Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

“Калининградский государственный технический университет”

Механико-технологический факультет

Кафедра пищевой биотехнологии

Математическое моделирование в технологии обогащенных творожных изделий

Выполнила студентка

группы 17-ПБ

Шкловец Александра

Проверила профессор кафедры ПБТ, д.т.н.

Мезенова О.Я.

Калининград

2019

Содержание

• Введение
• Математическое моделирование
• Применение математического моделирования в производстве обогащенных творожных продуктов
• Пример моделирования обогащенного творожного продукта
• Изучение влияния технологических факторов на формирование творога с добавлением КСБ и витаминных наполнителей
• Заключение
• Список использованной литературы


Введение

Творог можно считать одним из самых важных продуктов нашего рациона. В детстве он способствует росту костей, в пожилом возрасте улучшает самочувствие за счет того, что богат белком и витаминами.

В период беременности и кормления ребенка он становится одним из основных продуктов меню. Это опять же объясняется пользой творога в процессе развития зародыша. Продукт содержит белок, кальций, железо, витамины, необходимых для нормального развития ребенка в утробе матери.

Молочный жир, который присутствует в твороге, легко усваивается организмом. Минимальное количество углеводов тоже играет положительную роль: не происходит проблем с переработкой их организмом, внутренние органы не испытывают нагрузки.

Таким образом, в основе современных представлений о питании должна лежать концепция оптимального питания, предусматривающая необходимость и обязательность полного обеспечения потребностей организма не только в энергии, эссенциальных макро- и микронутриентах, но и в целом ряде необходимых минорных непищевых компонентов пищи, перечень и значение которых нельзя считать окончательно изученными и установленными.

В настоящее время важнейшими направлениями повышения эффективности производства является создание усовершенствованных технологий приготовления творожных продуктов.

Построение математической модели - это центральный этап исследования или проектирования любой системы. От качества модели зависит весь последующий анализ объекта. Построение модели - это процедура не формальная. Сильно зависит от исследователя, его опыта и вкуса, всегда опирается на определенный опытный материал. Модель должна быть достаточно точной, адекватной и должна быть удобна для использования.

Анализ научных исследований в области пищевых технологий показал, что математическое моделирование применяется в следующих направлениях: уточнение режимов технологических процессов, конструирование рецептур и оценка качества готовых продуктов, а также прогнозирование сроков годности новых продуктов при постановке их на производство. Наиболее актуальными при описании процессов производства пищевых продуктов являются модели многофакторного дисперсионно-регрессионного анализа с применением методов математического планирования эксперимента.

Цель: изучить основные принципы построения математических моделей при проектировании обогащенных творожных продуктов.

Математическое моделирование

Моделирование (от лат. modulus - мера) - это исследование свойств объекта не на нем самом, а на модели, подобной изучаемому объекту. Если обычный эксперимент имеет дело непосредственно с объектом исследования, то при моделировании используют более доступные изучению объекты. Гипотетический метод познания предполагает разработку научной гипотезы. Рабочая гипотеза - это обоснованное предположение о вероятной причине возникновения наблюдаемых фактов либо о предположительном развитии процесса или явления. Она формируется на основе изучения физической, химической и др. сущности исследуемого явления. Выдвинутая в результате исследования гипотеза в дальнейшем подвергается анализу и в случае ее подтверждения становится основой для дальнейших исследований.

На идее моделирования базируется любой метод научного исследования, при этом, в теоретических методах используются различного рода знаковые, абстрактные модели, в экспериментальных - предметные модели.

Задача исследователя - предсказывать характер явления и ход процесса. Иногда, бывает, что объект доступен, но эксперименты с ним дорогостоящи или могут привести к серьезным экологическим последствиям. Знания о таких процессах получают с помощью моделей.

Математическая модель реальной системы является ее формализованным описанием, позволяющим изучить систему математическими методами. Обычно она состоит из совокупности соотношений (уравнений, неравенств, логических условий, формул и т.д.), определяющих характеристики состояний системы в зависимости от ее параметров, входных сигналов, начальных и граничных условий, времени и др. Формализованное описание системы включает в себя содержательное описание и схему. Содержательное описание составляется на основании изучения теоретических основ процесса, имеющихся сведений о физической природе и количественных характеристиках элементарных явлений, происходящих в системе, о степени и характере взаимодействия между ними, о значении того или иного явления и т.д. Содержательное описание облегчает построение формализованной схемы реальной системы, которая позволяет разложить ее на простейшие элементы. Процессы, происходящие в этих элементах, как и взаимосвязь между ними, упрощаются. Это позволяет построить математическую модель реальной системы, для чего все имеющиеся сведения в виде таблиц или графиков записывают в виде соответствующих математических выражений. Математическая модель в силу упрощения процессов, происходящих в элементах системы, не всегда полностью соответствует (адекватна) ей. Но даже и в этом случае количественные исследования математической модели позволяют получить качественное описание реальной системы. На рисунке дана общая схема проведения аналитического исследования.

Таким образом математическое моделирование включает три взаимосвязанных этапа:

1) составление математического описания изучаемого объекта;

2) выбор метода решения системы уравнений (неравенств) математического описания и реализация его в форме моделирующей программы;

3) установление соответствия (адекватности) модели объекту.

В настоящее время математическое моделирование является одним из самых результативных и наиболее часто применяемых методов научного исследования. Оно опирается на математику, физику, химию, биологию и многие другие научные дисциплины, играя синтезирующую роль.

Применение математического моделирования в производстве обогащенных творожных продуктов

Творожным продуктам принадлежит значительное место среди молочных и молокосодержащих продуктов. Ассортимент творожных продуктов включает: сырки, пасты, кремы, торты и т.д. Такое разнообразие можно объяснить их популярностью среди населения и пользой, приносимой организму от регулярного употребления. Творожный белок намного лучше и легче переваривается организмом, чем белок рыбный, мясной или молочный. Богаты творожные продукты лизином и метионином. Минеральные вещества, содержащиеся в творожных продуктах, оказывают положительное воздействие на костеобразование и строение тканей. В состав творожного продукта, помимо творога и молочных компонентов, могут входить ингредиенты немолочного происхождения. Сегодня для производства творожных продуктов используются самые передовые технологии, позволяющие дополнительно обогатить его состав и значительно повысить пищевую ценность.

В пищевой промышленности в последнее время значительно расширилось применение математических методов. Это связано с усложнением технологических процессов, когда любое технически и экономически необоснованное решение приводит к значительным материальным потерям. Избежать просчетов в современных условиях производства можно, только применяя строгую количественную оценку технологических процессов, основанных на математически описанных закономерностях происходящих явлений. Перевод технологических задач в математическую форму позволяет не только уточнить существенные стороны самой задачи, но и значительно сократить время и затраты на ее решение.

Различные математические методы применяются как при изучении и оптимизации режимов и параметров различных технологических процессов, определении показателей качества разрабатываемых продуктов, так и при определении сроков годности готовых продуктов.

Известно, что качество пищевого продукта - это совокупность свойств продукта, обусловливающих его пригодность для удовлетворения определенных потребностей в соответствии с назначением. Качество любого пищевого продукта определяется по характерным для него свойствам - показателями качества. При разработке рецептур новых продуктов и оценке их качества также целесообразно применение математического моделирования.

Для молочных и других скоропортящихся продуктов, основным параметром качества которых является рост микрофлоры, довольно успешно применяются модели микробного роста, где за основу взято уравнение Аррениуса или уравнение Ратковского:

где k_A - константа уравнения Аррениуса;

R - универсальная газовая постоянная;

E_A - энергия активации.

Модели многофакторного дисперсионно-регрессионного анализа с применением методов математического планирования эксперимента позволяют учитывать одновременно микробиологические, органолептические и физико-химические показатели при определении сроков годности пищевых продуктов.

Пример моделирования обогащенного творожного продукта

Проблема обеспечения полноценными продуктами питания в соответствии с современной концепцией сбалансированного питания, в частности пищевым белком сохраняет свою актуальность. Применение белков молочной сыворотки позволяет наиболее полно и рационально использовать ценные белково - углеводные соединения сырья, повысить пищевую и биологическую ценность продуктов, за счет хорошей сбалансированности незаменимых аминокислот, содержащихся в концентратах сывороточных белков (КСБ).

Обширные исследования, регулярно проводимые Институтом питания РАМН, свидетельствуют о глубоком недостатке витаминов в пище значительного большинства людей. Использование в качестве витаминных наполнителей рыбьего жира и сиропа шиповника позволяет ликвидировать дефицит большей части витаминов в первую очередь D и С.

Таким образом, обогащение творога сывороточными белками и использование мультивитаминных комплексов рыбьего жира и сиропа шиповника является актуальным в решении проблем дефицита белка и недостатка витаминов, а также позволит расширить ассортимент биологически полноценных молочных продуктов для всех возрастных групп населения.

Изучение влияния технологических факторов на формирование творога с добавлением КСБ и витаминных наполнителей

математический моделирование творожный концентрат

В процессе проведения опытных выработок творога с добавлением концентрата сывороточных белков (КСБ), рыбьего жира и сиропа шиповника изучались следующие технологические факторы:

· доза внесения рыбьего жира (Xj) от 0,2 до 0,6 % с шагом варьирования 0,2%;

· доза внесения сиропа шиповника (Хг) от 10 до 16 % от общей массы продукта;

массовая доля жира от 0 до 5 % и их влияние на следующие показатели:

ь органолептические показатели (У_i);

ь массовую долю влаги (У_г);

ь титруемую кислотность (У_з).

На основании полученных результатов выведены уравнения регрессии, описывающие зависимость результирующих параметров от изучаемых факторов. Адекватность полученных уравнений проверяли по критерию Фишера. Уравнения регрессии имеют следующий вид:

Все изучаемые факторы влияли на органолептическую оценку продукта.

Наибольшее влияние оказывали: дозы внесения рыбьего жира и сиропа шиповника.

Для получения творога с наилучшими органолептическими показателями необходимо вносить рыбий жир в количестве от 0,3 до 0,5%, сироп шиповника от 11 до 14% от общей массы продукта, массовая доля жира должна находится в пределах от 0 до 5% (рис.1).

Наибольшее влияние на массовую долю влаги оказывала массовая доля жира в продукте. Внесение рыбьего жира и сиропа шиповника не оказывала существенного влияния на изменение массовой доли влаги в твороге.

Для получения продукта с массовой долей влаги, удовлетворяющей требованиям стандарта необходимо вносить рыбий жир в количестве от 0,2 до 0,6%, сироп шиповника от 10 до 16% от общей массы продукта, массовая доля жира от 0 до 5% (рис.1).

Титруемая кислотность в наибольшей степени зависела от содержания жира в продукте. Дозы внесения рыбьего жира и сиропа шиповника оказывали незначительное влияния.

Для получения продукта с титруемой кислотностью, удовлетворяющей требованиям, доза внесения рыбьего жира должна находится в пределах от 0,2 до 0,4%, доза внесения сиропа шиповника от 10% до 14% от общей массы продукта, массовая доля жира от 0 до 5% (рис.1).

Рис.1. - Зависимость изменений от дозы рыбьего жира (X_i) и сиропа шиповника (Х_г) по вариантам:

1- органолептической оценки (У₁) с массовой долей жира 1А - 0%, 1Б - 5%;

2- массовой доли влаги (У₂) с массовой долей жира 2А - 0%, 2Б - 5%;

3- титруемой кислотности (У₃) с массовой долей жира ЗА - 0%, ЗБ - 5%.

Анализ полученных математических зависимостей позволил установить оптимальные технологические параметры для творога с добавлением концентрата сывороточных белков, витаминных наполнителей: доза внесения рыбьего жира - 0,4%, доза сиропа шиповника - 12%. Для расширения ассортимента творога можно варьировать массовую долю жира от 0 до 5 %.

На основании полученных результатов была разработана технология нового вида творога, обогащенного КСБ и витаминными наполнителями, получившего название “Витаминный”.

Установлен гарантийный срок хранения творога с добавлением концентрата сывороточных белков и витаминных наполнителей - не более 3 суток при температуре (4±2) °С.

Заключение

В последние время все большее внимание уделяется созданию новых продуктов, сбалансированных по пищевой и биологической ценности, обогащенных биологически активными добавками. Для достижения этих целей, сокращения времени на повторные эксперименты и уменьшения затрат на производство целесообразно использовать методы математического моделирования.

Таким образом, математическое моделирование, получившее широкое распространение в пищевой промышленности, позволяет оптимизировать режимы технологических процессов, разработать рецептуры, оценить качество готовых продуктов, а также спрогнозировать сроки их годности, что в настоящее время при растущем и часто меняющемся ассортименте значительно сокращает время постановки на производство и снижает материальные затраты при разработке новых видов пищевой продукции, в том числе функционального назначения.

Список использованной литературы

1. Введение в математическое моделирование: Учеб.-метод. пособие / Б.А. Вороненко, А.Г. Крысин, В.В. Пеленко, О.А. Цуранов. - СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. - 44 с

2. Гралевская И. В. Новые виды творожных продуктов / И. В. Гралевская, И. В. Романовская, С. А. Смирнов // Молочная промышленность. - 2007. - № 7. - С. 47-48.

3. Изменение пищевой ценности и потребительских свойств творожного продукта при замене (добавлении) ингредиентов в рецептуре: https://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00539624_0.html

4. Математическое моделирование: http://pedsovet.info/info/pages/referats/info_00002.htm

5. Широкова Е. Н. Разработка и исследование технологии витаминизированного творога. Дисс. докт. Кемерово, 2004 г.

Размещено на Allbest.ru