Разработка и адаптация прогностической модели полнофакторной оптимизации технологического процесса производства пробиотического кисломолочного продукта

Введение: В условиях быстроразвивающихся рынков и возрастающих потребностей населения в новых видах продуктов с длительными сроками годности, возникает необходимость в расширении их ассортимента, дальнейшем повышении качества, биологической ценности, и в модернизации традиционных технологий. Основными средствами достижения этих целей является повышение эффективности и качества научных исследований, ускорение внедрения научных достижений в промышленность. Последнее вносит коррективы в ускорение разработок эффективных технологий цельномолочных продуктов. Использование подходов к оптимизации технологических процессов на базе системного математического моделирования позволит сократить продолжительность исследований по созданию новых видов продуктов.

Цель: Статья посвящена исследованиям, связанным с разработкой и адаптацией прогностической математической модели оптимизации технологического процесса производства пробиотического кисломолочного продукта. Данный подход позволит обеспечить возможность конструирования некоторого множества рецептур пробиотического кисломолочного продукта, для которых относительная биологическая ценность (ОБЦ) будет соответствовать максимальному значению при удовлетворительных заданных параметрах процесса.

Материалы и методы: В качестве объектов исследований выступали образцы пробиотического кисломолочного продукта с варьированием жиро-белкового индекса в диапазоне от 0 до 1,5 и массовой доли сахарозы – от 0 до 10 %, а также образцы с постоянной массовой долей сахарозы 7,3 % и жиробелковым индексом 1,24 при массовой доле жира 3,48, 3,97, 4,09 и 4,21 %. В каждом варианте исследовали значение относительной биологической ценности (ОБЦ). Все исследования проводили в 3-5 кратной повторности.

Поиск специализированной литературы осуществляли с использованием электронных баз данных: E-library, Scopus, MDPI, Science Direct.

Математическую обработку экспериментальных данных для разработки модели пробиотического кисломолочного продукта проводили с использованием табличного процессора Microsoft Excel 2010 (Microsoft Corporation, Ink.) с надстройкой «Поиск решения», а также – специализированных пакетов программного обеспечения TableCurve 2D v.5.01 (SYSTAT Software, Ink.) и Wolfram Mathematica 10.2 (Wolfram Research, Ink.).

Результаты: Разработана математическая модель оптимизации технологического процесса производства пробиотического кисломолочного продукта. Был проведён полнофакторный эксперимент (ПФЭ), в котором в качестве независимых факторов были приняты массовая доля сахарозы ( , %) и жиро-белковый индекс (r) – отношение массовой доли жира к массовой доле белка в нормализованной смеси в интервалах от 0 до 10 и от 0 до 1,5%, соответственно. В качестве результирующего фактора была принята ОБЦ. На основании результатов исследований было получено уточнённое математическое описание зависимости показателя ОБЦ от массовой доли сахарозы и жиро-белкового индекса. Совокупность множества полученных данных по влиянию массовой доли сахарозы на динамику локальных максимумов ОБЦ и динамику соответствующих им значений массовой доли жира показала, что максимуму ОБЦ, равному 244,866% соответствовала массовая доля сахарозы, равная 7,31%. Последняя соответствовала оптимуму жиро-белкового индекса 1,241. Для обеспечения максимальной ОБЦ нижняя граница массовой доли жира должна была соответствовать 3,475%. Анализ данных ПФЭ показал наличие дополнительных корректирующих факторов зависимости ОБЦ от показателей массовой доли жира. Для уточнения разработанной модели с учётом дополнительных факторов в неё был введён корректирующий коэффициент (Q), на основании комплексного анализа зависимости которого от массовой доли жира были получены интервальные оценки данного показателя для разных фиксированных реперных значений ОБЦ.

Выводы: Апробация модели оптимизации технологического процесса производства пробиотического кисломолочного продукта и полученные математические зависимости могут служить критерием формирования множества рецептур для производства сахаросодержащих кисломолочных продуктов с высоким потенциалом относительной биологической ценности. При этом следует учитывать, что область определения данного подхода ограничена в части массовой доли жира в диапазоне от 0,06 до 4,84% и массовой доли белка – от 2,8 до 3,9%. При таком подходе (разработка моделей) возможен анализ перспективных режимов для изучаемого процесса, которые в реальных условиях на стадии эксперимента не всегда удается получить. Разработка данной модели позволит значительно сократить продолжительность исследований по оптимизации технологического процесса.

Ключевые слова: прогностическая модель процесса; пробиотический кисломолочный продукт; относительная биологическая ценность; полнофакторный эксперимент

1. Лисицкая, Т. Б. (2007). Биотестирование с использованием инфузорий [Дисс. д. биол. н.]. СПбГТИ.

2.

3. Долгов, В. А. (1992). Методологические аспекты и практическое применение ускоренной биологической оценки кормов, продуктов животноводства и других объектов ветеринарно-санитарного и экологического контроля [Дисс. д. биол. н.]. Российская сельскохозяйственная академия.

4.

5. Зиганшина, Г. А., Баданова, Е. А., Гаринова, Э. Р., Азизова, А. И., Щербакова, Ю. В., & Ахмадуллина, Ф. Ю. (2015). Метод биотестирования — альтернативный метод оценки изменения качества молока при его термообработке. Буттлеровские сообщения, 41(3), 156–159.

6.

7. Карпова, М. В., Фролова, О. А. (2011). Использование Tetrahymena pyriformis для оценки относительной биологической ценности и токсичности молока. Материалы Всероссийского XIII конгресса нутрициологов и диетологов с международным участием «Персонифицированная диетология: настоящее и будущее». Вопросы диетологии, 1(2), 46–47.

8.

9. Журихина, Л. Н., Бондарук, А. М., & Осипова, Т. С. (2015). Определение биологической ценности ферментативного гидролизата сывороточных белков коровьего молока на Tetrahymena pyriformis. Здоровье и окружающая среда, 25(1), 202–209.

10.

11. Левчук, Т. В., Чеснокова, Н. Ю., & Левочкина, Л. В. (2016). Исследование безопасности и относительной биологической ценности напитков на основе экстракта околоплодника ореха маньчжурского. Техника и технология пищевых производств, 1(40), 96–102.

12.

13. Шульгин, Ю. П., Блинов, Ю. Г., & Шульгина, Л. В. (2004). Биологическая экспресс-оценка мышечной ткани гидробионтов с использованием Tetrahymena pyriformis. Известия ТИНРО (Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра), 136, 294–303.

14.

15. Зобкова, З. С., Зенина, Д. В., Фурсова, Т. П. (2015). Критерии оценки безопасности молочных продуктов с трансглутаминазой. Молочная промышленность, 3, 48–51.

16.

17. Зобкова, З. С., Методологические аспекты проектирования цельномолочных продуктов с повышенной относительной биологической ценностью. Пищевая промышленность, 3, 68–71.

18. Zobkova, Z. S., Methodological aspects of designing whole milk products with increased relative biological value. Food Industry, 3, 68–71. (In Russ.)

19.

20. Evans, E., & Carruthers, S. (1978). Comparisons of methods used for estimating the growth of Tetrahymena pyriformis. Journal of the Science of Food and Agriculture, 29, 703–707.