WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

БЕЛЯЕВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

Многокритериальная  оптимизация  процессов тепловой обработки  мясных полуфабрикатов  при ИК-энергоподводе

Специальность:  05.18.12 – Процессы и аппараты пищевых производств

  05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка

информации (по отраслям )

А В Т О Р  Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени доктора

технических наук

МОСКВА  2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский  государственный университет прикладной биотехнологии»  (ГОУ ВПО МГУПБ)

Научные консультанты:

д-р техн. наук,  проф.  Геннадий Вячеславович Семенов 

д-р техн. наук, проф. Юрий Алексеевич Ивашкин

Официальные оппоненты:

д-р техн. наук, проф.  Юрий Михайлович  Плаксин 

д-р техн. наук, проф.  Олег Васильевич  Большаков 

д-р техн. наук, проф.  Игорь Николаевич  Дорохов

Ведущая организация  – Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт

мясной промышленности им. В.М. Горбатова

Российской академии сельскохозяйственных наук

  Защита состоится « ______ »______________________2009  г. в ______часов на  заседании  Диссертационного  совета  Д  212.149. 05 при ГОУ  ВПО  «Московский государственный университет  прикладной биотехнологии» по адресу:  109316, Москва, ул. Талалихина, д. 33, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета прикладной биотехнологии и веб-сайте МГУПБ www/:msaab.ru

  Автореферат  разослан  « ______ »______________________200  г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, 

кандидат технических наук, доцент  В.В. Мотин

ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА  РАБОТЫ

Актуальность проблемы

На современном этапе развитие  рыночных отношений  и предпринимательской активности населения привело к резкому увеличению в стране сетей  мелких и средних предприятий общественного питания. Их насчитывается  порядка  сотен тысяч, и объемы реализации только в Москве превышают 40 млн. долл. США в месяц. Значительный  удельный вес в  технологии приготовления продуктов питания  с использованием мясного сырья  занимает тепловая обработка  в различных греющих средах и условиях энергоподвода. Для этого широко используются  пароконвектоматы, микроволновые печи  с режимами СВЧ-нагрева, комбинированные с СВЧ- и последующей ИК-обработкой, режимы «Гриль», при которых продукты подвергают  воздействию инфракрасного облучения.

Наряду с предприятиями общественного питания, на  мясокомбинатах при производстве мясных продуктов, таких как карбонад, мясные  хлебы и другие также широко используется инфракрасный нагрев.

Однако в сложившейся ситуации на пищевых  предприятиях среднего и малого бизнеса во многих случаях применяется устаревшее оборудование различных фирм-производителей,  либо кустарного производства. При этом режимы тепловой обработки  зачастую далеки от рациональных, следствием чего является перерасход электроэнергии и неудовлетворительное качество готовых пищевых продуктов.

В связи с этим становится актуальной и своевременной проблема системных исследований и разработки, научно обоснованных рациональных режимов подвода энергии в процессах термообработки мясных полуфабрикатов, повышения  технического уровня аппаратурного оформления,  условий эксплуатации,  резервов  экономии электроэнергии  и  обеспечение заданного  стабильного уровня  качества  готовой продукции. Поэтому дальнейшее  развитие  таких электрофизических методов как  электротермия (ВЧ и СВЧ, инфракрасный нагрев, электростатическое  поле, ультразвук, импульсная техника) для интенсификации процессов теплообмена  и совершенствования аппаратов, в которых осуществляется тепловая обработка,  является социально значимым  и актуальным.

В теорию и практику изучения  электрофизических методов в различных  пищевых технологиях  внесли  отечественные ученые  Б.М. Азаров,  Л.Я. Ауэрман, В.Я. Адаменко, И.Ю. Алексанян, В.С. Баранов, А.С. Большаков, А.А. Буйнов, И.Н. Владавец, М.П. Воларович, Н.А. Воскресенский, А.Н. Вышелесский, А.С. Гинзбург, Н.А. Головкин, А.В. Горбатов, В.С. Грюнер, Э.А. Гуйго, А.И. Жаринов, Ю.С. Заяс, С.Г. Ильясов, Э.И. Каухчшвили, В.В. Красников, С.В. Некрутман, Ю.М. Плаксин, И.А. Рогов,  В.И. Хлебников и др.

  Интенсивное развитие прикладной биотехнологии, информационных технологий, системного анализа и математических методов  создало объективные предпосылки для нового уровня понимания физической природы, аналитического описания и численной  реализации процессов тепломассопереноса при  тепловой обработке сырья  животного и растительного  происхождения. Это позволяет научно обосновать возможность получения новых продуктов с заданным составом при использовании  нетрадиционных видов воздействия тепла, а также возможность управления процессами на всех стадиях производства пищевых продуктов.

На современном этапе  в трудах отечественных и зарубежных  ученых (Э.Э. Афанасов, А.А. Артиков,  Л.С. Гордеев, И.Н. Дорохов, Ю.А. Ивашкин,  В.В. Кафаров, В.П. Мешалкин, В.В. Митин, Н.С. Николаев,  И.И. Протопопов, И.А. Рогов, С.А. Рыжов, P. Ваuer, W. Erikson, P.Eykhoff , Q.Hall, F. Krause, R. Madsen, R. Meier, E.Olsen, H. Roberts, E. Shulze и др.) сформулированы  общие принципы системного анализа, математического моделирования и оптимизации химико- и биотехнологических процессов, принципы накопления интегрированной базы знаний, развития основ методологии системно-аналитического подхода в прикладной биотехнологии.

В 60-х годах были изданы монографии Г. Карслоу и Д. Егера, А. Фридмана, А.В. Лыкова и А.А. Гухмана, содержащие полное и систематическое изложение феноменологического метода в теории переноса. Значительный вклад в развитие теории термической обработки мяса и мясопродуктов внесли работы  А.М. Бражникова

  Однако ставшие классическими аналитические методы решения задач тепломассопереноса в виде бесконечных рядов с множеством номограмм и таблиц  мало  пригодны  для анализа и прогнозирования состояния процесса в гетерогенных и многокомпонентных продуктах  из-за  сложности математических зависимостей и многостадийных вычислений.  Приближенные методы решения уравнений тепломассопереноса, позволяющие получить результат в относительно простом виде, связаны с большим количеством допущений и сведением к частным упрощенным случаям.

  Вместе с тем  процессы  теплового воздействия на  биохимические изменения в поверхностных и глубинных слоях мясного продукта  различны,  объективные данные о влиянии  тепломассообмена на пищевую и биологическую ценность и  динамику послойного  распределения изменений биохимического  состава  продукта в литературе  отсутствуют.  Проведенные нами  исследования показали, что сегодня для  обобщенной  количественной оценки  тепломассообменных процессов и математического описания происходящих при этом распределенных биохимических изменений  в объектах обработки более эффективными являются методы системного  анализа. 

  В связи с этим возникает необходимость создания информационных технологий системного анализа состояний и изменений в мясопродуктах в процессах тепломассопереноса с выходом на оптимальные режимы, обеспечивающие максимальное сохранение пищевой и биологической ценности при  нагреве.  В этом направлении решение проблемы интенсификации современных технологий связано с разработкой компьютерной знание-ориентированной системы на основе численных методов  моделирования  и  оптимизации тепломассообменных  процессов при  тепловой обработке  биосырья в общей структуре технологической системы. Такой подход обеспечивает достижение режимов ресурсосбережения и получения продукта заданного качества с прогнозируемыми  показателями пищевой и  биологической ценности. 

  В диссертации обобщены результаты научных исследований за период  1990–2009 гг., выполненные лично автором,  а также  под его руководством. Работа выполнялась по договору Министерства высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан и Министерства образования и науки Российской Федерации  по линии международного образования и сотрудничества (постановление Правительства  Российской  Федерации от 04.11.2003, № 668).

Автор выражает глубокую признательность  Президенту Московского государственного университета прикладной биотехнологии академику РАСХН, д.т.н., профессору И.А. Рогову за содержательные консультации и поддержку  при выполнении данной научно-исследовательской работы; ректору академику РАСХН, д.т.н., профессору Е.И. Титову за моральную поддержку и созданные условия при выполнении диссертационной работы; проректору по научной работе д.т.н, профессору  Г.В. Семенову и заведующему кафедрой «КТиС» д.т.н., профессору  Ю.А. Ивашкину за научные обсуждения и консультации в процессе работы над диссертацией, а также сотрудникам кафедры «ТОПО» и «КТиС»  за конструктивную помощь при выполнении научной работы.

 

Цель и задачи исследования

Целью  диссертационной работы  является  многокритериальная  оптимизация тепломассообменных процессов с  учетом массовых превращений  компонентов пищевой и биологической ценности мясных полуфабрикатов, прогнозирования качества готовых продуктов  на  основе  системного анализа,  компьютерных технологий и разработки практических  решений по конструкциям высокоэффективных тепловых аппаратов,  управлению режимными параметрами процесса термического воздействия.

Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:

  • развитие физической модели тепломассообмена в процессах инфракрасных тепловых воздействий с учетом массовых превращений показателей пищевой и биологической ценности биопродукта;
  • разработка  иерархической структуры системных исследований процессов тепловой обработки мясных полуфабрикатов при ИК-энергоподводе;
  • экспериментальные исследования  физико-химических показателей,  микробиологических  явлений  и эффектов, микроструктуры,  закономерностей тепломассообмена по уровням иерархии в мясных полуфабрикатах в сравнительном  анализе  при ИК- и СВЧ-нагревах;
  • математическое описание массовых превращений показателей  пищевой и биологической ценности как функции тепловых  воздействий и создание на этой основе расширенной  модели тепломассообменных процессов с учетом изменений массовых долей  биологических компонентов;
  • экспериментальные  исследования технологических  критериев  эффективности тепловой обработки мясных полуфабрикатов; 
  • разработка  критериев многоуровневой оптимизации минимизации потерь  пищевой и биологической ценности: амино- жирных кислот и витаминов;
  • разработка  алгоритмов математического моделирования и многокритериальной оптимизации процесса тепловой обработки мясных полуфабрикатов на различных уровнях иерархии оценок;
  • разработка структурно-параметрической модели прогнозирования качества готового продукта при  оптимальных параметрах ИК-энергоподвода с учетом параметров биосырья, технологии и особенностей  аппаратурного оформления  процесса тепловой обработки мясных полуфабрикатов;
  • разработка  информационной технологии и компьютерной системы поддержки принятия оптимальных решений в управлении процессом  тепловой обработки  мясных полуфабрикатов;
  • разработка рекомендаций и технических решений по проектированию оптимальных процессов тепловой обработки мясных продуктов  и  высокоэффективных аппаратов  ИК-нагрева.

  Концептуальная направленность диссертации состоит в  разработке оптимальных  режимных параметров процесса, обеспечивающих  максимальное  сохранение  пищевой и биологической  ценности готовых  продуктов при  ИК-нагреве. 

На  защиту  выносятся:

  • физическая  модель  процесса ИК-нагрева, описывающая тепломассообмен  и изменения массовых долей  биологических компонентов мясных полуфабрикатов; 
  • иерархическая структура комплекса изменений физико-химических, микробиологических, тепломассообменных  процессов в  мясных полуфабрикатах при ИК-нагреве;
  • результаты комплексных экспериментальных исследований  физико-химических закономерностей качественных показателей  процесса тепловой обработки на различных уровнях иерархической структуры, а именно: изменение амино- и жирнокислотного составов, витаминов, минеральных веществ и микроструктуры в сравнительном анализе при ИК- и СВЧ-нагревах,  исследование полей температур, влажности  мясных полуфабрикатов и мясных рецептурных композиций с растительными добавками,  кинетики процесса нагрева и обезвоживания с целью  прогнозирования режимов тепловой обработки в заданном интервале для получения продукта требуемого качества;
  • система критериев многоуровневой оптимизации пищевой и биологической ценности  мясных полуфабрикатов;
  • модели и алгоритмы многокритериальной оптимизации  тепло-массообменных  процессов  ИК-обработки мясных полуфабрикатов;
  • методология структурно-параметрического  анализа и прогнозирования качества готовых продуктов при оптимальных режимах тепловой обработки мясных полуфабрикатов с использованием инфракрасного энергоподвода;
  • информационная технология и программная реализация режимных параметров процесса во взаимосвязи с технологическими  критериями качества и критериями по минимизации потерь пищевой и биологической ценности;
  • рекомендации по рациональным режимным параметрам и  аппаратурному оформлению  процессов производства мясных полуфабрикатов  с применением  инфракрасного энергоподвода.

  Научная новизна

  • разработана  методология иерархического многоуровневого системного анализа  тепломассообменных процессов и изменений  массовых долей ингредиентов, определяющих пищевую ценность продукта, и компонентов, определяющих биологическую ценность,  при  инфракрасной  тепловой обработке  мясных полуфабрикатов;
  • предложена физическая модель  тепломассопереноса с учетом изменений  массовых долей биологических компонентов мясных полуфабрикатов  при инфракрасных  тепловых воздействиях и на ее основе разработана  расширенная  математическая модель тепломассообменных процессов во взаимосвязи с массовыми  превращениями  ингредиентов пищевой и компонентов  биологической ценности мясных полуфабрикатов  при тепловой  обработке; 
  • получены полиномные зависимости, описывающие динамику биохимических изменений  амино- и жирнокислотного составов,  витаминов, белковых и липидных фракций мясных полуфабрикатов в процессе тепловой обработки;
  • разработаны  критерии многоуровневой оптимизации по оценке потерь пищевой ценности: белков, жиров, влаги; белковых и жировых фракций мышечной ткани; биологической  ценности:  аминокислот, жирных кислот и витаминов;
  • разработаны алгоритмы имитационного моделирования и многокритериальной оптимизации процесса тепловой обработки мясных полуфабрикатов  для различных уровней системного анализа с минимизацией изменений  белковых и жировых фракций мышечной ткани,  амино- и жирокислотного составов, микроэлементов и витаминов при инфракрасном энергоподводе;
  • разработаны  структурно-параметрическая модель,  информационная технология анализа и прогнозирования процесса ИК-обработки мясных полуфабрикатов как большой многофакторной  технологической системы;
  • разработана  компьютерная экспертная система проектирования  оптимального процесса тепловой обработки  мясных полуфабрикатов по критериям минимальных потерь ингредиентов пищевой и компонентов биологической ценности.

Практическая значимость  и реализация результатов работы 

  • оптимальные  режимы  процесса тепловой обработки мясных полуфабрикатов и мясных композиций  в условиях ИК-облучения, учитывающие влияние тепломассообменных процессов на пищевую и биологическую ценность мясных  изделий;
  • рекомендации по конструкции печи с инфракрасными излучателями с варьированием различных вариантов тепловой обработки;
  • программный комплекс компьютерной системы моделирования, оптимизации  и управления качеством мясных полуфабрикатов  в процессе тепловой обработки по параметрам пищевой и биологической ценности с учетом тепло-массообменных процессов в рабочей камере ИК-печи.

  Оптимальные режимные параметры  тепловой обработки мясных полуфабрикатов  и конструкция  ИК-печи внедрены  на Выхинском колбасном заводе «Рус-Агро-Люкс-М», на  OOO «Андреевские колбасы», Можайском, Таганском и Сергиево-Посадском  мясокомбинатах.

  Результаты теоретических и экспериментальных исследований защищены патентами Российской Федерации и внедрены в учебный процесс по подготовке специалистов по направлениям:  240901 – Биотехнология;  260100 –  Технология продуктов питания;  260301 – Технология мяса и мясных продуктов;  260303 – Технология молока и молочных продуктов; 230102 – Автоматизированные системы обработки информации и управления.

Апробация работы

  Материалы диссертации докладывались на  III, IV, V, VII  Международных научных конференциях «Живые системы и  биологическая безопасность населения» (Москва, 2004, 2005, 2006, 2008);  на 5-ом Международном симпозиуме  по  химии природных  соединений (Ташкент, 2003);  на ХVI и ХХ Международных конференциях «Математические методы в технике и технологиях»  (Санкт-Петербург, 2003;  Ярославль, 2007); Международной научно-технической и практической конференции «Проблемы энерго- и ресурсосбережения» (Ташкент, 2003);  Международной конференции «Инновация – 2003» (Ташкент, 2003);  в Центральном доме ученых Российской Академии наук (Москва, декабрь, 2004);  на Всероссийской научно-практической конференции «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (Углич, 2004);  на II и III– й  Всероссийской конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика» (Санкт-Петербург, 2005, 2007); на II, III, IV Международных научно-технических конференциях  AIS`06, 07, 08 CAD «Интеллектуальные системы» и «Интеллектуальные САПР» (Дивноморское,  2006, 2007, 2008);  на Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEV и технологии National Instruments» (Москва, 2007, 2008); на II- й Международной научной конференции «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования» (Воронеж, 2007); на Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» в рамках  Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2008);  на V Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2009); на III-й Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2008  (Москва-Тамбов–2008).

  Публикации

По результатам исследований  опубликовано 117 научных и методических работ, 86 из которых представлены в автореферате, в том  числе  3  монографии,  научные статьи и материалы, изданные в научных периодических  международных и российских журналах «Химия природных соединений», «Пищевая промышленность», «Мясная индустрия», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Вопросы питания», «Системы управления и информационные технологии», «Известия ВУЗов. Пищевая технология», отраслевом журнале  «Все о мясе», трудах международных и всероссийских конференциях. Новизна технических и технологических решений отражена в  патентах и  официальных регистрациях программ для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, девяти  глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 461 наименование, из них 54 зарубежных, основных обозначений и сокращений. Работа изложена на 377  стр.  основного текста, содержит 57  таблиц, 119 рисунков и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы  создания высокоэффективных инфракрасных  технологий,  интенсифицирующих  процесс тепловой обработки  мясных полуфабрикатов и мясных  композиций,  дан анализ применения инфракрасного нагрева в пищевом производстве, сформулирована цель  исследования, показана необходимость многокритериальной оптимизации  тепломассообменных процессов с учетом изменений биологических компонентов мясных продуктов.

В первой  главе дан анализ существующих  проблем оптимизации и интенсификации процессов получения высококачественных продуктов питания. Проанализированы  способы, современное оборудование и аппараты для тепловой обработки пищевых продуктов, в том числе мясных продуктов.

Логика построения системных исследований отражена на рис.1.

 

Рис. 1. Схема проведения системных исследований тепловых процессов

Проведена  систематизация  аппаратов для тепловой обработки мясопродуктов с применением ИК-энергоподвода. Дан анализ существующих моделей оптимизации, прогнозирования и управления качеством изделий. Рассмотрены физические и численные методы исследования процессов тепломассообмена в пищевых продуктах, системные исследования в области интенсификации тепловых процессов.

Сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе  рассмотрена  методология системного анализа тепловой  обработки мясных полуфабрикатов, иерархическая структура  тепло-массообменных процессов и биохимических массовых превращений. При этом процесс тепловой обработки с его физическими элементами (рис. 2) представляется в виде структурно-параметрической модели  и  системы взаимосвязанных параметров,  взаимодействующих  элементов и подсистем и в то же время в виде подсистемы некоторой внешней технологической системы, рассмотрение которой сводится к следующим этапам:

1. Описание внешней системы (внешней среды, инфраструктуры), в которую исследуемый процесс входит в качестве составного элемента.

  2.  Разработка крупноблочной модели матрицы технологической системы, каждый блок которой описывает параметры состояния функциональных подсистем и их локальные и общие цели.

3. Детализация элементов крупноблочной матрицы, в которой каждый диагональный блок может быть разделен на более мелкие составные элементы или подсистемы  с детализацией внешних факторов,  и их влияний  на элементы и подсистемы;

4. Составление параметрических моделей структурных элементов системы в виде набора векторов входных и выходных факторов и параметров состояния и заполнение главной диагонали структурно-параметрической матрицы системы векторами параметров состояния и наблюдения.

5. Определение сопоставимых характеристик связей и взаимодействия между элементами, блоками и подсистемами большой системы методами факторного анализа, планирования эксперимента, экспертных оценок и другими, в зависимости от глубины априорных  данных о природе вещей.

ИК-излучатель

(мощность излучения, длина волны)

тепловой поток

(плотность, интенсивность лучистого

потока)

Тепломассоперенос

(теплоотдача, теплопроводность, массопроводность, массотдача)

Биохимические превращения

(белки, жиры, белковые и жировые  фракции,  амино- и жирные  кислоты, витамины)

 

Рис. 2. Физическая модель и  элементы процесса тепловой ИК-обработки

Такой подход к сложной технологической системе позволяет составить иерархическую структуру  тепломассообменных процессов и массовых превращений  на девяти  взаимосвязанных уровнях.

Первый уровень  – это изменения, происходящие с амино- и жирными кислотами, витаминами, минеральными веществами  в процессе тепловой обработки; изменения массовых долей ингредиентов, связанные с денатурацией: – переходом полипептидных цепей в моноструктуры; изменение энергии связи молекул  и  их  массовых долей, реакция меланоидинообразования, экзо- и эндотермические эффекты, деструкция; распад глютамина, в результате чего пептиды, полипептиды распадаются на аминокислоты, воду, сульфгидрильные и кислотные группы; углеводы – на моносахариды (глюкозу, рибозу); моно-, ди-,триглицериды жирных кислот –  на жирные кислоты.

Второй уровень иерархии представляют влияние процессов тепловой обработки на биохимические и микробиологические  процессы, а также химические превращения:  денатурация белков  (саркоплазматических и миофибриллярных),  переход белковых фракций в полипептиды и пептиды, плавление  липидов;  гидролиз компонентов мяса, в результате которого нуклеиновые кислоты распадаются на  пириновые и пиримидиновые основания (нуклеотиды), белок  – хромопротеид на глобин-гемовые группы, миозин на Н-меромизин, L-меромизин, актин  на F-актин, Г-актин, липиды жировой ткани  на моно-, ди-, триглицериды.

  Третий уровень иерархии описывает процессы и явления при тепловой обработке, происходящие:

  • в структурных элементах органелл клеток животного и растительного происхождения, а именно: ферментах, витаминах, макроэнергетических соединениях, нуклеиновых кислотах, белках, липидах,  фосфолипиде, миоглобине, глобулин-Х, миогене, низкомолекулярных  веществах, гликогене, в белковых  фракциях: толстых  нитях миозина, тонких нитях – актине, тропомиозине,  нуклеопротеидах,  АТФ-азе, миокиназе,  рибонуклеазе, дезоксирибонуклеазе, фосфатазе, катепсинах,  мембране (бислое),  углеводах;
  • в ДНК и РНК, содержащихся в органеллах и мембранах (биохимические, физико-химические, микробиологические, тепломассообменные процессы на уровне органелл  клеток: изменение конформации структуры белка; переход из третичной структуры в двоичную; разрушение водородных мостиков, ковалентных связей, приводящих  к образованию белковых фракций; инактивация ферментов, микроорганизмов, разрушение витаминов,  транспорт  через клеточные мембраны; а также повышение температуры в элементах клетки, гидратация, энерговыделение и поглощение от сорбционного взаимодействия и разрушения связей.

  Четвертый уровень – это явления и эффекты, имеющие место при  тепловой обработке в клетках  животного и растительного происхождения. На данном уровне  происходят  биохимические,  фазовые процессы,  массообмен клеточного вещества с клеточной мембраной, растворение веществ, физико-химические процессы,  разрушение  физико-химических связей,  теплообмен на уровне клетки, конформационные изменения структуры клетки, мембранные эффекты, изменение свойств оболочки клетки и содержания иммобилизованной влаги, специфические эффекты, связанные с поглощением и выделением теплоты.

  Пятый уровень  составляют процессы, протекающие при тепловой обработке в тканях мяса, в растительных компонентах,  биохимические процессы, процессы внутреннего тепломассопереноса; а также коллоидные, микробиологические процессы, технологическим  результатом которых являются: гидролиз, массообмен, теплообмен  между компонентами, агрегирование, связывание свободной влаги, коагуляция и деградация тканей.

Шестой  уровень описывает происходящие  вследствие тепловой обработки  биохимические процессы, внутренний тепломассоперенос, коллоидные, микробиологические процессы в рецептурно-ингредиентном составе  мяса.

  Седьмой уровень  представляют тепломассообменные, биохимические, микробиологические, фазовые процессы, рассматриваемые в элементарном выделенном  объеме (слой или ячейка биологической среды продукта), процессы, происходящие как внутри ячейки, так и в компонентах растительного происхождения, а также между ячейками,  теплоотдача на границах ячеек, массоотдача верхнего слоя  в среду рабочей камеры, процессы, обеспечивающие  структурирование мясных систем.

  Восьмой уровень характеризует превращение полуфабриката в продукт в результате теплообменных, массообменных, фазовых, микробиологических процессов, а также объемно-физических превращениях, технологическим результатом которых являются изменение структурно-механических свойств, рост объема,  изменение давления, плотности, снижение водосвязывающей способности и содержания микроорганизмов.

  Девятый  уровень  отражает процесс тепловой обработки в технологической среде:  взаимосвязь между продуктом как гетерогенной биосистемы,  аппаратом и  воздушной средой камеры. Рассматривая явления и эффекты этого уровня, можно зафиксировать реальную динами­ческую обстановку в аппарате и проанализировать  теплообмен внутри камеры.

  Предлагаемая иерархическая структура системных исследований технологи­ческого процесса  тепловой обработки, состоящая из девяти взаимосвязанных уровней, определяет многообразие задач системного анализа физических яв­лений в условиях  ИК-облучения с формализацией множества параметров состояния элементарных процессов и функциональных связей между ними на разных уровнях и последующим построением обобщенной модели процесса тепловой обработки мясных изделий с учетом массовых превращений и конструктивных особенностей аппаратурного оформления.

При формализованном описании процесса используется принцип структурной декомпозиции, последовательное выделение системных объектов на разных иерархических уровнях с параметрическим описанием процесса в виде множества параметров состояния и причинно-следственных связей и отношений различной физико-химической и биологической природы. Априорная информация о физико-химических и биологических объектных особенностях нами формализована в виде взаимных влияний эффектов и явлений в локальном объеме (тонкий слой, ячейка, микроуровень), а также  в масштабе аппарата в целом (макроуровень).

В результате многоуровневого анализа процесса тепловой обработки мясопродуктов предложено структурно-параметрическое описание технологической системы в виде упорядоченного в матричной форме множества параметров и причинно-следственных взаимосвязей между ними. Это позволяет идентифицировать  и прогнозировать состояние системы на разных уровнях и технологических этапах.

  В третьей главе рассматривается общее решение  задач моделирования тепломассопереноса. Существующие аналитические и численные методы полного описания динамики распределенных параметров тепломассообмена на основе системы дифференциальных уравнений  тепломассопереноса для обобщенных переменных  в критериальной форме при любых условиях  делают их практически неприемлемыми для вычисления тепловых и влажностных полей и определения оптимальных технологических режимов. Аналитическое решение уравнений  при любых условиях  представляется сложным разложением в ряд значений  температуры,  влажности  и многостадийными вычислениями.

Для численного решения задачи необходимо знать параметры  внутреннего переноса энергии и вещества, критерии внутреннего переноса тепла и влаги (температуропроводность, термоградиентный критерий Поснова, суммарный критерий фазового перехода). В случае представления тонкослойных мясных изделий в виде пластины, т.е. при условиях  ( 0 < х <   и  d< l), считая образец полубесконечным тонким стержнем, можно воспользоваться методикой И.А. Рогова и С.В. Некрутмана для одномерной задачи.  Критерии внутреннего переноса тепла и влаги можно рассчитать по кривым изменения температуры и влагосодержания. 

  Наряду с аналитическим решением критериальных уравнений для пластины, для  мясопродуктов цилиндрической и прямоугольной форм можно  использовать систему дифференциальных уравнений тепломассопереноса в параметрическом  виде:

    ( 1 ) 

 

 

где  t – температура продукта, К; – время, с; U – влагосодержание, %; – коэффициенты температуропроводности и влагопроницаемости, м2/c; – критерий фазового перехода «жидкость – пар»; – удельная теплота парообразования,  Дж/кг; – удельная теплоемкость продукта, Дж/кг·К;  – мощность объемного, равномерно распределенного источника тепла, Bm; – плотность вещества продукта, кг/м3; – коэффициент термодиффузии, кг / К. 

  эта общепризнанная  система позволяет без упрощений с заданной точностью исследовать процесс тепловой обработки мясопродуктов  с помощью конечно-разностной имитационной модели  тепломассообменного процесса в цилиндрических координатах: r - радиус, z - высота нагреваемого  тела продукта:

    ( 2 )

где ti,j,k  ,  Ui,j,k – температура и влагосодержание в i, j-й  точке нагреваемого тела в k-й  момент времени; h  = h2/ (4·a) – шаг  по времени, с; h – шаг пространственной сетки, м.

 

Граничные условия на боковой и торцевой поверхностях  продукта цилиндрической формы для симметричного нагрева записываются условиями  третьего и второго рода, для одной  четверти  осевого  сечения цилиндра в конечно-разностной форме имеют вид:

– для теплообмена:

 

( 3 )

где  – коэффициент теплоотдачи, Вт/м·K;  – коэффициент теплопроводности, Вт/м·K;

–  для  массообмена:

  ( 4 )

 

  где  , – коэффициенты влагоотдачи (массоотдачи) и влагопроводности.

  Для мясопродуктов неопределенной конфигурации можно использовать ячеечный метод  в различных постановках  задач  моделирования и оптимизации тепломассообменных  процессов  при тепловой обработке мясных изделий как сложной биологической среды  на основе их структурно-параметрического и математического описаний на разных уровнях системного анализа.

Проводимый нами в качестве следующего этапа системный анализ эффективности  процесса и возможностей интенсификации тепловой обработки биопродуктов животного происхождения, в первую очередь, базируется на математическом  описании процессов 1,  2,  8  и 9-го  уровней структуры  технологической системы.

На основе теплового баланса процесс тепловой обработки можно описать ячеечным методом послойного моделирования температурных и влажностных полей внутри нагреваемого продукта  в зависимости от плотности лучистого потока: 

Q общ =  Q1  + Q2  + Q3 +  Q4  +  Q5 , ( 5 )

где  Qобщ – энергия, сообщаемая облучаемому материалу, Дж; Q1– теплота,  затрачиваемая  на  нагрев материала, Дж; Q2 – теплота,  затрачиваемая  на  испарение  влаги, Дж; Q3 – отдача тепла нагреваемым материалом в окружающее пространство, Дж; Q4 – расход тепла на плавление жира, Дж;  Q 5  – расход  тепла на конструкцию,  Дж.

Для разработки  ячеечной модели объект исследования  –  мясной полуфабрикат (например, бифштекс рубленый) высотой  z,  разбивается по высоте на элементарные объемы – ячейки  или условно принятые слои с заданным шагом z. Изменение температуры  t по высоте продукта  z  и  по времени рассматриваем  как функцию  t = f ( z, )  для элементарных объемов или ячеек  ti,j = f ( z, ), определяемую  из уравнения динамики  нагрева  в дифференциальной форме:

  d Qi,j / d = Q i,j  – Q i, ( j - 1) ( 6 )

где Qi,j – количество  тепла,  входящего  в j-ю  ячейку в i-й  момент времени, Дж/с;

Q i, (j - 1)  – количество  тепла, выходящего из  j–1-й  ячейки, Дж/с.

После соответствующих математических подстановок и преобразований получаем математическое описание процесса теплообмена в элементарной ячейке:

t i,j  = [( q i · F·z ·r + m ·F·r ·(t i,j-1 - ti,j+1) + mя· cm · zi , j·r ·(t i,j-1 - ti,j+1)] /

(2 m ·F·r   +  mя ·cm · z·r   ) ,  ( 7 )

где  t i,j  –  температура j-й ячейки в  i-й  дискретный момент времени, K;  qi  – плотность лучистого теплового потока, Вт/м; F – площадь поверхности элементарной ячейки, м;  r z  – высота ячейки, мм; – время тепловой обработки, с; z  – высота продукта, м; m  – теплопроводность мяса, Вт/м ·К ; cm – теплоемкость мяса, Вт/кг·K; mя – масса ячейки, кг.

Ячеечная модель,  описывающая влажностные поля  в условно многослойном  мясном  изделии, отражает уменьшение  средней  влажности в j-м слое образца до равновесной, вследствие испарения влаги преимущественно из поверхностных слоев.

  Процесс влагопереноса в элементарной ячейке j-го слоя нагреваемого изделия описывается уравнением: 

dU i,1 /d = (– ·F·(U1 – Up) + kDt·( U i,1 – U i,2)) / (mя · (1 – U1 2 )) ; ( 8 )

где  –  коэффициент  массоотдачи, кг/с·м2;  U1  –  начальная  концентрация  влаги  в поверх-

ностном слое изделия, %; Up – равновесное влагосодержание над поверхностью материала, %; kDt – коэффициент массообмена, кг/с;  mя  – масса ячейки, кг; F – площадь поверхности продукта, м2.

  Коэффициент   зависит от энергии и характера  связи влаги с материалом, а также  от теплофизических характеристик материала.

  Изменение концентрации влаги в центре U i , j м и нижнем слое U i,1 мясного изделия описывается уравнениями:

  dU i j  / d  = ( kDt · ( U i, j – 1) -  2·Ui.j + Ui,j + 1))) / mя ·(1 – U j2 ) ; j = 2,n-1 ( 9 )

 

dU i,n / d = ( 2· kDt ·( U i,n-1 – U i,n )) /m я·(1 – Un2 )

где  Ui,j-1,Uij+1– концентрация влаги предыдущего и слоев  последующего мяса, %.

Дальнейшие аналитические исследования и интенсификация тепловой обработки биопродуктов с сохранением их  пищевой  и  биологической  ценности,  качества  и  безопасности  связаны с расширением понятия тепло-массовых превращений, включающем  изменения  массовых долей  биологических компонентов  продукта в процессе нагрева и построением расширенной ячеечной модели тепломассопереноса. Эта модель  не учитывает геометрию продуктов и преемственна для описания мясопродуктов  разной конфигурации,  наиболее универсальна для численного просчета и  оптимизации температурно-влажностных полей.

В четвертой главе рассматриваются вопросы влияния инфракрасного нагрева на биохимический состав мясных изделий. на основе экспериментальных исследований автора и литературных данных смоделирована динамика изменения биологических компонентов.

  Изменения влажности и температуры в ходе  нагрева продукта приводят  к изменениям массовых долей биологических компонентов: амино- и жирных кислот, витаминов, белковых и липидных фракций. В результате обработки экспериментальных данных  получены уравнения регрессии,  описывающие  изменения массовых долей компонентов пищевой и биологической ценности от температуры в виде степенных полиномов,  фрагментарно представленных в табл. 1.  Анализ регрессионных уравнений показывает, что в большинстве случаев  зависимость массовых долей биологических компонентов  от температуры является нелинейной параболической  и унимодальной в определенном диапазоне изменения температуры. 

Математические описания процессов теплообмена (7) и массобмена  (8) (9) с регрессионными  уравнениями табл. 1,  составляют  обобщенную модель  первого уровня  иерархической структуры  системного анализа.

Обобщенные модели первого и второго уровней иерархии конечно-разностным методом разрабатываются аналогично, как и  ячеечному методу, объединением (1) (4) с уравнениями регрессии (табл. 1) для первого уровня иерархии  и математическими описаниями фракционных изменений белков, липидов для второго уровня иерархии.

Таблица 1

Изменение массовых долей компонентов  биологической ценности

Аминокислоты, г/100 г белка

Математическое описание

Треонин

Серин

Глутаминовая кислота

………………………………….

Жирные кислоты, %


Пальмитолеиновая

Гептадеценовая

Олеиновая

Линолевая

Гадолеиновая

Эйкозендиеновая

………………………………….

Витамины,  мг %


Рибофлавин  (витамин  В2)

Тиамин (витамин В1)

Пиридоксин (витамин  В6)

……………………………………….

  Примечание:

  Ма, Мq,  Mv – изменение массовых долей биологических компонентов, соответственно  аминокислот, жирных кислот,  витаминов,%; t i,j - изменение температуры по слоям и по времени мясного продукта, К.

Алгоритм моделирования процессов тепломассопереноса (рис. 3, а; 3,б) на основе изложенной математической  модели (1) (4) и уравнений регрессии массовых долей сводится  к  последовательному вычислению температурных  ti,j,k,  влажностных U i,j,k  и  параметрических  полей  bi,j,k, qi,j,k, в узловых точках сетки осевого сечения цилиндра i = 0,n ; j = 0,m  для  k +1-го момента времени = k·h,  где h – шаг по времени, при заданных начальных условиях  t i,j,0, U i,j,0. 

При этом сначала по уравнениям (2) (3) определяются значения параметров в точках боковой и торцевой поверхностей и осей симметрии, после его  по  уравнениям (4) вычисляются параметрические поля внутри сетки, т.е. в узлах

Рис. 3, а. Блок-схема имитационного  моделирования процесса  тепло-массообмена при тепловой обработке полуфабрикатов  цилиндрической формы (начало)

Рис. 3, б.  Блок-схема имитационного  моделирования процесса  тепломассообмена при тепловой обработке мясных полуфабрикатов  цилиндрической формы (окончание)

  При разработке расширенной модели тепломассопереноса ячеечным  методом алгоритм упрощается. По уравнениям (5) (9) определяется распределение температуры и влаги по слоям, а затем в этих же слоях  изменение биологических компонентов мясного продукта.

На рис. 4 отражены результаты  моделирования, отражающие изменения температуры, влаги и массовых долей биологических компонентов, на примере аминокислоты – валина методом конечных разностей на поверхности, боковой части и в центре мясного продукта ( в диссертации приведены для некоторых  биологических компонентов).

 

а)

б) 

в)

Рис. 4 . Изменения  температуры,  влажности и биологических компонентов на примере  аминокислоты (валин) во времени в процессе тепловой обработки мясных полуфабрикатов

( а – изменение температуры  греющей среды, на поверхности продукта, боковой части и в центре;  б – изменение влажности на поверхности, боковой части и центре полуфабриката;  в  – изменение аминокислоты (валин) на поверхности, боковой части и в центре мясного полуфабриката)

  Полученные результаты можно представить как «поля денатураций» белков, «поля гидролитического и окислительного распада»  фракций липидов  по высоте продукта и во времени, «поля аминокислот», «жирных кислот» и «витаминов». В связи с этим, вместе с существующим понятием градиента температуры нами предложены  новые термины, такие как «градиент аминокислот, жирных кислот и витаминов».

Системное рассмотрение различных физико-химических и биотехнологических явлений и эффектов позволило вскрыть особенности движущих сил и тепломассообменных потоков в камере печи и обоснованно применить декомпозиционно-агрегативный принцип к построению расширенной модели 1, 2,  8 и  9-го уровней иерархии.

Закономерности денатурационных превращений индивидуальных белков существенны и зависят от денатурации в составе сложных структур,  каковыми являются ткани животных. Тепловая денатурация зависит от температуры,  кислотности среды (рН), продолжительности  и интенсивности нагрева. 

Мышечное волокно мяса состоит из саркоплазматических и миофибриллярных белков: миозина, миоглобина, актина  и  тропомиозина, миогена, миоальбумина, глобулина Х, актомиозина, имеющих свою собственную изоточку и температуру денатурации,  в связи с этим для расчета константы скорости денатурации для каждой белковый фракции  определяется с учетом  ограничения по температуре и кислотности среды, при которых начинается процесс денатурации каждой индивидуальной фракции белка: миозин, актин, тропомиозин, миоглобин.

Математические описания  изменения массовых долей белковых  фракций  мяса в процессе денатурации были разработаны на основе закона сохранения масс  и  представляют собой экспоненциальные зависимости изменения массовых долей денатурированных фракций белков от константы скорости денатурации и времени. Скорость денатурационных изменений получена в виде двухфакторных регрессионных уравнений, в которых за факторы приняты кислотность среды и температура.

В процессе тепловых  воздействий происходят изменения липидов, глубина которых отрицательно сказывается  на качественных показателях изделий,  образуются свободные жирные кислоты, моно- и диглицериды, глицерин. Поэтому необходимо подобрать такие режимы  тепловой обработки, при которых  будет оптимальное соотношение этих компонентов.

При разработке математических описаний по изменению массовых долей  фракций  липидов  за функцию  было  принято изменение массовых долей, за переменную – температура, в диапазоне t = 20 145 С.

Обобщенная  ячеечная математическая модель  на втором иерархическом уровне анализа для элементарного объема нагреваемого тела с учетом  конструктивных  особенностей режима нагрева получается путем объединения регрессионных  уравнений по изменению  массовых долей фракционных белков,  липидов, констант скоростей денатурации  с математическими описаниями тепломассопереноса (7) (9) и  имеет вид:

t i,j  = [( q i · F·z ·r + m ·F·r ·(t i,j-1– ti,j+1) + mя· cm · zi , j·r ·(t i,j-1 – ti,j+1)] /

  (2 m ·F·r   +  mя ·cm · z·r   ) , 

K1i = 0.00836 – 0,001402 .  pH + 5,5 . 10-7  . ;

K2i = -0,278 + 7,325 .10-2 . pH – 3,482 .10-5 . ;

K3i = 2,537 .10-3 – 1,493 .10-4 . ti,j + 2,198.10-5  . ;

K4i=2,537 . 10-2 – 9,172 .10-3 .  pH + 3,157 . 10 -5 . ;

К5i = - 0.3837  +  0.0016405 . ;

К6i = - 0,966 + 0,904. рН - 0,9742  . ; ( 10 )

mnдi= mисхH- (mисхH – mдH) . е -Kni·  ;

m7 = 0,472+0,130 ·t i  – 0,002 · ;

m8 = 3,52-0,179 ·ti,j  + 0,004 ·;

m9 = 3,234 -0,088 ·t i,j  + 0,002 · ;

m10 = 2,246 +0,033 · ti,j  - 0,001· ;

m11 = 2,035  + 0,02 ·;

m12 = 83,717 +0,025 · ti,j  - 0,001· ;

mж = - 8,5716 + 0,01714 ·   + 0,1208 ·.

где К1- К6  константы скорости денатурации актина, тропомиозина, миозина, миоглобина, нуклеиновых кислот, фермента кислой фосфатазы, %/с; mnдi  – массовая доля денатурированного актина,  тропомиозина, миозина, миоглобина, нуклеиновых кислот, фермента кислой фосфатазы, %; n – номер фракционного белка; mисхн  – массовая доля исходного белкового компонента мяса при = 0, %/с; mдн – начальная массовая доля денатурированного белкового компонента при  = 0, %;  рН – кислотность среды;  m7 - m12  – массовые доли  фракций липидов в жире: фосфолипиды, моноглицериды, диглицериды, холестерин,  свободные жирные кислоты, триглицериды, %; mЖ  – массовая доля расплавленного жира, %.

Ячеечная модель не учитывает геометрию продукта и описывает изменение температуры, влагосодержания и массовых долей ингредиентов пищевой и биологической ценности продукта в отдельных точках одного измерения, давая приближенную оценку состояния процесса тепломассопереноса в элементарном слое. Поэтому ячеечный метод можно использовать для описания процессов в продуктах сложной конфигурации,  например, при запекании  мясных полуфабрикатов  с нечеткими геометрическими формами.

В пятой главе рассматриваются вопросы моделирования технологического процесса тепловой обработки  мясных полуфабрикатов и результаты комплексных экспериментальных  исследований критериев эффективности процесса тепловой ИК-обработки  на основе  планирования и статистической обработки результатов.

  На примере тепловой обработки кускового полуфабриката из говяжьей вырезки,  бифштекса рубленного и мясных полуфабрикатов в тесте разработаны обобщенные модели на основе планирования эксперимента в виде греко-латинских квадратов 4х4, 5х5  и с учетом значимости частных функций:

А =1/4,075·[(3,0625+0,201·Х1–0,008·Х1)·(4,1125–4,8·Х2+30·Х2)·

  (-0,9625+0,124375·Х4–0,00034·Х4)]  ( 11 )

Q = 1/0,20975·[(0,14025–0,00029·Х1+0,00039·Х1)·(0,0395+2,472·Х2–7,4·Х2) ·(0,49135– 

  0,08893·Х3+0,00639·Х3)]  ( 12 )

=1/12,75·[ (8,625–0,0045·Х1+0,025·Х1)·(2,5+143,5·Х2–45·Х2) ·

(29,6–5,38·Х3+0,375·Х3)] ( 13 )

П =1/17,16875·[(21,71875–1,24525·Х1+0,005875·Х1)·(3,10625+175,125·Х2–4,175·Х2) ·(32,49625 – 4,82938·Х3+0,342188·Х3) ·(–102,096 +1,379813·Х4+0,00392·Х4)] ( 14 )

где  А – органолептическая оценка, балл; Q – энергозатраты на процесс, кВт·ч/кг; – продолжительность ИК-обработки, мин; П – потери массы , %; Х1 – расстояние от образца до излучателей, см; Х2 – толщина образца, мм; Х3 – плотность теплового потока, кВт/м; Х4 – начальная температура в камере, С.

Оптимальный переменный режим  ИК-обработки с двухсторонним обогревом для говяжьего бифштекса  рубленного выведен из полиноминальных зависимостей с учетом критериев значимости каждой функции на основе разработанных обобщенных уравнений:

  Y1  = [(20,24 – 1,9414 · Х1 + 0,13928 · Х12) ·  (98,799 – 48,958 ·  Х2 + 10,139 · 

  Х2 2 – 0,8854 ·  Х2 3+ 0,0276  ·  Х2 4) · (40,76 – 2,5414 · Х3 +0,0607 · Х3 2) ·

(21,32  – 0,03 · Х4) · (13,748 – 0,32 · Х5 + 0,1214 · Х2)] /14,324  ( 15 )

Y2  = [(0,1852 + 0,2215 · Х1  - 0, 051 · Х1 2+ 0,0031· Х13)·( –4,088+2,624 · Х2 –  0,545 ·  Х2 2+ 0,0477 ·  Х2 3- 0,00149·  Х2 4 ) · (–14,21 + 2,02· Х3  – 0,0926 · Х3 2+  0,00139 · Х3 3) ·  (2 – 0, 017 ·  Х4 + 0,000044 ·  Х42) ·  (0,36 + 0,02 · Х5  + 0,026 · Х5 2  –  0,001 · Х5 3 –  0,0017·  Х54 )]/0,3874  ( 16 )

Y3 =[(4,858–0,019 · Х1) · (4,64 + 0,012 6 ·  Х2 ) · ( 5,03–0,013·  Х3 ) ·  (2,32 + 0,0244 ·  Х4 – 0,0000607 ·  Х4 2  ) · (4,7 + 0,00033 · Х5 + 0,032 · Х52 –

  0,00058 · Х5 3– 0,00197 · Х5 4  )] /4,744 4 ( 17 )

Y4  = [(45,6 – 5,59 · Х1 + 0,464 · Х12) ·  (35,6 – 0,39 ·  Х2 ) · (411,67 – 54,19 ·  Х3 + 2,55  ·  Х3  2 -0,039 ·  Х3  3) ·(5,73· 10-7+6,74·10-7·Х4+6,66·10-7Х42  +4,42 · 10-5Х43 – 3,32 · 10-7· Х44+ 6,59·10-8· Х45) · (31,68 – 0,32 · Х5 + 0,09 · Х5  2)]/32,484  ( 18 )

где  Y1 – продолжительность тепловой  обработки, мин; Y2 – энергетические затраты, кВт·ч/кг; Y3 – органолептическая оценка, балл; Y4 – потери массы, %; Х1 – плотность теплового потока на 1- й стадии, кВт/м2;  Х2 – плотность теплового потока на 2-й стадии, кВт/м2; Х3  – толщина образца, мм; Х4 – начальная температура в камере, °С; Х5 – начальная температура продукта, °C.

Критерии значимости: tr1 = 4,29; tr2 = 6,84; tr3  = 6,75; tr4 = 7,59  подтверждают адекватность полученных обобщенных  регрессионных  уравнений.

По разработанным режимам ИК-обработки кусковых полуфабрикатов  из говяжьей вырезки  и  модельных фаршевых систем, включающих компоненты растительного происхождения,  были проведены физико-химические исследования, результаты которых приведены в табл. 2 – 5.

Определение аминокислотного состава проводили у 4-х образцов кускового мяса из вырезки говяжьего мяса 1 категории, влажностью 66,6 %, имеющей  широкое кулинарное назначение:  1-й образец –  воздействие ИК-энергии  на  расстоянии 20 см от излучателей; 2-й – 10 см; 3-й – 5 см;  4-й – СВЧ-нагрев. 

Таблица 2

Аминокислотный состав белков мяса, %  от белка

Аминокислота

I вариант

ИК-нагрев

20 см до излучателя

II вариант

ИК-нагрев

10 см до излучателя

III вариант

ИК-нагрев

5 см до излучателя

IV

СВЧ-нагрев

(µ=2450 МГц)

Аспарагин

2,21

2,13

1,86

0,44

Тирозин

5,39

2,61

6,26

1,74

Серин

0,79

1,87

1,18

0,41

Глутамин

8,94

1,90

1,53

0,60

Пролин

2,69

3,07

5,18

0,61

Глицин

1,36

1,29

3,62

0,50

Аланин

1,13

1,73

3,20

0,40

Цистин

-

2,12

1,75

0,53

Гистидин

1,13

4,15

1,71

1,46

Аргинин

3,93

3,92

19,98

2,00

Заменимые

аминокислоты

27,57

24,79

46,27

8,69

Валин

1,22

3,81

2,76

1,47

Метионин

0,49

2,08

2,01

1,14

Изолейцин

1,15

2,14

1,66

0,92

Лейцин

2,9

2,08

1,96

1,03

Фенилаланин

3,83

2,92

6,14

1,59

Лизин

1,34

1,9

5,58

0,86

Треонин

0,49

1,88

1,43

0,42

Незаменимые аминокислоты

11,42

16,81

21,54

7,43

Всего 

38,99

41,6

67,81

16,12

  Из  табл.  2  следует, что  сумма незаменимых аминокислот составляет: 1 образец – 11,42 %; 2 – 16,81 % ; 3 – 21,54 % ; 4 – 7,43 % ,  в III  варианте  содержание  незаменимых аминокислот таких как  лизин, фенилаланин больше; во II –  сохраняются из незаменимых аминокислот больше треонин  – 1,88 %, по сравнению с другими  режимами, валин – 3,81 %, метионин – 2,08 %, изолейцин – 2,14 %, лейцин – 2,08 %, фенилаланин – 2,92 %. Таким образом, оптимальным, с точки зрения сохранения  незаменимых аминокислот, является третий вариант  ИК-нагрева. 

Таблица 3

Состав жирных кислот, %

Кислота

Образец 1

Жировая ткань говяжьего  мяса до тепловой обработки

Образец 2

ИК-нагрев

Образец 3

СВЧ-нагрев

Лауриновая  12:0

Миристиновая 14:0

Миристолеиновая14:1

Изомиристиновая14:0

Пентадекановая 15:0

Пальмитиновая  16:0

Пальмитоминовая16:1

Маргариновая  17:0

Гептадеценовая  17:1

Изомаргариновая 17:0

Стеариновая 18:0

Олеиновая  18:1

Линолевая  18:2

Линоленовая  18:3

Другие кислоты

Насыщенные

Ненасыщенные

0,3

3,2

0,9

0,9

0,4

24,1

2,3

2,2

1,7

0,8

21,7

33,7

5,4

1,9

0,5

53,6

45,9

1,0

3,2

1,6

1,6

0,5

19,4

3,8

2,9

2,8

1,7

19,7

28,5

7,0

5,9

0,4

50,0

49,6

0,4

3,2

  1,0

1,0

сл,

23,3

2,5

2,3

1,6

1,2

22,4

31,2

6,1

3,6

0,2

53,8

46,0

 

  Анализируя и сопоставляя результаты содержания жирных кислот  до и после тепловой обработки, приведенные в табл. 3,  отмечаем, что  при ИК-нагреве происходит  увеличение гептадеценовой, маргариновой, пальмитоминовой,  изомиристиновой и лауриновой, изомаргариновой.  В обоих вариантах наблюдается увеличение содержания ненасыщенных жирных кислот: линолевой и линоленовой,  разница при этом составляет линолевой  0,7 %  при СВЧ-нагреве,  при  ИК –  1,6 %,  линоленовой  1,7 %  при СВЧ-нагреве и  4 % – при ИК-нагреве, уменьшение олеиновой кислоты на 2,5 и  5,2 % соответственно.

Таким образом,  для практической реализации наиболее приемлем ИК- нагрев  в предлагаемом режиме. Готовое говяжье мясо  сохраняет в максимальной степени  пищевую ценность и биологические компоненты, необходимые организму человека. 

Пищевая ценность продуктов характеризуется содержанием в них не только белков, жиров, углеводов, витаминов, но и макро- и микроэлементов. Анализируя  результаты по определению  минеральных веществ, отметим, что при ИК-нагреве  содержание железа  составляет 0,000648 г/100 г, при СВЧ-нагреве  –  0,000626, до нагрева 0,00076;  при ИК-нагреве микро- и макроэлементы сохраняются лучше, чем при СВЧ-нагреве.

С целью изучения  гистологических изменений  при  ИК-нагреве  в кусковом мясе из говяжьей вырезки были  исследованы  четыре образца: 1-й образец – до  обработки; 2-й  – после ИК-облучения в течении 5 мин; 3-й –после ИК-облучения в течении 10 мин; 4-й  – после СВЧ-энергии.

В образцах до тепловой обработки (рис. 5) мышечные волокна имеют преимущественно спрямленную форму,  реже встречаются волокна с умеренной низкоамплитудной извилистостью. На поперечном срезе мышечные волокна имеют  более или менее округлую  форму. Большинство мышечных волокон характеризуется достаточно четко выраженной поперечной исчерченностью, однако встречаются участки с преобладанием продольной исчерченности. Ядра в мышечных волокнах располагаются субсарколеммально, имеют овальную форму и отчетливо выраженный хроматин. Мышечные волокна преимущественно сохраняют свою целостность и количество поперечных трещин в них незначительное.

  Между отдельными мышечными волокнами располагается нежная сеть соединительнотканных волокон и клеточный элемент эндомизий –  первичный компонент каркаса мышцы. Ядра клеток соединительной ткани характеризуются преимущественно вытянутой формой. Группы мышечных волокон формируют первичные пучки, окруженные более толстой прослойкой соединительной ткани – перимизием, выраженность его  в анализируемых образцах небольшая.

Форма мышечных волокон 2-го и 3-го образцов (рис. 6, 7)  сохраняется аналогичной исходному контрольному образцу и может быть как линейной, так и слабо извитой. В одних участках (преимущественно)  может выявляться  поперечная исчерченность, в то время как в других – продольная. Количество поперечно-щелевидных нарушений целостности мышечных волокон увеличивается в прямой зависимости от близости к элементам термического воздействия. Увеличение времени воздействия также приводит к интенсификации деструктивных процессов в мышечной ткани. Ядра мышечных волокон и клеток соединительной ткани сохраняют структурные особенности кускового  мяса до тепловой обработки. 

Форма мышечных волокон в образце спрямленная или извитая, причем деформированных волокон больше, чем в предыдущих образцах.

Ядерные структуры практически не проявляются. Значительная часть мышечных волокон фрагментируется и характеризуется большим  количеством нарушений целостности сарколеммы, поперечно-щелевидных разрывов и образованием коротких фрагментов. Длина этих фрагментов нередко меньше диаметра самих мышечных волокон.

  В 4-м образце (рис. 8) элементы соединительнотканного каркаса мышцы также реагируют на тепловое воздействие: волокнистый коллагеновый компонент набухает, клеточные структуры практически исчезают и не обнаружива-

ются при исследовании в световом микроскопе. Значимого разрыхления пучков коллагена и разрывов  отдельных коллагеновых волокон не обнаружено. Значительная часть мышечных волокон фрагментируется и характеризуется значительным количеством нарушений целостности сарколеммы. Таким образом, технологические температурные воздействия во  2- й  и 3- й экспериментальной группах  (рис. 6, 7)  носят более щадящий характер  по сравнению  с СВЧ-воздействием.

   

 

  Были исследованы микроструктура  модельной фаршевой системы, включающая  компоненты растительного происхождения. При качественном анализе системы были  выявлены  мышечные волокна умеренно изогнутые, с отчетливо выраженной исчерченностью, с редкими поперечными трещинами и разрывами. Клеточные ядра достаточно дифференцированы и имеют типичную структуру. Жировая ткань обнаруживается в незначительном количестве ассоциировано с фрагментами рыхлой соединительной ткани. Помимо животных компонентов в составе фарша присутствуют растительные добавки,  крупные частицы слоев ламинарии,  фрагменты моркови, клюквы  и частицы вкусо-ароматических растительных компонентов (рис. 9).

  Частицы ламинарии характеризуются различной клеточной структурой в зависимости от того, где данный фрагмент был локализован. Основными  микроструктурными признаками являются наличие целлюлозных стенок, узкоцилиндрическая форма клеток и то, что они собраны в вытянутые пучки.

  В более глубоких слоях клетки мелкие, вытянуто эллиптические. В центральной зоне встречаются  крупные, плохо окрашиваемые клетки с центрально расположенным достаточно плотным цитоплазматическим материалом, содержащим белковые и углеводные компоненты.  Добавленные в  фарш частицы ламинарии  и, в меньшей степени, моркови  в условиях жарки котлет изменяют свои микроструктурные характеристики, что происходит за счет значительного содержания в них растительных оболочек, осуществляющих в готовом продукте роль пищевых волокон.

В процессе ИК-обработки котлет (рис. 10,11) происходят деструктивные изменения в элементах мышечной, жировой и соединительной тканях,  в меньшей степени в растительных компонентах. При этом наблюдается набухание мышечных волокон, их фрагментация и частично гомогенизация при распаде ядерных структур и  фибриллярных белковых комплексов. Из продуктов деструкции образуются мелкозернистые белковые массы. Однако их количество в фаршевой системе  недостаточно высокое. Образование этих масс способствует формированию характерной общей структурной компоновки.  Сравнительный анализ  готовых продуктов, приготовленных в разработанном режиме и  СВЧ-нагревом (рис. 12) показывает, что  разработанный ИК-режим носит  щадящий характер.

 

В табл. 4  приведены  результаты  исследований  физико-химических показателей модельных фаршевых систем, включающие компоненты растительного происхождения при технологическом режиме: начальная температура продукта  20 С; плотность лучистого потока q = 7,8 кВт/м. Анализируя  экспериментальные данные табл. 4,  можно отметить, что содержание  лизина по  сравнению  с  СВЧ-нагревом  увеличивается на 0,67 % , гистидина  на 0,64 % , потери глутаминовой  кислоты  составляет при ИК-нагреве 0,01 %, а при СВЧ-нагреве  – 1,44 %, потери глицина при ИК-нагреве 0,14 % и при СВЧ-нагреве – 0,42 %, потери аспарагиновой кислоты и валина при ИК-нагреве –0,01  и 0,02 %, при СВЧ-нагреве – 0,62 и 0,45 %, потери цистина при ИК-нагреве меньше, чем при СВЧ-нагреве – 0,01 %, а при СВЧ – 0,08 %, потери  триптофана  остаются одинаковыми. 

Исследование процесса обработки  пищевых продуктов в режиме  ИК- нагрева позволяет получить готовый продукт высокого качества при  учете целого ряда особенностей, присущих данному виду энергоподвода. 

Таблица 4

Сравнительный анализ аминокислотного состава белкового компонента  модельных фаршевых систем  с  добавками  растительного  происхождения

Аминокислота

До тепловой обработки

После СВЧ-нагрева

(2450 мГц)

После ИК-нагрева

q= 7,8 кВт/м, =1,1 мкм,

Тк=180 С

Лизин

8,48

7,91

8,58

Аргинин

3,94

3,72

3,87

Гистидин

6,24

5,48

6,12

Аспарагиновая кислота

7,91

7,29

7,90

Треонин

4,87

4,56

4,77

Серин

4,16

3,82

4,04

Глутаминовая кислота

19,11

17,67

19,10

Пролин

3,62

3,26

3,32

Глицин

4,47

4,05

4,33

Аланин

5,64

5,70

6,08

Цистин

1,16

1,08

1,15

Валин

5,15

4,70

5,13

Метионин

2,96

2,62

2,90

Изолейцин

4,85

4,65

4,87

Лейцин

8,21

7,66

8,23

Тирозин

3,49

3,24

3,50

Фенилаланин

3,99

3,80

4,08

Триптофан

0,31

0,30

0,30

Массовая доля влаги,%

76,0

69,80

68,0

Массовая доля белка,%  на асв

60,4

66,0

59,7

Примечание:  микроструктурные исследования были проведены в ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова в  лаборатории  «Микроструктурный  анализ».  Физико-химические исследования  – в лаборатории «Биотест» МГУПБ и в  «Лаборатории белка» института химии  растительных  веществ  Академии  Наук Республики  Узбекистан.

  Для обоснования режимов тепловой ИК-обработки необходимо иметь четкое представление о внутренних явлениях тепломассопереноса, характере  их взаимодействия, кинетике процесса нагрева и обезвоживания. С этой целью исследованы поля  температур, влаги. При сравнении расчетных и экспериментальных данных по температуре и влаге с вычислением дисперсии и критерия Фишера подтверждается адекватность предложенной модели ИК-обработки мясопродуктов, что дает возможность прогнозировать режимы  тепловой обработки, проводить процесс в заданном направлении,  диапазоне длин волн, плотностей тепловых потоков, свойственных данному виду нагрева и получить продукт требуемого качества.

Таким образом, проведенные исследования физико-химических показателей, микроструктуры и тепломассопереноса позволяют  определить оптимальные параметры и возможности  интенсификации ИК-нагрева мясных полуфабрикатов. 

В шестой главе  на  основе  разработанных  обобщенных  моделей тепломассопереноса решается задача многоуровневой оптимизации денатурационных  изменений белковых фракций, фракций липидов и их скоров по критериям минимизации потерь  пищевой и биологической ценности мясных продуктов  в процессе тепловой обработки.

1. Критерий оптимизации по элементам пищевой ценности (содержание белка,  жира, влаги и т.д.) продукта:

    ( 19 )

где bij – удельное содержание i-го элемента химического состава  (белка, жира, влаги и т.д.) в j-м  рецептурном компоненте до  ИК-обработки;  xj0 –  содержание i-го элемента пищевой ценности до ИК-обработки; bij – удельное содержание  i-го элемента химического состава  (белка, жира, влаги и т.д.)  в j-м  рецептурном компоненте после ИК-обработки;  хj – массовая доля j-го компонента рецептуры после ИК-обработки. 

2. Критерий минимального отклонения исходного содержания массовых долей белковых фракций и фракций липидов  от  показателей массовых долей  после тепловой обработки  можно записать в виде:

Bi (x) ; i = 1, p  ( 20 )

где  Bi (x) – i-я фракция белков; aоki , aki – массовая доля k-го  фракционного белка  в i-й  белковой  фракции в мясе  до и после  ИК-обработки.

Li (x) ; i = 1, p ( 21 )

где  Li (x) – i-я фракция липидов в жире; aоki , aki – массовая доля k-го  фракционного липида  в i-й  липидной фракции жира до и после ИК-обработки.

  3. Критерий минимального отклонения от заданной структуры  показателей биологической ценности, например моноструктуры  амино- и жирных кислот:

;  i = 1,2  ( 22 )

где  aоki , aki – удельное  содержание  k-го  моноструктурного  компонента  в i-м элементе химического состава до и после  ИК-обработки.

4.  Критерий минимального отклонения от заданной структуры  витамин-ного состава, минеральных веществ, углеводов:

  ; i  =1,3  ( 23 ) 

где  bоkj , bkj – удельное содержание  k-го элемента химического состава в j-м  рецептурном компоненте до и после  ИК-обработки.

  Для решения оптимизационной задачи на разных уровнях анализа в различных постановках должны быть известны функциональные зависимости массовых долей ингредиентов пищевой и биологической ценности от температуры, времени и других параметров теплового режима. общий алгоритм оптимизации тепловой обработки многокомпонентного продукта заключается в минимизации отклонения от заданной структуры показателей по критериям  (19) (23) при  ограничениях по:

  • массовой доле  j-го компонента рецептуры:
  • xjmin   xj  xj max ; xj = j (, t,…); j = 1,m ;
  • интенсивности теплового потока Qmin <=  q < =  Qmax ;  ( 24 )
  • расстоянию до излучателя dmin <=  d  <=  dmax ;
  • температуре нагрева tmin <=  t  <= tmax ;
  • по времени процесса  min <=    <= max . 

Моделируя изменение температурных и влажностных  полей  внутри продукта в зависимости от параметров и времени ИК-нагрева, варьируемых в заданных ограничениях (24), и определяя по уравнениям регрессии (табл. 1) величины массовых долей ингредиентов пищевой и биологической ценности продукта в каждой точке, можно найти минимальные  значения критериев  (19) (23) и соответствующие им оптимальные режимы инфракрасной обработки многокомпонентного продукта.

  Предложенная многокритериальная модель может быть использована в различных постановках задач для анализа массопереноса амино- и жирокислотного, углеводного, макро- и микроэлементного, витаминного составов многокомпонентных мясных продуктов по любому частному критерию.

Для выбора наилучшей альтернативы из множества локально-оптимальных решений может быть использован  критерий оценки качества продукта после его термообработки, выражаемый  многомерной суммой взвешенных нормированных отклонений  параметров состояния продукта от их значений до ИК-нагрева:

,                         ( 25 ) 

где  ai – коэффициент значимости i-й группы факторов; bij –  весовой коэффициент отклонения j-го фактора i-й  группы; – значение параметра состояния j-го фактора i-й  группы до и после термообработки; –допустимое отклонение параметра от желаемого значения;

  По критериям (19) (23) минимального отклонения от исходной структуры массовых долей аминокислот, жирных кислот, витаминов, показателей пищевой ценности продукта и других  из множества локально-оптимальных решений определяется  оптимальное значение температуры нагрева продукта.

  На базе  имеющихся экспериментальных данных и уравнений регрессии, описывающих изменение массовых долей белка, жира, витаминов, амино- и жирных кислот рассматривается алгоритм многокритериальной оптимизации теплового режима ИК-обработки по критериям минимума потерь пищевой и биологической ценности мясопродукта в результате его тепловой обработки.

Оптимальная температура по каждому критерию определяется методом дробного шага  на унимодальном участке изменения критерия в интервале t0, tmax  или методом прямого перебора от 0 до tmax с нахождением всех локальных экстремумов и выделением  унимодальных участков функции. Из совокупности локально-оптимальных решений лучшая альтернатива определялась по функционалу качества (25),  преобразованному в функцию полезности к  с минимальной  суммой квадратов отклонений получаемых значений критериев kl  от их локальных  экстремумов kopt :

; k = 1,n , ( 26 )

где  kopt  – оптимальная величина к-го критерия;  kl – значение к-го критерия  в l-й альтер-нативе.

 

На рис. 13 в экранной  форме отражены найденные оптимальные значения  температуры  нагрева  полуфабриката  из  говяжьей вырезки и критериев минимизации потерь (11)(14) в заданных границах варьирования технологических факторов (24). 

Рис. 13. Результаты  оптимизации температуры в процессе  нагрева кускового полуфабриката из говяжьей вырезки

Полученные уравнения множественной регрессии дают возможность с достаточной точностью  определить оптимальные  технологические параметры ИК-обработки мясопродуктов – расстояние образца до излучателей x1,  см; толщина образца x2, мм;  плотность теплового потока  x3 , кВт/м2; начальной температуры в камере  x4 , 0C, обеспечивающие максимальное значение показателя качества  y1 = A,балл; минимум затрат электроэнергии y2=Q, кВт·ч/кг ; минимум времени тепловой обработки  y3 = , мин;  минимум потерь массы, y4 = П, %.

Экстремальные значения критериев, представляемых  сепарабельными функциями (11) (14) и (15) (18), в заданных границах варьирования  параметров x1x4, находились методом покоординатного поиска локально-оптимальных решений по каждому критерию (блок-схема приведена в диссертации).

Результаты локально-оптимального решения по одному из критериев (15) (18)  для бифштекса рубленого  приводятся на экране  (рис. 14) в диагональных элементах поля «Значение критериев оценки».

В  результате  многокритериальной оптимизации процесса получено:

– для кусковых полуфабрикатов из говяжьей вырезки температуру в камере рекомендуется поддерживать 166 0C, до доведения  температуры  в центре мясного полуфабриката 80 0C, время тепловой обработки 9 мин, при этом  минимальные  потери нутриентов составляют 0,08 % и функционал качества (25) равен  0,84;

  • для модельных фаршевых систем, включающих компоненты растительного происхождения (на примере котлет с растительными  добавками ) рекомендуется поддерживать температуру в камере ИК-печи 179–180 0C и доведение температуры в центре продукте  80 0C, время тепловой обработки 10 мин, потери нутриентов при этом составляет 0,004 %, функционал качества  имеет максимальное значение 0,96;

  – для модельных фаршевых систем (на примере бифштекса рубленого) рекомендуется двухстадийный инфракрасный нагрев с двухсторонним обогревом, плотность лучистых потоков  1  стадии  3,5  кВт/м2,  2 стадии  7,8  кВт/м 2 и  доведение температуры в центре продукта до 80 0C, время тепловой обработки  12,8 мин, потери нутриентов  составляют 0,04 %, функционал качества 0,84.

Рис. 14. Результаты многокритериальной оптимизации процесса тепловой ИК-обработки  на  примере бифштекса рубленого  (реализация переменного режима с  двухсторонним нагревом)

  В седьмой  главе описываются структурно-параметрические модели идентификации и прогнозирования состояния процесса и продукта тепловой обработки, на основе структурированного в матричной форме множества  параметров технологической системы и функциональных связей процесса и внешней среды с выделением показателей  качества сырья и продукта, технологических режимов и оборудования,  функционалов и критериев эффективности процесса.  Множество показателей и свойств сырья, термически обрабатываемых мясных изделий с использованием технологических регламентов и характеристик инфракрасного энергоподвода представлено в табл. 5.

Таблица 5

Показатели сырья, свойства термически обработанных продуктов,

технологические регламенты и характеристики ИК-энергоподвода

Группы свойств

Переменная состояния

Показатели

поступающего

биологического

сырья

1

Бактериальная обсемененность

2

Содержание белка

3

Содержание жира

4

Консистенция

5

Запах

6

Цвет

7

  рН

8

Температура

Характеристики

ИК-энергоподвода

9

Мощность установки

10

Условия подвода

11

Частотные характеристики инфракрасного нагрева

Параметры

термообработки

12

Температура греющей среды

13

  Теплофизические характеристики продукта

14

Температура поверхности продукта

15

Температура в центре продукта

16

  Продолжительность  тепловой обработки

17

  Геометрические размеры продукта

Физико-химические показатели и свойства
продукта

18

Общее количество бактерий в 1 мл

19

Температура хранения

20

Длительность  хранения

21

Содержание белка (аминокислотный состав)

22

Содержание жира  (жирнокислотный состав)

23

Витаминный состав

24

Минеральные вещества

25

Содержание влаги

26

Оптические свойства

Органолептиче-

ские показатели
продукта

27

Вкус

28

Запах

29

Цвет

30

Внешний вид 

31

Плотность

32

Консистенция

  Для  технологического процесса тепловой обработки мясопродуктов (например, бифштекса рубленого) с использованием инфракрасного энергоподвода с двухсторонним двухстадийным обогревом фрагмент матричной модели связей, включающий параметры химического состава исходного полуфабриката и готового продукта с предполагаемыми экспертными оценками связей,  приведен  в табл. 6.

Таблица 6

Фрагмент экспертных и статистических  характеристик связей

в структурно-параметрической модели  процесса



Параметры состояния


Х1


Х2


Х3


Х4


Х5


Х6


Х7


Х8


Х9


Х10


Х11


Х12


Х13


Х14


Х15

Параметры сырья (полуфабриката )

1

Содержание белка,  Х1 , %

1














2

Содержание жира,  Х2 ,  %


1














3

Содержание витаминов,  Х3 ,  %


(+)

1













4

Содержание влаги,  Х4, %

*


(+)

1












5

Оптические свойства,

Х5, %


(+)


(+)

*

(-)

1


(+)










6

рН,  Х6

(+)



*


1










7

Органолептические показатели ,  Х7 , балл


*


*


*


*


*


*


1









8

Толщина образца (полуфабриката), Х8 ,  мм


*



*



1




*

*


*

  9

Начальная температура полуфабриката,  Х9, С


*


(+)


(+)

*

(-)


*


1


*





Технологические режимы процесса тепловой инфракрасной обработки

10

Плотность теплового потока на 1-й стадии инфракрасной обработки, Х10,  кВт/м



*





*



*



1




(+)



(+)

11

Плотность теплового потока на 2-й стадии инфракрасной обработки, Х11, кВт/м




*


(+)




(+)



(+)



1





Показатели готового продукта

12

Органолептические  показатели продукта,  Х12, балл

*

(-)

*

(-)

*

(-)

*

(-)

*

*

*

*

(-)

*

(-)

*

(-)

*

(-)

1

*

(-)

*

(-)


13

Содержание белка , 

Х13,  %

*

(-)


(+)


(+)


*

*

(-)

*

(-)

*

*

(-)

*

(-)

*

(-)


1



14

Содержание жира ,  Х14, %


(+)

*

(-)

*



*

*

*

(-)


*

(-)




1


15

Содержание витаминов,  Х15,  %


*

*

(-)





*

(-)

*

(-)

*

*

(-)


*


1

На первом этапе, при отсутствии каких-либо формализованных описаний и статистических данных о наблюдаемых параметрах, характеристики связей могут быть заданы экспертным путем в результате опроса опытных специалистов (в табл. 6 отмечены символом *).

  При имеющихся статистических данных наличие связей между факторами может быть установлено с помощью коэффициентов корреляции и регрессии, отражающих глубину и характер статистической связи между случайными величинами xi и xj при n опытах. Символы (+), (-) означают, соответственно, дополнительно вскрытые в результате статистического анализа и неподтвержденные по имеющимся данным связи.

  Пустые клетки предполагают возможность априорно неизвестных или нулевых характеристик  влияния. Для сопоставимой оценки отклонений и связей параметров различной физической природы найденные коэффициенты пересчитываются в безразмерные характеристики связей.

В общем случае в структурно-параметрическую модель включаются функционал качества продукта,  контролируемые оценки состояния незаменимых аминокислот и  полиненасыщенных жирных кислот до и после тепловой обработки, показатели пищевой и биологической ценности продукта, теплофизические характеристики мясопродукта, температура греющей среды, условия энергоподвода – плотность лучистого потока на n-й стадии инфракрасной обработки, расположение излучателей (одностороннее или двухстороннее), потери  массы и др.

На основе матрицы взаимосвязей (табл. 6) и вектора контролируемых отклонений  показателей состояния формируется ситуационная модель технологического процесса (ситуационная матрица):

(27)

где  –  вектор  текущих относительных отклонений; xi, xj0  –  фактическое и эталонное значение i-го параметра;  Δxi0 – предельно допустимое отклонение от нормы.

 

Элементы главной диагонали матрицы (27) отображают текущее отклонение наблюдаемых факторов от заданных значений, а недиагональные – составляющие их отклонения с упорядочиванием по строкам всех причин отклонения, а по столбцам  возможные следственные влияния на другие параметры. Ситуационная матричная модель дает возможность проследить причино-следственные влияния параметров друг на друга и  на функционал качества продукта с формализацией алгоритмов диагностики и прогнозирования состояний сложного технологического процесса. Процедура диагноза сводится к нахождению причин, повлекших за собой отклонение состояния технологической системы от нормального состояния, путем  анализа и сравнения элементов строк с выбором максимального элемента. Алгоритм прогнозирования заключается в определении аномального состояния системы при изменении какого-либо параметра или группы параметров процесса или продукта.

  На примере тепловой обработки бифштекса рубленого в диссертации рассмотрены все этапы статистической обработки данных и построения ситуационной модели процесса с анализом результатов диагноза и прогнозирования текущего состояния процесса и продукта.

В восьмой  главе описывается информационная технология  идентификации и прогнозирования процесса тепловой ИК-обработки (рис. 15), положенная в основу  компьютерной экспертной системы проектирования процесса и поддержки принятия  оптимальных решений в  управлении технологической системой и качеством мясных полуфабрикатов  в процессе тепловой обработки.

  В функциональную структуру программного комплекса входят четыре подсистемы:

  • информационного и интеллектуального обеспечения с  базами данных таблиц планирования экспериментов и  физико-химических показателей мясных продуктов до и после тепловой обработки;
  • статистической обработки результатов экспериментов, включающая блок  обработки результатов таблиц планирования эксперимента и построения регрессионных моделей массовых превращений, а также блоки  оптимизации по изменению температуры в мясном полуфабрикате  в процессе тепловой обработки с экранными формами, отражающиими  потери биологических компонентов: амино- жирных кислот, витаминов, энергетической ценности, результаты расчета функционала качества или функции полезности, а также интерфейс  многокритериальной оптимизации по задаваемым критериям эффективности мясных  полуфабрикатов; 
  • моделирования тепломассообменных процессов, охватывающая построение и графическое представление изменения температуры греющей среды или плотности лучистого потока, температуры, влажности и биологических компонентов: белковых и жировых фракций, амино- и жирных кислот, витаминов  в различных точках при реализации конечно-разностным методом  или слоях мясного продукта при  реализации ячеечным методом; проверку адекватности моделей распределения  температуры, влаги и биологических компонентов мясного продукта, а также графическую среду Labview  с  блоками контроля и регулирования разработанной для каждого мясного полуфабриката оптимальной температуры  греющей среды в ИК-печи;
  • структурно-параметрического моделирования с программными модулями идентификации и прогнозирования  изменения состояния технологической системы, качества продукта и его пищевой и биологической ценности с визуальным отслеживанием результатов.

 

Рис. 15. Общая блок-схема информационной технологии идентификации и

прогнозирования состояния технологической системы  ИК-обработки  мясопродуктов

  Компьютерная система функционирует в средах  Windows 95/NT/98/ME/2000/ХР/2003,2007. Для вывода результатов вычислений на экран были использованы элементы MSFlexGrid  приложения Microsoft excel  языка программирования VBA, графической среды  Labview.  Интерфейсы написаны в Delphi,основные процедуры – в Object Pascal. 

Для анализа и оценки результатов моделирования разработаны экранные формы  для визуального отображения  графического  представления  изменения температуры, влажности  и массовых долей аминокислот, жирных кислот, витаминов, фракций белков и липидов в различных точках мясного полуфабриката в процессе тепловой обработки при реализации конечно-разностным методом и слоях  при реализации ячеечного метода.

  Программная реализация задач проектирования процесса, моделирования и оптимизации инфракрасного нагрева приведена в приложении к диссертации.

  В девятой  главе на основании разработанных режимов даны  рекомендации и примеры по аппаратурному оформлению  процесса тепловой обработки  мясных  полуфабрикатов  и конструкции ИК-печи.

Предложено техническое решение для реализации оптимальных технологических регламентов (патент РФ  №  2304884  от  01.12. 2005 «ИК-печь камерного типа  для тепловой обработки пищевых продуктов»), которое состоит из корпуса с изоляцией, рабочей камеры, смотрового окна из жаропрочного стекла, ИК-излучателей, регуляторов режимов, противней. ИК-излучатели установлены горизонтально в верхней и нижней части камеры, причем нижние ИК-излучатели установлены стационарно, а верхние с возможностью регулирования расстояния до продукта при помощи устройства автоматического регулирования положения излучателя, представляющего собой разборную конструкцию. Расстояние до нижних ИК-излучателей регулируется установкой пода на предназначенные для этого пазы, встроенные на боковых стенках камеры, причем нижние ИК-излучатели в зависимости от обрабатываемого продукта можно отключать с помощью регулятора режимов.

  В инфракрасной установке предусмотрены режимы для различных мясных изделий: кускового полуфабриката, мясных натуральных и  рубленых полуфабрикатов, на основе моделирования и оптимизации выполнен конструктивный расчет  элементов печи, с учетом максимального сохранения пищевой и биологической ценности продуктов, минимизации потерь аминокислот, жирных кислот и витаминов.  Разработанные режимы защищены патентом РФ  №  2295871  от 10.03.2005  «Способ тепловой обработки мясных полуфабрикатов  энергией  ИК-излучения». 

  Для поддержания рациональных  режимов тепловой обработки  мясных полуфабрикатов  в камере  ИК-печи  разработана автоматическая  система визуального  контроля и регулирования температуры  среды на базе персонального компьютера с использованием программной среды Labview  и NI DAQ – плат PCIX модулей (устройство ввода - вывода данных). Использование виртуального осциллографа позволяет отслеживать изменение температуры во времени,  если текущее значение сигнала выходит за заданный оптимальный температурный предел, то на экране монитора загорается сигнальная лампа, далее сигнал поступает на регулирующее устройство включения-выключения инфракрасной лампы.

  На основе предлагаемых оптимальных  режимов инфракрасной обработки предложен способ производства мясного порошка  (Патент РФ  №  2327366  от 26.06.2006 «Способ  производства  мясного  порошка»),  причем одной из стадий его производства является ИК-обработка;  разработан  способ производства мясных рубленых полуфабрикатов с добавлением мясного порошка (Патент  РФ  № 2352161 от  04.04.2007  «Способ производства мясных  рубленых  полуфабрикатов с добавлением мясного  порошка»).

Основные результаты и выводы

1. Анализ современного состояния теории и практики применения инфракрасной обработки  в пищевой технологии показывает, что интенсификация тепловой обработки биообъектов с сохранением их  пищевой и биологической ценности, качества и безопасности требует применения системно-аналитического подхода к изучению процесса как большой технологической системы  с учетом влияния множества факторов и связей на качественные показатели  продуктов  на всех этапах переработки сырья. 

2. Решение проблемы интенсификации тепловой обработки мясных полуфабрикатов  может быть достигнуто разработкой  физической модели и на ее основе расширением представления о тепломассообменных  изменениях  с одновременным описанием изменений массовых долей компонентов  пищевой и биологической ценности продукта в процессе нагрева.

3. Предложена  многоуровневая иерархическая структура системных исследований процесса тепловой обработки биопродуктов из сырья растительного и животного происхождения, позволяющая  с общих теплофизических и микробиологических подходов формализовать основные закономерности тепло – массопереноса, протекающие в процессе ИК-облучения, и составить расширенную  математическую  модель  процесса тепловой обработки мясных полуфабрикатов, а также  в композиции с растительными добавками.

  4. Получены на основе физико-химических исследований экспериментальные данные, характеризующие изменения основных нутриентов мясного сырья под воздействием ИК- обработки, что дало возможность разработать  совокупность регрессионных уравнений, позволяющих прогнозировать динамику состава пищевой и биологической ценности продукта.

5. Разработана  расширенная  математическая модель, на основе которой осуществляется расчет изменения температуры, влажности,  массовых долей ингредиентов пищевой ценности, белковых фракций  мяса  (миозина, тропомиозина, актина, актомиозина), жировых фракций, компонентов биологической ценности, которая  отражает механизм переноса энергии и дает возможность проанализировать влияние температуры на изменение  пищевой ценности, состояния белковых и жировых фракций, компонентов биологической ценности: амино- и жирных кислот, витаминов  мясного продукта по слоям в процессе нагрева.

  6.  Сформулированы математические описания эффектов и явлений на отдельных уровнях иерархии исследования, агрегированные в обобщенную модель тепловой обработки биопродуктов из сырья растительного и животного происхождения, отражающие  закономерности изменения температуры и влажности с  изменением массовых долей  белковых компонентов  по слоям  мясного продукта  в процессе нагрева.

  7. Разработаны ячеечная и конечно-разностная модели,  алгоритм решения дифференциальных уравнений тепломассопереноса в критериальной форме, позволяющие совместно с регрессионными уравнениями по изменению биологических компонентов воспроизвести тепломассообменные процессы в нагреваемых продуктах различной формы при всех критериальных условиях.

8.  Показано, что  многоуровневая  оптимизация  по критериям минимума потерь пищевой,  биологической  и энергетической ценности продукта при заданных ограничениях позволяет моделировать изменение температурного, влажностного  полей  и массовых долей ингредиентов пищевой и компонентов биологической  ценности в зависимости от параметров и времени ИК-нагрева в каждой точке продукта с нахождением оптимальных температурных режимов  ИК-обработки.

  9.  Методами  планирования эксперимента  изучен процесс тепловой обработки мясных полуфабрикатов и композиций с добавками  растительного происхождения при двухстороннем ИК- энергоподводе переменного режима. Получены критериальные уравнения, позволяющие определять рациональную продолжительность процесса, затраты электроэнергии, потери массы и показатели качества готовых изделий.

  10. Адекватность математических моделей подтверждена экспериментальными  результатами измерений температуры,  влаги и массовых долей биологических  компонентов в процессе нагрева.

  11. Экспериментально изучены распределения полей температуры, давления по слоям изделия, кинетика нагрева и обезвоживания,  позволяющая прогнозировать режимы тепловой обработки,  проводить процесс в заданном режимном диапазоне и получить продукт требуемого качества, вскрыт механизм тепломассопереноса и решены проблемы интенсификации процесса тепловой обработки полуфабрикатов. 

  12. Проведены комплексные экспериментальные исследования динамики микроструктурных  изменений и физико-химических показателей мясных полуфабрикатов из говяжьей вырезки и мясных рубленых полуфабрикатов с растительных добавками, доказывающие  в сравнительном анализе с СВЧ-нагревом, что мясные  продукты, приготовленные в разработанных  режимах тепловой обработки имеют  максимальные органолептические показатели качества и минимальные потери пищевой и биологической ценности.

  13. Разработана структурно-параметрическая модель тепловой обработки мясных изделий с использованием ИК-энергоподвода, позволяющая  устанавливать прогноз системы и диагностику параметров, влияющих на процесс. 

  14. Предложены рациональные режимы и способы производства мясных полуфабрикатов  (Патент РФ  №  2295871  от 10.03.2005 «Способ тепловой обработки мясных полуфабрикатов энергией  ИК-излучения»);

  15. В  результате  многокритериальной  оптимизации предложена  конструкция многофункциональной инфракрасной печи, техническое решение подтверждено патентом (Патент РФ № 2304884 от  01.12. 2005 «ИК-печь камерного типа для тепловой обработки пищевых продуктов»).

  16. Реализованы  способ  производства мясного порошка (Патент РФ №  2327366  от 26.06.2006  «Способ  производства  мясного  порошка») и  способ производства полуфабрикатов с добавлением мясного порошка (Патент РФ № 2352161  от  04.04.2007 «Способ производства мясных  рубленых  полуфабрикатов с добавлением мясного  порошка»).

  17. Разработаны информационная технология и программный комплекс  экспертной системы проектирования процесса тепловой обработки и компьютерной поддержки принятия оптимального решения в управлении качеством мясных изделий. Новизна  программного  комплекса подтверждается свидетельствами регистрации программ для ЭВМ (№ 2006612043, № 2006610624,  № 2006612080, № 2006613723,  № 2007611824,  № 2007612733).

18. Внедрены в промышленность  разработанные режимы, интенсифицирующие  процесс тепловой обработки в 1,5 – 2 раза при улучшении качественных показателей, минимизации  потерь пищевой и биологической ценности;  экономический эффект  на 100 кг готового продукта составляет  1327 руб. 

Основные публикации по теме диссертации

Монографии

  1. Беляева М.А. Математическое моделирование технологических процессов пищевых производств. – Ташкент.: Изд–во Ташкентского химико–технол. ин-та, 2003. – 169 с.
  2. Беляева М.А. Тепловое оборудование и процессы в производстве мясных изделий / М.А. Беляева, П.Р. Исматуллаев, А.А. Артиков. – Ташкент: изд–во Ташкентского химико–технол.  ин-та,  2003. –  292 с.
  3. Артиков А. А. Узбек миллий  сомсалар  тайерлаш / А. А. Артиков, М.А. Беляева, Х.Т. Саломов. – Бухара:  Муаллиф, 1996. – 92 с. ( на узбекском языке).

  Научные статьи и тезисы в журналах, сборниках и материалах конференций

  1. Беляева М.А. Математическая модель термической обработки мучных изделий энергией  ИК-излучения / М.А. Беляева, А.А. Артиков // Хранение и переработка сельхозсырья. –  1993. –  № 1. – C. 5.
  2. Беляева М.А. Оптимизация процесса тепловой денатурации белковых компонентов  мяса  с использованием компьютерного моделирования /  М.А. Беляева, А.А. Артиков, Х.Т. Саломов // Хранение и переработка сельхозсырья. – 1995.– № 6.– С. 27.
  3. Беляева М.А. Влияние тепловой обработки на качество верблюжьего мяса / М.А. Беляева, Б.Х. Саломов, М.З. Ашурова, Х.Т. Саломов // Научно-практические основы переработки  сельхозсырья: Тезисы республиканской научно-технической конференции. – Бухара. – 1996. – С. 19–20.
  4. Беляева М.А. Формализация процесса денатурации миозина,  актина и тропомиозина / М.А. Беляева, А.А. Артиков, Х.Т. Саломов // Хранение  и переработка  сельхозсырья. – 1997. – № 6. – С.14.
  5. Беляева М.А. Интенсификация  термической обработки мучных изделий / М.А. Беляева //  Пищевая промышленность. –  1998. – № 11. – C. 43.
  6. Беляева М.А. Компьютерное моделирование белковых веществ мяса / М.А.  Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. –  1999.–  № 4.–  С. 28–29.
  7. Беляева М.А. Использование инфракрасного обогрева в процессе жарения мятки семян хлопчатника / М.А. Беляева, Х.Т. Саломов,  А.З. Хасанов, К.З. Абидов // Масложировая промышленность.  – 2000. – № 3.–  С.  46.
  8. Беляева М.А. Совершенствование процессов производства  хлопкового  масла / М.А. Беляева, А.З. Хасанов // Масложировая промышленность. –  2000.–  № 4.– С. 30.
  9. Беляева М.А.  Математическая модель изменения температуры в процессе выпечки национальных мучных изделий / М.А. Беляева, А.А.  Артиков // Хранение  и переработка  сельхозсырья. –  2000. – №  10. – C. 68 – 69.
  10. Беляева М.А. На основе белкового обогатителя / М.А. Беляева, М.Б. Камалова // Пищевые ингредиенты, сырье и добавки. – 2001.–  № 2.– С. 75.
  11. Беляева М.А. Новая пищевая добавка на основе белкового обогатителя / М.А. Беляева,  М.Б. Камалова // Пищевая промышленность. –  2001.  –  № 11.  – С.  41.
  12. Вelyaeva  M.A. Denaturation of meat proteins  during thermal treatment / M.A.  Вelyaeva  // Химия природных соединений: Тезисы 5–го Международного симпозиума. – Ташкент,  2003. –  С. 57.
  13. Беляева М.А. Исследование изменений белков мяса в процессе тепловой  обработки / Беляева М.А. // Химия природных соединений. – Ташкент. – 2003. – № 4. – С. 330–331.
  14. Беляева М.А. Математическое моделирование процессов тепловой обработки мяса / М.А.Беляева, П.Р. Исматуллаев, А.А. Артиков // Инновация–2003: Сб. научн. статей межд.  научно–практ. конф. – Ташкент,  2003. – С. 114.
  15. Беляева М.А. Математическое моделирование и исследование качественных и коли–чественных изменений белков мяса при тепловой обработке / М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. –  2003. –  № 6. – С. 56–57.
  16. Беляева М.А. Математическое моделирование процессов денатурации белков мяса / М.А.Беляева // Математические методы в технике и технологиях: Сборник  трудов 16-й  международной научной конференции.–  СПб., 2003. –  Т. 10.  –  С. 184–186.
  17. Беляева М.А. Интенсификация тепловой обработки мясных изделий / М.А.Беляева // Материалы республиканской научно–технической конференции. – Фергана, 2003. –  С. 363.
  18. Беляева М.А.  Использование  инфракрасной  и СВЧ-энергии  для тепловой  обработки мяса / Беляева М.А. // Проблемы энерго- и  ресурсосбережения: тезисы докладов международной научно-технической и практической конференции.– Ташкент,  2003. – С.32 – 34.
  19. Беляева М.А. Математическое моделирование и анализ денатурации белков мяса в  процессе тепловой обработки / М.А. Беляева // Доклады  Академии Наук  Республики  Узбекистан. – Ташкент. – 2003. – № 6. – С. 8–14.
  20. Беляева М.А. Иерархическая структура процесса тепловой обработки  мясных изде-

лий / М.А.Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2004. – № 2. – С.  21–22.

  1. Беляева М.А.Влияние ИК- и СВЧ-нагрева на жиры говяжьего мяса / М.А. Беляева // Хранение и  переработка сельхозсырья. – 2004. – №  5. –  С. 36.
  2. Беляева М.А. Влияние инфракрасного излучения на белки мяса / М.А.Беляева // Мясная индустрия. –  2004. – №  5. – С.  57 – 59. 
  3. Беляева М.А. Исследование процессов тепловой обработки мяса методом системного анализа / М.А. Беляева // Мясная индустрия. –  2004. – №  7. – С.  53 – 55.
  4. Беляева М.А. Влияние  инфракрасного и сверхвысокочастотного нагрева на  амино– кислотный состав говяжьего мяса / М.А.Беляева // Все о мясе. – 2004. –  № 3. – С. 16–17.
  5. Беляева М.А. Влияние ИК- и СВЧ- нагрева на питательную ценность мяса / М.А.Беляева // Тезисы  докл. конф. молодых  ученых, посвященной  памяти акад. А.Ю. Юнусова.-  Ташкент,  2004. – C.56.
  6. Беляева М.А. Исследование влияния ИК- и СВЧ- нагрева на жиры мяса / М.А. Беляева // Тезисы  докл. конф. молодых  ученых, посвященной  памяти акад. Юнусова А.Ю. –Ташкент, 2004.– C. 57.
  7. Беляева М.А. Научное  обоснование применения инфракрасного  излучения для процесса тепловой обработки мяса / М.А.Беляева // Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов: Доклады научно–практической конференции.– Углич, 2004. – С.41–45.
  8. Беляева М.А.  Совершенствование процесса термической обработки мяса энергией  ИК-излучения / М.А.Беляева // Повышение энергоэффективности техники  и технологии  в перерабатывающих отраслях АПК:  Сборник научных трудов. –  М.,  2004. – С. 42–45.
  9. Космодемьянский Ю.В. Математическое  моделирование биоферментативных процессов / Ю.В. Космодемьянский, В.Н. Юрин, М.А. Беляева, П.В. Космовский // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы III-й  Межд. научн. конф. студентов и молодых ученых. –  М.: МГУПБ,  2004. – С. 55 – 57.
  10. Рогов И.А. Влияние  инфракрасного и сверхвысокочастотного нагрева на микро–  и макроэлементы говяжьего мяса / И.А. Рогов, М.А. Беляева  // Все  о мясе. – 2004. –  № 4. – С.  20–22.
  11. Рогов И.А. Исследование ИК- и УФ- спектров жирных кислот говядины / И.А. Рогов, М.А. Беляева // Мясная индустрия. – 2004. – № 12.–  С. 48–52.
  12. Рогов И.А. Сравнительный анализ влияния ИК- и СВЧ-нагрева  на аминокислотный  состав мяса / И.А. Рогов, М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2004. –  № 12. – С. 26.
  13. Рогов И.А. Комплексное исследование пищевой ценности  говяжьего мяса  при ИК- и СВЧ-нагреве / И.А. Рогов, М.А. Беляева // Мясная индустрия. – 2005. – № 1 – С. 25–27.
  14. Беляева М.А. Влияние ИК- СВЧ-нагрева на минеральные вещества говяжьего мяса / М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. –  2005. – № 1.–  С. 25.
  15. Беляева М.А. Системный анализ тепловой обработки мясных изделий / М.А. Беляева // Известия ВУЗов «Пищевая технология». – 2005. – № 1. – С. 62–64.
  16. Беляева М.А. Влияние инфракрасного и сверхвысокочастотного нагрева на  пищевую ценность говяжьего мяса / М.А.Беляева // Вопросы питания. – 2005. – № 1. – С.36–38.
  17. Беляева М.А. Математическая модель процесса тепловой обработки биопродуктов животного происхождения / М.А.Беляева // Имитационное моделирование. Теория и практика: Материалы II Всероссийской научно–практической конференции. – СПб., 2005. – С. 39–42.
  18. Рогов И.А. Сравнительный анализ влияния инфракрасной и сверхвысокочастотнойэнергии на микроструктуру говяжьего мяса в процессе  тепловой  обработки /  И.А. Рогов, М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2005.– № 10. – С. 18.
  19. Пономарев А.C. Математическая модель процесса  тепловой обработки  биопродуктов животного происхождения в условиях инфракрасного излучения / А.C. Пономарев, М.А. Беляева, Ю.В. Космодемьянский // Живые системы и  биологическая безопасность  населения: Материалы IV Международной научной конференции студентов и  молодых ученых. – М.: МГУПБ, 2005. – С.  57–58.
  20. Космодемьянский Ю.В. Математические описания биоферментативных процессов при тепловой обработке сырья / Ю.В. Космодемьянский, М.А. Беляева, В.Н. Юрин // Хранение и переработка сельхозсырья. –  2005. – № 11. –  С. 25.
  21. Космодемьянский Ю.В.  Математическое моделирование кинетики тепловой обработки биоматериалов / Ю.В. Космодемьянский, М.А. Беляева, Ю.Н. Юрин // Мясная индустрия. – 2006. – № 1. – С. 54.
  22. Рогов И.А. Микроструктурный и аминокислотный анализ фарша и котлет с растительными добавками / И.А.Рогов, М.А. Беляева // Пищевая  промышленность. –2006. – № 1. – С. 86–87.
  23. Беляева М.А.Моделирование изменения амино–и жирнокислотного состава и витаминов  в процессе инфракрасной тепловой обработки / М.А. Беляева // Все о мясе. –2006. –  № 2.– С.11–13.
  24. Беляева М.А. Исследование микроструктуры и состава аминокислот в фарше и котлетах с растительными добавками / М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2006. –  № 7. – С. 28–30.
  25. Беляева М.А. Моделирование и оптимизация процессов инфракрасной  тепловой обработки биопродуктов животного происхождения / М.А. Беляева, О.И. Якушев // Хранение и  переработка  сельхозсырья. –  2006. –  № 8. –  С. 28–30.
  26. Беляева М.А. Моделирование и оптимизация управления качеством мясных изделий в  процессе  инфракрасной тепловой обработки / М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. –  2006. – №  9. – С.  64–65. 
  27. Ивашкин Ю.А. Моделирование  процессов тепловой обработки мясопродуктов с использованием инфракрасного энергоподвода / Ю.А. Ивашкин, М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. –  2006.– №  10. –  С. 46–50.
  28. Кавыкин Н. Математическое моделирование массообменных процессов инфракра- сной обработки мясных изделий / Н.Кавыкин, М.А.Беляева, Э.Э.Афанасов // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы V Международной научной конференции студентов и молодых ученых.– М.: МГУПБ, 2006. – С. 56–58.
  29. Лугарь Е. Разработка конструкции многофункциональной  печи  с инфракрасным нагревом / Е. Лугарь, М.А. Беляева, О.И. Якушев // Живые системы и биологическая  безопасность населения: Материалы V  Международной научной конференции студентов и молодых ученых. –  М.: МГУПБ, 2006. – С. 82–84.
  30. Клишин А. Структурно–параметрическое моделирование пастеризации молока с использованием инфракрасного энергоподвода / А.Клишин, М.А. Беляева // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы V  Международной научной конференции студентов и молодых ученых.– М.:МГУПБ, 2006. – С. 98 – 101.
  31. Еремин А. Моделирование и оптимизация управления качеством  мясных консервов в процессе пастеризации / А. Еремин, М.А.  Беляева // Живые системы и  биологическая безопасность населения: Материалы V  Международной научной конференции студентов и молодых ученых.–  М.:МГУПБ,  2006. – С.  172 – 176 .
  32. Ивашкин Ю.А. Структурно- параметрическое моделирование инфракрасной термообработки мясных продуктов / Ю.А. Ивашкин, М.А. Беляева // Мясная индустрия. – 2006. – № 10. –  С. 37 –  39.
  33. Беляева М.А. Информационные технологии  оптимизации процессов тепловой обработки биопродуктов с инфракрасным энергоподводом / М.А.Беляева, Ю.А. Ивашкин // Системы управления и информационные технологии. – Москва–Воронеж. – 2006. – № 4.1.(26). – С.130–133.
  34. Беляева М.А. Моделирование и оптимизация управления фракционными изменениями липидов в жире мясных изделий при тепловой обработке с использованием ИК-энергоподвода / М.А.Беляева, Э.Э.Афанасов // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007. –  №  1. – С. 21–23.
  35. Беляева М.А. Информационные технологии в моделировании и оптимизации управления качеством мясных продуктов / М.А.Беляева // Математические методы в технике и технологиях: Сборник трудов ХХ  Международной  научной конференции. – Ярославль. – 2007, –  Т. 5,  С. 215 – 217.
  36. Беляева М.А. Структурно – параметрическая оптимизация управления качеством мясных изделий в процессе тепловой обработки / М.А.Беляева // Математические методы в технике и технологиях: Сборник  трудов  ХХ  Международной  научной конференции. – Ярославль. – 2007. – Т.  6, С. 305 – 307.
  37. Беляева М.А. Интеллектуальные системы моделирования и оптимизации тепловых процессов / М.А.Беляева // Труды III  Международной научно–технической конференции АIS’07 CAD–2007.–  М.: Физматлит. – 2007.– Т. 3, С. 9 – 20.
  38. Беляева М.А. Визуализация моделирования и оптимизации тепловой обработки биопродуктов с использованием современных информационных технологий и программных средств / М.А.Беляева // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEV и технологии National Instruments: Сборник трудов конференции Международной научно–практической конференции. – М.: 2007. –  С. 188–193.
  39. Беляева М.А. Имитационное моделирование тепловой обработки мясных изделий / М.А.Беляева // Имитационное моделирование. Теория и практика ИММОД–2007: Сборник докладов Третьей всероссийской научно–практической конференции по имитационному моделированию и его применению в науке и промышленности. – СПб.,  2007. – С. 263–268.
  40. Беляева М.А. Информационные технологии моделирования и оптимизации технологической  системы биотепломассообменных процессов ИК-обработки мясопродуктов / М.А.Беляева // Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования: Материалы II Международной научной конференции. – Воронеж,  2007. –  С.33–34.
  41. Беляева М.А. Экспертная система моделирования и оптимизации тепловых процессов ИК-обработки мясопродуктов / М.А. Беляева // Вестник Академии «Информатика, экология,  экономика». – Москва. – 2007. –  Т.  10, часть II,  С.39–49.
  42. Беляева М.А. Разработка рецептурных композиций с добавками растительного и жи-

  вотного происхождения / М.А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. – 

  2008. – № 1. – С. 62–63.

  1. Беляева М.А. Информационные технологии системного  анализа и идентификации биотепломассообменных процессов  ИК-обработки мясопродуктов / М.А. Беляева // Системы управления и информационные технологии. – Москва–Воронеж. – 2008. –№ 4.2. – С. 216–220.

64. Беляева М.А.  Пищевая белковая добавка в  биотехнологии мясных рубленых полуфабрикатов / М.А.Беляева // Биотехнология. Вода и пищевые продукты: Материалы международной научно–практической конференции, проводимой в рамках Московского  международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». М.: ЗАО «Экспо – биохим–технологии». – 2008. – С. 50.

65. Беляева М.А.  Моделирование тепломассообменных  процессов  в прикладной биотехнологии / М.А. Беляева, Ю.А Ивашкин,  А.С.Лукьянов // Современные энергосберегающие тепловые  технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ–2008: Материалы Третьей Международной научно–практической  конференции. – Москва – Тамбов,  2008. –  С. 113–118.

66. Беляева М.А. Автоматизированная система обработки информации и управления тепломассообменными процессами в прикладной биотехнологии / М.А. Беляева, Ю.А.Ивашкин // Труды  IV  Международной научно–технической конференции  АIS’08 CAD–2008. –М.: Физматлит. –  2008. – Т. 2, С. 222–227.

  1. Калинин А.  Разработка  интерфейсов системы моделирования и оптимизации процессов тепловой обработки мясопродуктов / А. Калинин, М.А. Беляева // Живые системы и биологическая безопасность населения Материалы  VII Международной научной конференции студентов и молодых ученых.– М.:МГУПБ,  2008. – С. 181– 182.
  2. Беляева М.А. Автоматизация управления  тепломассообменными  процессами тепловой обработки мясопродуктов / М.А.Беляева // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEV и технологии National Instruments: Сборник трудов VII научно– практической конференции. – Москва,  2008. – C. 339–344.
  3. Беляева М.А. Способ производства мясных рубленых полуфабрикатов с добавлением мясного порошка// Биотехнология: состояние и перспективы развития: Материалы V  московского  международного конгресса. –  Москва, 2009. – С. 51.
  4. Семенов Г.В. Информационная технология управления процессом  тепловой обра-

ботки  мясопродуктов / Г.В. Семенов, М.А.Беляева // Пищевая промышленность.–  2009. – №  5. –  С. 28-29.

  1. Беляева М. А. Система мониторинга и регулирования температурных режимов инфракрасной обработки мясопродуктов / М. А. Беляева // Программные  продукты и системы. –  2009. –  № 3 ( в печати) 

Патенты и свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ

  1. Беляева М.А. Программа расчета изменений массовых долей аминокислот,  жирных кислот и витаминов мясных изделий в процессе  инфракрасной тепловой обработки: свидетельство об официальной регистрации  программы для  ЭВМ № 2006612043/ М.А. Беляева. – М.,  2006.
  2. Беляева М. А. Программа расчета оптимальных технологических режимов инфракрасной тепловой обработки мясных изделий: свидетельство об официальной регистрации программы для  ЭВМ  № 2006610624 / М. А.Беляева. – М.: МГУПБ, 2006.
  3. Беляева М.А.  Программа расчета изменений массовых долей  аминокислот, жирных  кислот и витаминов мясных изделий в процессе  тепловой  обработки: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612080 / М.А.  Беляева. – М., 2006. 
  4. Беляева М.А. Экспертная система моделирования и оптимизации тепловой  обработки мясных изделий или проектирование пищевой и биологической  ценности  мясных продуктов с учетом теплообмена: свидетельство об официальной регистрации программы для  ЭВМ № 200 6613723 / М.А.Беляева. – М., 2006.
  5. Орешина М.Н. Компьютерная система контроля  и регулирования температуры в научном эксперименте с использованием среды LabVIEW: свидетельство  об  официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611824 / М.Н. Орешина, М.А.Беляева. – М., 2007.
  6. Беляева М.А.  Система структурно–параметрического моделирования и идентификации тепловой  обработки мясных изделий и рецептурных композиций с добавками растительного и животного происхождения с использованием современных электротехнологий: свидетельство об  официальной регистрации  программы для ЭВМ № 2007612733 / М.А. Беляева,  Ю.А. Ивашкин,  А.А. Юсупова. – М.: МГУПБ, 2007.
  7. Решение о выдаче авторского свидетельства № 4811763/13/039889  Способ  производства национальных мучных изделий типа самсы / М. А. Беляева, А.А. Артиков, Т.Ш. Шомурадов, О.Г. Гулямов. – заявл. от 08.01.91.
  8. Пат.  2295871. Российская  Федерация, МПК А23L 1/025 Способ тепловой обработки мясных полуфабрикатов  энергией  ИК-излучения / И.А. Рогов, М.А. Беляева. – заявитель и патентообладатель МГУПБ. – № 2005106377/13 от 10.03.2005; опубл. 20.06.2005. Бюл.  № 17.– 5 c.
  9. Пат. 2304884 Российская  Федерация, МПК А23L 1/025 A47J 37/00  F24C 15/00 H05B 6/00 ИК-печь камерного типа для тепловой обработки пищевых продуктов / М.А. Беляева, О.И. Якушев, Ю.В. Космодемьянский. –  заявитель и патентообладатель МГУПБ. – №  2005137239/13 от  01.12. 2005;  опубл. 20.03.2006. Бюл. № 8 (2 ч.) .–  4 с.: ил.
  10. Пат. 2327366 Российская Федерация, МПК A23L 1/00 1/025  Способ  производства  мясного  порошка / М.А.Беляева–заявитель и патентообладатель. – М.А. Беляева –  № 2006122658 /13 от  26.06.2006;  опубл. 20.12.2006. Бюл.  № 35. – 5 с.
  11. Пат. 2352161 Российская Федерация, МПК A23L Способ производства мясных рубленых  полуфабрикатов с добавлением мясного  порошков/ М.А. Беляева –  заявитель и патентообладатель М.А Беляева. – № 2007112473/13 от  04.04.2007.– 5 с. 
  12. Заявка на патент 2007112474 Российская Федерация,  МПК A23L 1/00 1/025  Способ производства мясных рубленых  полуфабрикатов в композиции с  растительными добавками / М.А. Беляева.– заявитель и патентообладатель.– М.А.Беляева. №  2007112474/13 от  04.04.2007. – 5 с.

 

  Подписано в печать___________________. Усл.печ.л. 3,25

  Тираж  100 экз. Заказ__________________

  МГУПБ. 109316, Москва, ул.Талалихина,33

  ООО «Франтера»_______________________

  тел. 677-07-06




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.