О.Б. Забродина, Е.Н. Таран

Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия, г. Зерноград, Россия

Введение.

Эффективность предприятий по производству молока зависит от качества и количества производимого молока, что в свою очередь определяется влиянием многих факторов. Свести к минимуму влияние неблагоприятных факторов можно путем создания адаптивных автоматизированных систем управления процессом доения по долям вымени с автоматизированным мониторингом /1/, что предполагает получение информации от малогабаритных и быстродействующих устройств, не нарушающих качество молока и условия промывки оборудования.

На сегодняшний день, достаточно отработан контроль удоев по долям вымени, но практически отсутствуют методы и технические средства экспресс-анализа показателей качества молока, за исключением контроля его электропроводности. Такой показатель как содержание жира в молоке, в основном определяющий энергетическую ценность молока, не контролируется. Он зависит от таких факторов, как рацион кормления, состояние здоровья коровы, сезон года, период лактации, порода, возраст, условия содержания /2,3,4/.

Разработке методов и средств оценки качественных показателей молока, в том числе и жира, посвящены труды Бородина И.Ф., Столбова В.И., Озола Я.Н., Волика А. и многих других отечественных и зарубежных ученых, однако промышленность выпускает технические средства определения качественных показателей молока, в том числе определения содержания жира, применимые только в лабораториях и требующие отбора проб молока /5,6/. Популярны и сравнительно недороги ультразвуковые анализаторы качества молока «Лактан» и «Клевер», но они не позволяют контролировать качество молока в потоке, непосредственно в процессе доения.

Целью исследований являлась проверка предложенного способа измерения содержания жира в молоке по характеристикам высокочастотного несинусоидального периодического сигнала.

Методика исследований.

Способ заключается в том, что на измерительный первичный преобразователь (ИПП), заполненный молоком, подаются несинусоидальные высокочастотные периодические электромагнитные колебания. ИПП состоит из последовательно соединенных резистора (активного сопротивления) и емкостной ячейки. Выходной несинусоидальный сигнал ИПП, раскладывается на гармонические составляющие и по изменению амплитуд высших гармоник определяется содержание жира.

В экспериментах пробы молока с разным содержанием жира получали путем разбавления отстоянного молока сливками этого же молока. В результате исследований было оценено 62 пробы молока от десяти коров.

Содержание жира в пробах молока определялось с помощью ультразвукового анализатора «Лактан 1-4».

Через молоко, помещенное между обкладок емкостной ячейки ИПП, пропускали несинусоидальные периодические электромагнитные колебания (основная частота сигнала -3 МГц). Запись выходного сигнала и преобразование его в цифровую форму производились с помощью цифрового осциллографа АКТАКОМ 3106, позволяющего кроме записи сигнала производить импорт данных в редактор MS Excel.

Результаты исследований.

На рисунке(см. печатную версию ВЕСТНИК МичГАУ) представлены зависимости амплитуд напряжений основной и третьей гармоник выходного напряжения ИПП от содержания жира в молоке для десяти коров.

Для сечений разного содержания жира в молоке вычислены средние арифметические значения напряжений, как оценка математического ожидания, оценки дисперсии и средне-квадратических отклонений. По критерию Шапиро-Уилки для каждого сечения содержания жира в молоке для амплитуд напряжений первой, третьей и пятой гармоник выходного сигнала ИПП проверено соответствие экспериментальных данных нормальному закону распределения. Для всех сечений вычисленное значение критерия оказалось больше критического Woro5=0,842 для уровня значимости а=0,05, что говорит о соответствии эмпирических данных нормальному закону распределения. С помощью критерия Кохрена выполнена проверка воспроизводимости экспериментальных данных. Рассчитанные коэффициенты корреляции между содержанием жира в молоке и амплитудами основной, третьей и пятой гармоник напряжений, снимаемых с активного сопротивления, составили соответственно 0,93, 0,97 и 0,96.

Эксперименты показали, что влияние температуры молока в диапазоне от 27 до 38 оС на значения амплитуд напряжений первой, третьей и пятой гармоник выходных напряжений ИПП, статистически не значимо. Степень заполнения ИПП оказывает сильное влияние на значения амплитуд выходных напряжений ИПП. Следовательно, при разработке конструкции устройства следует рекомендовать производить измерения при полностью заполненном ИПП.

Для оценки содержания жира в молоке введен комплексный показатель Y, учитывающий изменения амплитуд основной, третьей и пятой гармоник. Разработан алгоритм вычисления содержания жира в молоке с абсолютной погрешностью 0,35 % по значению комплексного показателя по уравнению G = 5,023-0,069x с коэффициентом детерминации R2=0,96, где х - комплексный показатель.

Заключение.

Таким образом, результаты исследований показали, что предложенный способ применим для оценки содержания жира в молоке. Содержание жира в молоке можно вычислить по уравнению G = 5,023 - 0,069х с абсолютной погрешностью по жиру 0,35 %, при этом ИПП должен быть полностью заполнен молоком.

Литература

1.    Винников, И. К. Технологии, системы и установки для комплексной механизации и автоматизации доения коров [Текст] / И.К. Винников, О.Б. Забродина, Л.П. Кормановский. - Зерноград - 2001. - 354 с.
2.    Горбатова, К.К. Биохимия молока и молочных продуктов [Текст] : учебник для студ. сред. спец. учеб. зав. по спец. "Технология молока и молочных продуктов" / К. К. Горбатова. - 2.изд.,перераб.и доп. - М. : Колос, 1996. - 288 с. : ил.
3.    Барабанщиков, Н.В. Качество молока и молочных продуктов [Текст] / Н.В. Барабанщиков. -М.: Колос, 1980. - 255 с: ил.
4.    Содержание коровы [Электронный ресурс] / Авторский проект // Режим доступа: http: //www .treeland. ru/article/kopoba /vyra /2011.
5.    Брусиловский, Л.П. Приборы технологического контроля в молочной промышленности: Справочник [Текст] / Л.П. Брусиловский, А.Я. Вайнберг. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М: Агропромиздат, 1990. - 288 с: ил.
6.    Крусь, Г.Н. Методы исследования молока и молочных продуктов [Текст]: учеб. пособия для
вузов/ Г.Н. Крусь, А.М. Шалыгина, З.В. Волокитина; под общ. ред. А.М. Шалыгиной.– М.: Колос, 2000. -
368 с: ил.

Источник - ВЕСТНИК МичГАУ, № 1, Печатная версия