критерию Шапиро-Уилки для каждого сечения содержания жира в молоке для амплитуд напряжений первой, третьей и пятой гармоник проверено соответствие экспериментальных данных нормальному закону распределения. Для всех сечений вычисленное значение критерия оказалось больше критического W 0,05 =0,842 для уровня значимости α=0,05, что говорит о соответствии эмпирических данных нормальному закону распределения.

С помощью критерия Фишера решался вопрос: значимо ли отличие дисперсии амплитуд напряжений для сечений разной жирности от общей дисперсии амплитуд напряжений гармоники для всех жирностей или наблюдаемое различие является случайным. Анализировались экспериментальные данные для основной, третьей и пятой гармоник. На 5% уровне значимости отношения дисперсий для разных сечений содержания жира превышают критические значения, что говорит о неслучайности влияния содержания жира в молоке на амплитуды напряжений гармоник выходного сигнала.

Для нахождения наибольшей чувствительности к определению содержания жира в молоке были исследованы комбинации гармоник, т.е. произведение амплитуд напряжений гармоник попарно между собой, квадраты амплитуд напряжений гармоник выходного сигнала, квадраты произведений амплитуд напряжений гармоник выходного сигнала.

Большая чувствительность (от 7 до 111) наблюдается для комбинации квадратов произведений амплитуд напряжений гармоник выходного сигнала.

Для оценки влияния температуры пробы молока и степени заполнения устройства на амплитуды напряжений гармоник выходного сигнала при разном содержании жира в пробах молока было снято 96 осциллограмм.

С помощью средств MS Excel для основной, третьей и пятой гармоник выходного сигнала были получены уравнения регрессии. Для фактора температура значения коэффициентов уравнений регрессии получились в пределах от 0,01 до 0,03, для фактора степень заполнения – от 0,5 до 2,2 и для содержания жира – от 0,15 до 0,35. Проверка коэффициентов уравнений ре- грессии по критерию Стьюдента показала статистическую значимость всех коэффициентов. Значения коэффициентов уравнения регрессии показывают сильное влияние на значения амплитуд напряжения выходного сигнала степени заполнения емкостного устройства.

Следовательно, при разработке конструкции устройства следует рекомендовать производить измерения при полностью заполненном датчике. Влияние тем- пературы пробы молока на выходной сигнал невелико. Поэтому, если устройства контроля содержания жира в молоке будут установлены между доильными стаканами и коллектором доильного аппарата, температуру молока, выводимого из вымени, можно считать постоянной.

Таким образом, результаты исследований показали, что для оценки содержания жира в молоке можно использовать предложенный способ.