Ет німдері технологиясында экструдталан ауыз текстураларын ндіру процесін модельдеу жне отайландыру

Кіріспе                                       дерінің бірі қазіргі уақытта агроөнеркәсіптік

Ауыл шаруашылығы шикізатын қайта      кешеннің қайта өңдеу салаларында басым

өңдеудің неғұрлым перспективалы  тәсіл-      болып саналатын экструзия процесі болып табылады. Бұл процесс шикізат түрлері бойынша да, дайын өнімдер мен жартылай фабрикаттар үшін де әмбебап болып саналады. Экструзия технологиясының бір бағыты-тамақ және жем текстураларын өндіру. Термо-пластикалық экструзияның әсерінен шикізаттың ақуыз компоненттері денатурацияланады, ал макромолекулалардың ішкі байланыстары қайта топтастырылады [1].

Тамақ өнеркәсібінде экструзия техникасын қолдану қазіргі уақытта көптеген технологиялық процестерді күшейтіп қана қоймай, сонымен қатар дәстүрлі тағамдарды байыту үшін қолданылатын текстуралардың жаңа тағамдық композицияларын жасауға мүмкіндік береді. Тағам текстурасы өндірісінің даму тенденциялары, сондай-ақ оларды сатудың әлеуетті нарығын талдау болашақта осы түрдегі өнімдерді құрамалас ет өнімдерін жобалау кезінде маңызды орын алатынын көрсетеді [2,3].

Ет толтырғыштары майсыздандырыл-ған бұршақ ұнын немесе ұнды экструдтау процесінде алынады, текстураланған тағамдық ақуыздардың көп бөлігін құрайды; бұл өнімдер етпен немесе ет эмульсияларымен толтырғыш ретінде 20-30% деңгейде немесе одан жоғары деңгейде қосып араластырылады. Ет аналог-тарының сыртқы түрі, құрылымы және дәмі бойынша етке ұқсас болады. Олар бұлшықет тініне ұқсас қабатты құрылымға ие, бірақ өнімдер ассортиментін кеңейту және балама шешімдерді іздеу арзан және функционалды аналогтарды іздеуге мәжбүр етеді [4].

Қарасора ақуызының тағамдық құнды-лығы мен қолданылуы ақуыздың құрылымы мен функционалдық қасиеттерімен тығыз байланысты. Азық-түлік өндірушілері гранола, энергетикалық батондар, макарон өнімдері, балмұздақ, сүт және т.б. сонымен қатар, тұқымдар текстурасы бойынша сапаны жақсарту үшін қоспаның функционалды ингредиенті ретінде пайдалануға болатын өнімдер жасалды. Қарасораның артықшылықтары зерттелгенімен, бұл дақыл туралы әлі де көп нәрсе білуге болады. Қарасора тұқымдарының қасиеттері және олардың тамақ - жем ретінде өзара әрекеттесуі болашақта қабылданып, заңды түрде пайдалануға әсер етеді. Қазіргі уақытта Еуропалық Одақ қарасора тұқымын тек тамақ өнеркәсібінде қолдануды мақұлдады. Осы шарттарға сәйкес тек май, ақуыз және ұнды ингредиент ретінде заңды түрде қосуға немесе тамақ өнімі ретінде пайдалануға болады [5].

Зерттеу материалдары мен әдістері

Қойылған мақсатты шешу үшін көп факторлы эксперименттің математикалық жоспарлау әдістері қолданылды: математикалық жоспарлаудың полином түрінде әдісі ұсынылады.

Эмпирикалық математикалық модельді алу үшін орталық композициялық формаларға-екінші ретті айналмалы жоспарға сәйкес 24 факторлық эксперимент жүргізіледі. Тәжірибелердің реті бақыланбайтын параметрлердің эксперимент нәтижелеріне әсерін болдырмайтын кездейсоқ сандар кестесі арқылы таңдалады. Эксперименттік деректер Mathcad 15 бағдарламалық жасақтамасымен өңделеді [15].

Эксперимент нәтижелерін өңдеу кезін-де келесі статистикалық критерийлер қолда-нылды: дисперсиялардың біртектілігін тексеру - Кохрен критерийі, регрессия теңдеу-лерінің коэффициенттерінің маңыздылығы-Стьюдент критер-ийі, теңдеулердің сәйкестігі-Фишер критерийі.

Математикалық моделі эксперименттерге негізделген статистикалық әдістермен табылған регрессия теңдеуі түрінде болады. Зерттелетін процестің математикалық моделі екінші дәрежелі полином түрінде ұсынылады [12,13] және келесі формуламен анықталады.

NN  N

y=bo+E bixi+E bjxixj+X bx, i=i            i < j                 i=i

Эксперименттік деректерді статистикалық өңдеу жүргізілді [6].

Скалярлық оңтайландыруға бір крите-рийді (негізгі) бөліп көрсету және қалғандарын шектеулер санатына аудару немесе мақсатты критерийлердің жиынтығы түрінде жаһандық критерий құру арқылы аламыз. Бұл жұмыста өлшемелі әдіс қолданылады.

Нәтижелер және оларды талқылау

Қазақстан Республикасында қарасораны өңдеу дамудың бастапқы кезеңдерінде тұр. Ішкі нарықта қарасора өнімдерін өндірушілерде бәсекелестік жоқ, дегенмен оған сұраныс көп. Қайта өңдеу бағытын дамыту сапалы шикізат өндіру көлемін ұлғайту және заманауи өндірістік

қуаттарды іске қосу кезінде ғана мүмкін береді. Ақуыз текстураларын өндіру үшін қарасора ақуызының концентратын қолданған жөн, ол майларды суық сығып алғаннан кейін қарасора тұқымынан алынады. 100 микроннан аз бөлшектерге дейін ұнтақтау және инерциялық сепара-циялау арқылы тазартылған жоғары ақуызды өнім алынады, ол бастапқы құрамын толығымен сақтайды, өйткені ол температуралық немесе химиялық өңдеуден өтпейді [7,8].

Экструзия- бұл жылу мен масса алмасудың күрделі процесі, оның барысында жоғары температура мен қысымның әсерінен тері энергиясының жылу энергиясына ауысуы жүреді, бұл материалдың сапалық көрсеткіш-теріндегі әртүрлі тереңдіктегі өзгерістерге әкеледі (ақуыздардың денатурациясы, крах-малдың желімделуі және басқа биохимиялық өзгерістер) [9]. Өзгерістердің сипаты мен тереңдігі және олардың өнім сапасына әсері экструзия процесінің режиміне және оның ұзақтығына байланысты. Бұл үшін экструзия процесін сәндеудің басым нәтижесін оңтайлан-дыру - бұл процестің ең жақсы немесе оңтайлы шарттарын таңдау. Бұл шарттардың анықтамасы бірқатар параметрлердің (мысалы, температура, қысым және т.б.) оңтайлы мәндеріне тәуелді болуы мүмкін оңтайландыру критерийін таңдаумен байланысты. Көрсетілген параметрлер арасында әдетте күрделі байланыс болғандықтан, бұл процестің тиімділігін жан-жақты сипаттайтын бірыңғай критерийді таңдауды қиындатады [10,11].

Зерттеу нысаны ретінде қарасора ақуыз концентраты қолданылды. Қарасора тұқымдары денсаулыққа және ықтимал емдеуге бірқатар әсерлермен байланысты. Қарасора тұқымдары қатерлі ісік, неврологиялық аурулар, иммуномодуляциялық әсерлер, асқазан-ішек жолдарының бұзылуы, липидтер алмасуы, дерматологиялық аурулар және жүрек-қан тамырлары денсаулығы сияқты созылмалы аурулардың алдын алуға көмектесетін антиоксиданттарға бай.

Қарасора өнімдері барған сайын пайдалы тағам ретінде танылуда. Тұқымдар құрамында жеңіл сіңімді ақуыздар, липидтер, ПҚМҚ, ерімейтін талшықтар мен көмірсулар көп болатын пайдалы диеталық көз болып табылады. Олар омега-6 ПҚМҚ-дан омега-3 ПҚМҚ-ға дейін қолайлы арақатынасқа ие, адамның тамақтануына өте қолайлы және жүрек-қан тамырлары аурулары, экзема, іш қату, атопия және қатерлі ісік ауруларына және басқа ауруларға көмектеседі. Қарасора өсімдік затын әртүрлі тағамдарды дайындау үшін пайдалануға болады. Қарасора өнімі-құрамында қарасора компоненттері бар және медициналық тәжірибеде майлар, маймен толтырылған капсулалар немесе тұнбалар түрінде тұтынылуы мүмкін тағамдық өнім.

Экструзия процесіне әсер ететін әртүрлі факторлардың өзара әрекеттесуін зерттеу үшін экспериментті жоспарлаудың математикалық әдістері қолданылды. Бұл процестің математи-калық сипаттамасы эмпирикалық болуы мүмкін. Сонымен қатар, оның математикалық моделі эксперименттерге негізделген статистикалық әдістермен табылған регрессия теңдеуі түрінде болады. Зерттелетін процестің математикалық моделі екінші дәрежелі полином түрінде ұсынылады [12,13].

NNN y=bo+Ү bixi+E bm+Z bx,(2)

i=i           i< ji мұндағы:

bo-қарастырылып отырған факторлар орташа,   «нөлдік»   деңгейлерде болған жағдайда жауаптың орташа мәніне тең теңдеудің еркін мүшесі;

х - жауап функциясын анықтайтын және өзгеруге болатын факторлардың ауқым-далған мәндері;

• i, j - факторлардың индекстері;

• b i - сызықтық терминдердегі коэффициенттер;

• b ij - екі факторлы өзара әрекеттесу коэффициенттері,    екіншісінің    шамасы

өзгерген кезде бір фактордың әсер ету дәрежесі қаншалықты өзгеретінін көрсететін;

• b ii -қарастырылатын факторлардан сыз-ықтық емес шығу параметрін анықтайтын квадраттық әсерлердің коэффициенттері, N

жоспарлау матрицасындағы факторлардың саны.

Қарасора ақуызының концентратының экструзия процесіне әсер ететін негізгі факторлар ретінде таңдалды:

• х і -өнімнің бастапқы ылғалдылығы,%;

• Х 2 -шнектің айналу жиілігі, с¹ ;

• х з - кұрылымдық параметр (шнектің ішкі диаметрінен сыртқы диаметріне дейін);

X 4 -матрица алдындағы қысым, аймақ, МПа.

Кесте 1 - Кіріс факторларының өзгеру шектері

Осы факторлардың барлығы үйлесімді және өзара байланысты емес, өзгеру шектері 1 кестеде келтірілген [14].

Жоспарлау шарттары	Факторлардың өзгеруі
	x 1 , %	.1 x 2 , с-1	xз	x 4 ,
Негізгі деңгей	16	8	0,86	6
Өзгеру аралығы	2	1	0,01	1
Жоғарғы деңгей	18	9	0,87	7
Төменгі деңгей	14	7	0,85	5
Жоғарғы «жұлдыз нүктесі»	20	10	0,88	8
Төменгі «жұлдыз нүктесі»	12	6	0,84	4

Факторлардың өзгеру аралықтарын таңдау қарасора ақуызының концентратын экстру-зиялау процесінің технологиялық жағдайларына, экструзия қондырғысының техникалық сипаттамаларына байланысты. Экструзия процесіне әр түрлі факторларының критерийлерінің әсерін бағалау ретінде келесі таңдалды: Y i - экструзия процесіне энергия шығыны, кДж / кг; Y 2 -меншікті өнімділік, кг/сағ; Ү з - сапаның кешенді көрсеткіші (PDA) [14].

Эмпирикалық математикалық модельді алу үшін орталық композициялық формаларға-екінші ретті айналмалы жоспарға сәйкес 24 факторлық эксперимент жүргізілді. Тәжірибелердің реті бақыланбайтын параметрлердің эксперимент нәтижелеріне әсерін болдырмайтын кездейсоқ сандар кестесі арқылы таңдалды. Эксперименттік деректер Mathcad 15 бағдарламалық жасақтамасымен өңделді [15].

Эксперимент нәтижелерін өңдеу кезінде келесі статистикалық критерийлер қолданылды: дисперсиялардың біртектілігін тексе-ру-Кохрен критерийі, регрессия теңдеулерінің коэффициенттерінің маңыздылығы-Стьюдент критерийі, теңдеулердің сәйкестігі-Фишер критерийі.

Эксперименттік деректерді статисти-калық өңдеу нәтижесінде зерттелетін факторлардың әсерінен осы процестің сәйкестігін сипаттайтын регрессия теңдеулері алынды:

Y i = 0,159+ 2,705 x i + 6,167 Х 2 - 1,25 х з + 4,143 Х 4 - 0,262 Х 1 Х 2 +

+ 6,735 х і х з - 1,2 х і Х 4 + 2,353 Х 2 Х 3 - 2,729 Х 2 Х 4 - 7,059 Х 3 Х 4 +

+ 1,421 Х і Х 2 Х з + 1,486 Х І Х 2 Х 4 + 1176 Х І Х 3 Х 4 + 4,70640 4 Х 2 Х 3 Х 4 - 2,941 Х І Х 2 Х 3 Х 4 -

• - 5,978'10 ' ² x i² - 0,8262 Х 2² — 1,753 х з² - 4,565'10 5 Х 4² ;                               (1)

Y 2 = 47,3 + 4,164^ x i + 4,275^ Х 2 - 1,44b Х з + 4,291 • Х 4 -

– 4,49• Х 1 Х 2 - 8,475^ Х 1 Х з - 1,205^ Х 1 Х 4 - 2,212^ Х 2 Х 3 -

• - 0,123 Х 2 Х 4 - 4,779 Х 3 Х 4 + 0,78^ Х 1 Х 2 Х з + 2,152^ Х 1 Х 2 Х 4 +

+ 0,325 Х 1 Х з Х 4 + 1,506 Х 2 Х 3 Х 4 - 0,382 Х 1 Х 2 Х з Х 4 -0,05^ x i² -

- 7,843 • x 2² + 0, 337 x 3² + 9,29 Х 4² ,                                                (2)

Ү з = 9,7 + 1,196 x i + 3,020 Х 2 - 2,854 Х з + 3,478 Х 4 - 1,103 хіХ2 +

+ 9,926 Х 1 Х з + 3,512 x i X 4 + 3,481 Х 2 Х з -6,534 Х 2 Х 4 +

+ 4,264 • х з Х 4 - 0,753 хіХ2Хз + 2,797 хіХ2Х4 - 1,328 хіхзХ4 +

+ 2,23540⁴ Х 2 Х з Х 4 - 1,471 Х 1 Х 2 Х з Х 4 - 3,117^ x i² - 1,135 x^ ² -

-7,2 x з² - 1,988^ Х 4²                                        (3)

Регрессия теңдеулерін талдау (1) - (3) қарастырылып отырған процеске ең көп әсер ететін факторларды анықтауға мүмкіндік береді. Меншікті энергия шығындарына ең үлкен әсер матрица алдындағы аймақтағы қысым, ең азы - өнімнің бастапқы ылғалдылығы. Шнектің айналу жиілігі меншікті өнімділікке ең үлкен әсер етеді, ең азы - дизайн параметрі. Кешенді сапа көрсеткішіне өнімнің бастапқы ылғалдылығы үлкен әсер етеді, ең азы - шнектің айналу жиілігі.

Алынған барлық теңдеулер (1) - (3) сызықты емес. Осылайша, отыз екі тәжірибені орындау нәтижесінде факторлардың әсері туралы ақпарат алынды және процестің математи-калық моделі құрылды, бұл белгілі бір энергия шығындарын, ісіну коэффициентін және кіріс факторларының таңдалған аралықтарындағы ылғалдың булану қарқындылығын есептеуге мүмкіндік береді.

Оңтайландыру міндеті келесідей тұжырымдалған: максималды үлестік өнімділікті және минималды энергия шығындарымен са-      дыру мәселесінің жалпы математикалық паның кешенді көрсеткішін қамтамасыз ететін      тұжырымы келесі модель түрінде ұсынылған:

экструдердің жұмыс режимін табу. Оңтайлан- q = q(yi,y2,y3)-----x-d ► max

D: y i (x i ,X 2 ,x з ,Х 4 ) --d— min

У2 (xi,X2,x з,Х4)---——► max уз(хі,Х2,х 3,x4-----x-d ► max                                     (4)

Алынған регрессия теңдеулері (1) - (3) көп өлшемді кеңістіктегі кейбір жоғарғы бетін сипаттайды, ал канондық форманың коэффициенттері бойынша біз бұл жоғарғы беттің қандай дене түріне жататынын анықтаймыз.

xis орталығының координаттары регрессия (1) - (3) теңдеулерін x1, x2, x3, x4 бойынша саралау және туындыларды нөлге теңестіру нәтижесінде алынған теңдеулер жүйесінен табылды. (1) - (3) теңдеулері бойынша xis орталығының координаттарын біле отырып, оларға сәйкес оңтайландыру параметрлерінің мәндерін анықтады. Есептеу нәтижелері 2 кестеде келтірілген.

Кесте 2 – Кіріс факторларының оңтайлы мәндері

y i	x 1s	x 2s	x 3s	x 4s	y s
y 1	0,025	6,370	12,464	0,207	0,709
y 2	0,477	1,050	0,513	-2,514	1,130
y 3	-0,402	-3,071	5,812	7,983	-0,011

3 кестеде барлық зерттелетін Шығыс факторлары үшін x i параметрінің оңтайлы өзгеру аралықтары жинақталған.

Кесте 3 – Оңтайлы параметр интервалдары

y	x 1 , %		x 2 , с-1		x 3		x 4 ,МПа
	min	max	min	max	min	max	min	max
y 1	19,3	25,4	7,25	10,34	0,932	0,976	6,21	9,63
y 2	16,3	18,7	6,12	7,15	0,854	0,891	4,97	6,78
y 3	11,9	16,4	7,34	8,16	0,833	0,859	5,80	7,03

Оңтайландыру критерийіне сәйкес (4) зерттелетін процестің оңтайлы режимдерін таңдау бойынша түпкілікті шешім қабылдау үшін кестеде көрсетілген оңтайлы мәселелерді қою арқылы ымыраға келу мәселесін шешу қажет, 3- кестеде параметрлерінің бір-біріне x i аралықтары көрсетілген.

Мұндай интервал x 4 параметрі үшін -матрица алдындағы аймақтағы қысым-6,21 болды...6,78 МПа көрсетті.

Басқа тәуелсіз айнымалылар: x 1 -өнімнің бастапқы ылғалдылығы,%; x 2 -шнектің айналу жиілігі, айн/с; x 3 - конструктивті параметр оңтайландыру критерийлеріне қатысты бір-біріне сәйкес келеді.

Оңтайландыру критерийлерінің макси-малды мәндеріне сәйкес келетін кіріс пара-метрлерінің табылған мәндері сәйкесінше бір- біріне тең болмағандықтан, зерттелетін про- цестің оңтайлы режимдерін таңдау туралы түпкілікті шешім қабылдау үшін оңтайлан-дыру критерийіне сәйкес ымыраға келу мәселесін шешу қажет.

Бұл қақтығыс Парето жиынтығы деп

{ У } кеңістігіндегі белгі-

аталатын критерийлер

лі бір аймақта көрсетіледі.

Көбінесе Парето жиынтығынан белгілі бір шешім алу үшін олар векторлық оңтайлан-дыру мәселесін скалярлық оңтайландыруға бір критерийді (негізгі) бөліп көрсету және

қалғандарын шектеулер санатына аудару немесе мақсатты критерийлердің жиынтығы түрінде жаһандық критерий құру арқылы азайтады. Бұл жұмыста өлшемелі әдіс қолданылды, оның идеясы скалярлық критерийді синтездеуге негізделген:

q(x)= q(qi,q2,.,qk), бастапқы критерийлердің функциясы ретінде және оның минимумы көп өлшемді мәселені шешуге сәйкес келеді. Содан кейін шешім әдеттегі оңтайландыруға келеді:

q(x) x. dmin

q(x) функциясы критерийлер жиынтығы ретінде ұсынылған:

q(x) = £ a qi(x) - qimin i = 1     qi max    qi min мұнда a - салмақ i-го критерия (0 < a < 1,

k

E a

1); qi max; qi min - сапа критерийлерінің i = 1

минималды және максималды мәні qi(x )■

Бұл жағдайда Парето жиыны Т -түрлендіру әдісімен, a салмақ коэффициентін [0…1] интервалында өзгерту арқылы алынды.

k

( 2 ^a i = 1)

і = 1

Көрсетілген әдісті қолдану нәтижесінде параметрлердің субоптикалық тіркесімі алынды: x 1 = 19,3 %; x 2 = 7,15 c^-1; x 3 = 0,85; x 4 = 6,46 Мпа.

Алынған нәтижелердің дұрыстығын тексеру үшін бірқатар параллель эксперименттер қойылды, алынған нәтижелер барлық сапа критерийлері бойынша санаулы сенімділік интервалдарына түсті. Бұл жағдайда орташа квадраттық қате 2,8% - дан аспады.

Қорытынды

Осылайша, оңтайландырудың векторлық критерийі бар мәселені шешу екі кезеңде жүзеге асырылады-бұл ымыраға келу аймағын (Парето бойынша оңтайлы шешімдер) бөліп көрсету және оны кейбір схема негізінде одан әрі тарылту. Шешімді түпкілікті таңдау шығыс факторларының оңтайлы мәндері саласындағы зерттелетін процестің физикалық мағынасы негізінде жүзеге асырылды.

Қазіргі уақытта біздің еліміздегі тамақ өнеркәсібінің міндеттерінің бірі тұтынушыларды жоғары сапалы өнімдермен қамтамасыз ету болып табылады. Зерттеліп отырған қарасора ақуызы және текстураты ет өнімдерін өндіруде алғаш рет қолданысқа ие болып отыр. Зерттеу-лер нәтижесінде сәйкестікпен алынған экс-трудталған ақуыз текстуралары шұжық өнімдерін өндіру процессінде қолданылды. Зерт-теулер нәтижесіне сүйенсек дайын өнім көрсеткіштері қауіпсіз таза, сапалы, құрамында барлық алмастырылмайтын амин қышқыл- дары бар, тағамдық құндылығы және дәрумен-дер көрсеткіші жоғары болғандығын көрсетті.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ