Концепция проектирования технологической линии для изготовления плодово-ягодного сока

Введение. По общему объему потребления соков Россия входит в первую десятку стран мира. Потребление сока на человека в год составляет всего четыре литра. Однако большинство населения проживает в регионах, где существует недостаток таких продуктов функционального питания.

Одним из позитивных факторов в здоровье человека является сбалансированное функциональное питание. Это то питание, которое не только не вредит нашему организму, но и насыщает его необходимыми микроэлементами, витаминами. А неправильное питание становится причиной многих заболеваний и расстройств организма человека.

Важнейшее значение натуральных соков как необходимых элементов питания – в его конкретной работе по оздоровлению организма, влиянии на определенные функции организма человека. Одним из направлений в функциональном питании является потребление сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири, с их природными биологически активными веществами [1–4].

Актуальность исследований. Витаминами, углеводами и минеральными веществами богаты только натуральные стопроцентные соки, и в особенности из мелкоплодных яблок дикорастущих ягод Восточной Сибири. Население недостаточно обеспечено действительно полезными и натуральными соками.

Цель исследований. Разработать модель теоретического проектирования технологии изготовления плодово-ягодного сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири для улучшения качественного питания населения.

Задачи исследований. Анализ и систематизация технологических процессов получения сока на основе мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири, описание взаимодействия технологических звеньев посредством интенсивностей процессов.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований явились технологические линии, применяемые для получения соков из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири. Использованы методы системного анализа – декомпозиция и синтез, аппарат теории случайных процессов.

Результаты исследований и их обсуждение. Информационно-техническая модель проектирования технологической линии для приготовления плодово-ягодного сока включает в себя 25 звеньев и уровни оптимизации процессов (условные обозначения) (рис. 1).

Технологическая линия приготовления плодово-ягодного сока включает в себя три этапа: приготовление брусничного полуфабриката, яблочного полуфабриката, конечного продукта.

Для аналитического описания технологической линии для каждого звена х введем функцию состояния звена Z_x (t) , которая характеризует уровень загруженности сырьем в момент времени t. Ее производная dZx(t')

характеризует скорость переработки сырья в момент времени t, которая может быть определена интенсивностью входящих и выходящих потоков [5].

Процесс приготовления брусничного полуфабриката. Исходное сырье (брусника) поступает на приемный лоток PLB , далее брусника проходит сортировку SB , где отсеивается гнилая часть, листья и т.д., от сортировки все лишние частицы и испорченные ягоды попадают в брак BB . Хорошие плоды проходят этап мойки MB , затем ягода попадает на пресс PB , где проходит процесс отжима ягоды. Из пресса отжатая часть поступает в отстойник с мякотью OMB , далее вся масса попадает в блок отходов BOB , далее предусмотрен блок вторичной переработки BVPB . Сок с мелкими частицами мякоти, выходящий от пресса, проходит через блок фильтрации FB S, после чего получается полуфабрикат брусничного сока.

Составим дифференциальные уравнения, описывающие производство полуфабриката из ягод брус- ники:

^dz FBS ^(t) dt

^J ) = ^ B,PLB • ^ZB^(t) - ^ PLB,SB • ^ZPLB (УУ

dzsefti dt — Aplb,sb • ZPLB (t) - Asb,mb •ZSB (0 - Asb,BB • zsb (УУ, dzBB(f) _ dt = Asb,BB • ZSB (ty dzMB(t) . dt — Asb,mb ’ ZSB (t) - Amb,pb ' ' ZMB (ty dzpB^t. _ dt ’ = Amb,pb • ZMB (У) - APB,FSB • ZpB(t) - ~ Apb,omb • ZPB(ty dzOMB(t) dt

— Apb,OMB • ZPB(t) - AOMB,BOB • ZOMB (УУ dzBOB(t) dt

^— ^ OMB,OMB • ^ZOMB^(t) - ^ABOB,BVPB

• ^ZBOB^{(t) ;}

^— ^ PB,FBS • ^ZPB ⁽ t)   ^ FBS,PBS • ^ZFBS^(t) .

Процесс приготовления яблочного сока. Яблоки попадают на приемный лоток PLY , далее по конвейеру они проходят блок-отсеиватель OTY , затем сырье поступает на мойку MY . После мойки яблоки проходят процесс сушки SY . После сушки яблоки попадают в соковыжималку PY , и после нее происходит отжим яблок. Отжатая часть попадает в блок с мякотью OMY и направляется в блок отходов BOY . В схеме предусмотрен блок вторичной переработки BVPY . Отжатая часть попадает в фильтр FYS , где происходит процесс фильтрации, на следующем этапе получаем полуфабрикат яблочного сока PYS .

Составим дифференциальные уравнения, описывающие производство полуфабриката из мелкоплодных яблок Сибири:

^P dt^ ) ^— A fBS,PBS • ^Z F BsW - ^APBS,KS • ^ZPBS (УУ d^ ^{— A}PBS,KS • ^ZPBS⁽ t) + ^Aks,PYS • ^ZKS (t) - ^Aks,dgp • ^ZKS⁽ ty

dzOTY(t) — dt

^^ ^— ~ A y, PLY • ^ZB ^(t) - ^ PLY,OTY • ^ZPLY (УУ

У P LY,OTY • ZPLY(t) - A OTY, MY ’ ZOTY(t) - A OTY, BY ’ ZOTY(УУ, dzBY(t) _ т         „ dt   — AOTY, BY • ZOTY(t);

dzMY(t)   у                  rj.\ У dt — Aoty, my ' zoty(t) - Amy,sy

• ^ZMY⁽ t) ;

dz pY (f) dt

dzSY(t) dt

^— ^ SY,PY

^— ^ MY,SY

• ^ZMY (У} - ^ SY,PY • ^ZSY (УУ

• ^ZSY (У)    ^ py,0MY • ^ZPY^(t)    ^ PY,FYS ' ^ZPY ^(t) ;

dzOMY(t)

dt ^dz BOY ^(t)

dt

^— ^ PYflMY • ^ZPY ( У) - ^ omY,BOY • ^ZMY^(t) ;

— ^OMY,BOY • ZOMY (У) - ^BOY,BVPY • zboy (t); dzBVPY(t) _ т            _ dt    — ABOY,BPVY • ZBOY(t);

d j ^— ^ PYFYS • ^ZPY^(t) - ^ FYS,PYS ’ ^ZFYS^(t) .

Брак                                Фильтр λ

(BB)                                         (FBS)              ■

Рис. 1. Схема технологической линии для приготовления плодово-ягодного сока

Конечный этап. Два полуфабриката поступают в звено концентрации KS , где происходит смешивание двух видов сока. Смешанный сок попадает в блок доведения до готовой продукции DGP , затем происходит разлив готовой продукции RGP.

Составим дифференциальные уравнения, описывающие производство сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири:

^P^^{S —} ^ FBS,PBS • ^ZFBS⁽ t) - A p _B S,KS • ^ZPBS (O;

~^s^~ ^— ^ PBS,KS • ^ZPBS^(t'^{) +} ^ K S, PY S • ^ZKS (t) - ^ K S,D G P ’ ^Z KS^' ;

^dz PYS ^(t)

dt ^dz DGP ^(t)

dt

— ^KBS,DGP • ZKBS (t) - ^DGP, RGP ’ ZDGP(t); dZRGP(t) _                   X X dt    — ADGP,RGP • ZDGP (t).

Предложенная система дифференциальных уравнений вместе с начальными данными является аналитической моделью функционирования технологической линии. Расчеты при соотношении сырья m_Y :т_в и при процентных содержаниях a_Y : а_в показывают что перестроение технологических процессов происходит в 3 точках - t 1 , t₂, t₃ по временной структуре (рис. 2).

Рис. 2. Изменение массы сырья за период времени

Первым на выходе получается продукт брусничного сока в момент времени t 1 , Вторым появляется яблочный сок в момент времени t₂ . Это обусловлено тем, что сырья яблок загружают больше, чем ягод. В нашем опыте это 2:1. Сок смешивается в момент времени t₃ . Завершением переработки массы сырья m_Y + m_B является момент времени t₄ . Звено RGP является лимитирующим.

Выводы

• 1.    Предложенная теоретическая модель проектирования технологической линии производства плодово-ягодного сока позволяет производить вычислительный эксперимент по выбору оптимальных режимных параметров по загрузке и интенсивности переработки сырья из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири в натуральный сок.

• 2.    Разработанная модель позволяет оптимизировать режимные параметры технологической линии под заданную рецептуру, определяющую соотношение сырья мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод, а также процентное содержание их соков.