Моделирование процесса промышленного хранения сахарной свеклы

Переработка сельскохозяйственного сырья / 05 февраля 2014


Технологические качества сахарной свеклы в значительной степени определяются биохимическими превращениями в корнеплодах и связаны с углеводным, азотистым, минеральным и кислотным обменом веществ. При этом изменения в углеводном комплексе отражаются на технологических качествах сахарной свеклы в большей степени, чем изменения в любом другом комплексе. В связи с этим, одной из актуальных задач научного обеспечения свеклосахарного производства является прогнозирование изменения технологических качеств сахарной свеклы под влиянием условий возделывания, уборки и хранения.

Технологические качества сахарной свеклы в значительной степени определяются биохимическими превращениями в корнеплодах и связаны с углеводным, азотистым, минеральным и кислотным обменом веществ. При этом изменения в углеводном комплексе отражаются на технологических качествах сахарной свеклы в большей степени, чем изменения в любом другом комплексе. В связи с этим, одной из актуальных задач научного обеспечения свеклосахарного производства является прогнозирование изменения технологических качеств сахарной свеклы под влиянием условий возделывания, уборки и хранения [1].

В производстве сахара интенсивно внедряются современные методы и средства обработки и анализа информации, предназначенные для решения различного спектра задач. При этом моделирование и прогнозирование процессов хранения и переработки сахарной свеклы являются мало изученными.

Объекты и методы исследований. В качестве объекта исследований рассматривали углеводный комплекс корнеплодов сахарной свеклы, представленный сахарозой, редуцирующими веществами, раффинозой, растворимым и нерастворимым пектином, клетчаткой и гемицеллюлозой, и их поведение в процессе хранения в зависимости от факторов, характеризующих индивидуальные особенности сырья (фон питания, тип гибрида, уровень сахаристости) и технологии его хранения (применение консервантов, срок хранения).

Обработку результатов исследований, формирование математической модели поведения компонентов углеводного комплекса сахарной свеклы, проверку ее адекватности посредством верификации и валидации проводили путем постановки вычислительного эксперимента с использованием методов математической статистики и композиционного ротатабельного униформпланирования (корреляционный, дисперсионный и регрессионный анализ) [2, 3].

Результаты исследований. Установлены закономерности изменения структуры углеводного комплекса сахарной свеклы при хранении в зависимости от нативных сортовых особенностей, коррекции минерального питания, уровня сахаристости, применения консервантов и сроков хранения. Так, сортовые особенности гибрида, в сравнении с другими факторами, в большей степени влияют на изменение содержания сахарозы, раффинозы, растворимого пектина, клетчатки и гемицеллюлозы. Использование препаратов при хранении сахарной свеклы оказывает влияние на содержание нерастворимого пектина и раффинозы, в меньшей степени на другие компоненты углеводного комплекса. Фактор «срок хранения» оказался самым значимым по сравнению с другими и в наибольшей степени влиял на изменение редуцирующих веществ, растворимого и нерастворимого пектина.

На основании полученных зависимостей сформирована математическая модель поведения основных компонентов углеводного комплекса сахарной свеклы при хранении, представленная 6 регрессионными выражениями, отражающими количественные характеристики содержания компонентов углеводного комплекса; уравнения имеют вид полинома второй степени.

Регрессионный анализ данных сокращенной факторной схемы позволил установить доли вклада изучаемых факторов в варьирование нативных технологических характеристик корнеплодов. В наибольшей степени на изменение количественного состава компонентов углеводного комплекса сахарной свеклы оказывали влияние такие факторы, как срок хранения и тип гибрида, в меньшей степени фон питания и использование консервантов при хранении (рисунок).

Рисунок – Профиль долей вклада наиболее значимых факторов в варьирование компонентов углеводного комплекса

Верификация прогнозной модели поведения углеводного комплекса сахарной свеклы показала, что полученные по модели расчетные данные не противоречат данным, представленным другими авторами в литературных источниках.

Результаты валидации – сопоставления расчетных выходных показателей по уравнениям регрессии с фактическими данными, полученными в свеклосеющем хозяйстве ООО «Гарант» и на ОАО «Сахарный комбинат Льговский», свидетельствуют о том, что полученные регрессионные уравнения адекватно отражают исследуемые процессы (таблица).

Таблица – Оценка адекватности регрессионных уравнений основных показателей нативного углеводного комплекса сахарной свеклы

Компоненты углеводного комплекса
Критерии адекватности результатов моделирования
F-критерий
E,%
r
η
f
τ
Сахароза
0.88
2.32
0.99
0.98
0.78
0.014
Редуцирующие вещества
0.01
2.47
0.99
0.99
0.81
0.023
Раффиноза
0.11
7.76
0.99
0.94
0.70
0.057
Пектин растворимый
0.03
5.83
0.99
0.97
0.96
0.050
Пектин нерастворимый
0.05
2.16
0.99
0.98
1.00
0.011
Клетчатка и гемицеллюлоза
0.04
2.00
0.99
0.98
1.00
0.011
 

Так, фактическое значение F - критерия Фишера существенно меньше табличного (F < F05; F05=2,15), что подтверждает несущественность различий между расчетными (полученными по модели) и фактическими (полученными в результате производственной проверки) данными. Допустимая ошибка (E, %) в уравнениях регрессии с сахарозой, редуцирующими веществами, нерастворимым пектином, клетчаткой и гемицеллюлозой меньше 3,0%, что свидетельствует о высокой точности проведенных расчетов.

При моделировании содержания растворимого пектина точность расчетов является средней, так как допустимая ошибка находится в пределах 3,0...6,0%. В уравнении с раффинозой точность расчетов низкая, поскольку значение данного показателя превышает 7,0%. Коэффициент прямолинейной (r) и криволинейной (η) корреляции близок к единице, относительная частота встречаемости (f) также изменялась от 0,7 до 1,0, а значение критерия Тейла (т) стремится к нулю, что свидетельствует о высокой степени сходимости расчетных и экспериментальных данных.

Выводы:

Предложена математическая модель поведения углеводного комплекса сахарной свеклы, представленная 6 регрессионными выражениями, отражающими количественные характеристики содержания компонентов углеводного комплекса сахарной свеклы в процессе хранения. Установлена доля вклада факторов, влияющих на структуру углеводного комплекса. Проверка адекватности модели посредством ее верификации и валидации показала высокую степень сходимости расчетных, полученных по модели данных, с теоретическими положениями и практическими данными.

Литература:

1. Сапронов Н.М., Бердников А.С. Минеральное питание и сортовые особенности как факторы, определяющие структуру углеводного комплекса сахарной свеклы // Сахар. - 2009. - №7. - С. 23-26.

2. Грешилов, А.А., Стакун В.А. Математические методы построения прогнозов. Учебник / Под ред. А.А. Грешилова. - М.: Радио и связь, 1997. - 106 с.

3. Пружин, М.К. Анализ представительности регрессионных моделей при обработке результатов многофакторных экспериментов [Текст] / М.К. Пружин, Н.М. Сапронов: Материалы научн. -практич. конф. «Пути повышения эффективности сахарного производства», 2-3 июля 2003 г., г. Курск. - Курск, 2003. - С. 123-132.

Бердников А.С., Морозов А.Н., Сапронов Н.М.,
ГНУ РНИИСП Россельхозакадемии,
г.Курск, Россия,
E-mail: rniisp@rambler.ru
 

Источник: BORONA.net



Другие статьи