Балансовое моделирование материальных потоков при производстве криостабильного творожного сыра

Введение. Актуальность обусловлена необходимостью обоснования эффективности локализации производства высокобелковых молочных продуктов, устойчивых к однократному воздействию отрицательных температур при транспортировке потребителю.

Цель. Разработать сбалансированную математическую модель сырьевых потоков технологии получения криостабильного творожного сыра из молока, обеспечивающей научно обоснованный выбор рецептурно-технологических параметров для производства в приарктических регионах Дальнего Востока. 

Материалы и методы. В работе использованы классические уравнения материального баланса сепарирования молока и закономерности перехода белка при производстве творога. На основе закона сохранения массы, второго закона Рауля (Raoult) с поправкой Вант-Гоффа (van't Hoff ), метода линейного программирования, степенного закона Оствальда - де Вейла (Ostwald - de Waele) и системы Атуотера (Atwater) разработана инвариантная математическая модель, реализованная в виде программного обеспечения в среде Wolfram Mathematica 10.2. 

Результаты. Рассмотрены два сценария использования сливок, получаемых при сепарировании: частичное (сценарий а) и полное (сценарий б), при варьировании доли творога в бинарной системе «творог – сливки» (T) 65…85 %) и жирности сливок ()  10…85 %. Установлены нелинейные закономерности влияния факторов T и на выход творожного сыра, сыворотки и вторичных сливок, массовые доли белка и жира, криоскопическую депрессию и динамическую вязкость продукта; определена фундаментальная граница перехода между сценариями (T = 65 % при = 44,48 %) и терминальная область, в которой решения по сценарию б) не существуют без внесения молочно-белкового концентрата. 

Выводы: ключевым лимитирующим фактором технологии является доля творога в бинарной смеси, тогда как жирность сливок выступает дополняющим фактором. Разработанная модель и программное обеспечение позволяют целенаправленно проектировать рецептуру и режимы производства творожного сыра с заданными выходом, составом и криостабильностью.

1. Иванов, В. А., Терентьев В. В. (2012). Проблемы функционирования агропродовольственного сектора в Печорской Арктике. Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз, 5(23),124-135.

2. Серба, Е. В., Барковская, И. А. (2025). Влияние качественных показателей цельного молока коров джерсейской породы на технологические аспекты производства творога. Пищевая промышленность, (11), 36–40. https://doi.org/10.52653/PPI.2025.11.11.005

3. Belsito, P. C., Ferreira, M. V. S., & Cappato, L. P., et al. (2017). Manufacture of Requeijão cremoso processed cheese with galactooligosaccharide. Carbohydrate Polymers, 174, 869–875. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.021

4. Cardello, A. V., Ball, D. H., & Alabran, D. M., et al. (1984). The taste, odor and hedonic quality of polyglycerols. Chemical Senses, 9(3), 285–301. https://doi.org/10.1093/chemse/9.3.285

5. Chen, C. S. (1986). Effective molecular weight of aqueous solutions and liquid foods calculated from the freezing point depression. Journal of Food Science, 51(6), 1537–1539. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1986.tb13853.x

6. Chen, P., Chen, X. D., & Free, K. W. (1996). Measurement and data interpretation of the freezing point depression of milks. Journal of Food Engineering, 30(1–2), 239–253.

7. Dave, P. J. (2012). Rheological properties of low-fat processed cheese spread made with inulin as a fat replacer [Doctoral dissertation]. University of Wisconsin–Stout.

8. Earle, R. L. (1983). Unit Operations in Food Processing. New York: Pergamon Press.

9. by Huang, L., Abdel-Hamid, M., & Romeih, E., et al. (2020). Textural and organoleptic properties of fat-free buffalo yogurt as affected by polydextrose. International Journal of Food Properties, 23(1), 1–8. https://doi.org/10.1080/10942912.2019.1682010

10. Hyvönen, L., & Slotte, M. (1983). Alternative sweetening of yogurt. International Journal of Food Science and Technology, 18(1), 97–112. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1983.tb00248.x

11. Lawless, H. T. (1977). The pleasantness of mixtures in taste and olfaction. Sensory Processes, 1(3), 227–237.

12. Lee, S. K., Anema, S. G., & Klostermeyer, H. (2004). The influence of moisture content on the rheological properties of processed cheese spreads. International Journal of Food Science and Technology, 39(7), 763–771. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2004.00842.x

13. Malliaroudaki, M. I., Watson, N. J., & Glover. Z. J. et al. (2023). Net zero roadmap modelling for sustainable dairy manufacturing and distribution. Chemical Engineering Journal, 475(3), 145734. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145734

14. Moura, R. S., Guimarães, J. T., & Scudino, H., et al. (2024). Thermosonication as an effective substitution for fusion in Brazilian cheese spread (Requeijão Cremoso) manufacturing: The effect of ultrasonic power on technological properties. Ultrasonics Sonochemistry, 105, 106867. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2024.106867

15. Paul, A. A., & Southgate, D. A. T. (1978). McCance and Widdowson's the composition of foods (4th ed.). Amsterdam: Elsevier North, Holland Biomedical Press.

16. Rahman, M. S. (Ed.). (2009). Food properties handbook (2nd ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781420003093

17. Santomauro, R. A., Papi, L. L., & de Almeida, A. H. P., et al. (2025). Effect of lactose-free UHT milk macromolecules on the colligative property of cryometry. Food Science and Technology, 45, e00510. https://doi.org/10.5327/fst.00510

18. Zhang, J. (2024). The logic and application of greedy algorithms. Applied and Computational Engineering, 82, 154–160. https://doi.org/10.54254/2755-2721/82/20241110