Введение к работе
Актуальность проблемы
Разработка нового оборудования, совершенствование существующих и создание более эффективных технологий являются важнейшими задачами,. успешное решение которых может позволить все в большей степени обеспечивать население нашей страны высококачественными продуктами.
К настоящему времени разработано большое количество процес
сов переработки мясного сырья, в основе которых лежат как тради
ционные, так и нетрадиционные способы воздействия, отличающиеся
высокой скоростью тепло-массообменных,физико-химических и биохи
мических процессов. , .
Несмотря на ряд существенных выигрышей в людских и энергетических ресурсах, интенсификация технологических процессов не всегда приводит к повышению качества мясопродуктов. Одной из главных причин подобной ситуации, на наш взгляд, является разобщенность технологических схем производства пищевых продуктов и, как следствие, отсутствие единого взгляда на явления, происходя-' те в биологическом объекте при их моделировании.
Отставание б области моделирования тормозит развитие перера-Эатывающей промышленности АПК, не позволяет оценивать перспективность тех или иных.нововведений, ведет к перерасходу материальных, денежных и людских ресурсов, т.е. фактически к снижению экономической эффективности производства.
Моделирование процессов переработки пищевого сырья представляет собой весьма сложную и трудную задачу. С позиции системного інализа производство АПК является иерархической многоуровневой системой, относящейся к группе вероятностных систем.
Комплексный подход на основе рассмотрения составных частей
\ПК как сложных систем позволит создать научно обоснованныемето
до эффективного управления производством и прогнозирования поеє-1
гения его элементов. !
Н:-д сегодняшний день в отечественной науке сделаны только іерьь^ попытки рассмотреть пищевое производстве как многоуровне-'.ую систему, имеющую определенную иерархическую структуру іКваа-:ин '0. А. , Мизерецкий Н. К. .Панфилов Б.'а. , Протопопов Г!. И/, и др. ) , в
-4--то время как в классической биотехнологии моделирование на базе системного анализа дает неоспоримые преимущества.
Современная наука о моделировании технологических процессов, связанных с переработкой пищевых продуктов, использует в большинстве случаев экспериментальные методы, базирующиеся на подборе различных комбинаций ингредиентов и режимов переработки. В осноеє технологических изменений, протекающих при переработке пищевого сырья, лежат биохимические превращения, анализ которых в основном носит качественный характер.
Бурное, развитие биотехнологии-как науки, в основе которой лежит глубокое проникновение математических методов в описание целого ряда технологических превращений, позволяет по новому подойти к пониманию характера протекания традиционных процессов получения пищевых продуктов, а также научно обосновать возможность получения новых продуктов и применения нетрадиционных видов воздействий.
Базовым технологическим процессом, на примере которого реализовался новый научный подход к моделированию сложных биотехнологических систем, был выбран процесс термообработки мясного сырья, как наиболее широко применяемый в пищевой технологии и как наиболее сложный, сосредоточивший в себе- теплообменные, массооб-менные, физико-химические и биохимические процессы.
Работа проводилась с учетом трудов отечественных ученых в области прикладной биотехнологии: Жу'равской Н. К , Кудряшёва JL С.., Орешкиина Е. Ф. , Павловского П. Е., Пальмина В. В. , Смородйнцева И. А. .Соколова А.-А. ,Соловьева В. И. 'и других, в области тепло-мас-сопереноса в объектах биологического происхождения: Афанаеова Э. Э. , Бражникова А. М. , Большакова А. С., Венгер К. П. , Ивашова В. И. , Карпычева В. А. , Космодемьянского Ю. В. , Лыкова А. В. , Лыковой А. В., Рогова И. А. .Хлебникова В. И. и других, в области системного моделирования объектов пищевой технологии: Ивашкина Ю. А. , Мизерецкого Е Н. , Панфилова В. А. , Протопопова И. И. и других.
Цель и .задачи исследований.
Целью диссертации является разработка принципов моделирования процессов прикладной биотехнологии как сложных систем с использованием системного подхода.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решались
s>
. -5-
следующие основные задачи:
-
Анализ объектов пищевой технологии как сложных систем.
-
Установление системных классификационных признаков технологических процессов пищевых производств.
-
Выявление макро- и микроуровней технологических превращений при обработке мясного сырья и их соподчиненности.
-
Установление общих форм определяющих кинетических зависимостей по уровням.
-
Разработка иерархической структуры процессов тепловой обработки <мясного сырья.
-
Разработка моделей процесса термообработки мясного сырья, учитывающих превраиения на разных уровнях с макро-и микрокинетических позиций.
-
Проверка адекватности разработанных математических моделей реальным процессам. . .
Научная новизна.
Разработана классификация иерархических уровней рассмотрения
процессов в зависимости от характера взаимосвязей, являющаяся
развитием кибернетического подхода в моделировании биотехнологи
ческих систем. -
Установлено, что основные изменения, происходящие при переработке дисперсного пищевого сырья, определяются механизмом диффузионного переноса в совокупности с физико-химическими и химическими превращениями, протекающими на уровне сегрегативных элементов.
Предложен критерий, учитывающий влияние составляющих диффузионного переноса и химического превращения на интенсивность процесса термообработки мясного сырья.
Практическая значимость работы.
Разработка принципов моделирования процессов прикладной биотехнологии как сложных систем позволило осуществить следующее:
- разработать единый научный подход к моделированию технологических процессов как сложных систем и установить общие кинетические закономерности их протекания; принцип системного моделирования реализован на примере тепловой обработки мясного сырья; \
- разработать систему кинетических моделей процессов, позво
ляющих определять завершенность технологического процесса в зави
симости от степени изменения биотехнологической системы на разных
уровнях; "
. - разработать инженерный метод расчета параметров биотехнологических процессов на основе кинетических закономерностей их протекания.
Научные исследования азтора использованы ВНИИМПом в разработке технологии производства пюреобразных мясных продуктов (консервы, паштеты) для питания здоровых и больных детей С ТУ 10. 02. 01.172-92; ' ТУ 10. 02. 929-91 и др.), а также при разработке и создании оборудования для производства мясных консервов, паштетов и кремов для детского питания.
Подтвержденный экономический эффект от использования результатов НИР составляет 202000 рублей на 1991год.
Материалы диссертации использованы в учебном процессе при выполнении дипломных . работ студентами по специальности 70900 и проведении лекционных и практических занятий на кафедре "Технологическое оборудование и процессы отрасли" Московской государственной академии прикладной биотехнологии при подготовке студентов по специальностям 271100,270900 и 250600.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы обсуждались и опубликованы на:
совещании "Обмен опытом по вопросам математического моделирования и системного анализа технологических процессов", Киев, 1978г. ; г ч
общесоюзном семинаре "Теория и практика применения электрофизических методов в пищевых отраслях промышленности", Москва, 1978г.;
научном семинаре "Теоретические аспекты пищевой и холодильной промышленности", 1978г. ;
Европейских конгрессах работников НИИ мясной промышленности: Венгрия,Будапешт,1979г.; Австрия,Вена, 1981г; Бельгия,Кент, 1986г.; '
научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической меха-
ники с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств",Москва,1994г.;
. - международной конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности",Москва, 1995;
Всероссийском коллоквиуме "Процессы и аппараты пищевых производств", РЭА им. Г. В. Плеханова, М. , 1995г.;
научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности", Могилев,1995г.;
Международной научно-технической конференции "Пиша,экология, человек",Москва, 1995г. . .
пищевой секции ЦДУ РАН, 1995.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 37 печатных работах и пяти'авторских свидетельствах. Кроме того, результаты исследований отражены е отчетах по госбюджетным и хоздоговорным работам, в которых автор является научным руководителем и ответственным исполнителем.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит, из введения, 4 глав, выводов и приложений. Работа изложена HaJ/^етраницах машинописного текста, включая J-2. рисунков, f~ таблиц, списка литературы из 2/ У наименований.