Моделирование допустимых изменений параметров технологического процесса с целью улучшения качества и безопасности пищевых продуктов

В.А. Солопова, В.П. Попов, Д.И. Ялалетдинова, Е.Л. Горшенина

В настоящее время при жесткой конкуренции на рынке сбыта актуальной проблемой всех производителей становится улучшение качества и безопасности пищевых продуктов. Знание физико-химических и структурно-механических характеристик пищевых материалов позволяет управлять структурой, качеством и безопасностью готового продукта путем изменения режимов работы и способов механической и технологической обработки. Математическое описание протекания структурно-механических преобразований в продуктах позволяет моделировать технологические процессы с целью их оптимизации и интенсификации. На практике получили широкое распространение экспериментальные методы построения математических моделей, которые, как правило, сводятся к способам параметрической идентификации, т.е. к способам определения параметров модели заданной структуры по данным эксперимента.

Оценить качество, например, макаронных изделий можно по цвету, излому, вкусу, прочности, кислотности, внешнему виду. Цвет макарон должен быть светлым, однотонным, должен соответствовать виду муки и различным примесям, внесенным в тесто. Поверхность макарон должна быть гладкая, допускается небольшая шероховатость без признаков непромеса. Вкус и запах должен соответствовать макаронным изделиям, без привкуса горечи, плесени и других, несвойственных для макарон, запахов. Излом макарон должен быть стекловидным, форма, соответствующая виду макарон. Также оценивают соответствие макарон показателям безопасности, изделия проверяют на содержание токсичных элементов, радионуклидов, пестицидов, микотоксинов. Также к ним относят такие показатели: зараженность вредителями, содержание металломагнитной примеси и хруст от минеральной примеси. Анализ качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции включает выявление массовых долей ингредиентов, определяемых различными способами на специализированном оборудовании.

Улучшения показателей качества и безопасности макаронных изделий можно добиться на различных стадиях их производства. Подготовительные операции основного и дополнительного сырья во многом определяют качество и потребительские свойства готовой продукции. На структурно-механические и реологические свойства теста заметное влияние оказывает температура. Для повышения качества и безопасности макаронных изделий дополнительно после замеса проводят вакуумную обработку теста, которая улучшает внешний вид изделий. Сушка - это одна из важнейших операций макаронного производства. Макаронное тесто при сушке утрачивает пластичность и при определенной влажности становится хрупким. Удаление влаги следует вести постепенно, так как интенсивная сушка приводит к неравномерной усадке, вызывая растрескивание и искривление изделий. Поэтому выбор режима сушки и правильное его ведение имеют важное значение для качества готовой продукции. Режим сушки складывается из температуры, влажности и скорости движения воздуха, времени сушки и чередования сушки. Выбор его зависит от вида изготовляемых изделий.

В связи с наличием в макаронном производстве большого количества качественных показателей был разработан комплексный показатель физико-химических свойств макаронных изделий К_ПК. Данный показатель рассчитывается по формуле

, (1)

где К_ЗН – коэффициент значимости показателя качества;

- присваиваемый балл качества.

Пример шкалы перевода некоторых показателей качества и безопасности макаронных изделий представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Пример шкалы перевода значений показателей качества и безопасности макаронных изделий в баллы качества

Наименование показателя качества	Значение показателя в натуральном выражении	Присваивае-мый балл качества, Бк	Коэффициент значимости показателя, Кзн	Произве-дение Бк · Кзн
Прочность, г	Свыше 700 700 – 601 600 – 501 500 – 401 Ниже 400	5 4 3 2 1	5	25 20 15 10 5
Содержание свинца, мг/кг	Свыше 0,5 0,4 – 0,5 0,3 – 0,4 0,2 –0,3 Ниже 3,5	1 2 3 4 5	5	5 10 15 20 25

За показатель качества берется самый большой балл, полученный как сумма рангов для каждого вида изделий с учетом коэффициента их значимости. При построении математических моделей процесса изготовления пищевого продукта данный показатель берется в качестве контролируемого, устанавливается его связь с другими параметрами процесса, например температурой и влажностью, которые можно регулировать. Комплексный показатель качества должен увеличиваться от этапа к этапу производства таким образом, чтобы после завершения последнего достигнуть максимального значения. В процессе экспериментальных исследований было выявлено как изменяется комплексный показатель качества при проведении процесса сушки макаронных изделий при фиксированном значении одного из параметров и изменении двух других на разных уровнях. Пример полученной зависимости на рисунке 1.

Рисунок 1 - Зависимость комплексного показателя качества от изменения структурно-механических свойств теста и температуры охлаждающего воздуха при его относительной влажности 70 %

Подобный эксперимент позволил выявить оптимальные пределы температуры и влажности охлаждающего воздуха для получения высококачественного и безопасного продукта.