ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ И ПАРАМЕТРОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЗАМЕНИТЕЛЯ ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

32

Ставрополья

в

УДК 637.18

Д. А. Маркин

Markin D. A.

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ И ПАРАМЕТРОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЗАМЕНИТЕЛЯ ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА

THE EXPLANATION OF THE METHODS AND CHARACTERISTICS FOR OPTIMIZATION OF PREPARATION THE MILK REPLACER

Приведена методика определения параметров получения заменителей цельного молока (ЗЦМ). В ходе проведения эксперимента были определены уровни варьирования и после математической обработки экспериментальных данных получены математические модели.

Ключевые слова: измельчитель, заменитель цельного молока (ЗЦМ), соево-морковная композиция

The article describes the method of getting the parameters for producing milk replacer. During the experiment it was determined the varying levels and after the mathematical treatment of the experimental data the mathematical models were obtained.

Key words: cut-extraction device, milk replacer (MR), a soy-carrot composition

Маркин Дмитрий Александрович -

аспирант

ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет» г. Благовещенск Тел.: 8-909-884-75-54 Е-mail: armahem21@mail.ru

Markin Dmitriy Aleksandrovich -

postgraduate student

FSBEI HE «Far Eastern State Agrarian University»

Blagoveshchensk

Тел.: 8-909-884-75-54

E-mail: armahem21 @mail.ru

Известно, что использование в кормлении молодняка сельскохозяйственных животных заменителей цельного молока (ЗЦМ) позволяет сэкономить значительные объемы цельного молока и направить их на удовлетворение потребностей человека в полноценных белковых веществах. Известны рецепты ЗЦМ на основе различных наполнителей: травяным соком, белковыми гидролизатами рогокопытного и перьевого сырья и жировитаминной смесью.

Вполне очевидно, что данные ЗЦМ имеют сложный состав, производство компонентов для которого имеет свои технические, организационно-экономические и технические по силе трудности.

В этой связи проблема получения более дешевого и экономически доступного ЗЦМ является важной народнохозяйственной задачей.

В результате проводимого анализа разработана экспериментальная установка (рис. 1) для изучения процесса получения ЗЦМ.

Вода

Семена сои + морковь

1 '

Q(t) K(t)

Емкость

\ I I

О

Боксы

Ватметр

Преобразователь частоты

ПЧ SG 100-022HF фирмы Hitachi

Q(t)=f(w; b; h); K(t) = /(w;b; h);

Куд = / (w; b; h)

Рисунок 1 - Методика определения параметров получения ЗЦМ

Nа . 100 •Nя-з

кВт-ч

При проведении исследований определялись:

- производительность установки по подаче соево-морковной композиции и воды Q в соотношении: композиция вода = 1 : 8, путем взятия пробы за 5 минут и ее взвешивания;

- степень измельчения соево-морковной композиции, путем ситового анализа и определения модуля помола;

- выход сухих веществ в экстрагент -К, %, путем высушивания навески белково-витаминного экстракта;

- затраты энергии на выполнение процесса получения белково-витаминного экстракта, путем измерения тока в сети.

За критерий оптимизации приняли энергоемкость, определяемую по формуле д.т.н., профессора С. М. Доценко:

Q ■ K ■ X' кг • %'

(1)

В качестве управляемых факторов приняты: Ю - угловая скорость вращения нижнего диска, имеющая размерность - с-1; b - ширина кольца ворса, имеющая размерность - мм; h - высота ворса, имеющая размерность - мм.

Y7-9= Муд = f (Ю; b; h) ^ min.

В результате поисковых опытов определены уровни варьирования указанными факторами.

В таблице 1 представлены факторы процесса и уровни их варьирования.

В таблице 2 представлена матрица планирования трехфакторного эксперимента и его результаты по 15 опытам.

После реализации эксперимента по матрице планирования и получения данных проведена их обработка (табл/ 3-5).

Таблица 1 - Факторы и уровни варьирования для процесса

Уровни Факторы

Х / ш, с-1 Х2 / b, мм Х3/ h, мм

Верхний (+) 180,0 30,0 3,0

Основной (о) 140,0 20,0 2,0

Нижний (-) 100,0 10,0 1,0

Интервал варьирования (Е) 40,0 10,0 1,0

Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента и результаты опытов

Факторы в безразмерной системе координат Факторы в натуральном масштабе Выходной параметр

Х1 Х2 Хз Х / ш Х2 / b Х3 / h У7 Уа У9

-1 1 100,0 10,0 3,0 60,0 60,0 61,0

1 -1 -1 180,0 10,0 1,0 63,0 64,0 65,0

1 -1 100,0 30,0 1,0 61,0 61,0 62,0

1 1 1 180,0 30,0 3,0 65,0 66,0 66,0

-1 -1 100,0 10,0 1,0 70,0 69,0 69,0

1 -1 1 180,0 10,0 3,0 64,0 64,0 64,0

1 1 100,0 30,0 3,0 62,0 61,0 60,0

1 1 -1 180,0 30,0 1,0 55,0 54,0 55,0

-1,215 0 0 91,4 20,0 2,0 56,0 56,0 54,0

+ 1,215 0 0 190,04 20,0 2,0 53,0 52,0 52,0

0 -1,215 0 140,0 7,85 2,0 61,0 60,0 60,0

0 + 1,215 0 140,0 32,51 2,0 65,0 65,0 66,0

0 0 -1,215 140,0 20,0 0,749 54,0 47,0 47,0

0 0 + 1,215 140,0 20,0 3,251 50,0 52,0 50,0

0 0 0 140,0 20,0 2,0 48,0 49,0 47,0

Таблица 3 - Регрессионный анализ зависимости У^9= f(X1,X2,X3) min

Критерий Стандартное отклонение R-корреляции Коэффициент детерминации R2 F-критерий Значимость F- критерия (р)

V7^min 2,547 0,969 0,940 8,690 0,010

Yasmin 2,820 0,967 0,936 8,107 0,010

Yg^min 2,990 0,969 0,938 8,460 0,015

34

,,„ „„„„, Jj Ставрополья

Таблица 4 - Результаты регрессионного анализа

'5 5 а Р z ао ai a2 аз a 12 а13 a23 а11 a22 a33 Заключение об адекватности

а ^ Fr FT

49,23 -0,91 -0,91 - 2,5 2,5 3,16 8,81 1,48 8,69 3,59

Y8 48,47 -0,75 -0,89 0,83 2,6 2,6 3,71 9,38 - 8,12 3,59

y9 46,78 -0,45 -0,89 - - 2,5 2,25 4,10 10,76 1,11 8,46 3,59

Таблица 5 - Области экстремальных значений

Критерий X1 / ю *2 / b *3 / h Y7-9 / Nyä7-9

Y7^min 0,14 / 142,4 0,05 / 19,8 0/ 2,2 49,1 / 49,9

Y8^min 0,1 / 197,5 0,05 / 24,0 0 / 0 48,4 / 35,4

Y9^min 0,05 / 117,6 0,04 /17,7 0 / 2,9 46,74 / 44,0

На основе проведенной математической обработки экспериментальных данных получены следующие математические модели, характеризующие процесс приготовления ЗЦМ, которые после отсеивания незначимых коэффициентов имеют следующий вид: в кодированной форме:

Y7 = 49,23 - 0,91 • Xj - 0,91 • X2 + 2,5 • Xj • X3 + + 2,5 • X2 • X3 + 3,16 • X12 + 8,81 • X22 + (2) + 1,48 ■ X32 ^ min;

Y8 = 48,47 - 0,75 • X1 - 0,89 • X2 + 0,83 • X3 + + 2,6 • X1 • X3 + 2,6 • X2 • X3 + (3) + 3,71 • X2 + 9,38 • X22 ^ min;

Y9 = 46,78 - 0,45 • X1 - 0,89 • X2 + + 2,5 • X1 • X3 + 2,25 • X2 • X3 + (4) + 4,1 • X12 +10,76 • X22 +1,11 • X32 ^ min;

в раскодированной форме:

NVÄ7 = 162,11 - 0,7 -m- 4,11 • b --19,93 • h + 0,06-rn- h + 0,25 • b ■ h + (5) + 0,002 • CO2 + 0,09 • b2 +1,48 • h2 ^ min;

Nуд8 = 165,27 - 0,79 • rn - 4,32 • b -

-16,58• h + 0,06-rn- h + 0,26• b ■ h + (6) + 0,002 • CO2 + 0,09 • b2 + 0,74 • h2 ^ min;

NyÄ9 = 173,59 - 0,85-a- 4,84• b --17,35 • h + 0,06-a-h + 0,22 • b ■ h + (7) + 0,002 • a>2 + 0,12 • b2 +1,11 • h2 ^ min.

Адекватность полученных моделей, по результатам регрессионного анализа, с вероятностью Р = 0,95, при коэффициентах корреляции R7 = 0,969, R8 = 0,967 и R9 = 0,969 подтверждается неравенством FR > FT (см. табл. 4). Достоверность моделей оценивается по уровню значимости критерия Фишера, который должен быть меньше 0,05, то есть р7 = 0,01, р8 = 0,01 и р9 = 0,015 означают, что полученные модели значимы. Степень точности описания моделью процесса характеризует коэффициент детерминации (R2), поскольку R27-9 находится в пределах, больших, чем 0,8-0,95 (см. табл. 3), то можно говорить о высокой точности аппроксимации (модель хорошо описывает явление).

В таблице 5 приведены области экстремальных значений факторов X1, X2 и Х3, при которых критерии оптимизации У7_9 стремятся к минимальному значению.

На основе этих данных проведена графическая интерпретация полученных зависимостей в виде поверхностей и их сечений (рис. 2-10).

Рисунок 2 - Поверхность отклика Y7 = f(X1 = 0,14; X2; X3)—> min и ее сечения

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

естник АПК

Ставрополья

-0,2 0 -> и'2 0,6 ^

Х2

Рисунок 5 - Поверхность отклика Y8 = f(X1 = 0,1; X2; X3)—> min и ее сечения

-0,2

0,2 °<2 0,6 ! Х3 XI

Рисунок 6 - Поверхность отклика Y8 = f(X^ X2 = 0,05; X3)—>\ min и ее сечения

70 60 50 40 30 20 10 о

щ Е i" Щр ---CZ ■ ; SlSS

ее]

-0,6

-0,2 ■

0,2 S

XI °'6

ВИР"0'8

Ш 0,2

-0,4

Х2

S 60-70

■ 50-60 □ 40-50 030-40

ш 2о-зо 1210-20

■ 0-ю

Рисунок 7 - Поверхность отклика Y8 = f(X^ X2; X3 = 0)—> min и ее сечения

Рисунок 8 _ Поверхность отклика У9 = f(X1 = 0,05; X2; X3)—> min и ее сечения

_________* • ,____

-1 -0,6 -0,2 0,2 0,6

"i" ■ . ! . , 1 хз

Рисунок 9 _ Поверхность отклика У9 = f(X1; X2 = 0,04; X3)—> min и ее сечения

Рисунок 10 _ Поверхность отклика У9 = f(X1; X2; X3 = 0)—> min и ее сечения

38

,,„ „„„„, Jj Ставрополья

В ходе исследований была обоснована мето- На основе полученных математических моде-

дика и экспериментальная установка проведения лей процесса, обоснованы оптимальные значе-

исследований по изучению процесса получения ния параметров предложенного измельчителя-

ЗЦМ на основе соево-морковных композиций. экстрактора соево-морковных композиций.

Литература

1. Борсук А. А. Обоснование технологии производства сухого соевого заменителя молока // Взаимодействие научно-образовательных учреждений, бизнеса и власти : материалы регион. науч.-практ. конф. Благовещенск, 2011. С.147-149.

2. Механико-технологические основы повышения эффективности приготовления кормовых продуктов с использованием соево-зерновых смесей : монография / С. В. Вараксин [и др.]. Благовещенск : ДальГАУ, 2014. 291 с.

3. Девяткин А. И. Рациональное использование кормов. М. : Росагропромиздат, 1990. 255 с.

4. Доценко С. М., Иванов С. А., Борсук А. А. Обоснование и оптимизация параметров технологической линии приготовления соевого заменителя молока // Вестник КрасГАУ. 2011. № 9. С. 277-281.

5. Крохина В. А. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ для животных : справочник / под ред. В. А. Крохиной. М. : Агропромиз-дат, 1990. 304 с.

6. Пат. 2497381 Российская Федерация. Способ приготовления кормов с использованием сои / Доценко С. М., Соболев Р. В. [и др.] ; опубл. 10.11.13, Бюл. № 31 г.

7. Соболев Р. В. Совершенствование технологии и обоснование параметров технологической линии приготовления кормов с использованием сои : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Благовещенск, 2011.22 с.

8. Справочник. Механизация приготовления кормов / В. И. Сыроватка [и др.]. М. : Аг-ропромиздат, 1985. 368 с.

References

1. Borsuk A. A. Substantiation of technology of production of dry soy milk replacer / Interaction of scientific and educational institutions, business and government : material of regional scientifically-practical conference. Blagoveshchensk : Far Eastern State Agrarian, 2011. P. 147-149.

2. Mechanical and technological bases of increase of efficiency of preparation of food products using soy-grain mixes : Monograph / S. V. Varaksin [et al.]. Blagoveshchensk : edition of Far Eastern State Agrarian, 2014. 291 p.

3. Deviatkin A. I. Rational use of feeds. M. : Rosagropromizdat, 1990. 255 p.

4. Dotsenko S. M., Ivanov S. A., Borsuk A. A. Justification and optimization of technological parameters of the line cooking soy milk replacer / Bulletin KrasGAU. 2011. № 9. P. 277-281.

5. Krokhina V. A. Feed, feed additives and animal WMS reference / Edited by V. A. Krokhina. M. : Agropromizdat, 1990. 304 p.

6. Patent 2497381 Feed preparation method using a soy / Dotsenko S.M., Sobolev R.V. [et al.] ; publ. in BI № 31 from 10.11.2013.

7. Sobolev R. V. Improving technology and justification process line parameters feed preparation using soybean : dissertation of the candidate of technical sciences. Blagoveshchensk, 2011. 22 p.

8. Directory. Mechanization preparation of feed / V. I. Syrovatka [et al.]. M. : Agropromizdat, 1985. 368 p.