Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор 11
1.1. Исследование научно-практических методов рафинации растительных масел 11
1.2. Анализ основных направлений создания эмульсионных продуктов питания 26
1.3. Исследование возможностей применения методов математического моделирования в пищевых технологиях 42
1.4. Современное состояние и перспективы совершенствования технологических систем масложирового и пищевых производств 47
1.5. Анализ методов и способов оценки качества масложировой продукции 53
1.6. Анализ инновационных процессов
в масложировой отрасли 62
Глава 2. Методы и объекты исследования 66
Глава 3. Комплексные исследования и разработка высокоэффективной технологии рафинации растительных масел 92
3.1. Разработка технологии рафинации растительных масел в совмещенном технологическом процессе 92
3.1.1. Разработка нового эффективного реагента и исследование его влияния на степень выведения сопутствующих веществ 92
3 Л .2. Модификация реагента с целью повышения его селективных свойств 104
3.1.3. Разработка низкотемпературных процессов рафинации растительных масел 109
3.2. Исследование и разработка рекомендаций по повышению стабильности рафинированных растительных масел при хранении 113
Глава 4. Разработка рецептур и исследование технологий получения эмульсионных продуктов питания нового поколения 123
4.1. Разработка и исследование смесей растительных масел для рецептур эмульсионных продуктов, отвечающих требованиям науки о питании 126
4.2. Научно обоснованная разработка рецептур и технологий получения эмульсионных жировых продуктов питания нового поколения 131
Классификация ингредиентов, применяемых при создании рецептур эмульсионных продуктов питания 131
Разработка и исследование технологии получения среднекалорийных рецептур эмульсионных продуктов 137 Исследование рецептур и технологии получения низкокалорийного эмульсионного жирового продукта 149
Моделирование процессов рафинации растительных масел и рецептур жировых эмульсионных продуктов 157
Математическое моделирование процесса рафинации растительных масел 157
нейтрализации свободных жирных кислот 164
Математическое моделирование функциональных свойств рецептур эмульсионных продуктов питания нового поколения 174
Системный анализ инновационного развития технологического потока производства жировых эмульсионных продуктов питания нового поколения 179
Разработка научно обоснованной обобщающей оценки точности функционирования технологической системы
Исследование устойчивости функционирования технологической системы 184
Разработка критериальных методов оценки управляемости технологической системой 184
Оценка надежности функционирования технологической системы 192
Оценка целостности функционирования технологической системы 199
Совершенствование целевой функции качества жировых продуктов питания нового поколения как элемента технологической системы 206
Исследование факторов, влияющих на качество жировых продуктов нового поколения на основе разработанной схематизации процесса совершенствования целевой функции 207
Сенсорная оценка качества масложировой продукции нового поколения 214
Разработка системы безопасности производства масложировых продуктов нового поколения 226
Разработка концепции инновационного развития масложировой отрасли и предприятий, производящих жировые продукты питания нового поколения 241
Разработка классификации видов инноваций в масложировой промышленности 241
Прогнозирование научно-технических направлений развития отрасли 255
Разработка инновационных стратегий функционирования масложирових предприятий 266
Оценка влияния качества масложировой продукции на повышение технико-экономических
показателей предприятия 274
Основные выводы и результаты диссертационного исследования 283
Список использованной литературы
- Исследование возможностей применения методов математического моделирования в пищевых технологиях
- Разработка нового эффективного реагента и исследование его влияния на степень выведения сопутствующих веществ
- Научно обоснованная разработка рецептур и технологий получения эмульсионных жировых продуктов питания нового поколения
- Системный анализ инновационного развития технологического потока производства жировых эмульсионных продуктов питания нового поколения
Введение к работе
Основное направление и актуальность исследования. Основной задачей функционирования масложировой промышленности России является удовлетворение потребности различных групп населения в высококачественных жировых продуктах питания. Влияние рыночных механизмов экономики страны на развитие отрасли сказывается на необходимости обеспечения конкурентоспособности масложировой продукции на внутреннем и внешнем рынках за счет наукоемкого производства на основе внедрения инноваций, обеспечивающих качественно новую ступень развития технологий рафинации растительных масел, разработки рецептур и технологий получения эмульсионных продуктов функционального назначения, а также усовершенствования технологической системы производства жировых продуктов нового поколения, адаптированной к современным требованиям науки о питании и инновационным процессам развития производства и промышленности. Это обосновывает выбор темы и актуальность диссертационного исследования.
Степень разработанности проблемы. Теоретические и научно-практические исследования диссертационной работы основаны на фундаментальных научных трудах известных отечественных ученых: Н.С. Арутюняна, В.В. Белобородова О.В. Большакова, О.С. Восканян, В.Н. Григорьевой, Н.А. Калашевой, В.В. Ключкина, А.А. Кочетковой, Е.П. Корненой, В.Н. Красильникова, А.Е. Краснова, О.Н. Красули, А.Н. Лисицина, С.А. Ливийской, А.П. Нечаева, В.Х. Пароняна, И.В. Павловой, В.А. Панфилова, П.А. Ребиндера, И.А. Рогова, А.Г. Сергеева, В.А. Тутеляна, Ю.А. Тырсина, А.А. Шмидта.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является проведение комплексных исследований и разработок
инновационных технологий и рецептур жировых продуктов нового поколения, для достижения которой были определены следующие задачи:
- разработка научных основ ресурсосберегающей технологии
рафинации растительных масел в совмещенном технологическом процессе
с новыми эффективными реагентами;
теоретические и научно-практические исследования компонентов и веществ, их классификация с целью создания технологий и рецептур эмульсионных жировых продуктов питания нового поколения;
оптимизация процессов рафинации растительных масел и рецептур жировых продуктов питания нового поколения методами математического моделирования;
системный анализ технологического потока производства жировых эмульсионных продуктов питания нового поколения с учетом инновационного развития;
- разработка научно обоснованной программы совершенствования
целевой функции качества масложировой продукции и обеспечение
безопасности потребления и производства на основе разработки
алгоритмов менеджмента качества и сенсорной оценки;
- разработка концепции инновационного развития предприятий
масложировой отрасли, производящих пищевые жировые продукты нового
поколения.
Научная новизна. В диссертационном исследовании автором получены следующие научные результаты:
- дано научное обоснование физико-химического механизма
выведения сопутствующих веществ из растительных масел с
предлагаемыми эффективными реагентами в разработанном совмещенном
технологическом процессе рафинации;
- разработана научно обоснованная классификация и рецептуры
ингредиентного состава жировых эмульсионных продуктов питания
нового поколения на основе систематизации их воздействия на
7 функциональные свойства продукта с применением смеси растительных масел с оптимальным соотношением со-6 и со-3 ПНЖК, что отвечает современным требованиям науки о питании;
- разработаны математические модели процесса нейтрализации
свободных жирных кислот рафинации растительных масел и
функциональных свойств рецептур эмульсионных продуктов питания, что
является основой для программного обеспечения компьютеризированной
технологической системы получения жировых продуктов нового
поколения;
- на основе системного анализа научно обоснована необходимость
совершенствования технологического потока получения эмульсионных
продуктов нового поколения как адаптивной системы в соответствии с
инновационным потенциалом и развитием производства;
- научно обоснованы и разработаны программа обеспечения
сенсорной оценки жировых продуктов питания и модульная схема
алгоритма менеджмента качества технологии рафинации растительных масел и производства эмульсионных продуктов нового поколения безопасных в потреблении;
- разработана концепция инновационного развития предприятий
отрасли, производящих пищевые жировые продукты, включающая
следующие разработки: классификацию видов инноваций, комплексную
систему диагностирования инновационного потенциала и оценку
результатов инновационной деятельности с точки зрения фактической
общественной полезности.
Практическая значимость разработок, полученных лично автором:
- разработан совмещенный технологический процесс рафинации
растительных масел с эффективными реагентами, увеличивающими выход
рафинированного масла, снижающими отходы и потери,
обеспечивающими максимальное сохранение в них естественных
8 антиоксидантов, что позволяет замедлить гидролитические и окислительные процессы при хранении и увеличит сроки хранения (патенты РФ № 2003118040; 2000101119; 2004103667; 2003118041№ 2005121399);
- предложена схема алгоритма разработки рецептур эмульсионных
продуктов функционального назначения, что соответствует современному
уровню наукоемкого производства жировой продукции нового поколения
и приемлема для практического использования;
разработаны научно-обоснованные рецептуры и технологии получения жировых средне- и низкокалорийных эмульсионных продуктов для массового потребления и профилактического назначения с улучшенным жирнокислотным составом полиненасыщенных жирных кислот, высокой пищевой и биологической ценности, безопасные в потреблении, на которые получены патенты РФ № 2004103668, 2004103666, 2003118039,2005139842, 2005139843;
внедрение адаптивной технологической системы получения жировых эмульсионных продуктов нового поколения приводит к улучшению качества продукции и повышению конкурентоспособности на внутреннем и мировом рынках, снижению себестоимости, повышению эффективности производства;
- предложена схематизация процесса совершенствования целевой
функции качества и система безопасности производства
высококачественной масложировой продукции нового поколения на всех
стадиях ее жизненного цикла;
разработаны инновационные стратегии функционирования предприятий отрасли, позволяющие учитывать современные экономические условия и выпускать высококачественную масложировую продукцию для питания различных групп населения и получать максимальную прибыль.
результаты научных исследований диссертации используются в учебном процессе - при чтении лекций, выполнении лабораторных и практических работ, курсовых и дипломных НИР, написании учебно-методической документации, а также при выполнении научно-исследовательских работ на следующих кафедрах МГУТУ: «Технологии пищевых производств»; «Технологии продуктов питания и экспертизы товаров»; «Систем управления»; «Информационных технологий»;
научно-технические разработки диссертации подтверждены актами испытаний, протоколы которых приведены в приложениях диссертации; разработан и утвержден технологический регламент и технические условия на производство эмульсионных жировых продуктов нового поколения (приложения диссертации); протоколами совместного научно-производственного совещания ОАО «Орловский маслобойный завод» и специалистов МГУТУ принято решение о внедрении в производство совмещенного технологического процесса рафинации растительных масел и рецептур жировых эмульсионных продуктов нового поколения (приложения диссертации); расчет экономического эффекта от практического использования разработанной технологии рафинации составляет 153,3 млн. руб. (приложение диссертации).
Реализация результатов диссертационного исследования и апробация работы. Научно-технические результаты диссертационного исследования реализованы в ряде научно-исследовательских работ по договорам с Министерством пищевой промышленности РСФСР за 1988-1991 гг.; хоздоговорных работах с масложировыми предприятиями с 1992-1999 гг.; Министерством образования и науки РФ за 2000 - 2005 гг. по договорам № К-02; №41-02; (№ гос. Регистрации 02.200.203331). Основные положения и результаты исследований опубликованы, докладывались и обсуждались на научном семинаре «Интенсификация и автоматизация технологических процессов обработки пищевых продуктов», МГУПБ, 2002 г.; международной научной конференции
10 «Технологии и продукты здорового питания», Всероссийский выставочный центр, МГУПП, 2003 г.; третьей международной конференции «Масложировая промышленность России: новые аспекты развития», МПА, 2004 г.; научных трудах 4-ой конрефенции отделения наукоемких технологий, экомониторинга и экономики пищевых производств МАЭН, 2004 г.; научно-практической конференции -выставке «Спреды и смеси топленые», МГУ 1111, 2005 г.; международных конференциях и семинарах, проводимых в Московском государственном университете технологий и управления: «Современные проблемы пищевой и перерабатывающей промышленности», 2000 г.; «Инновационные технологии пищевой промышленности третьего тысячелетия», 2001 г.; «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и стандартизация пищевых технологий», 2002 г.; «Стратегия развития пищевой промышленности», 2003 г.; «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья», 2004 г.; «Международный форум инвестиционных проектов в АПК», 2005 г.
Публикации. Всего опубликовано 190 научных трудов, из них 150 по теме диссертации, в том числе 11 монографий, 10 патентов РФ, 20 статей в журналах по списку, утвержденному ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, приложений, списка использованной литературы, включающего 391 наименование. Работа изложена на 311 страницах, содержит 33 рисунка, 33 таблицы.
Исследование возможностей применения методов математического моделирования в пищевых технологиях
Многостадийность технологии рафинации растительных масел определяется многообразием их состава и свойств, однако селективность удаления нежелательных сопутствующих веществ, нативных или привнесенных, не исключает необходимости выполнения определенных условий, позволяющих в максимальной степени сохранить физиологическую и пищевую ценность масел [263, 266, 268, 375].
Согласно научным работам [1-Ю] к таким условиям можно отнести предохранение масел от неблагоприятных воздействий высоких температур, химических реагентов, кислорода воздуха, влаги при этом потери масла должны быть минимальны, степень удаления сопутствующих веществ максимальна.
Как известно [154, 155, 264] нерафинированные масла имеют ярко выраженный вкус и запах, интенсивную окрасу, и образуют осадок.
В исследованиях [233,237,238] отмечается, что для сокращения отходов нейтрального жира на стадии нейтрализации и промывки, а также улучшения качества рафинированного масла применяется технология нейтрализации с использованием гидротропных добавок, которые хорошо растворимы в воде и повышают растворимость мыл, что способствует более полному отделению их от масла.
Согласно данным [236,241, 261] для обработки гидрированных жиров и светлых растительных масел широко применяется непрерывный способ нейтрализации в мыльно-щелочной среде. Этот способ обеспечивает наименьшую величину отходов соапсток отличается выгодным отношением нейтрального жира к связанным жирным кислотам.
К недостаткам этого способа относятся: получение низкоконцентрированных масел и громоздкость оборудования.
Целью исследования [11] являлось улучшение качества масла путем более полного извлечения фосфолипидов и интенсификации процесса. К гидратированному соевому маслу, содержащему 0,36 % негидратируемых фосфолипидов и имеющему кислотное число 2,08 мг КОН, добавляют 0,2 % 50 %-ного раствора лимонной кислоты при 20С. После перемешивания в течение 20 мин, масло гидратируют при той же температуре водным раствором полиэлектролита группы поли - N, N -диалкил - N, N - диаллиламмоний галогенида, а именно, полидиметил-диаллиламмоний хлоридом, взятым в количестве 2 % к массе масла. Время гидратации — 60 мин. По истечении этого времени систему разделяют в поле центробежных сил.
В исследовании [12] приведена разработка способа очистки масел и жиров путем обработки адсорбентом на основе обогащенных активированных природных глин, содержащих окиси кремния и алюминия.
В работе [13] отмечается, что при осуществлении способа очистки жирного кориандрового масла путем обработки их раствором щелочи электролита, водой и адсорбентом в качестве раствора электролита берут водный раствор оксиэтилендифосфоновой кислоты концентрацией 1,0-3,0 % в количестве 3,0-5,0 % к массе масла, а щелочную нейтрализацию и адсорбционную очистку проводят при 50-60С и 70-80С соответственно с использованием 2 % к массе активированной отбельной глины.
Исследование [14] относится к разработке способа рафинации растительных масел, включающему гидратацию с отделением фосфатидной эмульсии, обработку гидратированного масла водными растворами фосфорной кислоты и водными растворами силиката натрия в количестве 1 - 3% к массе масла. Сушку и обработку гидратированного масла водным раствором фосфорной кислоты и водным раствором силиката натрия проводят последовательно при 25-30С, при этом концентрация раствора фосфорной кислоты составляет 10-20 %, а количество - 2,5-6 % к массе масла. Кроме того, предусматривается перед разделением фаз обработка смеси масла с гелем кремневой кислоты в постоянном магнитном поле напряженностью 150 - 250 кА/м.
Разработка способа получения липидного продукта путем отгонки свободных жирных кислот, вкусоароматических и одорирующих веществ при температуре не ниже 225С под вакуумом и соотношении паролетучей смеси и рафинированного дезодорированного масла /0,1:1/-/15:1/ приведена в работе [15]. Отгонку проводят таким образом, чтобы целевой продукт содержал токоферолов не менее 300 мг%, карбонильных соединений не более 20 мкмоль/г, перекисных соединений не более 0,8% Y2 и имел температуру плавления не выше 45С. Данный способ позволяет получить витаминизированный липидный продукт с высокой биологической и физиологической ценностью за счет обогащения его токоферолами и стеролами, а также высокого содержания незаменимой линолевой кислоты.
Разработка технологии рафинации труднорафинируемых растительных масел, приведена в работе [16]. При нейтрализации гидратированного масла растворами щелочного реагента, разделение полученной смеси на нейтрализованное масло и соапсток, промывку нейтрализованного масла, нейтрализацию и отбелку проводят одновременно путем обработки гидратированного масла при 55-65С водным раствором силиката натрия концентрацией 200-250 г/л в количестве, необходимом для нейтрализации свободных жирных кислот, с 5-10%-ным избытком. При этом смесь нейтрализованного масла и соапстока обрабатывают в зоне воздействия переменного вращающегося электромагнитного поля с магнитной индукцией 0,2-0,4 Тл при 55-65С. А разделение смеси на нейтрализованное масло и соапсток проводят в тонком слое 20-25 мм при скорости потока 4-6 м/с.
Разработка нового эффективного реагента и исследование его влияния на степень выведения сопутствующих веществ
На основании проведенных нами теоретических и экспериментальных исследований [366,342,335,294,304-306,283,308,310, 363,369,373-375] установлено, что эффективность технологических процессов рафинации растительных масел во многом определяется качеством исходного масла и свойствами применяемых реагентов. Учитывая это обстоятельство, нами разработаны реагенты и исследовано их влияние на селективность и степень выведения из растительных масел сопутствующих веществ. Характеристика наиболее эффективных приведена ниже.
Карбомидно-формальдегидная смола - это синтетический термоактивный олигомерный продукт поликонденсации карбомида с формальдегидом, который образуется в результате поликонденсации первичных продуктов H2NCONHCH2OH и CO(NHCH2OH)2 друг с другом. Она содержит реакционноспособные амино- и ОН-группы. В качестве структурных элементов содержит метилольные и гемиформальные группы. С целью усиления реакционноспособности компонента КФС к его 70 %-ному водному раствору добавлен ПБА. Природный бокситно-алюмосиликатный адсорбент, содержит 20-35 % по массе Fe203, 30-40% -А120з, 25-35 % - S1O2, рН водной вытяжки 7-8, маслоемкость 10-15 г/100г, устойчив к действию растворов щелочей, слабых кислот и органических растворителей.
Первоначальные экспериментальные опыты ставились при однозначных параметрических условиях, а дальнейшие исследования проводились с варьированием переменных параметров: температуры, концентрации реагента, количества реагента от массы масла и качества исходного масла, поскольку цель наших исследований заключалась в нахождении оптимальных параметров процесса рафинации растительных масел и их смесей при помощи предлагаемого эффективного реагента.
Физико-химические характеристики исходных образцов подсолнечного масла и рафинированных по традиционной технологии (с NaOH) и по разработанной с комплексным реагентом приведены в таблице 3.1.
Последовательность проведения исследования состояла из следующих этапов. Предварительно отстаивали сырое подсолнечное масло, а затем отделяли от осадка и фильтровали. Процесс рафинации с предлагаемым реагентом осуществляли в условиях вакуума. Анализ данных таблицы показывает, что рафинированное подсолнечное масло с применением комплексного реагента имеет сравнительно лучшие показатели, чем при рафинации с едким натром. При этом следует отметить, что температура процесса рафинации с помощью NaOH принята рабочая как на производстве 95С, а температура рафинации с новым реагентом исследовалась в диапазоне 30-60С, что позволит существенно сократить энергозатраты и улучшить качество рафината, так как исключается воздействие высоких температур.
Кинетика седиментационного разделения системы «нейтрализованное подсолнечное масло - соапсток» приведена на рисунке 3.1. Показатели межфазного натяжения исследованных систем и их вязкости даны на рисунке 3.3 (а, б).
При нейтрализации свободных жирных кислот с NaOH происходит взаимодействие щелочи со свободными жирными кислотами с образованием мыла. При дальнейшем разделении фаз не происходит полного отделения мыла от жира и остаточное количество его находится в жире в растворенном тонко дисперсном состоянии, что ухудшает его товарный вид, придает неприятный привкус и запах, кроме того, будет ухудшать проведение процессов адсорбции, винтеризации и дезодорации.
Анализ полученных данных показывает, что процесс протекает при высоких температурах 85С, 90С и 95С и приводит к повышенным энергозатратам, при этом теряется большое количество естественного антиоксиданта подсолнечного масла - токоферола (80%), образуется значительное количество соапстока с высоким содержанием общего и нейтрального жира, а соотношение жирных кислот к нейтральному жиру в среднем составляет 1,2:1,0, что является неудовлетворительным показателем и оказывает отрицательное влияние на выход рафинированного масла, процент выхода которого в среднем составил 92,5 %.
Исследование кинетики седиментационного разделения системы «нейтрализованное масло - соапсток» при использовании в качестве нейтрализующего агента едкого натра (рис. З.1.), проводили с учетом того, что скорость осаждения хлопьев соапстока в нейтральном масле и вязкость разделяемой системы являются основными технологическими характеристиками этой системы.
Научно обоснованная разработка рецептур и технологий получения эмульсионных жировых продуктов питания нового поколения
Как показали проведенные нами теоретические и экспериментальные исследования [337,345,352,302,376], снижение жировой фазы в эмульсионных продуктах не способствует образованию агрегативно устойчивых эмульсий, поэтому необходимо применение эффективных добавок, стабилизирующих консистенцию продукта. Для исследования физико-химических свойств добавок и определения наиболее эффективных из них нами проводилось изучение яблочного пектина [340,343], белков масличных семян [350], молочных концентратов [358,360], яичного порошка, сухого молока и NaKMU, [309], молочных белков [359], тыквенного пектина и тыквенно-крапивной пасты [329,367,299].
Технологические этапы создания средне- и низкокалорийных эмульсионных продуктов питания функционального назначения (табл. 4.5) осуществляли в соответствии с разработанной схемой, приведенной на рисунке 4.8.
Модельные образцы эмульсионных продуктов, приготовленных по рецептурам (табл.4.5) представляли собой однородные жировые эмульсии с густой консистенцией и приятным специфическим вкусом и цветом биологически активных веществ. Образцы эмульсионных продуктов были гомогенными и стойкими, при хранении не происходило разделения фаз, о чем свидетельствуют средние данные дисперсного анализа: жировых шариков до 2 мкм - 96,0%, от 2 до 4 - 3,5%, от 4 до 6 мкм - 0,5% для рецептуры № 1; до 2 мкм - 95,0%, от 2 до 4 мкм - 3,0 %, от 4 до 6 мкм - 2,0 % для рецептуры № 2; до 2 мкм - 95,5 %, от 2 до 4 мкм - 3,0 %, от 4 до 6 мкм - 1,5 % для рецептуры № 3.
Для определения оптимальных показателей технологии получения продукта проводили исследования, позволившие выявить зависимость между эффективной вязкостью (r/эф) и скоростью сдвига (7) модельных образцов, стабилизированных NaKMLJ, тыквенным пектином, тыквенно-крапивной пастой, при различном содержании жировой фазы (рис. 4.9).
Кривые течения являются характерными для структурированных жидкостей. С увеличением скорости сдвига вязкость уменьшается неравномерно, вследствие неодинакового разрушения структуры. Вначале при малых скоростях сдвига система частично восстанавливает свою структуру, при более высоких скоростях происходит разрушение структуры с очень малым восстановлением.
Как поакзали проведенные нами исслеования [370,380,381], кривые зависимости 7)эф =/ (у) имеют весьма важное научно-практическое значение, так как определяют оптимальные параметры технологического процесса производства эмульсий, устанавливая непосредственно связь между характером течения, степенью разрушения структуры и градиентом скорости.
Реологические кривые показывают, что при сравнительно малых скоростях сдвига, эмульсии начинают течь с предельно большой вязкостью, в следствие того, что время перемещения частицы от одного контакта к другому оказывается больше, чем время взаимодействия между ними. Связи успевают обратимо восстанавливаться и течение, таким образом, происходит при медленно разрушающейся структуре. Далее при возрастании градиента скорости у происходит интенсивное разрушение пространственной сетки. При этом процент не разрушенной эмульсии составляет 99,3 %.
Кривую зависимости 7}эф. =f ( можно условно разделить на три зоны: на первой эффективная вязкость падает, на второй - наблюдается незначительное её изменение, а третья характеризуется практически постоянной вязкостью. Причины вызывающие уменьшение вязкости, заключаются в разрушении структуры и в деформационных явлениях жировых шариков и, обволакивающих их, межфазных стабилизированных слоев.
Значения вязкости при течении изменяются на несколько порядков от Tjo , отвечающей полностью неразрушенной структуре, до rjmin характерной для предельно разрушенной структуры.
Так как температура является одним из наиболее важных факторов, влияющих на реологические свойства эмульсий, поэтому исследование вопроса влияния температуры представляло большой интерес. О сложности соотношений между температурой, вязкостью и другими параметрами говорит наличие большого количества эмпирических зависимостей, однако характер изменения вязкости, а также значение абсолютных ее величин (и других физико-химических характеристик) при различных температурах дают возможность делать выводы о рациональном ведении технологического процесса и помогают выявить оптимальные режимы работы технологического оборудования.
Поэтому изучалось влияние температуры в интервале 20-75С на структурно-вязкостные свойства эмульсий. На рис.4.10 показаны кривые течения эмульсий с 45 %-ным содержанием жировой фазы и структурирующими добавками в зависимости от температуры. Кривые изменения вязкости (77) от градиента скорости (7) имеют одинаковый вид, и для исследованных температур с увеличением скорости деформации вязкость уменьшается, причем особенно быстро в области малых скоростей деформации (примерно до 5 с"1). При дальнейшем увеличении скорости деформации вязкость изменяется незначительно.
Системный анализ инновационного развития технологического потока производства жировых эмульсионных продуктов питания нового поколения
В случае инновационных изменений технологического процесса произойдут изменения факторов, определяющих эффективность процесса рафинации растительных масел, по линейному закону ІЇр\т) = Ь, + Р,т (і = 1,...и) (5.24) где bj, Pj - постоянные коэффициенты; т - время эксплуатации. Математическая модель такого изменения будет иметь вид df ldr = Pi (1 = 1,2,...и); (5.25) /,(/,)(0) = Л,; //»(Г) = /, ." ; гє[0,Г]. Интегрируя первое уравнение системы, получим линейные описания (5.24). Используя второе уравнение системы (5.25), представляющее собой начальное условие, найдем коэффициенты bt (і + 1, 2, ..., п). Используя далее третье уравнение системы, найдем коэффициенты pt (і + 1, 2, ..., ті). Следует отметить, что коэффициент pi символизируют инновационные процессы масложирового производств: техническую модернизацию рафинационной установки, совершенствование технологии и т.д.
Если правая часть первого уравнения (5.25) является функцией времени, образует множество функциональных нелинейных математических описаний процесса инновационного развития рафинационного производства, то в общем виде такая модель имеет вид df ldr = Pt{r) (/ = 1,2,...,и) (5.26) Интегрируя (5.25), получаем закон изменения фактора в пределах установленного периода fy\r) = )Pl(T)dv (/ = 1,2,...и) (5.27) о
Из соотношения видно, что математическое описание закономерности изменения любого из факторов, определяющих эффективность рафинационной установки в данный момент времени г, однозначно определяется видом подынтегральной функции р,(т). В частности, если /?,(г) = const, из соотношения (5.27) автоматически следует линейное описание (5.24).
Уравнением dfllp) /dT = pi-Rtfiip) (5.28) можно охарактеризовать постоянное совершенствование технологического процесса рафинации растительных масел, где коэффициент Rj со знаком «минус» определяет уменьшение потенциальных возможностей совершенствования технологического процесса. Граничными условиями для (5.26) являются / = 1,2,..., я и // (0) = /, (5.29) В таком случае математическая модель инновационного изменения технологического процесса рафинации имеет вид:
Для постоянных интегрирования требуется определение в каждом случае трех параметров: /?,, Я„ С;. Следовательно, необходимы три функциональные связи между указанными параметрами, вытекающие из общей закономерности процесса. Две из этих трех связей определяются граничными условиями, а третья задается четвертым уравнением системы (5.30). При этих условиях обеспечиваются однозначность решения системы и, следовательно, однозначность параметров математического описания для любого конечного числа факторов, определяющих эффективность процесса рафинации растительных масел.
Математические модели (5.26, 5.27 и 5.30) обладают значительной степенью общности: во всех случаях должно быть, по крайней мере, три граничных условия. Два из них определяют плановые показатели эффективности процесса рафинации в начале и конце установленного периода. Третье условие является оценкой инновационных изменений при модернизации оборудования и совершенствовании технологии в процессе эксплуатации рафинационной установки.
Фактически достигнутое изменение производительности рафинационной установки или качества продуктов рафинации по одной или нескольким составляющим критерия (5.22) необязательно определяет эквивалентное изменение числового значения критерия. Если производительность установки близка к максимальной, то отрицательные или положительные приращения производительности в окрестности максимума не должны существенно влиять на соответствующие изменения критерия, который в этом случае необязательно должен быть близок к максимальному значению. Это утверждение справедливо и для области минимальных или близких к ним значений факторов. Таким образом, линейность подхода к задаче эффективна в средней, зрелой фазе конструктивного и технологического развития производственной системы. Нелинейный подход не только более адекватен, но и обеспечивает однозначность определения параметров критерия эффективности. Для процесса нейтрализации свободных жирных кислот использование изложенных выше результатов разработки математического описания развития производственной структуры ведет к экспоненциальному математическому описанию факторов, определяющих оценку уравнения (5.22).
