Злобин дмитрий леонидович математические модели процессов при брожении полуфабрикатов

Моделирование микробиологических процессов и их про-
граммная реализация.
Основными процессами микробиологических преобразований
в хлебопекарном полуфабрикате являются кислотонакопление, на-
копление спирта, являющиеся источником формирования вкуса и
аромата изделия.
По имеющейся информации и проведенным исследованиям ма-
тематическая модель, описывающая процесс кислотонакопления при
наличии в полуфабрикатах дрожжей и МКБ, имеет вид:
где рН - величина активной кислотности в полуфабрикате; - ко-
личество (концентрация) дрожжевых клеток; - количество (кон-
центрация) МКБ; - коэффициент, учитывающий начальную ки-
слотность полуфабриката; - коэффициент, учитывающий темпе-
ратуру брожения полуфабриката. Динамику роста дрожжей и МКБ
можно записать уравнением:
где е - относительная скорость роста микроорганизмов, зависящая
от количества питательных веществ и кислотности полуфабриката.
Решением уравнения (13) является экспонента.
В соответствии с уравнением (12) динамику роста дрожжей и
МКБ для этого случая (при симбиозе) можно записать системой
уравнений:

---

Реализовать эти модели можно в среде Delphi, но при этом сле-
дует уточнить значения коэффициентов
Согласно ГОСТ 5670-51 "Хлеб и хлебобулочные изделия. Мето-
ды определения кислотности", следует отметить, что в настоящее
время контроль кислотности осуществляется колориметрическим
методом (титрование навески продукта) в градусах Неймана (°Н).
Данный метод субъективен, длителен и не поддается автоматизации.
Известно, что объективно можно оценить кислый вкус пищево-
го продукта активной кислотностью, т.е. величиной рН.
В производственных условиях проведены исследования по опре-
делению корреляционной и регрессионной зависимости между тит-
руемой кислотностью в градусах °Н (град) и величиной рН (ед. рН) при
производстве ржано-пшеничного хлеба (безопарным способом).
Жидкую ржаную закваску, влажностью 85,0±0,5% готовили из
смеси муки (50% ржаной обдирной и 50% ржано-пшеничной) по
Мытищинской схеме с применением осахаренной заварки по стан-
дартной методике.
Было проведено 25 опытов. В каждом опыте производилось от
10 до 15 измерений: титруемой кислотности по стандартной методи-
ке, величины рН с помощью электродной системы на рН-метре, ле-
тучих кислот полумикрометодом ВНИИХП, БА по методу Елецкого,
ПС методом "всплывания шарика теста", ГО по методу Островского,
содержание спирта методом Мартена, размножение дрожжей и МКБ
по методу Бургвица и влажности по стандартной методике.
Жидкую ржаную закваску анализировали сразу после освеже-
ния и далее через 1,2,3 и 4 часа брожения. По средним значениям
результатов исследования построены кривые изменения динамики
процесса созревания ржаной закваски (рис.5).
Полученные результаты экспериментов обработали с помощью
программного пакета Mathcad на ЭВМ. Анализ этих данных показал,
что оптимальная готовность ржаной закваски наступает после 2,45
часа брожения, что подтверждают показателями качества закваски
(ПС, БА, ГО) и активность дрожжей и МКБ. При этом величина рН
составляет 3,57-3,53, что соответствует 11,0-11,5 град. Выявлена
тесная взаимосвязь между величинами титруемой кислотности и рН,
при этом коэффициент корреляции R=- 0,97 и коэффициент регрес-
сии = 0,09. На основании анализа экспериментальных данных и
графической взаимосвязи этих величин составили уравнение регрес-
сии, которое имеет вид:
(15)
17

---

Рис. 5. Динамика созревания ржаной закваски
С помощью уравнения (15) составили таблицу пересчета вели-
чин титруемой (в град) и активной кислотности (ед. рН), таблица 3.
Относительная погрешность пересчета этих величин составляет
0,2%.
Проведено исследование процесса брожения теста при 18-
кратной повторности опытов. В каждом опыте производились изме-
рения величины рН с помощью электродной системой на рН-метре,
титруемой кислотности, БА, ПС, объема спирта, количества МКБ и
дрожжевых клеток по стандартным методикам. По средним значени-
ям результатов исследования построены кривые изменения динами-
ки процесса созревания теста, рис.6. Полученные эксперименталь-
ные данные обработали с помощью программного пакета Mathcad на
ЭВМ.
Анализ этих данных показал, что оптимальная готовность теста
наступает через 90 минут брожения, что подтверждается показате-
лями качества теста (ПС, БА, объем спирта) и активностью дрожжей
и МКБ (рис.6). При этом величина рН составляет 4,64 4,60, что со-
ответствует титруемой кислотности 9,0 9,5 град. Выявлено, что ме-
жду величинами рН и титруемой кислотностью имеет место тесная
взаимосвязь, при этом коэффициент корреляции R=-0,95, а коэффи-
циент регрессии Уравнение регрессии между этими вели-
чинами имеет вид:
(16)
18

---

С помощью уравне-
ния (16) составили таб-
лицу пересчета величин
титруемой (град) и ак-
тивной кислотности (ед.
рН), таблица 4.
Относительная погреш-
ность пересчета этих ве-
личин составляет 0,11%.
Выпечка ржано-
пшеничного хлеба про-
изводилась на расстойно-
печном агрегате ХПА-40,
Продолжительность рас-
стойки 40 мин, время
выпечки 54 мин при t =
250°С.
Рис.6. Динамика процесса брожения теста
Проведено 152 измерения величин титруемой и активной ки-
слотности хлеба. Величину титруемой кислотности определяли по
стандартной методике, а величину рН путем размещения электрод-
ной системы в мякише хлеба на рН-метре.
19

---

Результаты изме-
рений обработали с
помощью программ-
ного пакета Mathcad
на ЭВМ. Выявлена
тесная взаимосвязь
между величинами
титруемой и активной
кислотностью, при
этом R=- 0,932, а ко-
эффициент регрессии
= 0,105. Уравне-
ние регрессии между
этими величинами
имеет вид:
С помощью уравнения (17) составили таблицу пересчета величин
титруемой (град) и активной кислотности (ед. рН), таблица 5. Относи-
тельная погрешность пересчета этих величин составляет 0,12%.
Согласно результатам исследования процесса выпечки ржано-
пшеничного хлеба, можно считать, что оптимальная готовность хле-
ба имеет место при рН = что соответствует град.
Это подтверждают показатели качества ржано-пшеничного хлеба
(пористость, влажность, удельный объем и внешний вид).
Анализ результатов исследования и их обработка на ЭВМ с
помощью программного пакета Mathcad показывают, что при произ-
водстве ржано-пшеничного хлеба стандартного качества, приятного
вкуса и аромата, это подтверждают показатели качества исследуе-
мых сред, контроль кислотности по величине рН следует осуществ-
лять в интервалах: жидкая ржаная закваска -
тесто -
Предложенная методология исследования процесса кислотона-
копления при производстве хлебобулочных изделий характерна для
любого ассортимента этих изделий.
Для подтверждения ее достоверности в производственных ус-
ловиях провели исследование процесса кислотонакопления при про-
изводстве хлеба сорта "Орловский". Опыты проводились в 12-
кратной повторности. Результаты исследования обработали с помо-
щью программного пакета Mathcad на ЭВМ.
20

---

Ржаная жидкая
закваска, влажно-
стью 85±0,5% гото-
вилась из смеси му-
ки (50% ржаной об-
дирной + 50% ржа-
но-пшеничной) по
Мытищинской схе-
ме с применением
осахаренной заварки
по стандартной ме-
тодике. Оптималь-
Анализ результатов исследования и обработка их на ЭВМ с по-
мощью программного пакета Mathcad показывают, что при произ-
водстве хлеба сорта "Орловский" стандартного качества, приятного
вкуса и аромата, это подтверждают показатели качества иссле-
дуемых сред, контроль кислотности по величине рН следует осуще-
21

---

Потенциометрический метод контроля кислотности по величи-
не рН позволяет объективно и оперативно осуществить мониторинг
кислотности при производстве хлебобулочных изделий. Он обеспе-
чивает получение этих изделий стандартного качества, приятного
вкуса и аромата.
Моделирование процесса накопления спирта в полуфабрикатах
- задача со значительной неопределенностью и пока не решена в
технологии хлебопечения.