Регистрация / Вход
Прислать материал

Математическое моделировование составления рецептур экструдированных продуктов питания

Сведения об участнике
ФИО
Аксенова Ольга Игоревна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Агро-, био- и производственные технологии
Раздел области наук
Теоретические основы и технология пищевых продуктов
Тема
Математическое моделировование составления рецептур экструдированных продуктов питания
Резюме
В проекте разработана математическая модель составления рецептур кормов для непродуктивных животных, построенная при помощи теории нечетких логических множеств, адекватность которой подтверждена экспериментальным путем. Данная работа может быть использована в производстве для оптимизации количественных и качественных характеристик рецептурной смеси, усовершенствования управления процессами производства и контроля качества продукции на различных этапах технологического цикла, снижения затрат на внедрение нового вида экструдированного корма для непродуктивных животных.
Ключевые слова
математическое моделирование, нечеткие логические множества, экструзия, эксперимент, корма
Цели и задачи
Целью проекта является моделирование составления рецептуры экструдированных кормов для непродуктивных животных в условиях информационной неопределенности.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определить входные параметры, влияющие на уровень потребления экструдированных кормов для непродуктивных животных.
2. Определить оптимальный диапазон изменения входных параметров функции.
3. Определить базу знаний для моделирования составления рецептуры.
4. Создать математическую модель составления рецептуры экструдированных кормов для непродуктивных животных.
5. Экспериментально определить адекватность полученной математической модели составления рецептур кормов для непродуктивных животных.
6. Рассчитать экономический эффект моделирования и исследовать рынок кормов для непродуктивных животных.
Введение

Тенденции развития производства кормов для непродуктивных животных позволяют сделать вывод о повышенном спросе на данный вид продукта. Необходимость обеспечения жизненоважного уровня макро- и микронутриентов небольшим количеством корма диктует повышенные требования к точности разрабатываемых рецептур кормов. Поэтому разработка модели составления рецептуры сбалансированного экструдированного корма для непродуктивных животных является актуальной задачейЦель проекта: моделирование составления рецептуры экструдированных кормов для непродуктивных животных в условиях информационной неопределенности. Для чего необходимо построить модель,провести эмпирические исследования и рассчитать экономическую эффективность.

Методы и материалы

Математическое моделирование составления рецептур экструдированных кормов для непродуктивных животных рассматривается при нестабильном качестве мясного компонента, структурной неоднородности сырья, взаимодействии компонентов смеси в постоянно меняющихся условиях производства. Все эти факторы затрудняют построение полной математической модели, поэтому моделирование составления рецептуры экструдированных кормов для непродуктивных животных осуществляется на основании нечетких логических множеств. Преимуществом систем, построенных на нечетких логических множествах,  является осуществление анализа в случае, когда оценка исходных экспериментальных данных носит субъективный характер и не может быть представлена в явной числовой форме.  Особенно ярко преимущества этих систем проявляются при проектировании многокомпонентных пищевых продуктов, где велика неопределенность входных и выходных параметров, а также качество которых оценивается по результатам сенсорного анализа.  Так же достоинством модели является, возможность ее получения при утверждении минимального набора закономерностей. Вследствие отсутствия необходимости ввода точных данных, время, требуемое для моделирования резко сокращается.

Для моделирования рецептуры экструдированного корма для непродуктивных животных был использован модуль Fuzzy Logic Toolbox, входящий в пакет MatLab. Построение модели проводилось на основе экспериментальных данных и сенсорного анализа.

Описание и обсуждение результатов

Уровень потребления корма непродуктивными животными, являющийся выходной переменной модели, зависит от следующих показателей, которые были приняты в качестве входных переменных модели: рН среды, влажность, концентрация белковых компонентов, размер частиц, пищевая ценность, общая биологическая обсемененность. После построения соответствующих функций принадлежности, в систему было включено 21 правило вывода, задающие связь входных переменных с выходными. Визуализация полученного результата и операции дефазификации осуществлялась при помощи средства просмотра правил вывода. Таким образом, в результате математического моделирования составления рецептур кормов для непродуктивных животных, основанного на теории нечетких логических множеств, было выявлено, что  максимальный уровень потребления корма животными, достигается при: pH - 6,5; влажности - 9%; концентрации белковой составляющей - 85%; размере частиц - 0,55 мм; пищевой ценности – 267 ккал/ 100 г корма.

Для определения адекватности полученной математической модели было проведено экспериментальное исследование. В исследовании были задействованы 75 непродуктивных животных различных пород, полов и возрастов, кормление которых длительное время осуществлялось кормами промышленного производства. Для исследования были составлены комовые смеси различных рецептур, полученные на одношнековом лабораторном экструдере. В ходе эксперимента контролировалось соблюдение требуемых параметров технологического процесса с помощью системы L-физика. Уровень потребления корма животными оценивался на протяжении 1 недели, при полной замене обычного рациона животных экспериментальными образцами. Оценивались количество съеденного корма и скорость его употребления по шкале в процентах группой наблюдателей. Исследование показало, что концентрации белковых компонентов в рецептурной смеси должны достигать уровня 50-70%, понижение концентраций приводило к снижению привлекательности корма для животного, а повышение концентраций - к росту экономических затрат и дисбалансу рациона питания. Так же в результате экспериментов было выявлено, что завышение или занижение влажности кормов приводит к потере уровня качества корма, из-за снижения органолептических характеристик и повышению рисков биологической порчи корма. Полученные результаты исследования подтверждают выведенную ранее модель составления рецептур кормов для непродуктивных животных.

По результатам работы подана заявка на патент №. 2015123176 и опубликовано 26 статей.

Полученные результаты можут быть использованы в производстве для оптимизации количественных и качественных характеристик рецептурной смеси, усовершенствования управления процессами производства и контроля качества продукции на различных этапах, снижения затрат на внедрение нового вида экструдированного корма для непродуктивных животных.

Используемые источники
1. Рудой Д.В. Исследование технологического процесса и определения рациональных параметров шнекового экструдера для производства комбикормов: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.20.01/ Рудой Дмитрий Владимирович. – Ростов-на-Дону., 2015. – 20 с.
2. Guy R. Extrusion Cooking. Technologies and Applications/ R. Guy - Woodhead Publishing, 2001. - 216 p.
3. Robin F. Winning consumer preference via extrusion cooking of nutritious cereals/ C. Dautremont, H. Chanvrier, Nestlé Product Technology Center //Newfood – 2014. - № 47 – 16-24 PP.
4. Мишанин А.Л. Повышение эффективности приготовления экструдированного корма с обоснованием параметров матрицы пресс-экструдера.: дис. … канд. тех. наук: 05.20.01/ Мишанин Александр Леонидович. –Пенза., 2010. – 158 с.
Information about the project
Surname Name
Aksenova Olga
Project title
Mathematical modeling of formulating extruded foods
Summary of the project
The project developed a mathematical model formulation of feeds for non food-producing animals, built with the help of fuzzy logic pluralities, the adequacy of which is confirmed experimentally. This work can be used in the production for optimization of quantitative and qualitative characteristics of prescription of the mixture, improving process control and product quality control at various stages of the technological cycle, reduce the cost of introduction of new extruded pet food.
Keywords
mathematical modeling, fuzzy logic pluralities, extrusion, experiment, feed