к.т.н Боровская А.В.

ФГБОУ ВПО ОмГАУ им.П.А.Столыпина, г. Омск

Моделирование результатов активизации
микрофлоры бакконцентрата на питательных средах

Для объективного суждения влияния химического состава питательных сред на процесс активизации бакконцентрата были получены модели процесса в виде уравнений регрессии первого порядка, описывающие функциональные зависимости Y₁, Y₂, Y₃ от варьируемых факторов.

1. Устанавливаем степень влияния каждого фактора и их совокупности на процесс активизации бакконцентрата.

Регулируемые факторы:

Х₁ –массовая доля воды, % :

Х₂ –массовая доля СОМ, %;

Х₃ –массовая доля подсырной деминерализованной сыворотки, %

Управляемые факторы:

Y₁ – титруемая кислотность, ºТ;

Y₂ – lg общего количества микроорганизмов, КОЕ/мл;

Y₃ –массовая доля лактозы, %

2. Определяем оптимальные условия получения бакконцентрата:

Y₁ → max, вводится ограничение не › 120 ±10ºТ;

Y₂→ max;

Y₃→ min;

Получены модели процесса в виде уравнений регрессии первого порядка, описывающие функциональные зависимости Y₁, Y₂, Y₃ от варьируемых факторов.

Для выяснения влияния состава и массовой доли сухих веществ питательных сред на процесс активизации бакконцентрата, выведены уравнения регрессии значений титруемой кислотности, логарифма общего количества молочнокислых микроорганизмов и массовой доли лактозы. Средняя ошибка прогнозирования составила 8,07. Коэффициент корреляции равен 0,967, что говорит о высокой коррелированности параметров и адекватности модели.

	а)	б)
	в)	г)
	д)	е)
	Рис. 1 Изменение титруемой кислотности бакконцентрата в активизированном виде, в зависимости от времени активизации а) в контроле, б) в опыте 1, в) в опыте 2, г) в опыте 3, д) в опыте 4, е) в опыте 5

Полученные данные обладают хорошей корреляционной связью. Во всех наблюдаемых опытах прослеживается постепенное повышение титруемой кислотности. А так же с повышением массовой доли сухих веществ, увеличиваются начальные значения титруемой кислотности и сокращается продолжительность нарастания кислотности. Так, необходимое значение титруемой кислотности 100 ºТ, достигается в варианте 5 за 6 ч, тогда, как в остальных вариантах желаемая кислотность была установлена по истечению 6 ч.

а)	б)

в)	г)

д)	е)
Рис. 2. Динамика микрофлоры активизированного бакконцентрата в зависимости от времени активизации а) в контроле, б) в опыте 1, в) в опыте 2, г)в опыте 3, д) в опыте 4, е) в опыте 5

Математические модели убедительно доказывают положительное влияние подсырной деминерализованной сыворотки в питательной среде, увеличивая количество молочнокислой микрофлоры.

Уравнения регрессии первого порядка изменения содержания массовой дозы лактозы в процессе активизации бакконцентрата представлены на рис.3

а)	б)
в)	г)
д)	е)
Рис. 3 Динамика изменения лактозы во время активизации бакконцентрата а) в контроле, б) в опыте 1, в) в опыте 2, г) в опыте 3, д) в опыте 4, е) в опыте 5

Во всех уравнениях характер изменения лактозы описывается логарифмической кривой и свидетельствует о том, что во время активизации закваски произошёл частичный гидролиз лактозы, с образованием питательных веществ необходимых для роста и развития молочнокислых микроорганизмов активизированного бакконцентрата. Минимальное количество лактозы составило 3,0 %. Средняя ошибка прогнозирования в данном случае составила 2,47 %, что подтверждает адекватность уравнений регрессии.

Для определения наиболее оптимального варианта опыта по активизации молочнокислой микрофлоры была найдена функция цели (рис. 4).

Рис. 4 Функция цели опытных образцов активизированного
бакконцентрата при активизации 3 часа

В результате анализа функции цели определены оптимальные условия получения активизированного бакконцентрата: содержание сухих веществ в активизированном бакконцентрте 15 %, продолжительность процесса активизации 3 часа. Содержание общего количества микрофлоры описывается логарифмической кривой с коэффициентом детерминации R² = 0,97272, которая соответствует максимальному содержанию логарифма молочнокислых микроорганизмов 9,8 КОЕ/г. Минимальное количество лактозы составило 3,0 %, что свидетельствует о частичном гидролизе лактозы под действием ферментов микроорганизмов.

Литература:

1. Коуден Д. Статистические методы контроля качества / Д. Коуден. – М.: Физматиздат, 1961. – 620 с.

2. Кирьянов Д.В. MathCAD - 14 / Д.В. Кирьянов. – СПб.: БХВ-Петербург, – 2007. – 680 с.