παστεριωμένο γάλα | pasteurized milk | προσομοίωση γραμμής παραγωγής | simulation of production line | τεχνικές Monte Carlo | Monte Carlo techniques | γλώσσα προγραμματισμού Fortran | Fortran programming language
1
14
44
Περιέχει : πίνακες, διαγράμματα, σχήματα
Ρουμελιώτης, Μ. (2001), Μοντελοποίηση και προσομοίωση, Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, Πάτρα
Το γάλα και τα γαλακτοκομικά προϊόντα αποτελούν μία από τις πέντε βασικές ομάδες τροφίμων που χρειάζεται να περιλαμβάνονται στην καθημερινή δίαιτα των ανθρώπων όλων των ηλικιών, έτσι ώστε να ικανοποιείται η πρόσληψη των απαραίτητων θρεπτικών συστατικών (USDA), όπως είναι οι πρωτεΐνες υψηλής βιολογικής αξίας, οι βιταμίνες (κυρίως Β2) και τα μέταλλα (ασβέστιο, μαγνήσιο, φώσφορος) (Vaclavik, 2014). Με δεδομένη την ευρεία κατανάλωση των γαλακτοκομικών προϊόντων σε παγκόσμια κλίμακα αλλά και την ακόμα μεγαλύτερη κατανάλωση τους από παιδιά και βρέφη είναι αυταπόδεικτο ότι η ποιότητα των προϊόντων αυτών χρειάζεται να διατηρείται σε υψηλό επίπεδο, για λόγους που σχετίζονται πρωτίστως με τη δημόσια υγεία αλλά και την επιχειρηματικότητα.
Η διατήρηση της υψηλής ποιότητας στο παστεριωμένο γάλα στηρίζεται συνήθως σε μελέτες HACCP, οι οποίες εξετάζουν τον πιθανό κίνδυνο για την ασφάλεια του τροφίμου στα διάφορα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας, ενώ παράλληλα ορίζουν τρόπους για τον έλεγχο ή/και τη μείωσή του σε αποδεκτό επίπεδο (Walstra, 2006, ΕΛΟΤ ΕΝ ISO 22000:2005). Η εφαρμογή της μελέτης HACCP αποτελεί πλέον κομμάτι της κοινοτικής νομοθεσίας (ΕΚ 852/2004).
Τα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας ξεκινούν από την παραλαβή του νωπού γάλακτος στο εργοστάσιο, που συνοδεύεται με τον έλεγχο σε οργανοληπτικές (χρώμα, οσμή), φυσικοχημικές (χημική σύσταση, pH, θερμοκρασία) καθώς και σε άλλες παραμέτρους που σχετίζονται με την υγεία των ζώων (κατάλοιπα κτηνιατρικών φαρμάκων, αριθμός σωματικών κυττάρων). Στη συνέχεια ακολουθεί η αποθήκευση του νωπού γάλακτος σε ψύξη και η τυποποίησή του σε κρέμα γάλακτος, άπαχο γάλα και ενδιάμεσα προϊόντα. Στα στάδια αυτά οι κρίσιμες παράμετροι για έλεγχο είναι η θερμοκρασία και η χημική σύσταση (λιποπεριεκτικότητα, πρωτεϊνοπεριεκτικότητα). Ακολουθεί η παστερίωση του γάλακτος, η οποία χρειάζεται να παρακολουθείται διαρκώς σε θερμοκρασία και χρόνο αφού πρόκειται για το στάδιο κατά το οποίο καταστρέφονται οι παθογόνοι μικροοργανισμοί. Τέλος ελέγχονται τα υλικά συσκευασίας και τα τελικά προϊόντα για τυχόν παρουσία μη άρτιων υλικών ή μη στείρων συνθηκών αντίστοιχα που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε επιμόλυνση του προϊόντος και άρα να υποβαθμίσουν την ποιότητά του (TetraPak).
Βασικός στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μοντελοποίηση και η προσομοίωση της παραγωγικής διαδικασίας παστεριωμένου γάλακτος από μία γαλακτοβιομηχανία. Η προσομοίωση της παραγωγικής διαδικασίας γίνεται μέσω μεθόδων Monte Carlo, οι οποίες αποτελούν μια ομάδα από υπολογιστικούς αλγόριθμους που βασίζονται στην επαναλαμβανόμενη και ταυτόχρονα τυχαία δειγματοληψία. Αυτές οι τεχνικές βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή σε πολύπλοκα συστήματα τα οποία δεν είναι εύκολο να πραγματοποιηθούν φυσικά είτε λόγω του υψηλού τους κόστους είτε λόγω του μεγάλου χρονικού διαστήματος που απαιτείται για την υλοποίησή τους (Χατζησπύρος, 2017). Έτσι, μέσω των τεχνικών Monte Carlo γίνεται προσομοίωση της παραγωγικής διαδικασίας παστεριωμένου γάλακτος υπό διάφορες συνθήκες λειτουργίας της γραμμής παραγωγής. Οι κώδικες έχουν γραφεί στη γλώσσα προγραμματισμού Fortran.
Τα αποτελέσματα που εξάγονται από τη προσομοίωση μπορούν να αξιοποιηθούν για τη βελτίωση της ποιότητας του παστεριωμένου γάλακτός και των υπόλοιπων προϊόντων της γραμμής παραγωγής καθώς επίσης και για τη μείωση του κόστους λειτουργίας της παραγωγικής μονάδας αφού θα μειωθούν σημαντικά τα απορριφθέντα τελικά προϊόντα.
Milk and dairy products constitute one of the five basic food categories that need to be included in the daily diet of people of all ages, in order to meet the demands in essential nutrients (USDA): i.e. proteins with high biological value, vitamins (mainly B2) and minerals (calcium, magnesium, phosphorus) (Vaclavik, 2014). Due to the fact that dairy products are very popular among consumers, especially babies and children, it is self-evident that their quality must be kept high in order to primarily assure the public health and to support the dairy business as well.
High quality of pasteurized milk relies usually on HACCP studies. HACCP studies assess the possible risk concerning food safety issues in all production stages, while they define countermeasures for the control or/and the mitigation of risk in accepted level (Walstra, 2006, ΕΛΟΤ ΕΝ ISO 22000:2005). In addition, the establishment of HACCP study has been incorporated in European legislation (ΕC 852/2004).
The first stage of pasteurized milk production is the reception of raw milk in the factory. At this stage raw milk is examined in sensorial (colour, odour), physicochemical (chemical composition, pH, temperature) and other parameters related to animal’s health (veterinary drugs residuals, somatic cell count). The stages to follow are the storage of raw milk in low temperature and the standardization in cream, skimmed milk and the rest intermediate products. The critical parameter in the aforementioned stages is the chemical composition (fat and protein content). Next stage to follow is pasteurization, at which the elimination of pathogenic bacteria takes place. Due to its high significance, pasteurization temperature and duration have to be monitored and controlled continuously. In addition, the integrity of packaging materials and the sterile conditions of filling procedure is controlled in order to avoid contamination and therefore degradation of product quality (TetraPak).
Main objective of current thesis is to model and simulate the production process of pasteurized milk in a dairy plant, under different operational conditions. This simulation is carried out via Monte Carlo methods, which constitute a group of calculative algorithms based on repetitive and random sampling. These techniques have many applications in complicated systems, which cannot be reproduced either due to high cost or due to the long time period needed for their reoccurrence. The simulation codes used have been written in Fortran programming language.
The output of the applied simulation method can be used to predict the quality of produced goods, to highlight the major production faults, to propose possible solutions to improve the quality and to contribute to the economical functioning of the factory, given that the percentage of the defected products can be significantly declined.
Μοντελοποίηση και προσομοίωση της παραγωγικής διαδικασίας του παστεριωμένου γάλακτος