Математическая модель ступенчатого нагрева при производстве консервов «Компот из винограда» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

664.8.036.62

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТУПЕНЧАТОГО НАГРЕВА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОНСЕРВОВ «КОМПОТ ИЗ ВИНОГРАДА»

А.Ф. ДЕМИРОВА

Дагестанский государственный технический университет,

367015, г. Махачкала, пр-т И. Шамиля, 70; тел.: (8722) 62-37-61, факс: (8722) 62-37-97, электронная почта: dstu@dstu.ru

Путем математического моделирования процесса стерилизации консервов «Компот из винограда» получены зависимости температуры прогреваемости системы и времени нагревания и охлаждения от начальной и конечной температур процесса, объема тары.

Ключевые слова: процесс стерилизации, математическое моделирование процесса, скорость изменения температуры, нагревание, охлаждение.

С помощью метода математического моделирования процесса стерилизации консервов [1,2] определены зависимости времени нагревания и охлаждения от начальной и конечной температур и объема тары.

Получены экспериментальные данные изменения температуры прогреваемости консервов «Компот из винограда» от времени при стерилизации в стеклянных банках емкостью 3, 1 и 0,5 л в водной среде: при ступенчатом и ступенчато-ротационном нагревании и охлаждении. Варианты режимов проведения процесса стерилизации представлены в табл. 1.

На рис. 1 приведены графики изменения температуры прогреваемости от времени при ступенчатом (а) и ступенчатом ротационном (б) нагревании и охлаждении для различной тары (нумерация кривых соответствует режимам стерилизации).

График каждого режима легко разбивается на три части: восходящая линия - нагревание, плато, нисходящая линия - охлаждение.

Определим эмпирическую зависимость времени нагревания и охлаждения консервов от начальной и конечной температур, а также объема тары.

Анализ графиков рис. 1 показывает, что в случае ротационного ступенчатого процесса линии нагревания и охлаждения хорошо описываются прямыми.

Аппроксимируем каждую линию нагревания и охлаждения в виде прямой

Т = а + Ъх,

(1)

где Т - температура системы, которая достигается за т мин.

Таблица 1

Вариант

Тара

Метод

Режим нагревания

Режим охлаждения

1-82-3000 Ступенчатый 6 6 6 18 9 9 9

50°С 70°С 85°С 100°С 80°С 60°С 40° С

1-82-1000 Ступенчатый 5 5 5 15 7 7 7

50оС 70°С 85°С 100°С 80°С 60°С 40° С

1-82-500 Ступенчатый 5 5 5 12 5 5 5

50оС 70°С 85°С 100°С 80°С 60°С 40° С

1-82-3000 Ступенчатый ротационный 5 6 6 16 7 7 7

50оС 70°С 85°С 100°С 80°С 60°С 40° С

1-82-1000 Ступенчатый ротационный 4 5 5 13 5 5 5

50°С 70°С 850С 100°С 80°С 60°С 40° С

1-82-500 Ступенчатый ротационный 4 4 4 11 4 4 4

50°С 70°С 850С 100°С 80°С 70°С 40° С

Продолжительность, мин

Продолжительность, мин

Рис. 1

Таблица 2

Коэф-

Стадия Тара а Ь фициент

процесса корре- ляции

Среднее

квадра-

тичное

откло-

нение

Нагревание

Охлаждение

Нагревание

Охлаждение

4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 ш 3,4 I 3,2

- нагревание ступенчатое

- нагревание ступенчатое ротационное охлаждение ступенчатое

- охлаждение ступенчатое ротационное

Ступенчатый 0 3'°

1-82-3000 26,83 2,22 0,99 1,71 § 2,8-

1-82-1000 24,71 3,04 0,99 2,42 “ 2,6-

1-82-500 24,96 3,33 0,99 2,36 2,4-

2,2-

1-82-3000 100,98 -2,00 0,99 1,27 2,0-

1-82-1000 100,48 -3,31 0,99 1,21 *1 Й

1-82-500 100,4 -3,81 0,99 1,26 1 ,о 1 0,5

Ступенчатый ротационный

1-82-3000 28,84 2,78 0,99 1,31

1-82-1000 31,51 3,69 0,99 1,30

1-82-500 27,66 4,79 0,99 1,40 71

1-82-3000 97,81 -2,27 0,99 0,76 Т(Т , Т к, ТН5

1-82-1000 99,82 -3,40 0,99 1,45

для ступ

1-82-500 98,02 -4,26 0,99 0,71 ния

1,5 2,0

Объем тары, л

Рис. 2

2,5

3,0

т(Т, Тк, Тн, V) = [Т- (Гк- Тн)]/[5,35 - 2,41 V + 0,46 V];(3) для ступенчатого ротационного процесса нагрева-

Из результатов статистической обработки данных эксперимента (табл. 2) следует, что они хорошо аппроксимируются в виде прямых, коэффициент корреляции во всех случаях не ниже 0,99, максимальное среднее квадратичное отклонение не превышает 2,42. Коэффициент Ь описывает скорость изменения температуры прогреваемости консервов во времени. При нагревании и охлаждении в обоих режимах при уменьшении объема тары скорость увеличения температуры по модулю возрастает.

Графики зависимости скорости изменения температуры во времени (коэффициент Ь) от объема тары представлены на рис. 2. Для выбранных режимов проведения процесса нагревания данная зависимость почти линейная для ступенчатого неротационного процесса (табл. 2).

На основании полученных данных функция зависимости температуры системы Т, °С, от начальной температуры среды Тн, °С, конечной температуры проведения процесса нагревания Тк (100°С), времени проведения процесса т, мин, объема тары V, л, примет следующий вид:

для ступенчатого процесса нагревания в статическом состоянии банки

Т = (Тк - Тн) + (5,35 - 2,41 V + 0,46^)т; (1)

для ступенчатого ротационного процесса нагревания

Т = (Тк - Тн) + (6,24 - 3,25 V + 0,70 V2)!. (2)

Анализ уравнений (1) и (2) свидетельствует, что при ступенчатом ротационном процессе (частота вращения 0,23 с-1 или 12 об/мин) для каждой тары характерно нелинейное увеличение скорости изменения температуры от времени. Из уравнений (1)-(2) т можно выразить через остальные параметры:

для ступенчатого процесса нагревания

т(Т, Тк, Тн, V) = [Т- (Тк - Тн)]/[6,24 - 3,25 V + 0,70^].(4)

В случае охлаждения зависимость Ь от объема тары нелинейная (рис. 2). Так как даны только три точки, то для интересующего нас интервала объемов тары от 0,5 до 3 л аппроксимируем зависимость в виде параболы. По аналогии с процессом нагревания функция зависимости температуры прогреваемости системы от Тк, Vи т примет вид:

для ступенчатого процесса охлаждения

Т = Тк- (4,35 - 1,17 V + 0,13 V2)!; (5)

для ступенчатого ротационного процесса охлаждения

Т = Тк- (3,65 - 0,68 V + 0,07 V2)!. (6)

Из уравнений (5)-(6) выразим зависимость времени охлаждения от остальных параметров:

для ступенчатого процесса охлаждения в статическом состоянии банки

т(Т, Тк, V) = [Тк- Т]/[4,35 - 1,17V + 0,13 V2]; (7)

для ступенчатого ротационного процесса охлаждения

т(Т, Тк, V) = [Тк - Т]/[3,65 - 0,68 V + 0,07Г2]. (8)

Как видно из полученных данных, при охлаждении также наблюдается увеличение скорости охлаждения при переходе от ступенчатого режима к ступенчатому ротационному - на 1°С/мин.

Полученные зависимости для режимов стерилизации (табл. 2) позволяют определить температуру прогреваемости системы в зависимости от Тн, Тк, V, т с погрешностью в среднем не более 1,43°С, а время нагревания и охлаждения в зависимости от Т, Тк, Тн, V с погрешностью не более 1 мин.

ЛИТЕРАТУРА 2. Кошевая С.Е. Математическое моделирование процес-

са тепловой стерилизации консервов: Дис. ... канд. техн. наук. -1. Алибеков А.К., Ахмедов М.Э. Применение методов Краснодар 1995 планирования эксперимента в технологических процессах. - Махачкала: ДПТИ, 1993. Поступила 14.03.11 г.

MATHEMATICAL MODEL OF STEP HEATING BY MANUFACTURE OF CANNED FOOD «COMPOTE FROM GRAPES»

A.F. DEMIROVA

Daghestan State Technical University,

70, Imam Shamilprosp., Mahachkala, 367015;ph.: (8722) 62-37-61, fax: (8722) 62-37-97, e-mail: dstu@dstu.ru

By mathematical modeling of process of sterilization of canned food «Compote from grapes» are received dependences of heating temperature of system and time of heating and cooling from initial and final temperatures of process, container volume.

Key words: sterilization process, mathematical modeling of process, speed of temperature change, heating, cooling.

663.222(470.630)

ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ ВИНОДЕЛЬЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ НОРМАТИВНЫМ ТРЕБОВАНИЯМ

А.А. АРАЛИНА \ В.В. САДОВОЙ2

1 Ставропольский государственный аграрный университет,

355017, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12; электронная почта: aralinaa@mail.ru 2 Ставропольский технологический институт сервиса (филиал) Южно-Российского университета экономики и сервиса (ЮРГУЭС),

355035, г. Ставрополь, пр-т Кулакова, 41/1; факс: (8652) 39-69-97, электронная почта: vsadovoy@yandex.ru

Обоснована целесообразность создания методики оценки качества виноградных вин на базе нейронной сети. На основании исследования спектральных характеристик виноматериалов в дополнение к существующим методам оценки качества вина разработана экспертная система, позволяющая по данным оптической плотности определять компонентный состав опытных образцов.

Ключевые слова: натуральное вино, спектральный анализ, качественные характеристики, экспертная система, нормативные требования.

Существует ряд методов оценки качества виноградных вин. Эффективные результаты получают с помощью сенсорных и физико-химических методов анализа.

Органолептически в винах определяют прозрачность, цвет, вкус, букет и типичность - соответствие внешнего вида, аромата и вкуса сложившемуся образу органолептических свойств, характеризующих сорт, место и способ приготовления вина. При оценке вкуса учитывают прежде всего степень гармоничности вина

- сочетание его спиртуозности, сладости, кислотности, экстрактивности. По внешнему виду определяют прозрачность вина, наличие мути, степень и характер окраски. На основании оценки цвета, букета и вкуса вина устанавливают соответствие тому или иному типу винодельческой продукции.

Физико-химические показатели качества винодельческой продукции характеризуются объемной долей этилового спирта, массовой концентрацией сахаров, титруемой кислотностью, также нормируется содержание сернистой кислоты, тяжелых металлов и массовая концентрация летучих кислот. Однако существующие методы оценки качества виноградных вин не всегда позволяют достоверно определить их натуральность, поскольку фальсифицированная продукция за-

частую по органолептическим и физико-химическим показателям соответствует нормативным требованиям.

Для обеспечения возможности определения качественных и количественных показателей составных компонентов и повышения эффективности оценки качества виноградных вин в дополнение к существующим методикам предложено использовать спектральный анализ соответствия винодельческой продукции нормативным требованиям.

Исследования проводили на виноматериалах, полученных в ОАО «Заря» Левокумского района Ставропольского края из винограда сорта Левокумский-1.

В исследуемых образцах красного вина определяли содержание сухих веществ на химическом анализаторе влажности ОНАИБ МВ 45, объемную долю спирта -спиртомером при 20°С, концентрацию летучих кислот

- методом отгонки паром и определения их содержания в дистилляте титрованием гидроксидом натрия в присутствии фенолфталеина.

Для фальсификации образцов виноматериалов использовали этиловый спирт, воду и уксусную кислоту. Количественное содержание этих компонентов оказывает существенное влияние на изменение оптической плотности (ОП). Уксусная кислота является основным представителем летучих кислот вина и составляет 90%