Профессор, кафедра математики
Professor, Department of Mathematics
доцент, кафедра математики
associate Professor, Department of Mathematics
профессор, физики, теплотехники и теплоэнергетики
Professor, Department of physic, heat engineering and power system
доцент, кафедра информационных и управляющих систем тел. (473) 255-38-75
associate Professor, Department of information and control systems. phone (473) 255-38-75
В работе рассматривается способ разработки математической модели процесса гомогенизации молочных продуктов. При разработке математической модели использована теория цепей Маркова, причем в основу структуры модели положена цепь Маркова с дискретными состояниями и непрерывным параметром, за который принято давление гомогенизации. Машинная реализация модели осуществлена в среде структурного моделирования MathWorks Simulink™. Идентификация параметров модели осуществлялась путем минимизации среднеквадратичного отклонения расчетных данных от экспериментальных по каждой фракции жировой фазы молочных продуктов. В качестве набора экспериментальных данных были использованы результаты обработки микрофотоснимков распределения жировых шариков образцов цельного молока, которое подвергалось гомогенизации при разных давлениях. В качестве метода оптимизации был использован метод Pattern Search с алгоритмом поиска Latin Hypercube из библиотеки Global Optimization Тoolbox. Погрешность расчетов составила в среднем по всем фракциям 0,88 % (относительной доли единицы), максимальная относительная погрешность составила 3,7 % при давлении гомогенизации 30 МПа, что может быть обусловлено очень резким изменением свойств молока от первоначального по фракционному составу в начале процесса гомогенизации и отсутствием экспериментальных данных при давлениях гомогенизации ниже указанного значения. Предложенная математическая модель позволяет рассчитать профиль объемного или массового распределения жировой фазы (жировых шариков) в продукте в зависимости от давления гомогенизации и может быть использована в лабораторных и научных исследованиях состава молочных продуктов, а также при расчетах, проектировании и моделировании технологического оборудования предприятий молочной промышленности.
The process of development of a mathematical model of the process of homogenization of dairy products is considered in the work. The theory of Markov's chains was used in the development of the mathematical model, Markov's chain with discrete states and continuous parameter for which the homogenisation pressure is taken, being the basis for the model structure. Machine realization of the model is implemented in the medium of structural modeling MathWorks Simulink™. Identification of the model parameters was carried out by minimizing the standard deviation calculated from the experimental data for each fraction of dairy products fat phase. As the set of experimental data processing results of the micrographic images of fat globules of whole milk samples distribution which were subjected to homogenization at different pressures were used. Pattern Search method was used as optimization method with the Latin Hypercube search algorithm from Global Optimization Тoolbox library. The accuracy of calculations averaged over all fractions of 0.88% (the relative share of units), the maximum relative error was 3.7% with the homogenization pressure of 30 MPa, which may be due to the very abrupt change in properties from the original milk in the particle size distribution at the beginning of the homogenization process and the lack of experimental data at homogenization pressures of below the specified value. The mathematical model proposed allows to calculate the profile of volume and mass distribution of the fat phase (fat globules) in the product, depending on the homogenization pressure and can be used in the laboratory and research of dairy products composition, as well as in the calculation, design and modeling of the process equipment of the dairy industry enterprises.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.