Разработка информационно-аналитической системы идентификации спиртных напитков на основе комплекса физико-химических показателей

Актуальность работы. С наступлением мирового экономического кризиса покупательная способность населения в значительной степени упала, вследствие чего увеличилась доля находящейся в обороте фальсифицированной и контрафактной продукции. Массовая фальсификация алкогольных напитков в нестабильных экономических условиях — явление, характерное для отечественного продовольственного рынка. Выявление фальсификации товаров этой группы — один из национальных факторов здоровья населения. Особое место на рынке фальсифицированных алкогольных напитков занимают спиртные напитки. Пользуясь традиционно высоким спросом у населения и одновременно обладая большой рентабельностью фальсификации, данная подгруппа алкогольных напитков представляет наибольшую опасность для здоровья потребителя. В рамках действующих нормативных и технических документов идентификация и выявление фальсификации спиртных напитков являются затруднительными, кроме того, в научной литературе не существует единого подхода к выбору критериев идентификации спиртных напитков. Одним из наиболее действенных способов выявления и предотвращения оборота фальсифицированной и контрафактной продукции служит регистрация характеристик выпускаемых партий напитков с использованием физико-химических методов анализа, обеспечивающих достоверность и надежность результатов идентификации.

Цель диссертационной работы: разработка автоматизированной информационно-аналитической системы идентификации спиртных напитков на основе комплекса инструментальных экспресс-методов анализа.

Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

— провести анализ отечественного и международного опыта идентификации алкогольных напитков с использованием современных инструментальных методов и автоматизированных технологий;

— экспериментально обосновать комплекс обобщенных физико-химических характеристик, регистрируемых при помощи экспресс-методов анализа и отвечающих требованиям, предъявляемым к показателям и критериям идентификации;

— исследовать характер изменения спектральных кривых в УФ-области спектра поглощения в зависимости от ассортиментной принадлежности спиртных напитков, условий и сроков их хранения, определить информативные участки спектра для индивидуализации образцов;

— провести кластеризацию образцов спиртных напитков с учетом пределов варьирования параметров УФ-спектра поглощения для обеспечения возможности различения подлинной, некачественной и фальсифицированной продукции;

— установить характерные пределы варьирования величины удельной электропроводности и характер их изменения в процессе хранения для различных видов спиртных напитков;

— разработать статистические критерии определения тождественности и меры сходства спиртных напитков по совокупности параметров УФ-спектра поглощения и величине удельной электропроводности с целью их идентификации;

— разработать математический способ обработки и хранения спектральных характеристик для обеспечения функционирования информационно-аналитической системы идентификации спиртных напитков;

— разработать алгоритм функционирования автоматизированной системы идентификации спиртных напитков и специализированное прикладное программное обеспечение для реализации данного алгоритма;

— предложить разработать методические рекомендации по внедрению и использованию автоматизированной информационной системы идентификации алкогольных напитков на основе регистрации спектральных и электрохимических характеристик в целях контроля, выявления и противодействия распространению на рынке недоброкачественной, фальсифицированной и контрафактной продукции.

Научная новизна работы:

Впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования совокупности параметров УФ-спектра поглощения и величины удельной электропроводности для быстрой идентификации и выявления фальсификации отдельных видов спиртных напитков.

Изучено влияние процесса хранения на изменение спектральных характеристик и удельной электропроводности, что позволило обосновать достоверные пределы варьирования показателей в спиртных напитках.

Предложен математический метод сжатия спектральных характеристик на основе представления спектра в виде суперпозиции полинома третьей степени и 6 кривых Гаусса, обеспечивающий возможность формирования и функционирования информационной базы данных для целей идентификации.

Разработаны критерии различения подлинной и фальсифицированной продукции на основе статистической кластеризации данных УФ-спектров поглощения.

Практическая значимость работы:

Установлены достоверные диапазоны варьирования спектральных характеристик и удельной электропроводности для разных видов спиртных напитков, позволяющие использовать данные показатели для подтверждения подлинности, выявления фальсифицированной и контрафактной продукции.

Разработаны алгоритм и принципиальная схема работы автоматизированной информационно-аналитической системы идентификации алкогольных напитков на основе регистрации спектральных и электрохимических характеристик.

Разработано специализированное прикладное программное обеспечение, необходимое для внедрения предлагаемой системы в практику идентификации спиртных напитков.

Подготовлены методические рекомендации по внедрению и использованию автоматизированной информационно-аналитической системы идентификации алкогольных напитков на основе регистрации спектральных и электрохимических характеристик в целях контроля, выявления и противодействия распространению на рынке недоброкачественной, фальсифицированной и контрафактной продукции.

Положения, выносимые на защиту:

Экспериментальные данные, демонстрирующие надежность и воспроизводимость спектральных и электрохимических характеристик и возможность их использования в качестве отличительных признаков для целей паспортизации и идентификации спиртных напитков.

Оригинальная технология обработки УФ-спектров, лежащая в основе формирования электронного паспорта анализируемого объекта.

Алгоритм и принципы работы автоматизированной информационно-аналитической системы идентификации спиртных напитков на основе физико-химических показателей, комплексно характеризующих состав.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных конференциях: V Международная научно-практическая конференция «Современная экономика: концепции и модели инновационного развития» (Москва, 2013), IV Международная научно-практическая конференция «Современная экономика: концепции и модели инновационного развития» (Москва, 2012), Международная межведомственная научно-практическая конференция «Товароведение в информационном обществе. Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров» (Москва, 2011), Всероссийская научно-практическая конференция «Защита отечественного потребительского рынка от некачественных и фальсифицированных товаров» (Москва, 2009).

Выводы и рекомендации:

1. Экспериментально доказано, что для спиртных напитков различных видов: коньяков, бренди, виноградных водок и водок — существенно различаются форма кривой УФ-спектра поглощения и пределы варьирования величины удельной электропроводности, что позволяет использовать указанные характеристики в качестве отличительных признаков для целей идентификации.

2. Определены оптимальные границы информативной области УФ-спектров поглощения для их регистрации с целью идентификации: 230−350 нм — для спиртных напитков винодельческого происхождения, 200−230 нм — для водок.

3. Изучены изменения спектральных и электрохимических характеристик спиртных напитков в процессе хранения, в том числе при нарушениях герметичности укупорочных средств. Для целей повышения достоверности идентификации разработан статистический метод учета изменений УФ-спектров, происходящих в ходе хранения продукции.

4. Определены достоверные диапазоны варьирования спектральных и электрохимических характеристик для подлинной и фальсифицированной алкогольной продукции. На основе метода кластерного анализа УФ-спектров поглощения предложен механизм разделения подлинных, некачественных и фальсифицированных спиртных напитков винодельческого происхождения.

5. Разработана методология идентификации спиртных напитков с достоверностью не менее 92% на основе сопоставления величины удельной электропроводности и параметров УФ-спектров поглощения идентифицируемого и эталонного образцов с определением меры сходства образцов.

6. Для обеспечения эффективного функционирования информационной базы данных разработан способ аппроксимации кривых УФ-спектров поглощения суперпозицией полинома третьей степени и шести кривых Гаусса с Я2 не менее 0,99 999.

7. Разработан двухэтапный алгоритм функционирования информационно-аналитической системы идентификации спиртных напитков с использованием сигнатурного и бессигнатурного методов идентификации.

8. Разработано прикладное программное обеспечение БрцкЕхрег!, реализующее алгоритм партионной идентификации спиртных напитков и методологию выявления фальсифицированной продукции.