МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАЦИИ КИСЛОМОЛОЧНОГО НАПИТКА

УДК 664.841

Г.Е.Есиркеп, Т.А.Абдикаримова

Алматинский технологический университет, г.Алматы

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАЦИИ КИСЛОМОЛОЧНОГО НАПИТКА

Для определения оптимальных параметров ферментации кисломолочного напитка применялось математическое моделирование.

Математическую обработку результатов экспериментов осуществляли методом статического на базе пакета программ «STATISTIKA» и Excel [1].

При изменении титруемой кислотности в процессе сквашивания кумысной смеси, приведенных на рисунке 1.1 и в таблице 1.1 показывает, что можно выделить два основных этапа процесса ферментации:

1) равномерного накопления титруемой (композиция 1) кислотности;

2) стабилизации процесса.

Это объясняется тем, что в начальной стадии процесса имеются благоприятные условия для ферментации кумысной смеси. Дальнейшая стабилизация процесса связанна с медленным ростом дрожжей и молочнокислых бактерий.

Рисунок 1.1 – Изменения титруемой кислотности в процессе сквашивания кумысной смеси

Таблица 1.1 — Регрессионный анализ изменения титруемой кислотности в процессе сквашивания кумысной смеси

Варианты исследования	Уравнения регрессии	Величина достоверности аппроксимации (R^2)
	Титруемая кислотность
Контроль	Y =0,4333x3 — 4,3429x2 + 13,224x + 54,48	R2 = 0,9997
Композиция 1	Y= -0,4429x2 + 3,6771x + 78,52	R2 = 0,9579
Композиция 2	Y=0,6333x3 — 5,6286x2 + 14,738x + 63,68	R2= 0,7424

Проведенный регрессионный анализ изменения титруемой кислотности в процессе ферментации позволяет сделать следующие выводы:

1. Повышение продолжительности ферментации приводит к повышению титруемой кислотности, о чем свидетельствует знак плюс (+) при этих факторах.

2. Повышение продолжительности ферментации приводит к понижению титруемой кислотности при влияния фактора Х² , о чем свидетельствует знак плюс (-) при этих факторах.

3. Величина достоверности аппроксимации (R²) близко к единице, что данные уравнении адекватно описывает экспериментальные данные и может служить хорошей основой для поиска оптимальных значений факторов исследуемых процессов.

Для определения оптимальных параметров были построены поверхности отклика изменение титруемой кислотности — ⁰Т,  при изменении продолжительности ферментации – час, и титруемой (композиция 1) кислотности:

Титруемая кислотность, ⁰Т = 215,0168-2,0156* титруемая кислотность (композиция 1)+9,556* продолжительность ферментация (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Поверхности отклика изменении титруемой кислотности — ⁰Т, при изменении продолжительности ферментации – час, и титруемой (композиция 1) кислотности.

Анализ модели показали, что наиболее предпочтительными являются титруемая кислотность, который  составляет 74,3744 ⁰Т, при титруемой кислотности  83,6-85,6 pH и продолжительности ферментации 2,5-3,5 час.

Проведенные исследования по обоснованию влияния изучаемых факторов на результирующие критерии показали их значительную роль в процессе скашивания.

Все компоненты кумысной смеси, в сравнении с контрольным образцом подвергали ферментации (сквашиванию). Проведен регрессионный анализ изменения титруемой и активной кислотности в процессе ферментации при установленных дозах закваски .(таблица 1.2 и рисунок 1.3)[2].

Таблица 1.2-Регрессионный анализ изменения титруемой и активной кислотности в процессе сквашивании

Варианты исследования	Уравнения регрессии		Величина достоверности аппроксимации (R^2)
	кислотность
	титруемая	активная	титруемая	активная
Контроль	Y = 0,1429x2 + 3,5429x + 21,6	Y = -0,0286x2 — 0,1086x + 5,74	R2 = 0,9953	R2 = 0,9943
Композиция 1	Y= 0,0714x2 + 3,4714x + 30,6	Y = -0,0071x2 — 0,2071x + 6,72	R2 = 0,9959	R2 =  0,9964
Композиция 2	Y=0,2857x2 + 2,4857x + 27,4	Y = -0,0071x2 — 0,2071x + 6,22	R2= 0,9974	R2= 0,9964

Рисунок 1.3 – Изменения титруемой и активной кислотности в процессе сквашивании

Как видно из данных, приведенных на рисунке 1.3 и в таблице 1.2 при внесении количества закваски в пределах от 3 до 15 % от общей массы компонентов, оказывает существенное влияние для развития дрожжей, что является положительным моментом операции нормализации. Но в то же время, если доля закваски в пределах от 5 до 7 %, повышается титруемая кислотность и снижается активная кислотность кумысной смеси, что является нежелательным явлением.

По результатам исследований было определено оптимальное количество вносимой доза закваски равной — 10 %.

Анализ полученные уравнений в таблице 1.2 позволяет сделать следующие выводы:

1. Повышение дозы закваски приводит к повышению титруемой кислотности в процессе ферментации, о чем свидетельствует знак плюс (+) при этих факторах.

2. Повышение дозы закваски приводит к понижению активной кислотности в процессе ферментации, о чем свидетельствует знак плюс (-) при этих факторах.

3. Величина достоверности аппроксимации (R²) близко к единице, что данные уравнении адекватно описывает экспериментальные данные и может служить хорошей основой для поиска оптимальных значений факторов исследуемых процессов.

Для определения оптимальных параметров дозы закваски были построены поверхности отклика изменения титруемой и активной кислотности в процессе сквашивании от взаимодействия исследуемых факторов:

Доза закваски, % = -8,6-1,6774* активная кислотность (композиция 1)+0,6387* титруемая (композиция 1) (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Поверхности отклика дозы закваски, при изменении титруемой (композиция 1) и активной (композиция 1)кислотности в процессе сквашивании.

Из анализа данных, на рисунке 1.4 следует, что процесс образования титруемой  и активной кислотности кумысной смеси описывается более простыми зависимостями, характеризующими равномерное постепенное снижение активной кислотности (композиция 1)и повышение титруемой (композиция 1)кислотности кумысной смеси с ростом дозы закваски.

Анализ модели показали, что наиболее предпочтительными являются дозы закваски, который  составляет 8,161 %, при активной кислотности (композиция 1) 5,8-6,3 pH и титруемой (композиция 1) 38-45 ⁰Т.

Из анализа опытов было решено дозу закваски, вносить в пределах 10%.

Литература

1.Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов.-М.,1979.-200с

2.Елисеева И.И.,Юзбашев М.М.Общая теория статистики. Учебник-М.,Финансы и статистика.2001-480с

3.Огрызков Е.П.Огрызков В.Е.Основы научных исследований с обработкой результатов на ЭВМ.-Омск,1996.-124с.

4.Ахназаров С.Л.,В.В.Кафаров. Оптимизация  эксперимента в химии и химической технологии.- М.,Высшая школа.1978.-317с

Аннотация

Кобылье молоко является диетическим кисломолочным продуктом, обладает уникальной биологической ценностью и хорошей усвояемостью.

Аннотация

Жылқы сүті диетикалық қышқыл тағам, биологиялық қүндылы және жақсы қортылатын.

Cведения об авторах

1.Есиркеп Гульмира Есиркеповна - магистр техники и технологии, доцент

2.Абдикаримова Т.А.- информатика пәнінің мұғалімі