CC BY
14
ПРОИЗВОДСТВО ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ПРОДУКЦИИ
ТЕМА НОМЕРА]
УДК 577.15:594.5
Разработка алгоритмов программ
при компьютерном моделировании экологизированных производств пищевых продуктов
Ключевые слова: компьютерное моделирование; пищевые продукты; экологизированное производство; программы; алгоритмы.
Е.Б. Обухов, ассистент
Дальневосточное высшее военное командное училище, г. Владивосток А.А. Мисаковский, аспирант, Е.А. Воронова, аспирант
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, г. Владивосток
Для разработки новых пищевых и кормовых продуктов с повышенной биологической и пищевой ценности используют различные методы математического моделирования. На основании математических моделей, полученных экспериментальным путем, установлены оптимальные режимы и па-
Таблица 1
Факторы и уровни варьирования процесса сушки крупяных изделий
Факторы
Уровни Начальная влажность гранул, % Температура сушки, С Продолжительность сушки, мин
Х1 Х2 Х3
Интервал варьирования 5,0 10,0 5,0
Верхний уровень (+) 35,0 150,0 40,0
Основной уровень (0) 30,0 140,0 35,0
Нижний уровень (-) 25,0 130,0 30,0
раметры получения пищевых и кормовых продуктов.
Для получения крупяных изделий повышенной биологической и пищевой ценности приготавливают белко-во-углеводное тесто с учетом заданной биологической ценности получаемого продукта, определяемой соотношением компонентов Ск, а также значения общей органолептической оценки N зависящей от продолжительности перемешивания компонентов т и тре-
1 пер 1
буемой влажности теста Wr.
Скор = С(1 - e-R (t)) ^ opt N = N (1- e-R (t)) ^ max
max v '
R(t) = f(Ck; т WT, 0) ^ opt
> ,
где С
^ ко
химическим скор. характе-
ризующий биологическую ценность
продукта; т
■ продолжительность пе-
ремешивания; 0 - однородность смеси (теста и т. д.).
Процесс формования и сушки крупяных изделий в виде гранул характеризуется значением органолептической оценки N = Nmax - (1 - е-"'), а функциональная зависимость R(t) имеет следующий вид [1]:
R(t) = f(dr; WT; тС; t°) ^ opt,
где dr - диаметр гранул; тС - время сушки гранул; t - температура сушки.
Получение крупяных изделий заданного размера зависит от способа измельчения гранул и рассева на фракции с заданным размером и минимальными потерями М0ф:
М = МесХ ^ min,
0ф '
где М - начальная масса гранулированного продукта; с- эмпирический коэффициент; X - степень измельчения.
При этом функция R(t) имеет вид:
R(t) = f(d3; W) ^ opt,
Таблица 2
Матрица планирования и результаты эксперимента
№ п/п X1 Х2 Х3 У1 У2 У3 У4 У5 У6 У7
1 - - + 18,5 19,5 18,0 20,5 21,0 21,0 20,5
2 + - 20,0 20,5 20,0 20,5 19,5 19,5 20,5
3 - + - 17,5 19,5 17,0 17,5 20,0 20,0 21,0
4 + + + 19,0 20,0 19,0 20,0 21,5 22,0 21,5
5 - - - 19,5 20,5 20,0 20,5 19,5 19,5 20,0
6 + - + 18,5 19,5 17,0 19,0 21,0 21,0 20,0
7 - + + 19,5 19,0 20,5 19,0 20,5 20,5 24,5
8 + + - 19,0 19,0 16,5 18,0 19,0 19,0 22,0
9 -1,215 0 0 19,5 19,5 19,0 24,0 21,0 22,0 22,5
10 + 1,215 0 0 20,5 20,0 20,5 21,0 22,5 22,5 21,5
11 0 -1,215 0 20,0 17,5 21,0 22,0 22,0 23,0 22,0
12 0 + 1,215 0 22,0 18,0 19,0 22,0 22,5 22,5 23,0
13 0 0 -1,215 21,0 21,0 20,5 21,0 22,0 22,0 21,0
14 0 0 + 1,215 20,5 19,5 20,0 23,0 22,5 24,0 23,5
15 0 0 0 23,0 19,5 22,0 24,0 23,0 24,0 23,0
где эквивалентный диаметр круп; WK - влажность крупяных изделий.
На основании проведенного теоретического анализа были выделены основные факторы, влияющие на процесс сушки и, в конечном итоге, на ор-ганолептические показатели готового продукта.
В табл. 1 представлены факторы процесса сушки крупяных изделий и уровни их варьирования. В табл. 2 представлена матрица планирования трёх-факторного эксперимента и результаты 15 опытов для процесса сушки крупяных изделий.
После реализации эксперимента проведена обработка полученных данных и построены математические модели процесса сушки крупяных изделий в виде уравнений регрессии [1].
MANUFACTURE OF ECOLOGICALLY CLEAN PRODUCTION
Адекватность моделей оценена с помощью критерия Фишера неравенством Fr > FT .
Таким образом, результаты органо-лептической оценки, полученные с помощью анкет для парных сравнений, выявили лишь разницу по конкретным органолептическим показателям качества крупяных изделий, изготовленных на основе растительного сырья. Их органолептическая оценка с помощью пятибалльной шкалы дала возможность не только оценить уровень качества крупяных изделий в баллах, но и получить математические модели, позволяющие определить оптимальные значения факторов - WT t°, tc
На основе моделей процесса получения крупяных изделий методом неопределенных множителей Лагранжа решена задача и получено оптимальное сочетание значений параметров и режимов сушки крупяных изделий семи наименований.
При этом оптимальные значения факторов находятся на следующем уровне: начальная влажность крупяных изделий - W = 25-30 %; температура сушки - f°=136...150 °C; продолжительность сушки в зависимости от вида крупяных изделий - tc = 30-40 мин.
Для определения влияний температуры и времени обработки на выход, качество и структурно-механические свойства (СМС) морской капусты (Laminaria japónica) выращенной и дикой использовали метод моделирования Бокса-Уилсона [6].
Капусту обрабатывали при двух факторах Х - температура и Х2 - время, где верхний предел температуры составлял « + 100», а нижний соответственно «-80». Время находилось в верхнем пределе +30 мин, а нижний -15 мин. Определяли три функции отклика у - выход продукта от температуры и времени, У2 - качество, У3-4-СМС [2, 4, 5].
Полученные данные обрабатывали на программах «Корреляция», «Тех-2» и Matlab. Для выбора лучшего режима обработки составили уравнения регрессии. Рассчитали достоверность опыта программой для расчета корреляции [2].
Были получены следующие результаты эксперимента.
Уравнения зависимости выхода от технологических факторов: дикая морская капуста -У = 121,31 - 6,44Х + 2,06Х2;
1д 1 ' 2'
выращенная -
У1в = 118,25 - 3,13Х1 + 6,38Х2; коэффициент корреляции р = 0,95. Уравнения зависимости качества от технологических факторов: дикая морская капуста -У = 3,6 + 0,06Х + 0,40Х;
Таблица 3
Результаты эксперимента
№
Фактор Х
Температура обработки,
°C
Фактор Х
Время обработки, мин
Функция отклика У,
Выход, %
дикая
выращенная
Функция отклика У
Органолептическая оценка, баллы
дикая
выращенная
Функция отклика У3 Функция отклика У4
СМС, Рк, г СМС, Па
на приборе СТ-1 на приборе ПП-4
дикая щвеынрнаа-я дикая щвеынрнаа-я
1 -80 -15 112; 98; 2,0; 2,4; 820 854; 1500; 1300
120; 105; 2,5; 2,0; 798 899; 1450 1250
108; 100; 2,1; 2,2; 812; 866; 1360; 1350
116 110 2,0 2,5 794 874 1510 1200
2 +100 -15 120; 120; 4,1; 4,3; 500 455; 1200 ; 1100
125; 115; 4,5; 4,1; 480 445; 1100 ; 1050
135; 125; 4,3; 4,5; 488 ; 470; 1150 ; 1060
118 122 4,0 4,2 490 446 1120 1001
3 -80 +30 145; 140; 5,0; 5,0; 291; 284; 980; 760;
140; 135; 4,8; 4,9; 300 ; 276; 970 790;
135; 148; 4,9; 5,0; 258 ; 300; 950; 750;
146 135 5,0 5,0 266 259 980 740
4 +100 +30 102; 110; 3,1; 3,3; 153 149; 670; 550;
110; 115; 2,9; 3,2; 145; 136; 650; 555;
105; 108; 3,3; 3,4; 145; 142; 640; 510;
104 106 3,0 3,0 130 138 665 500
«—» - минимальное значение, взятое для эксперимента, «+» - максимальное значение
выращенная -
У, = 3,7 + 0,03Х + 0,36Х2;
2в ' ' 1 ' 2'
коэффициент корреляции р = 0,96. Уравнения зависимости СМС от технологических факторов на «Структуро-метре»: дикая морская капуста -У = 426,88 - 115,50X1 - 215,88Х2;
3д 1 ' 2'
выращенная -
У = 437,06 - 139,44Х - 226,56Х2;
3в ' '1 '2'
коэффициент корреляции р = 0,99. Уравнения зависимости СМС от технологических факторов на «ПП-4»: дикая морская капуста -У4д = 1055,94- 156,56Х1 + 242,81Х2; выращенная -
У4в = 904,13 - 113,38Х1 + 259,75Х2; коэффициент корреляции р = 0,95. Полученные уравнения регрессии показали, что выход продукта уменьшается от температуры обработки в диком сырье на 6,44 %, а в выращенном - на 3,13 %, чем доказывается разное влияние режимов обработки на сырье. Время обработки увеличивает выход: в диком сырье он составил 2,06 % в выращенном - 6,38 %. Орга-нолептические и СМС показатели остались без значимых изменений от вида сырья.
Регулирование режимов обработки целесообразно для различного вида сырья, так как имеется возможность повысить выход до 3 %, что достаточно целесообразно для предприятия в экономическом плане.
При обзоре результатов было установлено, что температура уменьшает выход, качество и делает капусту недостаточно мягкой. Следовательно, выбираем температуру - для выращенной капусты нижний уровень 80 °C, следовательно, необходимо
Алгоритм программы определения коэффициентов экологизации технологии переработки природного сырья
уменьшить температуру до 60 °C. Время обработки увеличивает выход и органолептические показатели и делает капусту мягкой, с приятным хрустом свежей морской капусты. Выбираем время обработки - верхний уровень 30 мин [2].
Из эксперимента получены данные по СМС. Установлено, что вареная капуста, имеющая усилие касание от 260-300 г, соответствует качеству 4,55 балла и выходу от 130-150 % готовой
ПРОИЗВОДСТВО ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ПРОДУКЦИИ
ТЕМА НОМЕРА Щ
продукции. Структура продукта несет в себе информацию, полученные данные о СМС вареной морской капусты будут внесены в базу данных и использованы в создании компьютерной модели. Таким образом, применение математического аппарата в производстве продуктов из гидробионтов не является основным для производства экологически чистых продуктов из ОА, следовательно, необходимо применять логистические системы [2].
Была разработана компьютерная модель для оценки экологизации технологии переработки продовольственного сырья в реальных процессах, происходящих с сырьем и полуфабрикатами на различных стадиях их обработки. Алгоритм программы определения коэффициентов экологизации технологии переработки природного сырья представлен на рисунке [5].
Определение коэффициентов экологизации технологии переработки природного сырья, исходя из оценки затрат, приходящихся на экологические мероприятия в общем объеме выпускаемой продукции, предлагается про-
водить по предлагаемому алгоритму программы в следующей последовательности. определить количество отходов переработки сырья (твердые, жидкие и др.), их выход в натуральном и стоимостном выражении; рассчитать плату за загрязнение природной среды и за выбросы в водоемы, а также за размещение производственных отходов (отходов, полученных в результате деятельности предприятия); определить коэффициенты экологизации рассматриваемой технологии; сделать заключение о степени экологизации, безотходности технологического процесса и эффективности производства; дать рекомендации по повышению экологичности производственных процессов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Доценко С.М., Скрипко О.В., Грызлов В.М., Рукосуев В.М., Обухов Е.Б. и др. Рекомендации по разработке технологий и рецептур поликомпонентных продуктов питания с использованием соевого белка. - Благовещенск, 2008.
2. Мисаковский А.А., Перебейнос А.В. Разработка экологизированных технологий обработки объектов аква-культуры с применением логистики и компьютерного моделирования. Приморские Зори - 2007. - Владивосток: изд-во ДВГТУ, 2007, с. 134-136.
3. Перебейнос А.В. Новые кормовые продукты из отходов переработки морских гидробионтов. - Владивосток: Дальневосточный университет, 1995.
4. Перебейнос А.В, Мисаковский А.А. Моделирование предприятий по переработки гидробионтов. учеб. пос. - М., 2008.
5. Перебейнос А.В., Мисаковский А.А., Сахарова О.В., Баштовой А.Н., Буторина Т.Е., Попков А.А, Губеева Т.А. Методологические аспекты производства функциональных продуктов из живых гидробионтов. Сб. материалов региональной студенческой научно-техн. конференции «Научная работа - основа качества подготовки специалистов». - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2005, с. 171-176.
6. Шириков В.Ф., Зарбалиев С.М. Математическая статистика. учеб. пос. - М.. КолосС, 2009.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
КАЛЕНДАРЬ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА НОЯБРЬ - ДЕКАБРЬ 2009 г.
10-11 ноября 2009 года (вт-ср)
18-19 ноября 2009 года (ср-чт)
10 декабря 2009 года (чт)
Первая научно-практическая конференция с международным участием «ТАРА И УПАКОВКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. КОММУНИКАТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»
VI! международная научно-практическая конференция и выставка «АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ПРИБОРЫ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ЭКСПЕРТИЗА, ОЦЕНКА КАЧЕСТВА, ПОДЛИННОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ»
Презентация книги
«РУКОВОДСТВО ПО ПРИМЕНЕНИЮ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»
Первая всероссийская научно-практическая конференция «РОЛЬ ВУЗОВ В СОЗДАНИИ КАДРОВОГО РЕЗЕРВА ИННОВАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА РОССИИ»
Информационная поддержка:
в мире науки
мм
Официальная поддержка:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ АССОЦИАЦИЯ МОСКОВСКИХ ВУЗОВ
Аналитический информационный центр «МГУПП-Медиа»
125080, Россия, г. Москва, ул. Врубеля, д. 12, В-9-7 media@mgupp.ru (499) 158-70-22
WWW.mgupp.rumgupp-media@mail.ru (499) 158-72-35
