Помощь студентам в учебе
Использование современных методов обработки данных при мониторинге качества сырья зерноперерабатывающего предприятия
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Современное состояние потребительского рынка пшеничных отрубей в
России и за рубежом 11
1.1.1 Рынок отрубей в России 11
1.1.2 Рынок отрубей в мире 12
1.2 Отруби как вторичный продукт зерноперерабатывающего производства 13
1.3 Технологические особенности производства пшеничных отрубей 16
1.3.1 Технология получения гранулированных отрубей 19
1.3.2 Машинно-аппаратурная схема получения гранулированных отрубей 20
1.4 Особенности свойств и требования к качеству сырьевых компонентов,
используемых для производства отрубей 22
1.5 Применение пшеничных отрубей 31
1.5.1 Применение пшеничных отрубей в кондитерской промышленности 31
1.5.2 Применение пшеничных отрубей в хлебопекарной промышленности
32
1.5.3 Применение пшеничных отрубей производства йогурта 33
1.5.4 Применение пищевых отрубей для получения углеродного
материала 33
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 35
2.1 Цели и задачи исследования 35
2.2 Методика прогнозирования качества 35
2.2.1 Применение искусственного интеллекта в пищевой
промышленности 36
2.2.2 Методы обработки данных 43
2.3 Характеристика пшеничных отрубей 47
3. ЭКСПЕРИМЕНТНАЯ ЧАСТЬ 50
3.1 Инструменты для разработки базы данных для контроля качества
пшеничных отрубей 50
3.1.1 Язык программирования Python, как инструмент для разработки
базы данных 50
3.1.2 Система управления базами данных SQLite, как инструмент для
разработки базы данных 51
3.2 Разработка базы данных для контроля качества пшеничных отрубей .. 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 60
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Современное состояние потребительского рынка пшеничных отрубей в
России и за рубежом 11
1.1.1 Рынок отрубей в России 11
1.1.2 Рынок отрубей в мире 12
1.2 Отруби как вторичный продукт зерноперерабатывающего производства 13
1.3 Технологические особенности производства пшеничных отрубей 16
1.3.1 Технология получения гранулированных отрубей 19
1.3.2 Машинно-аппаратурная схема получения гранулированных отрубей 20
1.4 Особенности свойств и требования к качеству сырьевых компонентов,
используемых для производства отрубей 22
1.5 Применение пшеничных отрубей 31
1.5.1 Применение пшеничных отрубей в кондитерской промышленности 31
1.5.2 Применение пшеничных отрубей в хлебопекарной промышленности
32
1.5.3 Применение пшеничных отрубей производства йогурта 33
1.5.4 Применение пищевых отрубей для получения углеродного
материала 33
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 35
2.1 Цели и задачи исследования 35
2.2 Методика прогнозирования качества 35
2.2.1 Применение искусственного интеллекта в пищевой
промышленности 36
2.2.2 Методы обработки данных 43
2.3 Характеристика пшеничных отрубей 47
3. ЭКСПЕРИМЕНТНАЯ ЧАСТЬ 50
3.1 Инструменты для разработки базы данных для контроля качества
пшеничных отрубей 50
3.1.1 Язык программирования Python, как инструмент для разработки
базы данных 50
3.1.2 Система управления базами данных SQLite, как инструмент для
разработки базы данных 51
3.2 Разработка базы данных для контроля качества пшеничных отрубей .. 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 60
Пищевая индустрия России является ключевой отраслью страны, имеющей стратегическое значение и обеспечивающей ее продовольственную безопасность. Фактически, предприятия пищевой промышленности позволяют поддерживать достойный уровень жизни населения, предоставляя обогащенные витаминами и минералами продукты питания наивысшего качества. Несмотря на постоянное введение и ужесточение ограничений и санкций, последние годы отрасль показывает стабильный рост, как подтверждают официальные статистические данные [6, 56].
Производство зерна в России является ключевой отраслью сельского хозяйства, оказывающей влияние на уровень продовольственной безопасности, развитие кормовой базы для скотоводства и птицеводства, а также обеспечение сырьем для ряда промышленных отраслей [32].
В России ежегодно добывается свыше 120 миллионов тонн зерновых культур. Тем самым Россия занимает третье место в мировом рейтинге производителей пшеницы, уступая лишь Китаю и Индии.
По объему экспорта зерна Российская Федерация занимает лидирующие позиции в мире. В течение сельскохозяйственного года 2022 - 2023 объем поставок достиг 60 миллионов тонн зерна, что делает Россию одним из крупнейших экспортеров этого продукта [38].
Зерноперерабатывающие заводы играют ключевую роль в структуре перерабатывающей отрасли, поскольку они не только производят конечные товары для потребителей, такие как мука, крупа, готовые быстроперекуски и прочее, но и создают корма для животноводства, что способствует обеспечению продовольственной стабильности страны. Процесс переработки зерна происходит на современных технологических установках (машинах и устройствах) в соответствии с тщательно отработанной технологической схемой [60].
В процессе очистки зерна от примесей (кормовой зернопродукт,
зерновые отходы) возникают вторичные сырьевые ресурсы и отходы. Эти ресурсы перерабатываются в конечный продукт - муку, крупу (отруби, кормовая дробленка, лузга, мучка, зародыш). Вторичные сырьевые ресурсы зерноперерабатывающей отрасли являются твердыми по агрегатному состоянию и относятся к многотоннажным ресурсам, за исключением кормовой дробленки и отбора зародыша. Они полностью используются, за исключением лузги пленчатых крупяных культур. Воздействие на окружающую среду безвредно, хотя возможно загрязнение почв при недостаточной очистке отходов и моечных вод [50].
Основным продуктом зерноперерабатывающей промышленности включают в себя зерно (семена) для производства продуктов питания, включая муку, крупу, хлебобулочные изделия, макаронные изделия и др.
Зерновые культуры и изделия, изготовленные из них, богаты витаминами, необходимыми аминокислотами и минеральными соединениями [27].
Также зерно фуражного назначения, зерно для технических целей, в том числе для производства медицинской, микробиологической и химико-фармацевтической продукции, семенной материал и другие продукты.
Побочные продукты включают в себя:
- кормовой зернопродукт I категории (содержание зерна от 70 % до 85 %);
- кормовой зернопродукт II категории (содержание зерна от 50 % до 70 %);
- кормовой зернопродукт III категории (содержание зерна от 30 % до 50 %);
- кормовой зернопродукт IV категории (содержание зерна от 10 % до 30 %);
- кормовой зернопродукт V категории (содержание зерна от 2 % до 10 %).
Эти побочные продукты перерабатываются и используются сельским 8
хозяйством для производства пищевых добавок и комбикормов высокого качества для животноводства. Продукты различных категорий обладают разной энергетической ценностью, зависящей от содержания зерен после выделения основных материалов.
Классификация отходов:
- Остатки после очистки зерна (смесь с зерном не более 2 % от общего объема);
- Примеси минерального происхождения (различного рода земля, камни, руды и пр.);
- Вредные примеси;
- Фрагменты соломы, оболочки риса, проса, гречихи, твердой и ячменной оболочек, кукурузные огрубевшие части;
- Органическая и минеральная аспирационная пыль [29].
Пшеничные отруби обычно рассматриваются как отходы или побочный продукт процесса помола пшеницы в мукомольной промышленности. Он включает внешние слои зерна пшеницы, включая часть эндосперма, а именно слой алейрона, наряду с небольшим количеством крахмалистого эндосперма. Обычно она составляет 10 - 17 % от объема пшеницы, перемалываемой в муку. Из экономических соображений производство пшеничных отрубей увеличивается с увеличением количества переработанной пшеницы в белую муку. Кроме того, из одного миллиона тонн переработанной пшеницы производится примерно 0,25 миллиона тонн пшеничных отрубей. Таким образом, очевидно, что объем производимых пшеничных отрубей огромен [5].
Актуальность исследования заключается в необходимости изучения опыта внедрения цифровых технологий в функционирование предприятий пищевой промышленности.
Целью работы является изучение методов обработки данных при мониторинге качества зерноперерабатывающего сырья и разработка базы данных информации о биологической безопасности пшеничных отрубей.
Для достижения заявленной цели поставлены следующие задачи:
1) провести литературный обзор на тему рынка производства отрубей в России и мире, ознакомиться с характеристикой отрубей, ознакомиться с технологией производства и различными способами применения пшеничных отрубей в разных видах производства;
2) изучить нормативную документацию, регламентирующую показатели качества пшеничных отрубей;
3) рассмотреть современные методы обработки больших данных и ознакомиться с характеристиками классификацией баз данных и ознакомиться с примерами применения баз данных в биоинформатике;
4) разработать базу данных характеристики качества и безопасности пшеничных отрубей при помощи языка программирования Python и реляционной системы управления базами данных SQLite.
Производство зерна в России является ключевой отраслью сельского хозяйства, оказывающей влияние на уровень продовольственной безопасности, развитие кормовой базы для скотоводства и птицеводства, а также обеспечение сырьем для ряда промышленных отраслей [32].
В России ежегодно добывается свыше 120 миллионов тонн зерновых культур. Тем самым Россия занимает третье место в мировом рейтинге производителей пшеницы, уступая лишь Китаю и Индии.
По объему экспорта зерна Российская Федерация занимает лидирующие позиции в мире. В течение сельскохозяйственного года 2022 - 2023 объем поставок достиг 60 миллионов тонн зерна, что делает Россию одним из крупнейших экспортеров этого продукта [38].
Зерноперерабатывающие заводы играют ключевую роль в структуре перерабатывающей отрасли, поскольку они не только производят конечные товары для потребителей, такие как мука, крупа, готовые быстроперекуски и прочее, но и создают корма для животноводства, что способствует обеспечению продовольственной стабильности страны. Процесс переработки зерна происходит на современных технологических установках (машинах и устройствах) в соответствии с тщательно отработанной технологической схемой [60].
В процессе очистки зерна от примесей (кормовой зернопродукт,
зерновые отходы) возникают вторичные сырьевые ресурсы и отходы. Эти ресурсы перерабатываются в конечный продукт - муку, крупу (отруби, кормовая дробленка, лузга, мучка, зародыш). Вторичные сырьевые ресурсы зерноперерабатывающей отрасли являются твердыми по агрегатному состоянию и относятся к многотоннажным ресурсам, за исключением кормовой дробленки и отбора зародыша. Они полностью используются, за исключением лузги пленчатых крупяных культур. Воздействие на окружающую среду безвредно, хотя возможно загрязнение почв при недостаточной очистке отходов и моечных вод [50].
Основным продуктом зерноперерабатывающей промышленности включают в себя зерно (семена) для производства продуктов питания, включая муку, крупу, хлебобулочные изделия, макаронные изделия и др.
Зерновые культуры и изделия, изготовленные из них, богаты витаминами, необходимыми аминокислотами и минеральными соединениями [27].
Также зерно фуражного назначения, зерно для технических целей, в том числе для производства медицинской, микробиологической и химико-фармацевтической продукции, семенной материал и другие продукты.
Побочные продукты включают в себя:
- кормовой зернопродукт I категории (содержание зерна от 70 % до 85 %);
- кормовой зернопродукт II категории (содержание зерна от 50 % до 70 %);
- кормовой зернопродукт III категории (содержание зерна от 30 % до 50 %);
- кормовой зернопродукт IV категории (содержание зерна от 10 % до 30 %);
- кормовой зернопродукт V категории (содержание зерна от 2 % до 10 %).
Эти побочные продукты перерабатываются и используются сельским 8
хозяйством для производства пищевых добавок и комбикормов высокого качества для животноводства. Продукты различных категорий обладают разной энергетической ценностью, зависящей от содержания зерен после выделения основных материалов.
Классификация отходов:
- Остатки после очистки зерна (смесь с зерном не более 2 % от общего объема);
- Примеси минерального происхождения (различного рода земля, камни, руды и пр.);
- Вредные примеси;
- Фрагменты соломы, оболочки риса, проса, гречихи, твердой и ячменной оболочек, кукурузные огрубевшие части;
- Органическая и минеральная аспирационная пыль [29].
Пшеничные отруби обычно рассматриваются как отходы или побочный продукт процесса помола пшеницы в мукомольной промышленности. Он включает внешние слои зерна пшеницы, включая часть эндосперма, а именно слой алейрона, наряду с небольшим количеством крахмалистого эндосперма. Обычно она составляет 10 - 17 % от объема пшеницы, перемалываемой в муку. Из экономических соображений производство пшеничных отрубей увеличивается с увеличением количества переработанной пшеницы в белую муку. Кроме того, из одного миллиона тонн переработанной пшеницы производится примерно 0,25 миллиона тонн пшеничных отрубей. Таким образом, очевидно, что объем производимых пшеничных отрубей огромен [5].
Актуальность исследования заключается в необходимости изучения опыта внедрения цифровых технологий в функционирование предприятий пищевой промышленности.
Целью работы является изучение методов обработки данных при мониторинге качества зерноперерабатывающего сырья и разработка базы данных информации о биологической безопасности пшеничных отрубей.
Для достижения заявленной цели поставлены следующие задачи:
1) провести литературный обзор на тему рынка производства отрубей в России и мире, ознакомиться с характеристикой отрубей, ознакомиться с технологией производства и различными способами применения пшеничных отрубей в разных видах производства;
2) изучить нормативную документацию, регламентирующую показатели качества пшеничных отрубей;
3) рассмотреть современные методы обработки больших данных и ознакомиться с характеристиками классификацией баз данных и ознакомиться с примерами применения баз данных в биоинформатике;
4) разработать базу данных характеристики качества и безопасности пшеничных отрубей при помощи языка программирования Python и реляционной системы управления базами данных SQLite.
Из результатов выполненной работы можно сделать следующие выводы:
1. Проведён анализ рынка пшеничных отрубей, где можно сделать
вывод, что за последние 5 лет объём импорта в России отрубей сократился на 17,8 %. Объем рынка пшеничных отрубей (в виде гранул и пушного
состояния) достиг отметки в 1 миллион 337 тысяч тонн. Россия занимает лидирующие позиции по экспорту пшеничных отрубей на мировом рынке.
2. Рассмотрены характеристика зерна, как источника получения отрубей, а так же характеристика и классификация отрубей как вторичный продукт зерноперерабатывающего производства.
3. Рассмотрена технология и характеристика получения пшеничных отрубей и описана схема технологического оборудования для производства гранулированных отрубе.
4. Рассмотрены требования к пшенице как источника получения пшеничных отрубей и требования к самим отрубям.
5. Рассмотрены различные способы применения пшеничных отрубей в
различных отраслях пищевой промышленности(кондитерской,
хлебопекарной, в производстве йогуртов и углеродных материалов).
6. Рассмотрено применение искусственного интеллекта как метод прогнозирования качества сырья и рассмотрены способы применения искусственного интеллекта в пищевом производстве.
7. Рассмотрены характеристики и классификация баз данных,
применение баз данных в биоинформатике и методы обработки данных.
8. Изучена характеристика пшеничных отрубей (Химический и гранулометрический состав отрубей).
9. При помощи языка программирования Python и реляционной системе управления базами данных SQLite была разработана собственная база данных основанная на органолептических, физико-химических и микробиологических показателях пшеничных отрубей в соответсвии со стандарту ГОСТ 7169-2017 "Отруби пшеничные. Технические условия" и техническому регламенту ТР ТС 015/2011 "О безопасности зерна".
10. Описан процесс разработки базы данных и направление использования разработанной базы данных.
1. Проведён анализ рынка пшеничных отрубей, где можно сделать
вывод, что за последние 5 лет объём импорта в России отрубей сократился на 17,8 %. Объем рынка пшеничных отрубей (в виде гранул и пушного
состояния) достиг отметки в 1 миллион 337 тысяч тонн. Россия занимает лидирующие позиции по экспорту пшеничных отрубей на мировом рынке.
2. Рассмотрены характеристика зерна, как источника получения отрубей, а так же характеристика и классификация отрубей как вторичный продукт зерноперерабатывающего производства.
3. Рассмотрена технология и характеристика получения пшеничных отрубей и описана схема технологического оборудования для производства гранулированных отрубе.
4. Рассмотрены требования к пшенице как источника получения пшеничных отрубей и требования к самим отрубям.
5. Рассмотрены различные способы применения пшеничных отрубей в
различных отраслях пищевой промышленности(кондитерской,
хлебопекарной, в производстве йогуртов и углеродных материалов).
6. Рассмотрено применение искусственного интеллекта как метод прогнозирования качества сырья и рассмотрены способы применения искусственного интеллекта в пищевом производстве.
7. Рассмотрены характеристики и классификация баз данных,
применение баз данных в биоинформатике и методы обработки данных.
8. Изучена характеристика пшеничных отрубей (Химический и гранулометрический состав отрубей).
9. При помощи языка программирования Python и реляционной системе управления базами данных SQLite была разработана собственная база данных основанная на органолептических, физико-химических и микробиологических показателях пшеничных отрубей в соответсвии со стандарту ГОСТ 7169-2017 "Отруби пшеничные. Технические условия" и техническому регламенту ТР ТС 015/2011 "О безопасности зерна".
10. Описан процесс разработки базы данных и направление использования разработанной базы данных.
