Разработка теоретической модели совершенствования технологии получения хлеба, галет и сахарного печенья с использованием полуфабрикатов из орляка обыкновенного (Pteridium aquilinum)
Автор: Мельникова Е.В.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 2, 2016 года.
Бесплатный доступ
Предложены классификация и научная гипотеза энергоэффективности технологических линий производства хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с использованием полуфабрикатов из растительного сырья Pteridiumaquilinum. Цель данной работы - создать теоретическую модель совершенствования технологий производства хлеба, галет и сахарного печенья, адаптированных к использованию полуфабрикатов из Pteridiumaquilinum. Использованы методы системного анализа, математического моделирования, технологические регламенты на хлебобулочные и мучные кондитерские изделия. Предлагается использовать такую ранговую шкалу, при которой более сложной технологии присваивается более высокий ранг. В качестве первого критерия классификации для ранжирования будем использовать максимальное количество технологических операций: производству галет присваиваем ранг 3. Далее технологии хлеба и сахарного печенья могут получить лишь ранги 2 или 1. По второму критерию для ранжирования - максимум продолжительности технологического процесса, производство хлеба получает ранг 2. Оставшейся технологии сахарного печенья присваивается ранг 1. Наибольшую сложность по двум критериям получила технология галет с рангом 3, наименьшую сложность - технология сахарного печенья с рангом 1. Удельные энергетические затраты по видам изделий и выполняемым технологическим операциям распределяются в диапазоне от 0,01 до 0,62 кВт/кг и связываются с рангами от 1 до 3, при этом продолжительность технологического цикла варьируется в диапазоне от 1,75 до 3,50 ч, а время выпечки - от 0,07 до 0,83 ч. Для определения тесноты связи удельных энергетических затрат с режимными и технологическими параметрами составлена корреляционная матрица. Разработана теоретическая модель совершенствования технологий производства хлеба, галет и сахарного печенья c использованием папоротникового полуфабриката. Дана классификация технологических систем. Предложена и обоснована научная гипотеза энергоэффективности технологий получения хлеба, галет и сахарного печенья с добавлением папоротникового полуфабриката.
Технологическая система, классификация, научная гипотеза, уровневая сложность, сопряжение, изделия
Короткий адрес: https://sciup.org/14084587
IDR: 14084587
Текст научной статьи Разработка теоретической модели совершенствования технологии получения хлеба, галет и сахарного печенья с использованием полуфабрикатов из орляка обыкновенного (Pteridium aquilinum)
Введение. Для выработки управляющих решений в современных пищевых производствах необходимо модельное представление о том, к каким последствиям приведёт реализация этих решений. Поэтому прогнозирование этих последствий в рамках теоретической модели, определяющей взаимодействие различных технологических циклов и тем самым состояние технологической системы в целом [6], имеет важное значение.
Совершенствование технологий получения хлеба, галет и сахарного печенья, адаптированных к использованию полуфабрикатов из дикорастущего растительного сырья, обеспечивается следующими структурными уровнями: регулирование дозировки сырья в соответствии с разработанной рецептурой; измерение материальных потоков тестовых заготовок с использованием разработанных полуфабрикатов; регулирование температуры и времени выпечки, продолжительности технологического цикла; выбор эффективных режимов эксплуатации технологического оборудования в производстве данных изделий.
Цель работы. Разработать теоретическую модель совершенствования технологий производства хлеба, галет и сахарного печенья, адаптированных к использованию полуфабрикатов из орляка обыкновенного ( Pteridium aquilinum ).
Задачи исследований: разработать теоретическую модель совершенствования технологий производства хлеба, галет и сахарного печенья c использованием папоротникового полуфабриката; предложить и обосновать научную гипотезу энергоэффективности технологий получения хлеба, галет и сахарного печенья посредством сопряжения технологических циклов с использованием системных понятий уровневой и временной сложности.
Объекты и методы исследований. Объектом настоящего исследования являлись технологические системы производства хлеба, галет и сахарного печенья, адаптированных к использованию полуфабрикатов из Pteridium aqui-linum .
Исследования проводились путем обобщения данных научно-исследовательской лаборатории кондитерской фабрики ЗАО «Минусинская кондитерская фабрика» (г. Минусинска).
Использованы методы системного анализа, математического моделирования, технологические регламенты на хлебобулочные и мучные кондитерские изделия [1, 3, 5].
Результаты исследований и их обсуждение. В хлебобулочных и мучных кондитерских производствах важное значение имеют физикохимические показатели сырья, полуфабрикатов, режимы эксплуатации оборудования, квалификация персонала, технологические регламенты и другие особенности управляемого поведения.
Следовательно, технологическим системам в хлебобулочных и мучных кондитерских производствах присущи признаки сложных систем [2, 4, 7–9].
Предлагаемая классификация технологических линий производства хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с использованием полуфабрикатов из растительного сырья позволяет структурировать исследуемые элементы и сама является структурной моделью объекта. Уровневую сложность технологического цикла предлагается определить исходя из количества технологических операций и продолжительности процесса.
В производстве хлеба продолжительность технологического процесса составляет 3,50 ч, а количество технологических операций по уровням 14 шт. Продолжительность технологического процесса у галет меньше на 1,28 ч, а количество технологических операций на 2 шт. больше, чем в производстве хлеба. В производстве сахарного печенья количество операций такое же, как у хлеба, но продолжительность технологического процесса меньше на 1,75 ч. Технологический процесс представляется как последовательная смена состояний или операций.
Предлагается использовать такую ранговую шкалу, при которой более сложной технологии присваивается более высокий ранг. В качестве первого критерия для ранжирования будем использовать максимум количества технологических операций: производству галет присваиваем ранг 3. Далее, технологии хлеба и сахарного печенья могут получить лишь ранги 2 или 1. По второму критерию для ранжирования – максимум продолжительности технологического процесса – производство хлеба получает ранг 2. Оставшейся технологии сахарного печенья присваивается ранг 1. Наибольшую сложность по двум критериям получила технология галет с рангом 3, наименьшую – технология сахарного печенья с рангом 1.
Удельные энергетические затраты по видам изделий и выполняемым технологическим операциям распределяются в диапазоне от 0,01 до 0,62 кВт/кг и связываются с рангами от 1 до 3, при этом продолжительность технологического цикла варьируется в диапазоне от 1,75 до 3,50 ч, а время выпечки – от 0,07 до 0,83 ч. Для определения тесноты связи удельных энергетических затрат с режимными и технологическими параметрами составлена корреляционная матрица.
При указанном подходе учитываются компоненты и связи по уровням производства хлеба, галет и сахарного печенья с разработанным полуфабрикатом. Коэффициенты корреляции с показателями цикличности процесса x2 (время выпечки) и x5 (продолжительности технологического цикла) оказались наиболее высокими (больше 0,9) среди всех технологических параметров. Этим обосновано существенное влияние продолжительности циклов и, как следствие, их взаимодействия на удельные энерге- тические затраты. Отношение продолжительности «большого цикла» к продолжительности «малого цикла» характеризует сопряжение.
Предлагаемый коэффициент сопряжения технологических циклов определим как отношение продолжительности полного цикла по выходу изделия ( x 5 , ч) к продолжительности цикла его выпечки ( x 2 , ч)
x
Y = - .
x
Очевидно, что коэффициент сопряжения равен отношению частот о,
Y = —, Щ
Q Q
® 2 = ^ 5 = .
x 2 и x 5
Поэтому коэффициент сопряжения Y показывает «вписываемость» малого цикла в большой цикл системы, согласованность циклов по частоте.
Таким образом, удельные энергетические затраты целесообразно представлять посредством взаимодействия режимных технологических показателей с показателями сложности производственного процесса, то есть через коэффициент сопряжения технологических циклов.
Предлагаемая научная гипотеза. Энергоэффективность технологий получения хлеба, галет и сахарного печенья с использованием дикорастущего сырья существенно зависит от соотношения продолжительностей технологических циклов, при этом имеет место устойчивая тенденция уменьшения удельных энергетических затрат при увеличении коэффициента сопряжения.
Непосредственно из выполненной классификации технологических систем по временной и уровневой сложности следует возможность распределения показателей энергетической эффективности по операциям (табл.). Изменение удельных энергетических затрат на единицу продукции ( y , кВт/кг) теоретически определим исходя из режимных технологических показателей (температур выпечки x 1 , ºC; время выпечки x 2 , ч; потребная мощность печи x 3 , кВт-ч; производительность печи x 4 , кг/ч) и показателей сложности технологического процесса (продолжительность технологического цикла x 5 , ч; уровневой сложности x 6 и ранга x 7 ) в виде функциональной зависимости (рис. 1–2)
y = f ( X 1 , x 2 , x 3 , x 4 , X 5 , Х б , x 7 ) =
= b 0 + b In y + b 2 ln2 y + b ln3 Y +
+ b 4 ln4 y + b ln5 Y + £ ( x , x 3, x 4, x 6, x 7)
, где b0, b1, b2, b3, b4, b5 – числовые коэффи-
£ ( x , x , x , x, , x 7 )
циенты; 1 3 4 6 7 – достаточно ма лое случайное возмущение [10–12].
В данной предметной области хлеба, галет и сахарного печенья с использованием папоротниковых полуфабрикатов значения коэффициентов b0 = 5,832; b = -7,735; b2 = 3,956; b3 =
= - 0,909; b4 = 0,077; b5 = 0,001
определены методом наименьших квадратов с использованием компьютерного пакета регрессионного анализа DataFit. Относительная погрешность приближения по остатку £ ( x , x 3, x 4, x 6, x 7) определена также с использованием пакета DataFit, она не превосходит 8 %.
x 2
x 5
Рис. 1. Распределение удельных энергетических затрат по уровням в зависимости от времени выпечки x 2 , (ч) и продолжительности технологического цикла x 5 , (ч)
Распределение удельных энергетических затрат по уровням сложности, режимным и технологическим параметрам
Рис. 2. Изменение удельных энергетических затрат в зависимости от коэффициента γ = xx -1
сопряжения 52 , продолжительности технологического цикла и процесса выпечки
Для рассмотренной предметной области хлеба, галет и сахарного печенья с добавлением папоротникового полуфабриката научная гипотеза не противоречит опытным данным и статистически доказана [10–12]. Для других наименований изделий и видов дикорастущего растительного сырья требуются дополнительные исследования.
Выводы
-
1. Разработанная на основе выявленного механизма взаимодействия технологических и режимных параметров теоретическая модель совершенствования технологий производства хлеба, галет и сахарного печенья c использованием папоротниковых полуфабрикатов позволяет прогнозировать выработку управляющих решений, направленных на формирование качества продуктов и энергоэффективность процесса.
-
2. Предложенная и обоснованная научная гипотеза энергоэффективности технологий получения хлеба, галет и сахарного печенья с добавлением папоротниковых полуфабрикатов позволяет статистически доказать, что при увеличении коэффициента сопряжения имеет место устойчивая тенденция на снижение удельных энергетических затрат.
Список литературы Разработка теоретической модели совершенствования технологии получения хлеба, галет и сахарного печенья с использованием полуфабрикатов из орляка обыкновенного (Pteridium aquilinum)
- Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства: учеб./под общ. ред. Л.И. Пучковой. -9-е изд., перераб. и доп. -СПб.: Профессия, 2005. -416 с.
- Боулдинг К.Э. Общая теория систем -скелет науки//Исследования по общей теории систем. -M.: Наука, 1969.
- Головань Ю.П. Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий. -М.: Агропромиздат, 1988. -382 с.
- Гришин А.С., Полторак М.И. Комплексная механизация и автоматизация производственных процессов на хлебозаводах. -М.: Пищ. пром-сть, 1976. -280 с.
- Кузнецова Л.С., Сиданова М.Ю. Технология приготовления мучных кондитерских изделий. -М.: Пищ. пром-сть, 2001. -207 с.
- Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. -М.: Наука, 1981. -448 с.
- Поваров Г.Н. Об уровнях сложности систем//Методологические проблемы кибернетики: мат-лы Всесоюз. конф. -М., 1970. -Т. 2.
- Флейшман В.С. Основы системологии. -M.: Радио и связь, 1982. -342 с.
- Цыганова Т.Б. Технология и организация производства хлебобулочных изделий. -М.: Академия, 2006. -448 с.
- Draper, Norman R., and Smith, Harry. Applied Regression Analysis. -3rd ed. -New York: Wiley, 1998.
- Montgomery, Douglas C.Introduction to Statistical Quality Control. -2nd ed. -New York: John Wiley & Sons, 1991.
- Stuart, Alan and Ord, Keith.Kendall's Advanced Theory of Statistics.Distribution Theory. -London: Edward Arnold, 1998. -6th ed. -Vol. 1.
