Компьютерное моделирование рецептурных расчетов многокомпонентных мясных продуктов

Фактором, определяющим соответствие многокомпонентных систем их ожидаемым свойствам, является обоснование их рецептурного состава. При компьютерном моделировании продуктов сложного сырьевого состава используют основной принцип теории сбалансированного питания – пищевые нутриенты, которые должны поступать в организм человека в определенном количестве и соотношении.

Сложность решения многокомпонентной рецептурной задачи заключается в том, что в настоящее время при моделировании продукта используется большое количество ингредиентов (от 5 и более). Решение системы линейных уравнений и неравенств при таком большом числе переменных вручную представляет значительные трудности, при которых не исключены ошибки рецептурных расчетов. В работе представлена методология компьютерного моделирования  многокомпонентных мясных продуктов, которая реализована на примере технологии производства мясомолочно-растительных  паштетов. 

Методологическое поэтапное решение поставленной задачи моделирования осуществляется в иерархической структурной последовательности:

– формирование информационного банка данных, который включает вид, химический состав ингредиентов, оптовые цены и показатели стандартного состава разрабатываемого многокомпонентного продукта;

– формирование системы балансовых линейных уравнений по химическому составу конечного продукта (например, по содержанию жира, СОМО, влаги, углеводам);

– определение технологических  ограничений на использование отдельных видов ингредиентов (соли, специй и т.д.), согласно нормативно-технической документации;

– выбор функции цели для проведения оптимизации рецептуры;

– решение поставленной задачи в компьютерной математической системе;

– анализ с технологической и экономической точек зрения вариантов рецептур и обоснованный выбор рецептуры наиболее полно отвечающей поставленной цели.

Рассмотрим пример реализации методологии компьютерного моделирования многокомпонентного продукта на примере разработки мясомолочно-растительного паштета.

Формулируем задачу:

Требуется разработать рецептуры паштета с минимальной и максимальной энергетической ценностью.  На 100 кг смеси паштета добавляется: соли – 1,0; лука 0,5; стабилизатора – 0,5; специй -1,0; фиксатора окраски – 0,5 кг. Ингредиенты, используемые в качестве компонентов паштета, представлены в таблице 1. В таблице 1 сформирована информационная матрица данных для расчета рецептур паштета, которая включает в себя пять элементных блоков: ингредиенты; химический состав ингредиентов; оптовые цены; требования стандарта проектируемого продукта; индексированные переменные (обозначены через Х).

Таблица 1 – Информационная матрица данных для расчета рецептур паштета

Ингредиенты	Индекс, ХI	Массовая доля, %						Оптовая цена, руб./кг
		жира	белка	золы	углеводов	воды	сухого вещества
Печень говяжья	Х1	3,1	17,4	1,3	0	78,2	21,8	111,00
Жир говяжий	Х2	96,0	0	0	0	4,0	96,0	89,0
Белок животный	Х3	0	25,0	1,0	-	74,0	26,0	100,0
Белок соевый	Х4	2,6	90,0	1,0	5,6	0,8	99,2	86,0
Мука пшеничная	Х5	1,1	10,3	0,5	71,8	16,3	83,7	15,0
СОМ	Х6	1,0	38,0	7,0	50,0	4,0	96,0	125,0
Молоко	Х7	3,2	2,8	0,7	4,7	88,6	11,4	20,0
Питьевая вода	Х8	0	0	0	0	100	0	0,06

На основании матрицы данных (табл.1) формируем систему линейных балансовых уравнений – по жиру, белку, золе, углеводам, воде и сухим веществам.

Систему линейных балансовых уравнений и ограничений решаем в табличном процессоре МS Excel с использованием функции «Поиск решения». Скриншот решения системы уравнений с заданными ограничениями представлен на рис. На рисунке приведен пример решения поставленной задачи при проектировании продукта с максимальной энергетической ценностью паштета.

Рисунок. Рецептура паштета с запроектированным составом и максимальной энергетической ценностью

С учетом принятых обозначений  рассчитанная рецептура на производство 100 кг паштета, приведена в таблице 2, где также для сравнения приведены варианты рецептур паштета.

Таблица 2 – Варианты рецептур паштета с различной энергетической ценностью

Ингредиенты	Индекс, ХI	Варианты рецептур паштета, расход сырья кг, на 100 кг продукта (без учета потерь)
		1(max)	2 (min)
Печень говяжья	Х1	70,00	70,00
Жир говяжий	Х2	17,50	0,00
Белок животный	Х3	0,00	0,00
Белок соевый	Х4	0,00	17,50
Мука пшеничная	Х5	0,00	0,00
СОМ	Х6	4,00	4,00
Молоко	Х7	5,00	5,00
Питьевая вода	Х8	0,00	0,00
Соль	Х9	1,0	1,0
Лук	Х10	0,5	0,5
Стабилизатор	Х11	0,5	0,5
Специи	Х12	1,0	1,0
Фиксатор краски	Х13	0,5	0,5
Масса паштета, кг		100,0	100,0
Энергетическая ценность, кДж/кг		989,2	652,5
Себестоимость 100 кг паштета, руб		9857,50	9805,00
Интервал изменения энергетической ценности, Дж/кг		–	336,7

Как можно заметить, вариация рецептур позволяет определить минимальную себестоимость продукта при выбранной базе ингредиентов. Так, рецептура 2 (min) дешевле рецептуры под номером 1 (max) на 52,50 рубля при выработке 100 кг паштета, энергетическая ценностью рецептуры 2 (min) меньше на 336,7 кДж/кг, чем рецептура под номером 1 (max).

Разработанный метод компьютерного моделирования многокомпонентных мясных продуктов отличается наглядностью при своей реализации. С использованием современных информационных компьютерных технологий сложные рецептурные задачи конструирования многокомпонентных продуктов творчески решаются без потери оперативности управления производством. Включая в компьютерное моделирование, операторы оптимизации, т.е. функцию цели,  можно разработать рецептуру с заданными свойствами, например минимальной (или заданной) энергетической ценностью продукта.

П.А. Лисин, Л.Е. Мартемьянова.

ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет», г. Омск

Источник: BORONA.net