Композиционная вариация рецептур вареной колбасы с растительным сырьем методом компьютерного моделирования

Автор: Мартемьянова Людмила Егоровна, Задворнов Юрий Александрович

Журнал: Вестник Омского государственного аграрного университета @vestnik-omgau

Рубрика: Технические науки технология производства и переработки пищевых продуктов

Статья в выпуске: 3 (23), 2016 года.

Бесплатный доступ

У специалистов мясоперерабатывающих предприятий вызывает интерес появление новых ингредиентов с улучшенными функциональными свойствами. При производстве вареных колбасных изделий широко используется растительное сырье, позволяя: увеличить выход; снизить риск образования бульонно-жировых отеков; стабилизировать качество готового продукта. Предлагается использовать растительное сырье в вареных колбасах на примере амарантовой муки. Сформирован информационный банк данных с химическим составом ингредиентов, оптовыми ценами, стандартом проектируемого продукта, индексацией ингредиентов. Составлены балансовые линейные уравнения по химическому составу конечного продукта и определены технические ограничения на использование отдельных видов ингредиентов (соли, специи и т.д.) согласно нормативно-технической документации. Выбран критерий (функция цели) оптимизации энергетической ценности вареной колбасы с растительным сырьем. Рассчитаны макро- и микроэлементы, витамины продукта. По смоделированной рецептуре вареной колбасы с растительным сырьем подготовлена техническая документация, получен патент; акт промышленной апробации - от 09.12.2004 г. Пробные партии произведены на ООО «Омский деликатес», исследования - в Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека «Центр гигиены и эпидемиологии в Омской области» в аккредитованном испытательном лабораторном центре и ООО «Сертификат» в испытательной лаборатории качества пищевых продуктов и продовольственного сырья, аккредитованной в системе ГОСТ Р.

Еще

Вареная колбаса, амарантовая мука, растительное сырье, компьютерное модели-рование

Короткий адрес: https://sciup.org/142199239

IDR: 142199239

Текст научной статьи Композиционная вариация рецептур вареной колбасы с растительным сырьем методом компьютерного моделирования

Мясо и мясопродукты являются одними из основных продуктов животного происхождения в рационе питания человека, так как содержат незаменимые источники полноценного белка, жира, витаминов, минеральных веществ и других жизненноважных нутриентов. Низкое обеспечение России мясной продукцией привело к дефициту животного белка (33 %) в питании человека, это серьезное обоснование для разработки научно обоснованных путей коррекции рациона, поиска новых источников белка, рационального использования сырья растительного и животного происхождения, в том числе нетрадиционных видов мяса [1].

По ассортиментному составу колбасных изделий основную долю (50–60 %) составляют вареные колбасы, на копченые приходится 30–40 % потребления [2].

При проектировании пищевых продуктов сложного сырьевого состава используют основной принцип теории сбалансированного питания – пищевые нутриенты должны поступать в организм человека в определенном количестве и соотношении. Одной из важных задач при проектировании многокомпонентных пищевых продуктов является обеспечение предпочтительного набора и соотношения компонентов [3].

Цель работы: спроектировать композиционную вариацию рецептур вареной колбасы с заданной себестоимостью и энергетической ценностью продукта методом компьютерного моделирования.

Поставленная задача решается путем направленного варьирования количественными соотношениями сырьевых компонентов. Важную роль в совершенствовании технологии пищевых продуктов и методов экономического анализа играет использование современных компьютерных информационных систем в решении рецептурной задачи. Среди различных моделей технологических процессов особое место занимают линейные модели, т.е. модели, где математические зависимости (равенства или неравенства) – линейны относительно всех переменных величин, включенных в модель. Сущность задач такого рода заключается в том, чтобы из множества возможных композиционных вариантов рецептур выбрать по заданному признаку (критерию) оптимальный, в нашем случае проектируемый продукт должен иметь минимальную себестоимость продукта в первом варианте и максимальную энергетическую ценность во втором варианте. При проектировании рецептуры вареной колбасы использован матричный метод расчета рецептуры, разработанный профессором П.А. Лисиным [4].

Объекты и методы исследований

Практическая реализация матричного метода осуществляется в несколько этапов.

На первом этапе формируется информационный банк данных, который включает химический состав ингредиентов, оптовые цены, стандарт проектируемого продукта, индексацию ингредиентов.

На втором на основе информационного банка данных составляются балансовые линейные уравнения: по химическому составу конечного продукта (например, по содержанию жира, СОМО, воды, углеводам).

На третьем определяются технологические ограничения на использование отдельных видов ингредиентов (соли, специй и т.д.) согласно нормативно-технической документации.

На четвертом этапе выбирается критерий (функция цели) оптимизации энергетической ценности продукта.

На пятом решается поставленная задача в компьютерной математической системе.

На шестом проводится анализ вариантов разработанных многокомпонентных пищевых продуктов с технологической и экономической точек зрения; выбирают наиболее полно отвечающий поставленной цели.

На седьмом этапе рассчитывают содержание витаминов, макро- и микроэлементов выбранной рецептуры.

Реализация разработанной методологии проектирования многокомпонентных пищевых продуктов представлена на примере разработки вареной колбасы с растительным сырьем.

Формулируем задачу: требуется разработать рецептуру вареной колбасы «Полезная» с минимальной себестоимостью продукта и максимальной энергетической ценностью. На 100 кг фарша вареной колбасы добавляется сырье: говядина; свинина полужирная; свинина жирная; вода; молоко; мука амарантовая. Также в состав на 100 кг сырья входят специи и добавки: яичный порошок; каррагинан; соль; нитрит натрия; смесь специй.

Результаты исследований

Ингредиенты, используемые в качестве компонентов вареной колбасы, представлены в табл. 1, где сформирована информационная матрица данных для проведения оптимизации рецептуры вареной колбасы с пятью элементными модулями: ингредиенты, химический состав ингредиентов, оптовые цены, индексированные переменные (обозначены через Х I ).

Таблица 1

Информационная матрица данных химического состава ингредиентов проектирования рецептуры вареной колбасы «Полезная»

Ингредиент	Индекс, X	Массовая доля, %					Цена, руб./кг
Ингредиент	Индекс, X	жира*	белка*	углеводов*	воды*	золы*	Цена, руб./кг
Свинина полужирная	X 1	36,5	13.7	0	49,1	0,7	120
Говядина жилованная 2-го сорта	X 2	3,6	19,4	0	75,9	1,1	145
Свинина жирная	X 3	63,3	8	0	28,3	0,4	110
Вода питьевая	X 4	0	0	0	100	0	0,015
Амарантовая мука	X 5	1,7	8,9	61,7	0	0,1	70
Молоко	X 6	2,64	2,82	4,73	89,11	0,7	22
Соль поваренная пищевая, в/с	X 7	0	0	0	0	0	8
Яичный порошок	X 8	0	1,5	5	0		85
Каррагинан	X 9	0	0	0	0		900
Нитрит натрия	X 10	0	0	0	0		89
Смесь специй	X 11	0	0	0	0		70

* Данные взяты из [5].

На основании информационной матрицы данных (табл. 1) формируется система линейных балансовых уравнений – по жиру, белку, золе, углеводам, воде и золе (табл. 2).

Таблица 2

Система балансовых линейных уравнений и ограничений

Баланс	Уравнения и ограничения
по жиру	0,365X 1 + 0,036X 2 + 0,633X 3 + 0,017X 5 + 0,026X 6
белку	0,137X 1 + 0,194X 2 + 0,08X 3 + 0,089X 5 + 0,028X 6
углеводам	0,617X 5 + 0,047X 6
питьевой воде	0,491X 1 + 0,759X 2 + 0,283X 3 + X 4 + 0,891X 6
золе	0,007X 1 + 0,011X 2 + 0,004X 3 + 0,001X 5 + 0,007X 6
Ограничения	X 7 = 1,7; X 8 = 0,4; X 9 = 0,2; X 10 = 0,3; X 11 = 0,2
Масса вареной колбасы, кг	X 1 + X 2 + X 3 + X 4 + X 5 + X 6 = 100

Функция цели – минимальная себестоимость вареной колбасы «Полезная». Исходя из информационной базы данных себестоимость вареной колбасы в приведенных цифрах запишется следующим образом

120X 1 + 145X 2 + 110X 3 + 0,015X 4 + 70X 5 + 22X 6 > min. (1)

Функция цели – максимальная энергетическая ценность проектируемой вареной колбасы «Полезная» определяется как сумма энергетической ценности составных частей ингредиентов, масса которых определяется из рецептуры и рассчитывается по формуле

Э = 9 ∙ Ж + 4 ∙ Б + 3,75 ∙ У, ккал,

где Э – энергетическая ценность продукта, ккал; Ж – массовая доля жира в продукте, %; Б – массовая доля белка в продукте, %; У – массовая доля углеводов в продукте, %.

Чтобы перевести значение энергетической ценности продукта из ккал в кДж необходимо результат, рассчитанный по формуле (2), умножить на 4,1868.

На этапе технологической операции – формирования рецептуры проектируемого продукта с минимальной себестоимостью по формуле (1) вареной колбасы и максимальной энергетической ценностью дается научное обоснование количества вносимых ингредиентов, это позволяет вырабатывать продукт с заданными экономическими и энергетическими свойствами.

В качестве функции цели при проведении оптимизации рецептуры выбран экономический показатель – себестоимость проектируемого продукта, показатель, определяющий прибыль предприятия. При проектировании рецептуры учитывался также основной показатель разрабатываемой вареной колбасой – качество выпускающего продукта. Данный показатель должен соответствовать техническому регламенту ГОСТ, ТУ.

Для реализации поставленной задачи в информационную матрицу вводятся данные стоимости ингредиентов. Использование табличного редактора EXCEL, функции цели – ПОИСК РЕШЕНИЯ позволяет реализовать решение поставленной задачи. При выборе рецептуры вареной колбасы с растительным сырьем по заданной формуле автоматически рассчитывается себестоимость проектируемой колбасы «Полезная».

Решение системы линейных балансовых уравнений решаем в программе Microcoft EXCEL с использованием функции «Поиск решения». После запуска функции «Поиск решения» выбираем ячейку целевой функции. Устанавливаем ее равной максимальному значению. Выбираем изменяющиеся параметры – это ячейки, содержащие массы ингредиентов. После ввода параметров нажимают кнопку Выполнить в окне «Поиск решений». При выборе критерия оптимизации – максимальная энергетическая ценность продукта – достаточно выбрать соответствующую ячейку в окне надстройки «Поиск решения».

Таблица 3

Композиционная вариация рецептур вареной колбасы с растительным сырьем «Полезная» с различной себестоимостью и энергетической ценностью

Ингредиент	Индекс, Х I	Варианты рецептур вареной колбасы «Полезная», расход сырья кг, на 100 кг (без учета потерь)
Ингредиент	Индекс, Х I	1*	2*	3*	4*	5*	6*	7*	8*
Свинина полужирная	Х 1	36	57	45	28	32	22,5	53,5	41
Говядина жилованная	Х 2	23	15	20	24	23	26	16	20
Свинина жирная	Х 3	6	12	8	5	6	3,5	11	8
Вода питьевая	Х 4	26	15	22	27,5	25,5	30	17	22
Амарантовая мука	Х 5	4	1	3	4,5	4	5	1,5	3
Молоко	Х 6	5	0	2	11	9,5	13	1	6
Соль поваренная пищевая, в/с	Х₇	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7
Яичный порошок	Х 8	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Каррагинан	Х 9	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Нитрит натрия	^Х10	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Смесь специй	Х 11	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Химический состав продукта
Жир		18,01	29,06	22,5	14,82	16,81	11,83	27,27	21,2
Белок		10,54	11,97	11,25	9,78	10,24	9,4	11,61	10,75
Углеводы		2,69	0,64	2,13	3,3	2,89	3,71	0,95	2,17
Вода		67,43	57,83	63,73	70,63	68,93	73,33	59,43	64,93
Энергетическая ценность, ккал		215,47	312,15	254,43	184,46	202,51	159,02	295,76	241,07
100 кг рецептуры, руб.		8973,69	10673,53	9702,63	8215,71	8592,68	7759,75	10345,56	9310,63

* Данные взяты из [5].

Композиционная вариация рецептур вареной колбасы позволяет определить минимальную (максимальную) себестоимость продукта и максимальную (минимальную) энергетическую ценность проектируемого продукта.

Из представленных рецептур самый оптимальный и сбалансированный – вариант № 3, так как обладает хорошей энергетической ценностью. В рецептурах № 2 и № 7 недостаточное добавление питьевой воды и более высокая себестоимость.

Далее по выбранной рецептуре рассчитываем содержание витаминов в вареной колбасе с растительным сырьем.

Таблица 4

Ингредиент	Индекс Х	Масса, кг	Содержание витаминов, мг/в 100 граммах продукта
Ингредиент	Индекс Х	Масса, кг	В1*	A*	В2*	C*	Е*	В6*	РР*
Свинина полужирная	Х 1	45,00
Говядина жилованная 2-го сорта	Х 2	20,00	0,07	0	0,18	0	0	0,36	5
Свинина жирная	Х 3	8,00	0,4	0	0,1	0	0	0,3	2,2
Вода питьевая	Х 4	22,00	0	0	0	0	0	0	0
Амарантовая мука	Х 5	3,00	0,12	0	0,19	0	1,15	0,57	3,82
Молоко	Х 6	2,00	0,04	0,02	0,15	1,3	0	0,05	0,1
Итого, кг		100
Суточная потребность			1,5	1,5	2	50	10	2	15
% соответствия суточной потребности			18,96	0,03	5,79	0,05	0,35	13,13	16,42
Содержание, мг			284,40	0,40	115,70	26,00	34,50	262,60	2462,60
Содержание, мг/%			0,28	0,00	0,12	0,03	0,03	0,26	2,46

* Данные взяты из [6].

Содержание витаминов в вареной колбасе «Полезная»

На следующем этапе рассчитываем по выбранной рецептуре содержание макро- и микроэлементов в вареной колбасе с растительным сырьем.

Таблица 5

Содержание макро- и микроэлементов в вареной колбасе «Полезная»

Ингредиент	Х	Масса, кг	Содержание макро- и микроэлементов, мг/в 100 граммах продукта
Ингредиент	Х	Масса, кг	Ca*	K*	Fe*	Na*	Mg*	Se*	P *	Cl*	Cu*	Mn*
Свинина полужирная	Х 1	45,00
Говядина жилованная 2-го сорта	Х 2	20,00	9	325	2,9	73	22	0	188	59	0	0
Свинина жирная	Х 3	8,00	7	285	1,7	0	24	0	164	0	0	0
Вода питьевая	Х 4	22,00	4,5	0	0,012	0,9	1	0	0,003	1,4	0,006	0,016
Амарантовая мука	Х 5	3,00	154	493	7,38	0	241	18,1	540	0	0,51	3,23
Молоко	Х 6	2,00	120	146	0	0	14	0	90	110	0	0
Итого, кг		100
Суточная потребность для взрослых			800	2500	15	4000	300	0,5	1200	77	2	300
% удовлетворения нормы на 100 грамм			1296	4220	11967	1099	8733	108600	12102	46984	831	33
Содержание в продукте, мг			10370,00	105510,00	1795,04	43958	26200,00	543,00	145220,66	36178,00	16,62	100,42
Содержание в продукте, мг/%			10,37	105,51	1,80	43,96	26,20	0,54	145,22	36,18	0,02	0,10

* Данные взяты из [6].

Вывод

Композиционная вариация рецептур вареной колбасы «Полезная», рассчитанная методом компьютерного моделирования «Матричный метод», основанным на законе сохранения массы вещества и теоретической основе линейного программирования, отличается простотой, наглядностью и информативностью и позволяет определить наименьшую (минимальную) энергетическую ценность и себестоимость продукта. С использованием современных информационных компьютерных технологий сложные задачи проектирования рецептур многокомпонентных продуктов питания с заданными свойствами решаются творчески, без потери оперативности управления производством.

Сформирован информационный банк данных, который включает химический состав ингредиентов, оптовые цены, стандарт проектируемого продукта, индексацию ингредиентов. Составлены балансовые линейные уравнения по химическому составу конечного продукта и определены технические ограничения на использование отдельных видов ингредиентов (соли, специи и т.д.) согласно нормативно-технической документации. Выбран критерий (функция цели) оптимизации энергетической ценности вареной колбасы с растительным сырьем. Рассчитаны макро- и микроэлементы, витамины продукта. По смоделированной рецептуре вареной колбасы с растительным сырьем подготовлена и утверждена техническая документация, получен патент; акт промышленной апробации – от 09.12.2004. Соответствует требованиям ТУ 9213-001-00493406-2014, ТР ТС 029/2012, ТР ТС 012/2011, ТР ТС 034/2013, СанПиН 2.3.2.1078-01, МУК 4.2.1847-04, МУ 2.3.2.1917-04.

Список литературы Композиционная вариация рецептур вареной колбасы с растительным сырьем методом компьютерного моделирования

Богданова К.Н. Производство мясопродуктов из нетрадиционного сырья: учеб.-практ. пособие. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2007. 5 с.
Кузмичева М.Б. Российский рынок колбасных изделий и мясных полуфабрикатов//Мясная индустрия. 2009. № 4.
Липатов Н.Н., Лисицын А.Б., Юдина С.Б. Совершенствование методики проектирования биологической ценности пищевых продуктов//Хранение и переработка сельхозсырья. 1996. № 2. С. 24-25.
Лисин П.А., Мартемьянова Л.Е. Композиционное моделирование многокомпонентных молочных продуктов//Молочная пром-сть Сибири. Алтайская нива: 5-й Специализированный конгресс Сибири. Барнаул, 2006. С. 87-90.
Скурихин И.М., Волгарева М.Н. Химический состав продуктов. Кн. 1//Справ. таблицы содержания основных пищевых веществ и энергетической ценности пищевых продуктов. Москва, 1987. С. 75-88.
Скурихин И.М., Волгарева М.Н. Химический состав продуктов. Кн. 2//Справ. таблицы содержания аминокислот, жирных кислот, витаминов, макро-и микроэлементов, органических кислот и углеводов. Москва, 1987. С. 184-189.

Статья научная