Годишник на Университет “Проф. д-р Асен Златаров” – Бургас. Том ХLIII, книга 1, “Технически и природни науки”, 2014

вото, че са технически компетентни и могат За целта лабораторията участва в Изпит-
да предоставят надеждни резултати, са опи- ване за пригодност по програма за микробио-
сани в международния стандрат ISO/IEC логичен анализ Quality in microbiology Sche-
17025. Точка 5.9 ISO/IEC 17025 изисква ла- me /QMS/ млечна матрица /обезмаслено
бораториите да имат процедури за контрол на мляко на прах/.Обект на изследвания са:
качеството, чрез които да се гарантира валид-
ността на резултатите от измерванията/из- - общ брой аеробни мезофилни микроор-
питванията и калибриранията. Стандартът по- ганизми;
сочва, че лабораторията може да участва в
междулабораторни сравнения или изпитвания - Escherichia coli;
за пригодност.[1-2] - Enterobacteriaceae.
1. За определянето на общ брой аеробни
За осигуряване на качеството на резулта- мезофилни микроорганизми пробата е раз-
тите от изпитване и калибриране лаборатори- работена по БДС EN ISO 4833-1: 2013 „Мик-
ята трябва да има процедура за управление на робиология на хранителната верига. Хоризон-
качеството, за наблюдение на валидността на тален метод за изброяване на микроорга-
извършваните изпитвания и калибрирания. низми. Част 1: Преброяване на колониите при
Получените данни трябва да бъдат записани 30 градуса CELSIUS чрез техника за заливане
по начин, който позволява да се откриват тен- на посевките.” [4]
денциите и когато се изисква, да се прилагат Пробата е добре хомогенизирана по инст-
статистически методи за проверка на резулта- рукция - 10 g проба + 90 ml физиологичен
тите. Това наблюдение трябва да бъде плани- разтвор. Разреждане 10-1. Използван е разре-
рано и преглеждано и може да включва, без дител Maximum Recovery Diluent. Пробата е
да се ограничава с това, следните елементи: разработена два пъти, като предварително е
приготвена средата Modified Skim Milk Agar
a) редовно използване на сертифицирани (MPCA PP30) чрез автоклавиране и е темпе-
сравнителни материали и/или вътрешен конт- рирана на водна баня при температура 44-
рол на качеството с помощта на вторични 470C до заливането. Направени са разреж-
сравнителни материали; дания от 10 -1 до 10-4 на пробите. Посява се по
1 ml от всяко разреждане в стерилни петри.
б) участие в програма за междулабора- Петритaта с посятата проба се заливат със
торни сравнения и изпитвания за пригодност; средата, като с плавни въртеливи движения се
осъществява добро хомогенизиране на проба-
в) повторни изпитвания или калибрирания та с хранителната среда. Петритата се инку-
с помощта на същите или други методи; бират на 300С за 72 часа. Отчитането на ре-
зултатите става, като се избират петрита с
г) последващо ново изпитване или калиб- повече от 15 и по-малко от 300 колонии. [7]
риране на запазени обекти; 2. Изпитването за Escherichia coli е из-
вършено по ISO 16649-2 „Микробиология на
д) корелация на резултатите за различни храни и фуражи - хоризонтален метод за
характеристики на обекта [3]. изброяване на β-глюкоронидазапози-тивни E.
Cоli“ [5].
Съгласно изискванията на посочената ли- Пробата е добре хомогенизирана по
тература, целта на настоящото изследване е инструкция (10 g проба + 90 ml физиологичен
да се планира и проведе междулабораторно разтвор). Разреждане 10-1. Използван е
сравнение по програма за микробиологичен разредител Maximum Recovery Di-luent. Като
анализ на млечен продукт. Постигането на твърда хранителна среда е използван Trypton
поставената цел изисква решаване на след- Bile X-glucuronide agar (ТВХ PP37-44).
ните задачи: Направени са разреждания от 10 -1 до 10-4 на
пробите. Посява се по 1 ml от всяко
1. Разработване на план и избор на органи- разреждане в стерилни петри. Петрите с
затор за провеждане на междулабораторно посятата проба се заливат със средата, като с
сравнение. плавни въртеливи движения е осъществено
смесване на пробата със средата. Петрите са
2. Оценка на резултатите от проведеното инкубирани на 430С за 24 часа. Отчитането на
междулабораторно изследване. резултатите става, като се избират петрита с

ЕКСПЕРИМЕНТ

Лабораториите трябва да имат критерии за
избор на организатор на ILC/РТ. ИА БСА
препоръчва участие в ILC/РТ, организирани
от акредитирирани съгласно EN ISO/IEC
17043 организатори. [2]

49

повече от 15 и по-малко от 300 сини ко- РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ:
лонии. [7]
Резултатите за общия брой аеробни мезо-
3. Изпитването за Enterobacteriaceae е из-
вършено по БДС ISO 21528-2 „Микроби- филни микроорганизми, Escherichia coli и
ология на храни и фуражи - хоризонтален ме- Enterobacteraceae в млечна матрица /обез-
тод за откриване и изброяване на Enterobacte-
riaceae. Част 2. Метод за избояване на коло- маслено мляко на прах/ са представени рес-
ниите“. [6]
пективно в таблиците 1, 2 и 3. Изчисляваме
Пробата е добре хомогенизирана по инс- броя на колониите по следната формула :
трукция. Като разредител е използвана бу-
ферна пептонна вода (БПВ), а като твърда N= Σа
хранителна среда - Violet Red Bile Glucose V ( n1 + 0,1n2 ).d
Agar (VRBG PP37). Направени са разрежда-
ния от 10 -2 до 10-4 на пробите. Посява се по 1 - N - средна аритметична стойност;
ml от всяко разреждане в стерилни петри. - Σ а- сумата от колониите, изброени на
Петрите с посятата проба се заливат със сре- двете петрита;
дата, като с плавни въртеливи движения е - n1 - броят на блюдата, запазени от първото
осъществено смесване на пробата със средата. разреждане;
Допълнително върху посявката се наслоява от - n2 – броят на блюдата, запазени от вто-
същата хранителна среда. Петрите се инкуби- рото разреждане;
рат на 370С за 24 часа. Отчитането на пробите - V - обемът на инокулата в ml, сложено
става, като се избират петри и разреждания с във всяка петра;
повече от 15 колонии и по-малко от 300 розо- - d - фактор на разреждане, съответстващ
во-червени /със или без ореол от преци- на първото запазено разреждане
питация/ колонии. [7]

Таблица 1. Общ брой аеробни мезофилни микроорганизми

Избрано І-во Инокулант, Бр. петри Бр. петри Резултат
разреждане CFU/g
Сбор, CFU mL. 1-во 2-ро
13 909
0.01 153 1 1 1 13 455
0.01 14 545
0.001 148 1 1 1 15 455
0.0001
16 1 1 1

17 1 1 1
Среден резултат от изпитванията - 14 341 CFU/g

Таблица 2. Брой Escherichia coli

Избрано І-во Сбор, CFU Инокулант, Бр. петри Бр. петри Резултат
разреждане mL. 1-во 2-ро CFU/g

0.01 89 1 1 1 8091
0.01 87 1 1 1 7909
0.01 89 1 1 1 8091
0.01 91 1 1 1 8273
Среден резултат от изпитванията - 8091CFU/g

50

Таблица 3. Брой Enterobacteraceae

Избрано І-во Сбор, CFU Инокулант, Бр. петри Бр. петри Резултат
разреждане mL 1-во 2-ро CFU/g

0.01 88 1 1 1 8000
0.01 98 1 1 1 8909
0.01 99 1 1 1 9000
0.01 95 1 1 1 8636
Среден резултат от изпитванията 8636CFU/g

В изискванията за междулабораторното Когато Z критерият е по-малък от 2 и по-
сравнение след отчитането на получените голям от -2, оценката за резултатите на да-
резултати се извършва оценка, изразена като дена лаборатория е удовлетворителна.
Z критерии, който лабораторията получава в
доклада от организатора. Резултатите за Z Z критерият за общ брой аеробни мезо-
критерия са представени на фиг.1,2 и 3. филни микроорганизми е -1.42 (фиг 1).

Резултатът е удовлетворителен

Фиг. 1. Z критерий за общ брой аеробни мезофилни микроорганизми .

Z критерият за Escherichia coli е 0,22 (фиг Резултатът е удовлетворителен.
2).

Фиг. 2. Z критерий за E.cоli .

Z критерий за Escherichia coli - 0,23 (фиг.3) Резултатът е удовлетворителен.

51

Фиг. 3. Z критерий за Enterobacteriaceae

Получените резултати за Z критерия по- 3. БДС EN ISO/17025 Общи изисквания
казват достовереността на получените стой- относно компетентноста на лабораториите за
ности. Съгласно изискванията на БДС EN изпитване и калибриране.
ISO/17025 и BAS QR 18, резултатите от про-
ведените междулабораторни сравнителни из- 4. БДС EN ISO 4833-1: 2013 Микробиоло-
питвания се използват като един от крите- гия на хранителната верига. Хоризонтален
риите за оценка на техническата работа в метод за изброяване на микроорганизми.Част
лабораторията. Чрез такова участие лабора- 1. Преброяване на колониите при 30 градуса
ториите могат да сравнят резултатите си с CELSIUS чрез техника за заливане на
подобни на тях лаборатории, да наблюдават посевките.
своите резултати в течение на времето, да
откриват тенденциите и да предприемат не- 5. ISO 16649-2 Микробиология на храни и
обходимите превантивни или коригиращи фуражи - хоризонтален метод за изброяване
действия. на β-глюкоронидаза-позитивни E.cоli.

ЛИТЕРАТУРА 6. БДС ISO 21528-2 Микробиология на
храни и фуражи - хоризонтален метод за
1. BAS QR 18 Процедура за провеждане на откриване и изброяване на Enterobacteriaceae.
междулабораторни сравнения и изпитвания за Част 2. Метод за избояване на колониите.
пригодност.
7. БДС EN ISO 7218:2007 А1:2013 Микро-
2. БДС EN ISO/IEC 17043:2010 Оценяване биология на храни и фуражи. Общи изиск-
на съответствието. Общи изисквания за вания и ръководство за микробиологични
изпитвания за пригодност. изисквания.

52

ГОДИШНИК НА УНИВЕРСИТЕТ ANNUAL ASSEN ZLATAROV
“ПРОФ. Д-Р АСЕН ЗЛАТАРОВ” UNIVERSITY, BURGAS,
БУРГАС, 2014, т. XLIII (1)
BULGARIA, 2014, v. XLIII (1)

ДИНАМИКА НА ОБЩИЯТ БРОЙ НА МИКРООРГАНИЗМИТЕ В СУРОВОТО КРАВЕ
МЛЯКО В ЗАВИСИМОСТ ОТ СЕЗОНА НA МЛЕКОДОБИВ

Галина Григорова

DYNAMICS OF THE TOTAL NUMBER OF MICROORGANISMS IN RAW MILK
DEPENDING ON THE SEASON OF MILK PRODUCTION

Galina Grigorova

E-mail: [email protected]

ABSTRACT

We have carried out microbiological tests for the presence of microorganisms in raw milk and
calculated their total number in raw cow milk for dairy processing. The tests were conducted from
June to December 2012 and 2013 to take account of the seasonal fluctuations in their number. The es-
timated number of microorganisms in CFU/ml is reported yearly in 6 groups: 10,000 CFU/ml, up to
20,000 CFU/ml, 40,000 CFU/ml, 60,000 CFU/ml, 80,000 CFU/ml and 100,000 CFU/ml. The data
show that the highest percentage of samples is in the group of 80,000 to 100,000 CFU/ml.

Key words: cow milk, total number of microorganisms, reference method

ВЪВЕДЕНИЕ норми за общата микробна обсемененост на
млякото са посочени в Регламент (ЕО) № 853/
Млякото е една от най-ценните храни за 2004 и Наредба № 4/2008, като за суровото
човека. То е уникален хранителен продукт; в краве мляко общият брой на микроорга-
състава си има над 200 различни компонен- низмите не трябва да превишава 100 000
ти, които са благоприятно балансирани по- CFU/ml. Изхождайки от проучванията на
между си и се отличават с висока усвоимост редица автори [3, 4],че качеството на млякото
от човека. Многобройните качества на мляко- зависи от съдържанието на микроорганизми в
то го правят основна храна за всяко пълно- него, си поставихме за цел да проследим ко-
ценно и рационално хранене. Този богат по лебанията на общия брой на микроорга-
състав хранителен продукт представлява бла- низмите в сурово краве мляко през летния,
гоприятна среда за развитието на микроор- есенния и зимния сезон на добив. Прос-
ганизмите. Не случайно млякото е определе- ледимостта на микробиологичните показа-
но като бързо разваляща се суровина. От дру- тели в храните е важен аспект за осигуряване
га страна, в него попадат много и различни безопасността на хранителните продукти.
микроорганизми още при издояването му от
вимето на животните и това продължава през ЕКСПЕРИМЕНТ
целия път по технологичната верига на про-
изводство. Независимо от пътищата на попа- Материали и методи:
дане в млякото, тази микрофлора при разви- Използваме като твърда хранителна среда
тието си често предизвиква съществени изме- Агар за изброяване на колониите (Plate count
нения в млякото, които водят до увреждане agar) на производител Fluka -Германия. Като
на технологичните му и здравни качества. разредител използваме пептон солев разтвор
Предпазването на суровото мляко от неже- (Maximum Recovery Diluent).- производител
лано микробиологично замърсяване е един от Fluka-Германия; Агар хидролизиращо мляко-
най-важните фактори за запазване на него- производител Himedia. Обект на изследването
вото качество и основно средство за удъл- са проби сурово краве мляко, взети от млеко-
жаване на неговата трайност. Задължителните преработвателни пунктове на Бургаски и

53

Ямболски регион - ПСМ F и МСП на основа- отразени в таблица 3. От табл. 1 и 2 се виж-
ние изискванията на Регламент (ЕО) 853/ да, че делът на общия брой на микроорганиз-
2004. Общият брой микроорганизми/ОБМ/в мите в групата - с 80 000 до 100 000 CFU/ ml,
сурово краве мляко е изследвано по БДС EN е най-голям както за летния, така и за зимния
ISO 4833:2004. Подготовката на пробите за сезон. Общият брой на мироорганизмите за
микробиологично изпитване е проведена по групата 80 000 до 100 000 CFU/ ml през лет-
изискванията на БДС ISO 7218 : 2002 / ния сезон заема 10,95 % от пробите за 2012 г.
А1:2002 - [ 1 ] и БДС EN ISO 4833:2004 –[2] и 10,98% за 2013 г., а за зимния сезон е
7,49% за 2012 г. и 7,68% за 2013 г. В сравне-
Начин на работа ние с летния сезон, стойностите за зимния
При стерилни условия от добре хомогени- сезон са по-ниски с 3,46% за 2012 г. и с 3,30%
зираната проба вземаме 1 ml от млякото и го за 2013 г. В групата за общия брой на микро-
прехвърляме в количество от 9 ml разредител организмите 60 000 до 80 000 CFU/ ml. за
(Пептон-солов разтвор ).Това е разреждане летния сезон делът на пробите е 2,23 % за
1:10 (10-1 ). Правим още две разреждания до 2012 и 1,42% за 2013 г. За зимния сезон стой-
10-3. Количество от 1 ml на разреждане 10-3 от ностите за 2012 г. са 2,06%, а за 2013 г.-
тестовата проба поставяме в стерилно блюдо 4,26%. За останалите групи, отразени в табли-
на Petri. Повтаряме със същото количество ца 3, се вижда,че стойностите до 10 000, 20
тестова проба във второ блюдо. Върху иноку- 000, 40 000 и 60 000 CFU/ ml. са по-ниски
лата изливаме около 15-18 ml разтопена и спрямо групите до 80 000 и до 100 000 CFU/
охладена до 44- 470С от твърдата хранителна ml. На основание получените резултати, счи-
среда. Внимателно, с въртеливи движения, там, че сезонът на млекодобив е един от фак-
размесваме хранителната среда и инокулата, торите, който оказва влияние върху общия
след което блюдата се оставят върху хоризон- брой на микроорганизмите при добива на
тална повърхност до втвърдяването на агара. суровото краве мляко. Това е свързано и с по-
Култивираме блюдата с дъното нагоре в тер- високата температура на околната среда, коя-
мостат при температура 300С за 72h. След то оказва влияние върху бактерицидната фаза
изтичане времето на термостатиране отчита- на млякото. Много автори посочват различни
ме резултатите [1, 2]. Преброяваме аеробните фактори за обсеменяване на млякото с микро-
и факултативно анаеробните микроорганиз- организми. Според [3] източниците на замър-
ми, като се изброяват блюда, съдържащи по- сяване на млякото са най-различни. Най-
вече от 15 и по-малко от 300 колонии. Изчис- важни от тях са вимето и кожата на дойното
ленията са направени по следната формула : животно, постелята, съоръженията за доене и
доилните инсталации, работното облекло на
NЕ = Σ а доячите, фуражът, водата и др. Считам, че
V ( n1 + 0,1n2 ).d през летния сезон многообразието от фактори
влияе много по-активно върху завишаване на
-NE - среден брой на мезофилните микроор- общия брой на микроорганизмите в суровото
ганизми в изследваната проба, (CFU)в 1ml; краве мляко спрямо факторите през зимния
-Σ а- сумата от колониите, изброени на двете сезон. Във всички случаи допълнителното
петри ; обсеменяване на млякото с микроорганизми е
-n1 - броят на блюдата от първото разреждане; вредно както за преработката му, така и за ка-
n2 –броят на блюдата от второто разреждане; чеството на получените млечни продукти.
V - обемът на инокулата в ml във всяко пет- Според [4] съдържанието на сапрофитни мик-
ри; роорганизми в суровото мляко отразява ни-
d - фактор на разреждане CFU – колонии, вото на хигиена на производството му, осо-
образуващи единици (Colony Forming Unites). бено чистотата и доброто измиване на доил-
В изчисленията са включени резултати с ната инсталация, условията на съхранение и
повторяемост до 0,25 log 10 единици . транспорт. От броя на микроорганизмите в
него зависи получаването на високока-
РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ чествени и трайни млечни продукти. Според
авторите на технологията на млечните про-
Получените резултати от изследваните об- дукти, микробиологичните процеси са основ-
що 1293 проби сурово краве мляко са отразе- ните звена, чиито изисквания определят каче-
ни в 3 таблици. Всички данни, получени от ството и здравния им статус. Качеството е
изследванията за определените от нас 6 гру- свързано с получаването на мляко с ниско
пи, са отразени по години в две таблици. За съдържание на сапрофитна микрофлора. В
2012 г. те са в таблица 1, а за 2013 г.- в табли-
ца 2. Данните от средните стойности на об-
щия брой на микроорганизмите в групите са

54

тази връзка са изискванията на Регламент документи, общият брой на микроорганиз-
(ЕО) № 853/2004 и Наредба № 4/2008 за съх- мите в суровото краве мляко не трябва да
ранение на млякото при температури, не по- надвишава 100 000 CFU/ml .
високи от 80С. Според същите нормативни

Таблица 1. Проследимост на общия брой на микроорганизмите в сурово краве мляко за
периода юни-декември на 2012г.( в % ).

Изследвани До от 10 000 от 20 000 от 40 000 от 60 000 от 80 000
проби през 10 0 до 20 000 до 40 000 до 60 000 до 80 000 до 100 000
2012 г.-781бр 00 CFU/ml CFU/ml CFU/ml CFU/ml CFU/ml
(по месеци ) CFU/ml

юни 1,31 0,26 0,00 1,71 3,68 10,51

юли 1,18 1,97 0,53 0,79 2,63 10,91

август 0,26 1,05 1,18 0,26 0,39 11,43

юни-август

/средно/ 0,92 1,09 0,57 0,92 2,23 10,95

септември 1,45 0,00 0,00 0,13 1,31 2,63

октомври 0,13 0,00 3,55 1,45 1,31 7,62

ноември 0,00 0,13 1,58 1,45 2,10 9,99

декември 0,13 0,00 0,13 1,58 3,55 9,72

средно

септември- 0,43 0,03 1,31 1,15 2,06 7,49

декември

Таблица 2. Проследимост на общия брой на микроорганизмите в сурово краве мляко за

периода юни-декември 2013г.( в % ).

Изследвани Под от 10 000 от 20 000 от 40 000 от 60 000 от 80 000
проби през 10 000 до 20 000 до 40 000 до 60 000 до 80 000 до
2013г-512бр CFU/ml
(по месеци ) CFU/ml CFU/ml CFU/ml CFU/ml 100 000
CFU/ml

юни 1,42 0,77 0,55 0 0,44 9,96

юли 1,20 0,00 0,00 0 1,64 11,93

август 0,11 0,00 0,66 0 2,19 11,05
0,91 0,26 0,40 0,0 1,42 10,98
юни-август
/средно/

септември 0,00 0,66 0,55 0,11 3,50 9,30

октомври 0,00 1,20 1,53 0,66 3,17 7,88

ноември 1,53 0,00 0,00 0,66 5,91 6,56

декември 0,44 0,88 1,42 0,66 4,49 7,00
55

средно 0,49 0,68 0,87 0,52 4,26 7,68
септември-
декември

Таблица 3. Сравнителна таблица за общ брой на микроорганизмите CFU/ ml до 10 000 , 10
000 до 20 000, 20 000 до 40 000 , 40 000 до 60 000, 60 000 до 80 000, 80 000 до 100 000 (средно

в % по години и сезони)

до 10 000 от 10 000 до от 20 000 до от 40 000 до от 60 000 до от
CFU/ml 20 000 40 000 60 000 80 000 80 000
CFU/ml CFU/ml CFU/ml CFU/ml
до
100 000
CFU/ml

2012 0,91 1,24 0,57 0,92 2,23 10,95
Летен
сезон 0,42 0,03 1,31 1,15 2,06 7,49
2012
Зимен 0,91 1,09 0,57 0,92 1,42 10,98
сезон
2013 0,49 0,68 0,87 0,52 4,26 7,68
Летен
сезон
2013
Зимен
сезон

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ЛИТЕРАТУРА

1. Общият брой на микроорганизмите в 1. БДС ISO 7218: 2007/А1:2013 – Микро-
суровото краве мляко е най-висок при гру- биология. Основни правила за микробио-
пата 80 000 до 100 000 CFU/ml. логични изпитвания.
2. БДС EN ISO 4833-1:2013. Микробиоло-
2. През летния сезон на изпитване общи- гия на храни и фуражи. Хоризонтален ме-
ят брой на микроорганизмите за групата от тод за изброяване на микроорганизми. Тех-
80 000 до 100 000 заемат 10,95 % от проби- ника на изброяване на колониите при 300С.
те за 2012 г. и 10,98% за 2013 г. За зимния 3. Йотов, Й. и кол. Ветеринарно-санитарни
сезон общият брой на микроорганизмите в и хигиенни изисквания при млекодобива.
същата група заема 7,49% от пробите за С., Земиздат, 1979.
2012 г. и 7,68% за 2013 г. 4. Мюнх, Г. и кол. Микробиология продук-
тов животного происхождения. М., Агро-
3. В сравнение с летния сезон, стойнос- промиздат,1985
тите за зимния сезон са по-ниски с 3,46% за 5. Наредба № 4 от 19 февруари 2008 г. за
2012 г. и с 3,30% за 2013 г. специфичните изисквания при производ-
ството, съхранението и транспортирането
4. Сезонът на млекодобив е един от фак- на сурово краве мляко и изискванията за
торите, който оказва влияние върху общия търговия и пускане на пазара на мляко и
брой на микроорганизмите в суровото краве млечни продукти.
мляко. Следователно, през летните месеци 6. Регламент (ЕО) 853/2004 относно опре-
на годината трябва да се вземат мерки за деляне на специфичните хигиенни правила
правилното охлажване на млякото във ва- за храните от животински произход.
ните, както и правилното транспортиране
на пробите за анализ (при хладилни усло-
вия, контролирана температура и за въз-
можно най-кратко време от вземането на
пробата до предоставянето й за изпитване)

56

ГОДИШНИК НА УНИВЕРСИТЕТ ANNUAL ASSEN ZLATAROV
“ПРОФ. Д-Р АСЕН ЗЛАТАРОВ” – UNIVERSITY, BURGAS,
БУРГАС, 2014, т. XLІII(1)
BULGARIA, 2014, v. XLІII (1)

ВЛИЯНИЕ НА СТАРТЕРНА КУЛТУРА ОТ LACTOBACILLUS PLANTARUM ВЪРХУ
МАСООБМЕННИТЕ ПРОЦЕСИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВОТО НА СУРОВО-СУШЕНИ

МЕСНИ ПРОДУКТИ ОТ НЕРАЗДРОБЕНО МЕСО

Диана Инджелиева

INFLUENCE OF LACTOBACILLUS PLANTARUM STARTER CULTURES ON MASS
TRANSFER PRODUCTION PROCESSES IN RAW-DRIED MEAT PRODUCTS FROM

UNCRUSHED MEAT

Diana Indzhelieva
E-mail: [email protected]

ABSTRACT

This article examines the influence of Lactobacillus plantarum starter cultures on mass transfer
production processes in raw-dried meat products from uncrushed meat. The results show that the used
L. plantarum L6 strain leads to a reduction of the amount of free water, the water retentivity, the water
content of the product and Aw of the environment. This allows for shortening the technological proc-
ess and obtaining products with better quality and storage life.

Key words: LAB, probiotic bacteria, meat fermentation, raw-dried meat products

ВЪВЕДЕНИЕ ЕКСПЕРИМЕНТ

През последните две десетилетия интере- При предходни проведени изследвания с
сът към видовете млечнокисели бактерии, из- Lactobacillus plantarum щам L6 резултатите
ползвани в производството на месни продук- показаха, че тя отговаря на необходимите
ти, се повиши неимоверно, отразявайки рас- микробиологични и технологични изисквания
тящото значение на тези микроорганизми ка- за употребата й като стартерна монокултура
то стартерни култури и техният потенциал на култура за сурово-сушени месни продукти,
пазара на пробиотици [9, 11, 12]. Млечно- тип “луканка” [2]. Щамът е предоставен за
киселите бактерии прите-жават множество работа от частна лицензирана лаборатория за
желани качества, които могат да бъдат полез- изследване на храни в Бургас. В това изслед-
ни при производството на ферментиращи ване обект на влиянието на Lactobacillus plan-
продукти, каквито са тра-диционните българ- tarum (L6) са сурово-сушени продукти от не-
ски сурово-сушени месни продукти. Чрез це- раздробено месо – „Габровска кайзер пастър-
ленасоченото използване на тези микроорга- ма” и пастърма „Пловдив”. Говеждото месо
низми се направлява и регу-лира ходът на би- за „Габровска кайзер пастърма” и свинското
отехнологичните, физико-химичните и мик- месо за пастърма „Пловдив” бяха добити в
робиологичните процеси, в резултат на които регламентирана кланница в село Русокастро,
се формират структурата, цветът и ароматно- Бургаска област. Сурово-сушените продукти
вкусовите характеристики на готовия продукт от нераздробено месо бяха произведени във
[4,6]. Млечнокиселите бактерии имат още по- фирма „Парт” ООД, гр. Бургас. За производс-
голяма стойност по отношение на безопас- твото на двата асорти-мента от бутовете беше
ността на продукта, подобрените му сензорни отделен m. Semitendinosus. Така отделените
качества и здравите му ползи. Към тези по- мускули се оформиха като парчета с гладка
лезни бактерии се отнасят и някои щамове L. повърхност, отстраниха се излишната тлъс-
рlantarum. тинна тъкан и сухожилия. Опитните и конт-
ролните проби осоля-вахме чрез шприцоване
със солев разтвор с концентрация 150 Ве в ко-
личество 4-6% спря-мо масата на суровината

57

и последващо сухо осоляване, извършвано свободна вода по Грау. За определяне на во-
чрез натриване със солова смес със състав дозадържащата способност е използван метод
2,6% сол, 0,03% натриев нитрат, 0,30% захар. на центрофугиране на определена маса от из-
Осоляването провеждахме при температура следваните продукти. Методът за определяне
4-60 С за два дни. на свободната вода по Грау се основава на
измерване на количеството отделена вода от
Опитните проби от двата асортимента при- изследваните продукти [1]. Статистическата
готвяхме с бактериална култура, която приба- обработка на получените данни е извършена
вяхме в осоляващия разтвор за шприцоване чрез софтуерен продукт „STAT-PLUS 2009“.
във вид на 24-часова бульонна култура в
MRS- бульон с титър 8-9 log (cfu/g). Бактери- РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ
алната култура влагахме в количество 350 ml
за 50 kg суровина, осигуряващо обсе- Водородно-йонната концентрация /pH / е
меняване с 6-7 log (cfu /g ). един от основните показатели, по които се
съди за протичащите биохимични процеси в
След осоляването опитните и контролни месните суровини и продукти. При проведен
проби подсушавахме при температура 130 С и експеримент, описан в [3], се установи, че из-
относителна влажност на въздуха 75-80% за ползваната стартерна култура Lactobacillus
един до два дни. След отнемане на повърх- plantarum щам L6 води до понижаване на
ностната влага, сушенето на пробите про- стойностите на pH още в началния процес на
веждахме при температура 120 С, относителна зреене и сушене. Считаме, че ясно изразено-
влажност 77-80% и скорост на въздуха 0,15 то понижаване на pH-стойностите още в на-
m/s в продължение на 19-20 дни. На 5-я ден чалото на технологичната обработка вероятно
от сушенето извършвахме еднократно пре- се дължи на активното развитие на лактоба-
суване на винтова преса за 24-часа. На 18-я цилите от щам L6 през този период. Тяхното
ден от сушенето опитните и контролни проби основно действие се проявява в продуциране
кайзеровахме с кайзероваща смес със състав на съединения с кисел характер и по-
50% чимен, 30% червен пипер, 20% счукан специално - на млечна киселина. Това създава
чесън, като към сместа добавяхме вино до благоприятни условия за образуване на спе-
получаване на гъста хомогенна каша. Така цифичния цвят, намаляване на водозадържа-
кайзерованите проби подсушавахме при горе- щата способност, както и промени в консис-
упоменатите температурни и влажностни ус- тенцията на месните продукти, вследствие на
ловия за 3-4 дни. Целият производствен ци- протичащите масообменни и биохимични
къл продължаваше 22 дни. процеси. В технологията на сурово-сушените
месни продукти особено значение за правил-
По описаната технологична схема бяха ното протичане на процесите имат хидрофил-
произведени пет партиди от контролни и ните свойства на месните суровини. Формата
опитни проби от „Габровска кайзер пастър- и силата на свързване на водата със структур-
ма” и пастърма „Пловдив”. За установяване ните елементи на тъканите обуславят способ-
влиянието на използваната стартерна култура ността им в една или друга степен да поема и
върху масообменните процеси, протичащи в задържа вода. Количеството на свързаната
изследваните сурово-сушени продукти от не- вода и нейното разпределение по форма и си-
раздробено месо, проведохме изследвания ла на връзките влияе върху свойствата на
върху изходната суровина, след осоляване (на месните суровини и продукти и определя во-
втория ден), преди пресуване (на шестия ден), дозадържащата и водопоглъщащата им спо-
след пресуване (на осмия ден), на шестнаде- собност.
сетия ден от сушенето и на двадесет и втория
ден. Водната активност на изследваните про- Литературните данни за влиянието на
би беше измерена с автоматичен Аw -метър стартерните култури върху водозадържащата
(тип EEJA – 3, Novasina Ltd., Switzerland). способност на сурово-сушени продукти от
Водното съдържание е определено по метода нераздробено месо посочват, че под влия-
на сушене на опитните и контролните проби нието на използваната бактериална култура
до постоянна маса в сушилен шкаф при тем- Lactobacillus plantarum щам L6 водозадър-
пература 105± 1ºC [5]. жащата способност намалява, тъй като се по-
нижават pH – стойностите и се достига изое-
Хидратационната способност на пълнеж- лектричният пункт за мускулния белтък 5,2 –
ната маса на изследваните сурово-сушени
месни продукти се определи с помощта на
показателите водозадържаща способност и

58

5,3, при който се установява най-ниска водо- свързано и с влиянието на последиците върху
задържаща способност качеството на месните продукти.
[ 7, 8, 10 ].
Промените в хидрофилните свойства на
Изложените до тук данни в своята съв- месните суровини по време на технологич-
купност показват, че хидрофилните свойства ния процес под въздействието на стартерната
на месните продукти търпят изменение под култура установихме чрез измерване коли-
влиянието на редица фактори, в т. ч. и под чеството на свободната вода и водозадър-
влиянието на бактериални култури. А това е жащата способност (табл. 1 и 2).

Таблица 1. Промяна на количеството на свободна вода по Грау, mg H2О/g месо, n=9

Асортимент “Габровска кайзер пастърма” Пастърма “Пловдив”

Момент на изс- опитна контролна опитна контролна
ледване 257,33 ± 0,2 257,33±0,2 176,14±0,24 174,14±0,24

Суровина

На 2-ия ден 194,99±0,08 167,00±0,10 143,23±0,41 128,52±0,33

На 6-ия ден 114,00±0,24 95,30±0,71 84,22±0,45 68,45±0,02

На 8-ия ден 52,49±0,67 47,25±0,05 51,55±0,32 43,27±0,95

На 16-ия ден 29,62±0,30 25,73±0,53 39,79±0,12 30,50±0,72

На 22-ия ден 17,42±0,49 14,42±0,45 30,18±0,25 20,12±0,32

Таблица 2. Промяна на водозадържащатаспособност, %, n=9

Асортимент “Габровска кайзер пастърма” Пастърма “Пловдив”

Момент на изс- контролна опитна контролна опитна
ледване 9,18 ± 0,11 9,18±0,29 10,00±0,70 10,00±0,34

Суровина

На 2-ия ден 8,15±0,64 7,49±0,40 9,18±0,49 7,60±0,97

На 6-ия ден 6,42±0,80 5,12±0,27 8,00±0,58 6,15±0,63

На 8-ия ден 5,14±0,76 4,21±0,39 6,43±0,79 4,79±1,12

На 16-ия ден 3,77±0,92 2,90±0,54 4,29±0,27 2,99±0,57

На 22-ия ден 2,70±0,30 1,78±0,52 3,00±0,16 2,07±0,49

От промените в количеството на свободна- дозадържащата способност на месните суро-
та вода по Грау (табл.1) се установява, че по вини са показани в табл. 2.
време на технологичния процес съществува
тенденция на намаляване количеството й. То- Добре изразена е тенденцията на намаля-
ва е ясно изразено при опитните проби. Най- ване възможността за задържане на собстве-
голямо е количеството й след осоляването и в ната вода на мускулната тъкан по време на
началото на процеса. зреене и сушене. До зреене и сушене при всички проби.
края на производствения процес различията в
стойностите на показа-тели при опитните и Съществуват статистически достоверни
контролни проби са статистически достовер- различия ( p ≤ 0,05 ) между водозадържащата
ни (p ≤ 0,05). Резултатите за промяната на во- способност на пробите, обработени с бакте-
риална култура, и контролните проби. При
опитните по-бързо и в по-голяма степен се

59

намалява способността за задържане на вода проби е причина за намаляване на водоза-
в мускулната тъкан. държащата способност. Това води не само до
понижаване способността на структурната
Получените резултати показват, че изпол- мрежа да задържа водата, но и да свързва до-
званата стартерна култура оказва определено пълнително доба-вена вода.
влияние върху хидрофилните свойства на из-
следваните сурово-сушени продукти от не- Намаляването на водозадържащата и водо-
раздробено месо. По-голямото количество поглъщаща способност обуславя по-високата
отделена свободна вода, по-значимото нама- скорост на сушене, което е свързано с пони-
ляване на водозадържащата способност и из- жаване на водното съдържание и достигане-
мененията в pH на опитните проби може да се то на стандартните изисквания за по-кратко
обяснят с по-бързо настъпващите деструк- време.
тивни изменения в структурните елементи на
мускулната тъкан, както и със степента на Констатираното влияние на използваната
дифузионно преместване на водата. Известно стартерна култура от Lactobacillus plantarum
е, че при понижение на pH и достигането му щам L6 върху хода и степента на промяна на
до стойности, близки до изоелектричната хидрофилните свойства на мускулната тъкан
точка на белтъчините на месото, водозадър- дава отражение и върху процеса на масо-
жащата способност значително намалява. По- обмен. Ускорените дехидратационни процеси
бързото понижение на pH под действието на по време на осоляване и сушене довеждат до
използваната стартерна култура още в нача- по-ускорено влагоотделяне при опитните
лото на технологичния процес при опитните проби ( табл.3 ).

Таблица 3. Динамика на процеса сушене, водно съдържание, %, n=9

Асортимент “Габровска кайзер пастърма” Пастърма “Пловдив”

Момент на изс- опитна контролна опитна контролна
ледване 72,82 ±0,69 72,82±0,69 69,59±0,56 69,59±0,56

Суровина

На 2-ия ден 75,55±0,81 73,71±0,53 71,58±0,66 73,62±0,28

На 6-ия ден 65,44±0,48 68,48±1,22 61,82±0,76 66,99±1,01

На 8-ия ден 62,14±1,06 66,55±0,59 56,54±0,89 61,04±1,42

На 16-ия ден 54,48±1,10 59,68±1,02 46,69±0,9 57,21±0,75

На 22-ия ден 43,76±0,45 51,97±0,93 41,91±0,12 55,23±0,79

От резултатите в табл. 3 се установява ста- чаване на продукти с по-добро качество и
тистически достоверно ( p≤0,05 ), че при го- продължителен срок на съхранение.
товите продукти, произведени със стартерна
култура, съответните стойности на водното Характерът и скоростта на химичните, ен-
съдържание, определени от нормативните до- зимните и микробиологични процеси, които в
кументи, достигат 7-8 денонощия по-рано, значителна степен влияят върху оформянето
отколкото при контролните образци. на качеството на месните продукти, в голяма
степен зависят и от водната активност (aw) на
В заключение можем да обобщим, че из- средата. Водната активност влияе не само
ползваната от нас стартерна култура Lactoba- върху жизнената дейност на микроорганиз-
cillus plantarum щам L6 ускорява процеса на мите, но и върху биохимичните процеси, про-
влагоотделяне и влияе съществено върху ди- тичащи при зреенето на сурово-сушените
намиката на изменението на хидрофилните месни продукти, като определя до голяма
свойства на сурово-сушените продукти от не- степен тяхната трайност и качество.
раздробено месо. Това дава възможност за
съкращаване на технологичния цикъл и полу- Установеното влияние на използваната
стартерна култура Lactobacillus plantarum
щам L6 върху степента на обезводняване на

60

изследваните продукти дава отражение и тивност в сурово-сушените месни продукти в
върху промените в стойностите на аw на кол- процеса на тяхното зреене и сушене под вли-
басните продукти в хода на процеса сушене. яние на стартерната култура.
Резултатите от нашите изследвания, посочени
на фиг. 1, отразяват промяната на водната ак-

Водна активност, Aw 0.99
0.97
0.95 2 6 8 16 22
0.93 Време, дни
0.91
0.89
0.87
0.85

0

Габровска опитна аw Габровска контролна аw
Пловдив опитна аw Пловдив контролна аw

Фиг. 1. Промени в аw -стойностите на опитни и контролни проби („Габровска кайзер пастър-
ма” и пастърма „Пловдив” ) по време на зреене и сушене.

Особено изразено понижаване на водната добряване процеса на подкисляване, до нама-
активност се забелязва след отцеждане на ме- ляване на хидратационната способност и съ-
сото в процеса на зреене и сушене. Значител- ответно до отделяне на по-голямо количество
но по-ниски стойности за този показател оба- свободна вода. Следва да отбележим, че ос-
че са установени при пробите, за приготвяне- вен с прибавянето на осоляващите ингради-
то на които е вложена стартерна култура в енти и бързото обезводняване, по-
сравнение с контролните продукти. След ана- значителното намаление на водната актив-
лиз на получените резултати относно проме- ност и при двата вида опитни продукти би
ните на водната активност, може да приемем, могло да се обясни и с по-интензивното на-
че използваният щам L6 e един от факторите, маляване на количеството на свободната во-
който оказва значително влияние върху този да. По всяка вероятност голяма част от тази
показател. Прави впечатление, че при опит- вода се включва в микробния метаболизъм в
ните проби и за двата асортимента изследва- резултат на активното развитие на бакте-
ни месни продукти понижаването на aw- рийния щам L6 през целия твърде продължи-
стойностите е по-ясно изразено още по време телен период на зреене, което е една от при-
на осоляването и началото на процеса зреене. чините за по-бързото понижаване на водната
В технологичен аспект тези резултати се на- активност в опитните продукти. В процеса на
мират в добро съответствие с необхо- зреене и сушене, освен внесената стартерна
димостта от понижаване на водната актив- култура, върху намаляването на aw-
ност преди започване на зреенето, когато би стойностите влия-ние оказва и постоянното
могло да се развие Cl. botulinum в дълбочина намаляване на водното съдържание и пови-
на продукта, преди да са проникнали осолява- шаването на концентрацията на солта в опит-
щите инградиенти и да са проявили консер- ните месни продукти. Считаме, че тези два
виращото си действие. Използваната стартер- фактора опреде-лят еднаквия характер на из-
на култура, която е доминиращата микрофло- менение на водната активност при опитните и
ра в изследваните сурово-сушени месни про- контролните месни продукти от нераздробено
дукти, както бе отбелязано вече, води до по- месо.

61

Резултатите от проведеното изследване 5. AOAC. Official Methods of Analysis of the
дават основание да се направи извод, че стар- Association of Official Analytical Chemists,
терната култура от Lactobacillus planta-rum 11th ed., Washington, D. C., (1970), p. 253.
щам L6 съществено допринася за по-бързо
понижаване на рН-стойностите и ускорява 6. Arihara, K. Strategies for designing novel
процесите на влагоотделяне при сурово- functional meat products. Meat Science,
сушените продукти от нераздробено месо и (2006 ), vol. 74, p. 219.
достигането на стандартните стойности на
физикохимичните показатели – водно съдър- 7. Aymerich, T., B. Martin, M. Garriga, M. C.
жание и aw. Това дава възможност да се сък- Vidal-Carou, S. Bover-Cid and M. Hugas.
рати срокът на зреене и сушене средно със 7 - Safety properties and molecular strain typing
9 денонощия при опитните проби спрямо of lactic acid bacteria from slightly
контролните. fermented sausages. Journal of Applied
Microbiology, ( 2006 ), vol. 100, p. 40.
ЛИТЕРАТУРА
8. Demeyer, D. I., and L. Stahnke. Quality
1. Вълкова-Йоргова, К.. Ръководство за уп- control of fermented meat products. In Meat
ражнения по „Технология на месните processing: Improving quality, Camdridge,
продукти”, УХТ – Пловдив, (2000), с. 109. UK: Woodhead, ( 2002 ), p. 359.

2. Инджелиева, Д. (2013). Изследване харак- 9. Holzapfel, W. H., P. Haberer, R. Geisen, J.
теристиките на Lactobacillus plantarum в Bjorkroth, U. Schillinger. Taxonomy and
стартерни култури за сурово-сушени мес- important features of probiotic micro-
ни продукти. Автореферат на дисертаци- organisms in food and nutrition. American
онен труд за ОНС “Доктор”, УХТ – Плов- Journal for Clinical Nutrition, (2001) vol. 73
див, (2013), с. 51. (2), p. 365S.

3. Инджелиева, Д. Изследване влиянието на 10. Leroy, F., J. Verluyten, L. Vuyst. Functional
стартерна култура от Lactobacillus planta- meat starter cultures for improved sausage
rum върху pH и цветовите показатели на fermentation. International Journal of Food
сурово-сушени продукти от нераздробено Microbiology, (2006), vol. 106, p. 270.
месо. Академично списание “Индуст-
риални технологии”, ( 2014 ), т. 1 (1), с. 11. Lϋcke, F. K. Utilization of microbes to
47. process and preserve meat. Meat Science,
(2000), vol. 56, p. 105.
4. Ammor, S., B. Mayo. Selection criteria for
lactic acid bacteria to be used as functional 12. Pennacchia, C., D. Ercolini, G. Blaiotta, O.
starter cultures in dry sausage production: Pepe, G. Mauriello and F. Villani. Selection
An update. Meat Science, ( 2007 ), vol. 76, p. of Lactobacillus strains from fermented sau-
138. sages for their potential use as probiotics.
Meat Science, (2004), vol. 67, p. 309.

62

ГОДИШНИК НА УНИВЕРСИТЕТ ANNUAL ASSEN ZLATAROV
„ПРОФ. Д-Р АСЕН ЗЛАТАРОВ” – UNIVERSITY, BURGAS,
БУРГАС, 2014, т. XLIII (1)
BULGARIA, 2014, v. XLIII (1)

ОЦЕНКА И АНАЛИЗ НА ТЕХНОЛОГИЧНИЯ РИСК В ИНСТАЛАЦИЯ
ГАЗООЧИСТКА-2 В „ЛУКОЙЛ НЕФТОХИМ” АД БУРГАС ЧРЕЗ МЕТОДА МОЗАР

Петранка Пипева, Сабина Недкова, Пламена Атанасова, Живко Друмев

ASSESSMENT AND ANALYSIS OF THE TECHNOLOGICAL RISK IN A GAS
PURIFICATION PLANT IN LUKOIL NEFTOCHIM REFINERY IN BURGAS USING

MOZAR

Petranka Pipeva, Sabina Nedkova, Plamena Atanasova, Jivko Drumev
E-mail: [email protected]

ABSTRACT

The preservation of human life and health as well as the protection of the environment are the main
responsibilities of the society and the state. That is why a matter of great importance for all institu-
tions is both the elimination of any conditions leading to technological risks and to take effective
actions for their minimization and management.

The aim of the present work is to “scan” the possible risks which may occur in the gas purification
plant in the refinery in Burgas and, on their basis, assess and analyze the possible technological risks.

Using the MOZAR method, we identified the main risks which may lead to adverse events. We also
developed two scenarios which are most likely to happen as well as the fault tree which describes
them. The technological risk is quantified and there are technological and organizational barriers
developed in order to minimize and manage the technological risk.

With the help of the BLEVE and BAKER program products, the losses in case of realization of the
possible breakdown scenarios are quantified.

Key words: risk assessment, scenario, barriers, fault tree analyses

ВЪВЕДЕНИЕ Настоящата работа представлява един
Нарушенията на функционирането на опит да се оцени и анализира технологичният
макар и един елемент на системата могат да риск в инсталация ,,Газоочистка-2” (ГО-2) на
предизвикват различни по мащаб инциденти, ,,Лукойл Нефтохим АД”- Бургас по метода
технологични, социални и икономически Мозар, насочена в две основни направления:
сривове. Вероятността това да се случи е
различна и зависи от достатъчно на брой 1. Да се идентифицират всички източници
фактори, някои от които могат да играят на опасност, водещи до нежелани инциденти
превантивна или стабилизираща роля, други в инсталация за очистване на моноетанол-
могат да подсилят ефекта на грешката. Това амин (МЕА).
означава, че всяка система може да се опре-
дели и като рискова в зависимост от всички 2. Въз основа на разработени сценарии на
вътрешни и външни фактори, обуславящи най-вероятни аварии да бъдат набелязани
цялостното й функциониране, или може да се мерки за управление на технологичния риск.
каже, че рискът присъства във всички човеш-
ки дейности. EКСПЕРИМЕНТ
За да се ограничат възможните вредни
последствия за човека и околната среда, се При извършване на изследването е използ-
налага да се изследват всички разумно пред- ван методът МОЗАР, който по същество е
видими обстоятелства, които могат да въз- един системен подход при идентифициране,
никнат по време на нормалната работа на анализ и управление на технологичния риск
дадена система и в аварийна ситуация. Това [3]. За целта инсталацията се разчленява
означава рискът да може да бъде управляван. условно на четири подсистеми (ПС), дефини-
Преди да може да бъде управляван, той тряб- рани по структурен и функционален признак:
ва да бъде добре оценен и анализиран [1].

63

ПС№1: Тръбопровод + eмкости за нереa- Тръбопровод + колона /К- 305А/+ ребойлер
гирал разтвор на МЕА Е301А/1,2+ помпи Н- Т-304/1,2 + помпи Н-3; Н-4;
13,14 + топлообменник Т- 303/1,2 ; ПС№4:
ПС№2: Тръбопровод + въздушен хладник Тръбопровод + въздушен хладник конденза-
/ВХ-304/ + воден хладник /Х-305/ + Емкости тор /ВХК-302 /+ воден хладник кондензатор
/Е-301/1,2+ помпи H 1, 2, 7, 8; /ХК-306/ + сепаратор /С-306/.
ПС№3:

Таблица 1. Мрежа на опасностите в подсистема №1:

Опасност Нормална Деградирала Коментар
дейност дейност
А1 Х Апарат под налягане
А2 Х Х Корозия на тръбопроводи, кранове
А3 Х Действия с крановете
А4 Х Да се задействат вентилите
А9 Х Въртящи се механизми, образуване на тапа, натя-
гаща стените
В1 Х Загазоване с нерегенериран разтвор на МЕА
В2 Х Образуване на взривна смес-Н2;СН;H2S с въздуха
В3 Х Загазоване с нерегенериран р-р на МЕА
С1 Х Късо съединение при работа на помпи
С2 Х Статично електричество
D Х Пожар
G1 Х Съзнателни действия при неспазване на инструк-
циите
G2 Х Атентат

Таблица 2. Мрежа на нежеланите събития в подсистема №1:

Вид опас- Източник на опасност Установяване на нежеланото
ност събитие
А1 Взрив, разкъсване
А2 Отказ на вентил, пропуск на уплътнение, Изхвърляне на пари и течност
токсичност, пожар Изхвърляне на пари и течност,
А3 Блокиране на клапан, пропуск на уплът- летящи парчета
нение Изхвърляне на пари и течност
А4 Механична повреда на вентил
Механично нараняване, зади-
А9 Въртящи се механизми, образуване на ране
тапа, натягаща стените Счупване на тръбопровод в
В1 Загазоване на района резултат на натягане от вътре
В2 Взривоопасна смес Отравяне
В3 Токсичност във висока степен Взрив
С1 Електричество, късо съединение Натравяне
С2 Източник на запалване - статично елект- Пожар
ричество Пожар
D Пожар
G1 Съзнателни действия при неспазване на Взрив, летящи парчета
инструкциите Авария с различен мащаб
G2 Атентант
Пробив на апарат, срутване,
запалване

64

РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ При определяне вероятността за сбъдване

на дадено събитие ние сме се ръководили от

За всяка подсистема ние съставихме мрежа теоретични предпоставки, като бе взет под

на всички източници на опасност в подсисте- внимание и опитът на обслужващия персонал.

мите - при нормално функциониране на Въз основа на това съставихме мрежа, която

пилотната инсталация и при деградирала включва най-тежките (Т4 и Т5) и най-веро-
дейност. Опасностите могат да се генерират в ятните (В2, В3, В4) аварии, посочени в таблица
самата подсистема или да са свързани с окол- 4.

ната среда (гръм, мълния, земетресения,

заледяване и др.). Таблица 3. Елементи на риска в подсистема

Опасностите могат да бъдат механични, №1

химични, електрически, причинени от пожар, № Ниво
от ел. ток и др. Съставената мрежа за опас- на опа-
ностите за ПС №1 е представена на таблица 1. сността Т В Е Т х В х Е на

На базата на мрежата на опасностите със- А1 15 риска
тавихме мрежа на нежелателните събития А2 7
(таблица 2). Като се вземе под внимание тази А3 7 0,5 0,5 3,8 1
мрежа и за останалите подсистеми, нежелани- А4 1
те събития за пилотната инсталация са свър- А9 0,5 0,5 1,8 1
зани главно с/със: В1 15
В2 7 6,0 1,0 42,0 2
- изхвърляне на Н2S и МЕА в – В3 15
атмосферата; С1 40 6,0 3,0 18,0 1
С2 15
- изгаряне с пара; D 7 0,5 0,5 3,8 1
- различни видове механични G1 40
G2 15 6,0 0,5 21,5 2
наранявания; 40
- пожар ; 3,0 0,5 22,5 1
- взрив;
- отравяне; 0,5 0,5 10,0 1

3,0 0,5 22,5 2

0,5 0,5 1,75 1

0,5 0,5 10 1

3,0 0,5 22.5 2

0,5 0,5 10 1

- смърт. В мрежата на риска са свързани зависи-

Тези въздействия върху човека, околната
среда и материалната част не могат да бъдат мостите – Тежест/Вероятност за рисковите
всеобхватно предвидени в нашето изследва- събития за всяка подсистема. Те са или при-
не. Ето защо ние отделяме най- емливи, или неприемливи в зависимост от
представителните аварии, избрани според това от коя страна на рисковата линия попа-
тяхната тежест и вероятност. Най-тежки са дат. Тази линия показва границата между
инцидентите с тежест 4 и 5 степен, последи- приемливите и неприемливите рискови съби-
ците от които са свързани с пожар, взрив, тия. Тя е определена след проведени раз-
наранявания, разрушаване на технологичните говори с персонала на инсталацията и се
нарича линия на договарянето.
възли и смърт.

За всяка идентифицирана опасност бяха Мрежа на риска в Подсистема №1

определени елементите на риска, които тя

поражда, обобщени в таблица 3.

Използвана е формула за дефиниране на В4

риска (Р) [3]. Това е величина, съставена от В3
произведението на трите параметъра (таблица В2
3) - вероятност (В), експозиция (Е), тежест В1
(Т): В0

Р=В х Е х Т Т1 Т2 Т3 Т4 Т5

За пресмятане последствията от реализа-
По отношение на вероятността на аварии- цията на избраните сценарии е използван
те, ние използваме съществуващата стълбица, софтуер на „Rhone–poulene industrialisation”-
съгласно която събитията се подразделят на: BLEVE и BAKER. С помощта на тези прог-
малко възможни (В1), възможни в ограничен рамни продукти са определени размерът,
случай (В2), събития с ниска вероятност (В3) и височината и продължителността на горене
събития, които се случват много често (В4).

65

на огненото кълбо при BLEVE; разстоянието, Таблица 5. Въздействие на огненото кълбо,
до което се изхвърлят летящите парчета, по- отчетено по различни скали
раженията върху хората от въздействието на
ударната вълна и огненото кълбо. Като Скала Rb, Hb, Tb, D%, Dbs, Dsd,
входни данни за програмата са въведени mm sm m m
масата на течността - 70 000 kg
Marshall 90 214 12,4 205,5 269 457
Таблица 4. Мрежа Тежест/Вероятност Robersts 95 242 14,7 230 300 511
подсистема №3 T.N.O 97 226 12,9 225 294 499,5

Източник на Установяване на Тежест В таблицата са използвани следните озна-
опасност събитието /Вероя- чения:
тност
Източник на Установяване на Т4/ В1 Rb- радиус на огненото кълбо, m;
опасност нежеланото Т3/ В1 Hb- височина на издигане на огненото
събитие кълбо, m;
Износване на Т4/ В1 Tb –продължителност на горене, sec;
части, пукна- Изпускане на Т4/ В1 D% -разстояние, до което 1% от хората са
тини, разру- амонячни пари и Т4/ В1 мъртви, m;
шителни течен полимер Т3/ В4 Dbs- разстояние на значителни изгаряния,
подпори на Т3/ В3 m;
абсорбцион- Изпускане на Т4/ В3 Dsd - разстояние на границата на болката,
ните колони амонячни пари и m.
Блокиране, течен полимер Т5/ В1 На фигура 1 е представено разстоянието на
отказ на Изпускане на изхвърляне на парчетата в метри.
крановете амонячни пари и
Механична течен полимер Фиг. 1. Разстояние, до което ще бъдат изх-
повреда Пожар, взрив, върлени парчета с маса 150 kg от инсталация
изхвърляне на
Взривоопас- летящи парчета ГО-2 в случай на взрив, m
на смес Отравяне
Пожар, взрив Видно е, че максималното хоризонтално
Токсичност разстояние, до което ще бъдат изхвърлени
Източник на Изпускане на парчетата, е около 120 m, а максималното
запалване пари, разлив на вертикално разстояние е 80 m. Следователно,
Лошо свърз- горещ полимер, при реализирането на подобна авария би
ване, неза- изгаряне трябвало да се очакват поражения не само
тегнати Изпускане на върху инсталация ГО-2, но това би засегнало
кранове амонячни пари и много сериозно всички съставни части на
Блокиране на течен полимер, инсталацията, както и близко намиращата се
крановете, летящи парчета, административна сграда.
разрушаване отравяне, изгаря-
на реактора и не, смърт Това налага да се набележат мерки за от-
буферния страняване на риска от такива нежелателни
съд, скъсване инциденти, затова са създадени бариери за
на тръбопро-
води;

Анализирайки резултатите от таблица 5, се
вижда, че по данни на Робъртс всички хора,
намиращи се на открито на разстояние 300 m,
ще получат значителни изгаряния, а на разс-
тояние 230 m 1 % от намиращите се там хора
ще загинат от изгаряне. На 511 m всички хора
ще почувстват болка от изгаряне.

66

отстраняване, минимизиране и управление на В7–избягване на глухи зони, сигнали-
риска въз основа на предложения сценарий. затори за промяна на параметрите;

Съгласно изискванията, тези бариери се В8–дублиране на данните, чести техни-
поставят на входа на всяка врата „И” и чески прегледи;
„ИЛИ”. За вратите „И” е достатъчна само
една бариера, за вратите „ИЛИ” е необходима В9–сигнализатори за регистриране на отк-
по една бариера (В) на всеки вход. За при- лонение от допустимото количество пара;
ложения във вид на Дърво на отказите Сце-
нарий 2 това са: В10–дублиран КИП и дублирана инфор-
мация;
В1–познаване на розата на ветровете, ин-
формация за посока и сила на вятъра; В11–познаване на процесите, извършващи
се в инсталация „ГО-2”
В2–липса на газоанализатори и сигнали-
затори за повишено количество на газа на те- В12–познаване на процеса и възможен
риторията на административната сграда; ин- контрол на определен период;
дивидуални газсигнализатори;
В13–сигнализатори, включващи се при
В3–избягване на мъртви зони, рентгено- промяна на параметрите.
скопски анализ; В4 = В3;

В5–технологичен контрол, сигнализатори
при регистриране отклонения в параметрите,
защита от външни нападения;

В6– рентгенографски, ултразвуков анализ;
67

ИЗВОДИ ния, до които биха достигнали парчетата от
разрушената инсталация.
Въз основа на направено изследване и 5. Доказано е, че до 457 m могат да се очак-
анализа на получените резултати могат да ват материални щети и човешки жертви.
бъдат направени следните изводи: Разглежданите варианти показват, че адми-
нистративната сграда при реални и екстремни
1. Идентифицирани и анализирани са рис- ситуации ще получи пълно разрушение.
ковете в инсталацията „ГО-2” чрез системен Поради това се предлагат допълнителни
метод МОЗАР. Доказани са рисковете в технологични бариери, резервна зала, вън от
четирите подсистеми, а именно рисковете, обсега на поражение и др.
свързани с корозия, механични напрежения,
счупване на носеща колона, които могат да ЛИТЕРАТУРА
доведат до крупни производствени аварии.
1. Международна агенция по атомна енер-
2.Чрез диаграмата „Тежест – Вероятност” е гия. Ръководство за класифициране и прио-
определена неприемлива зона, в която попа- ритизиране на риска от големи промишлени
дат по-голяма част от нежеланите събития. аварии - Междуведомствена програма за
Въз основа на получените резултати са нап- оценка и управление на риска за околната
равени предложения за минимизиране и среда и човешкото здраве от енергетичните и
варианти на ограничаване на риска. други промишлени комплекси, 2004.

3.На базата на избраните сценарии са пост- 2. Перийон, П. Метод за организация,
роени дърветата на отказите (грешките) и са систематизиране и анализ на риска. Мето-
определени технологичните и организацион- дично ръководство. TEMPUS JEP 02154,
ните бариери, водещи до неутрализиране и 1994.
минимизиране на рискове в инсталация „ГО-
2”. 3. Ценев, Ил. Ръководство за управление и
оценка на риска при работа, С., Ескарго-90,
4.Определени са свръхналяганията във 2000.
фронта на взривната вълна, параметрите на
огненото кълбо, както и вероятните разстоя-

68

ГОДИШНИК НА УНИВЕРСИТЕТ ANNUAL ASSEN ZLATAROV
“ПРОФ. Д-Р АСЕН ЗЛАТАРОВ” – UNIVERSITY, BURGAS,
БУРГАС, 2014, т. XLІII (1)
BULGARIA, 2014, v. XLІII (1)

РАЗРАБОТВАНЕ НА КОНТУР ЗА РЕГУЛИРАНЕ НА ЕЛЕКТРОМАГНИТНИЯ
МОМЕНТ НА АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ В СИСТЕМА ЗА УПРАВЛЕНИЕ ПО

ВЕКТОРА НА ГЛАВНОТО ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕ НА ДВИГАТЕЛЯ

Кремена Димитрова, Пенчо Георгиев

DEVELOPING A CONTROL LOOP FOR ELECTROMAGNETIC TORQUE OF
ASYNCHRONOUS MOTORS IN A CONTROL SYSTEM BASED ON THE VECTOR OF

THE MAIN STREAM TRACTION OF THE MOTOR

Kremena Dimitrova, Pencho Georgiev
E-mail: [email protected]

ABSTRACT

This article proposes an improved solution to the structural design of a control loop for the
electromagnetic torque of asynchronous motors. This is due to the proposed new recordings of the
transfer function of the dynamic elements participating in the structure. An important fact is that such
input signals are used that are proportional to the modulus of the mainstream traction. The latter
depends on the inductance of the loop, as well as on the constituents of stator and rotor components.
Another important point is the proposed filter in the compensation chain ensuring a new recording of
the transfer function. In this article a new structural design of a control loop for rotational speed
which uses a PI-regulator in order to satisfy the conditions for technical optimum is also proposed.
For the above an appropriate correction of the value of the mainstream traction modulus is envisaged
and applied.

Key words: mainstream traction modulus, components of stator and rotor currents, transfer
function, technical optimum, compensation filter.

ВЪВЕДЕНИЕ електромагнитния момент на асинхронен
двигател (АД). Това се постига при пред-
Известно е, че системите за векторно уп- лаганата структурна схема, представена на
равление успешно се прилагат в различни фиг.1.
производствени механизми, създаващи опре-
делен вид статичен момент. Не само голе- От структурната схема се вижда, че
мината му, но и неговият характер за изме- преобладаващата част от съставните блокове
нение е задължително да се отчитат при в динамично отношение имат предавателна
разработване на контур за регулиране на функция на апериодично звено. За тяхното
влияние са въведени и определени по стой-
ност коефициенти на обратните връзки по

69

I s1

ωψ 0

Is2 T П .T s + 1 К Т .П (Rs + kr.Rr )−1 ωΨo Mc 3 p M 1
Тµs +1 Ti2 s + 1 2 js
T И .Т s

k k .e Ψo

kО.В.T kО.В.ω

Λ

| Ψo |

Фиг.1. Структурна схема на контур за управление на електромагнитния момент на
двигателя

ток и скорост. Като входни сигнали за някои пряка компенсация на е.д.н., получаваме
от умножаващите блокове се използват
такива, които са пропорционални на модула след-ната предавателна функция:

WP.T(s)=(TП.Ts+l)/(TИ.Ts) (5)

на главното потокосцепление ψ& 0 , което При ТП.Т=Тi2, Тi2=LNs/(Rs+krRr) и

зависи както от индуктивността на контура, ТИТ=2Тµ(kТПkО.В.Т)/(Rs+krRr)
така също и от съставящите на статорната и
роторната компоненти, т.е. Контурът ще бъде настроен в съответствие с

ψ&0 = Lm (Is1 + Ir1) (1) условията за технически оптимум.

Пряката компенсация на е.д.н. на въртене

Тъй като понижава влиянието на вътрешните връзки на

двигателя в съответствие с предавателната

Lσr ψ& 0 функция:
Rr Lm
I s1 = (ωψ 0 − pω ) I s 2 + , то тогава (2) δ ( pωψ&0 )(s) = − Tµ s (6)
( pωψ&0 )(s) Tµ s +1
Lσr
Ir1 = − Rr (ωψ 0 − pω ) I s 2 . (3) където kkE = 1/kТ.П

Прилагането на филтър във веригата за

След съответни преобразувания крайният компенсация:
запис на тази компонента е:
Wф.kE (s) = (2Tµs+l)/( Tµs+l), (7)

Ir1 ψ& 0 ψ&0 2 − Is2 позволява да се получи предавателна функ-
2Lσr (2Lσr )2
= − + . (4) ция от вида:

Тъй като съставящата на статорния ток Is1 δ ( pωψ&0 )(s) = Tµ2 s 2 (8)
в процеса на работа на системата непре- ( pωψ&0 )(s) (Tµ s +1)2
къснато се променя, дори и при постоянен
модул на главното потокосцепление, това Влиянието на е.д.н. на въртене, съотнесено
съществено отличава асинхронния двигател
от постояннотоковия. При последния, както е към изходните сигнали на контура за упра-
известно, възбудителнитя ток обикновено е
постоянен по големина. вление на съставящата Is2, определя следната
функция:
Ако в структурната схема от фиг.1 при-
ложим в контура за управление на със- ( δ .Is2 (s) = (9)
тавящата Is2 ПИ-регулатор и едновременно и pωψ& 0 )(s)

[ [ ] ]=
2Tµ3s3 (Tµ + ∆Tµ )s +1 (Rs + kr .Rr )−1
2(Tµ + ∆Tµ )2 s2 + 2(Tµ + ∆Tµ )s +1 (Ti2s +1)(Tµ s +1)

70

Ако дрейфът ∆Tµ = 0, тo: електрозадвижването е необходимо да се
включи в следната последователност:
( δ .Is2 (s) = 2Tµ3s3(Rs + kr .Rr )−1 (10) - входният сигнал ω3 = 0, тогава се включва
pωψ&0 )(s) (2Tµ2s2 + 2Tµ s + 1)(Ti2s + 1) каналът за управление на модула на потоко-
сцеплението;
Вижда се, че максималното усилие се оказ-
ва при честоти, по-големи от (2Tµ)-1. - след установяване на ψ&0 = ψ&0 3 се изпъл-

Очевидно, при точно известни параметри нява програмата за управление на скоростта.
на двигателя и на преобразувателя, се предо- Именно тази последователност на включ-
ставя практическа възможност за подтискане
на влиянието на електродвижещото напреже- ването открива възможност за използване на
стандартни блокове за деление.
ние (е.д.н.) на въртене.
ИЗВОДИ
Контурът за управление на ъгловата ско-
рост на ротора при настроен контур за съста- Изнесеното до тук представлява добра
вящата на тока Is2 може да бъде настроен по теоретична основа за бъдещи разработки и
условията за технически оптимум с помощта изследвания на функционалните зависимости
на пропорционален регулатор и по условията между основните параметри на системата за
за симетричен оптимум с помощта на ПИ- управление на асинхронен трифазен електро-
регулатор на скорост. На фиг.2 е представена двигател. На тази база се очаква да се проведе
структурната схема на контур за управле- изследване на поведението на вариантното
ние на ъгловата скорост на асинхронен дви- решение на система за векторно управление,
гател с ПИ-регулатор. Вижда се, че в систе- задвижваща конкретен производствен меха-
мата е приложена корекция на стойността на низъм както с постоянно, така и с променливо
модула на главното потокосцепление. Оче- статично натоварване. От друга страна, тя ще
видно е, че максималният начален момент съ- определи и зависимостта на вида на ста-
ответства на максимално допустимата стой- тичното натоварване от скоростта или изми-
ност на насищане на модула на главното по- натия път.
токосцепление. Тъй като корекцията се осъ-
ществява с помощта на блок за деление, то

Λ Ψo Mc

| Ψo |

÷ω 3 k O . B .T − 1 M js ω
kc 2Tµ s + 1
3 p
2

kО.В.W

Фиг. 2. Структурна схема на контур за управление на скоростта на асинхронен двигател

ЛИТЕРАТУРА 3. Алексиеев В., В. Датрау, В. Рудаков, Т.
Россо, В. Черкасов. Электропривод с вектор-
1. Рудаков, В., И. Столяров, В. Датрау. ным управлением. Авторское свидетельство
Асинхронные электроприводы с векторным СССР N01443112, Н 02 Р 5/408, 1988.
управлением.Энергоатомиздат, 1987.
4. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientie-
2. Столяров И., А. Емельянов, Г. Синель- rung die Grundlage für die Transvektor – Rege-
ников, Н. Литвинов. Устройства для опреде- lung von Drehfeldmaschinen.“Siemens Zeitsc-
ления координат асинхронного двигателя. hrift, 1971, N0 45, H.10.
Авторское свидетельство СССР N01283926, Н
02 Р 5/402, 1987.

71

ГОДИШНИК НА УНИВЕРСИТЕТ ANNUAL ASSEN ZLATAROV
“ПРОФ. Д-Р АСЕН ЗЛАТАРОВ” – UNIVERSITY, BURGAS,
БУРГАС, 2014, т. XLIII (1)
BULGARIA, 2014, v. XLIII (1)

ИЗСЛЕДВАНЕ НА ТЕРМОЕЛЕКТРИЧЕСКИ МОДУЛ НА ПЕЛТИЕ

Анатолий Александров, Ивайло Беловски

EXAMINATION OF THERMOELECTRIC PELTIER MODULE

Anatoliy Aleksandrov, Ivaylo Belovski
E-mail: [email protected]

ABSTRACT

The limited information about the design parameters and characteristics of thermoelectric modules
makes it necessary to examine their basic and most important static characteristics and parameters
needed in the design and manufacture of thermal cooling devices. The purpose of this article is to
develop and study a thermoelectric battery (TEB) based on thermoelectric module.

Key words: thermoelectric modules, Peltier module, cooling devices

ВЪВЕДЕНИЕ ни по-обстойни изследвания на неговите
Термоелектрическото охлаждане на осно- основни статични характеристики и парамет-
вата на ефекта на Пелтие намира широко ри. Получените резултати от изследването
приложение през последните години. Това е могат да се използват както за избор на опти-
сравнително нова тенденция в хладилната мален постояннотоков режим на работа, така
техника, която се занимава с понижаване и и за създаване на модел във вид на еквива-
стабилизиране на температурата в сравни- лентна схема.
телно малки затворени пространства. Термо-
електрическите модули имат няколко неоспо- Цел на настоящата разработка е да се
рими предимства като: просто устройство и създаде ефективна термоелектрическа бате-
малки габаритни размери; надеждност на рия (ТЕБ) на базата на термоелектрически
конструкцията и дълъг срок на експлоатация модул на Пелтие и да се проведат експери-
(над 200000 часа); точно поддържане и плав- ментални изследвания на преобразувателните
но регулиране на температурата; липса на характеристики и поведение на ТЕБ в реална
движещи се части и вредни за околната среда термоохладителна система с оглед приложе-
хладилни агенти; ниска консумация; висока нието й в инженерната практика.
ефективност – до 400 W и др. [5].
Всички тези предимства обуславят широ- ЕКСПЕРИМЕНТ
кото приложение на термоелектрическите ох- Експериментът е проведен с помощта на
лаждащи модули. Те се използват в свръхви- термоелектрическа хладилно-отоплителна си-
сокочестотната и инфрачервената техника, стема, осигуряваща необходимата термоста-
медицината, електрониката, биологията и в билизация. Тя се състои от ТЕБ и термо-
много други области на науката и техниката. cтатиран съд, изграден от двойни стени, меж-
Освен всичко останало, модулите на Пелтие ду които е вграден термоизолационен слой. В
могат да се използват и за загряване на затво- съда липсва вентилация и се разчита един-
рен обем [1, 2]. ствено на естествената конвекция.
Данните за конструктивните характерис- Основен възел на термоелектрическата
тики и параметри на произвежданите термо- хладилно-отоплителна система е термоелек-
електрически модули (ТЕМ) са недостатъчни. трическата батерия, в която е вграден термо-
Тъй като ТЕМ е основен конструктивен еле- електрически модyл на Пелтие (фиг. 1).
мент при проектирането на термоохлади- За нормална работа на ТЕМ е необходимо
телни устройства, се налага да бъдат направе- да се осигури ефективен топлообмен между
горещата и студената му страна.

72

Количеството на погълнатата от студения
край топлина Q , която може да се отнеме от

изолиран затворен обем, е пропорционално на
големината на тока I и се определя от
зависимостта [1]:

Q = 2N ⎛ α ITСТ − I 2ρ − λ∆TG ⎞ (1),
⎜ 2G ⎟
⎝ ⎠

където: N - брой на термоелементите в

Фиг.1. Термоелектрическа батерия модула;

За тази цел се използват подходящи ради- α - коефициент на Зеебек;
атори 1 и 6 и вентилатор 7 за горещия край. ρ - специфично съпротивление на
За отвеждане на топлината между радиатора
и ТЕМ на Пелтие се използва топлоотводът 2. материала;
Той се монтира към студената страна на мо-
дула на Пелтие поради по-малката плътност λ - коефициент на топлопроводност
на топлинния поток. Топлоизолационният
слой 8 служи за намаляване на топлообмена на материала;
между горещия и студения радиатор на ТЕБ.
G= S = LB - геометричен фактор,
ТЕМ на Пелтие е изграден от множество H H
елементи на Пелтие, свързани електрически
последователно и паралелно топлинно. Те са определен като съотношение между площта
монтирани между две успоредни керамични
плочи 3 с висока топлопроводимост. Самият на сечението S и височината H на стълб-
елемент на Пелтие (най-малката градивна
част на ТЕМ на Пелтие) се състои от P и N четата на термоелемента ( L и B са съот-
полупроводници 5 с правоъгълна или цилин-
дрична форма, свързани с метален контакт 4. ветно дължина и широчина на термо-
Действието му се основава на ефекта на Пел- елемента).
тие, който се дължи на поглъщане и отделяне
на топлина в контактите между метала и От уравнение (1) следва, че за оценка на
полупроводниците. В кой край ще се поглъща топлинния баланс на ТЕМ се отчитат едно-
или отделя топлина, зависи от посоката на временно действието на ефекта на Пелтие, на
тока [3, 4]. ефекта на Джаул (отделената топлина в обема
вследствие на протичането на ток през вери-
Анализът на зонната диаграма на контакта гата) и пренасянето на количеството топлина
полупроводник N тип – метал – полупрово- от топлия към студения край, обусловено от
дник P тип показва, че електроните поглъщат топлопроводността на полупроводниковите
енергия (в случая топлинна) при движението елементи. Следователно, температурната раз-
си от по-ниски към по-високи енергийни ни- лика ∆T зависи от протичащия през елемен-
ва. Това води до охлаждане на контакта. При та ток и конструктивните параметри на ТЕМ,
обратна посока на тока електроните слизат на като нараства дотогава, докато хладопроизво-
по-ниски енергийни нива, отдавайки топлина дителността, дължаща се на ефекта на Пел-
в зоната на контакта, и по този начин го за- тие, се уравновеси от топлината на Джаул и
гряват. На тези процеси се дължи и практи- обратния температурен поток.
ческото приложение на ТЕМ на Пелтие – при
пропускане на електрически ток едната му Конструктивно-технологичните параметри
страна се загрява до температура ТГ, а другата
на ТЕМ и константите α , λ и ρ се изменят
се охлажда до температура TСТ . Възниква
в широки граници и оказват съществено вли-
температурна разлика яние върху хладопроизводителността. Рабо-
тата на ТЕМ на Пелтие като охлаждащ еле-
∆T = TГ − ТСТ . мент зависи до голяма степен от термо-
електрическата ефективност на материалите и
температурната разлика ∆T в двата края на
ТЕМ. Ето защо при проектирането на термо-
охладителна система на базата на ТЕМ на
Пелтие е необходимо да се изследват експе-
риментално преобразувателните характерис-
тики на ТЕБ.

По време на експеримента са изследвани
статичните входна и преобразувателна харак-
теристики на синтезираната ТЕБ на основата

73

на ТЕМ на Пелтие ТЕС1–12704Т125, произ- при максимална мощност Pmax и при Pmax / 2 .
водство на фирмата Beijing Huimao Cooling
Equipment, Китай. Проведени са изследвания Каталожните данни на елемента са
представени в таблица 1 [5].

Таблица1. Каталожни данни на елeмент ТЕС1–12704Т125

ТИП Брой Umax Imax ∆Tmax(C) Qmax LxBxH R (Ω)
елементи (V) (A) (W) (mm) 3,12
TEC1-
12704T125 127 15,2 4 67 40,1 40×40×4,6

РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ включени 127 елемента на Пелтие, т.е. при
максимална мощност Pmax .
Входната характеристика I = f (U ) (фиг.
2) показва зависимостта на тока I през ТЕМ
на Пелтие във функция от приложеното на-
прежение U . Тази характеристика е основна
и служи за определянето на постоянно-
токовия режим на термобатерията. Харак-
теристиката е почти линейна и от нея е опре-
делено статичното съпротивление на ТЕМ на
Пелтие, което се променя с нарастването на
тока в границите от 5,20 Ω до 5,89 Ω .

Фиг. 3. Семейство преобразувателни
характеристики ∆T = f (t)

Фиг. 2. Входна характеристика I = f (U ) По време на експеримента, паралелно с
измерване на температурата на горещия и
Преобразувателните характеристики студения радиатор на ТЕБ, е измерена и
температурата в изолирания затворен обем.
∆T = f (t) при различни захранващи напре- На фиг. 4, 5 и 6 са показани графичните

жения са показани на фиг. 3, като ∆T е зависимости TV = f (∆T ) на температурата в
разликата между температурата на горещия и
обема TV от температурната разлика ∆T при
студения край. Зависимостите са нелинейни и
U = const.
имат ясно изразен участък на насищане, кой-
От получените експериментални резултати
то настъпва между петата и десетата минута могат да се направят следните изводи:

след началото на експеримента. От графиката 1. С увеличаването на захранващото
напрежение се постига по-голяма темпера-
се вижда, че максимална температурна раз- турна разлика ∆T между топлата и студената
страна на ТЕБ (при U=12V(Pmax) - ∆T = 31o C
лика ∆T се получава при по-високото за-
хранващо напрежение (U = 12V ) и при 2. При работа на ТЕБ в режим на

максимална мощност Pmax се постига и

максимална температурна разлика ∆T ;

74

(U = 12V (Pmax ) ) се достига и минималната

температура в обема ТV = 9, 5o C .

4. При работа на ТЕБ с мощност Pmax / 2 и

при номинално захранващо напрежение

U = 12V температурата в изследвания обем

почти не се променя и за целия период на
изследването (в продължение на 90 min.)
намалява само с един градус по Целзий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Фиг. 4. Зависимост на температурата в обема Получените експериментални резултати
TV от температурната разлика ∆T - показват, че изследваните ТЕМ на Пелтие са
подходящи за термостатиране на сравнително
TV = f (∆T ) при U = 10V (Pmax ) малки обеми. Фактът, че елементите на Пел-
тие се изготвят от поликристален силиций с
по-ниска чистота, отколкото при производст-
вото на силициеви полупроводникови еле-
менти, определя голямата перспективност на
тази елементна база, както и необходимостта
от задълбочаване на нейното изследване с
оглед широкото й прилагане в инженерната
практика.

Обект на бъдещо изследване е синтезиране
на ТЕБ с повече от един ТЕМ на Пелтие. Това
би създало предпоставки за повишаване на
хладопроизводителността както в по-малки,
така и в по-големи изолирани обеми.

Фиг. 5. Зависимост на температурата в обема ЛИТЕРАТУРА
TV от температурната разлика ∆T -
TV = f (∆T ) при U = 12V (Pmax ) 1. Ильярский, О.И., Х.П. Удалов. Темоэлект-
рические елементы. Москва, Энергия,
Фиг. 6. Зависимост на температурата в обема 1970.
TV от температурната разлика ∆T -
TV = f (∆T ) при U = 12V (Pmax / 2) 2. Saengchandr, B., N. V Afzulpurkar, “A Nov-
el Approach for Cooling Electronics Using a
3. Температурната разлика ∆T оказва Combined Heat Pipe and Thermoelectric
пряко въздействие върху температурата в Module”, American J. of Engineering and
обема TV . От графиките се вижда, че при Applied Sciences 2 (4): 603-610, 2009
максимална стойност на ∆T = 31o C
3. Александров, А. Полупроводникови еле-
менти и интегрални схеми. ЕКС-ПРЕС-
Габрово, 2012.

4. Бахчеджиев, Х., Т. Чолаков, М. Нешев, Л.
Бедикян. Термоелектрически хладилно-
отоплителни системи. Ботевград, 1998,
188-193.

5. Standard Common Thermoelectric Cooing
Module, 13.04.2014 -http://www.huimao.com

75

ГОДИШНИК НА УНИВЕРСИТЕТ ANNUAL ASSEN ZLATAROV
“ПРОФ. Д-Р АСЕН ЗЛАТАРОВ” – UNIVERSITY, BURGAS,
БУРГАС, 2014, т. XLIII (1)
BULGARIA, 2014, v. XLIII (1)

МОДЕЛИРАНЕ ПРОЦЕСА НА ПОЛУЧАВАНЕ НА КОД НА ХЕМИНГ С ОБОБЩЕНА
МРЕЖА

Лилия Станева, Ивелина Вардева, Цветослав Цанков

MODELLING THE PROCESS FOR OBTAINING HAMMING CODE BY GENERALISED
NETS

Liliya Staneva, Ivelina Vardeva, Tsvetoslav Tsankov
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

ABSTRACT

Codes originated in ancient times. Every language has a complex coding system, comprising its
core alphabet, words, and grammar. The language allows to transfer information quickly and securely
with a sufficient degree of accuracy in any surrounding environment. The paper regarding Hamming
code is designed to correct random errors in the communication channel with noise modeled by gen-
eralized nets.

Key words: modeling, generalized nets, algorithm, Hamming code, designed for correction of ran-
dom errors

ВЪВЕДЕНИЕ поправящи две грешки. Техните усилия се
увенчават с успех едва през 1959 г., когато
Математическият апарат на крайните ал- Боуз и Чоудхури ре-шават проблема. Незави-
гебрични полета се оформя като относително симо от тях, през 1960 г. Хоквингем получава
самостоятелна научна дисциплина през 20-те аналогични резултати.
и 30-те години на 20-ти век в резултат на ра-
дикално преустройство, което превръща ал- ИЗЛОЖЕНИЕ
гебрата в теоретико-множествена, аксиома-
тична наука с основен предмет алгебричните Кодовете са измислени, за да могат да се
операции, извършвани над елементи с произ- поправят грешки в канала за връзка с шум [1].
волна природа. Предполага се, че съществува телеграфна ли-
ния между София и Бургас, по която може да
Възможностите на математическия апарат се изпращат 0 и 1. При изпратена 0 се приема
на крайните алгебрични полета за дълбоко, в другата страна също 0, но понякога може да
съдържателно и високоефективно изследване се приеме 1 или 1 да се приеме като 0. Прие-
на широк кръг от задачи в теорията на кому- ма се, че средно при всеки 100 символа съ-
никационните системи и на радиолокацията в ществува грешка. Това означава, че за всеки
частност са оценени в края на 50-те години на символ има вероятност при предаване в кана-
20-ти век в резултат на успешното решаване
на следните два изключително важни проб- ла да се получи грешка . Описаният
лема. Първият от тях е проблемът за синтези-
рането на кодове на Хеминг, поправящи две и модел се нарича двоичен симетричен канал и
повече грешки. Както е известно, кодовете на
Хеминг, откриващи и поправящи една греш- е показан на фиг. 1.
ка, са предложени през 1942 г. в доклад, кой-
то е бил засекретен до 1949 г. В периода 1949 Фиг.1. Двоичен симетричен канал с вероятна
г. – 1959 г. най-изявените световни теоретици грешка p
в областта на комуникационните системи
хвърлят огромни усилия, за да открият метод
за синтез на кодове на Хеминг, откриващи и

76

Едни от най-простите блокови кодове и ОПИСАНИЕ НА ПРОБЛЕМАТИКАТА
методи за декодиране са кодовете на Хеминг, НА БАЗА СРЕДСТВАТА НА
които са описани много подробно в [2]. Ха- ОБОБЩЕНИТЕ МРЕЖИ
рактерно за тях е, че те съдържат четен брой
единици в кодовата комбинация. Проверката Обобщените мрежи, използвани за фор-
за верността на получената дума се извършва мално описание на алгоритъма, са една тех-
чрез сумиране по модул 2. Разредите в дво- ника за формално описание на процеси, из-
ичните комбинации са разделени на инфор- ползвайки висока степен на абстрактност и
мационни и коригиращи. Целта на тази ста- интуитивност. Такъв подход позволява да се
тия е да предложи модел с обобщени мрежи изключи двузначността в семантиката на от-
за създаване на код на Хеминг. Както се делните инстанции, представляващи отделни
вижда, те притежават много слаби коригира- семантични единици в представения модел.
щи способности, което практически го прави Резултатът на този тип моделиране е гене-
неефективен. Въпреки всичко описаният мо- риране на абстрактна обобщена мрежа, пре-
дел предлага един алгоритъм за откриване и доставяща възможност за безпрепятствено
поправяне на единична грешка в предадена от имплементиране в програмни среди. В пред-
предавателя дума, независимо от нейния раз- ставения случай не се взема под внимание
мер [3], [4]. средата на изпълнение на самата инстанция.
По този начин всички аспекти, различни от
Пример: Информационната кодова ком- функционалните, не се включват в модели-
бинация 1011 е кодирана чрез седемелемен- рането.
тен код на Хеминг. Да се провери кодирането
и декодирането за допусната грешка при при- Концепцията на ОМ, е описана в [3, 4].
емане. ОМ се състои от преходи. Графично пре-
ходът в се представя като съвкупност от два
Тъй като имаме кодиране със седемеле-
елемента: и (Фиг. 2.).
ментен код, се преобразуват индексите на
от арабски цифри в двоичен код.

След като представим разрядите в двоичен Фиг. 2.: Графично представяне на прехода Z в
код, се съставят уравнения на коригиращите
битове, както следва ОМ

1. Описват се всички разряди, които съ- Всеки преход в ОМ има поне една входна
държат в най-младшата си част лог.1 – и поне една изходна позиция. Графичното
това са:
(1) означение на позициите е кръгче ( ). В
позицията може да влиза не повече от една
2. Описва се второто уравнение, като то- дъга и също от позицията може да излиза не
зи път се вземат лог. 1 в средата – то- повече от една дъга. Позиция, от която излиза
ва са: дъга, е входна за прехода, а позиция, в която
(2) влиза дъга, е изходна за прехода.

3. Описва се третото уравнение, като се Всеки преход може да има m входни и n
вземат най-старшите разряди на дво- изходни позиции, където m≥1 и n≥1. На фиг.2
ичния код:
(3) входните позиции за прехода Z са означени с

Новополучената система (4) от уравнения l1′ , ..., li′ ,..., lm′ , а изходните – с l1′′ ,..., l′j′ ,...,
(1), (2), (3) е системата за проверка на грешки
при предаване, като посочва мястото на
грешно прочетения бит.

(4)

77

ln′′ . Входна позиция, в която не влиза дъга, се мират в съответната входна за прехода пози-
ция, могат да се придвижат до съответната му
нарича вход на мрежата, а изходна позиция, изходна. Ако предикатът има невярна
от която не излиза дъга – изход на мрежата. В стойност (“false”), ядрата остават във входна-
позициите в мрежата може да има ядра, които та позиция.
се придвижват от входните към изходните
позиции на преходите. Когато във входните ОБОБЩЕНО МРЕЖОВИ МОДЕЛ
позиции има достатъчен брой ядра и настъпи
определеният за прехода момент от време, Разработен е обобщен мрежови модел
ядрата от входните позиции придобиват въз-
можност да се придвижат до изходните пози- (фиг. 3) с въведено множество от преходи ,
ции. Този процес на преминаване на ядрата от които: А = {Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6}, където пре-
входните в изходните позиции на прехода се ходите описват следните процеси:
нарича активиране на прехода. В началото
ядрата, които постъпват в мрежата през Z1 = “Проверка за наличност на код с дъл-
входните й позиции, имат т.нар. начални ха- жина N”;
рактеристики. При всяко преминаване през
преход в мрежата те получават нови характе- Z2 = “Преобразуване на индексите на кода
ристики и така всяко ядро в мрежата е уни- от към ”;
кално и има своя история. Всяка позиция има
свой капацитет. Z3 = “Съставяне на уравнения за кориги-
ращите битове”;
С всеки преход е свързана индексирана
матрица, която се нарича условие на прехода Z4 = “Проверка за възникнала грешка при
предаване”;
и се означава със символа . Тя съдържа тол-
кова реда, колкото са входните позиции на Z5 = “Анализ на получените данни”;
съответния преход, и толкова колони, колко- Z6 = “Отстраняване на грешката от преда-
то са изходните му позиции. За прехода Z от ване”.
фиг.2. индексираната матрица е с размерност Преходите имат следното описание:

m × n. Елементите й са предикати, които имат Z1= < {l1, L1A}, {l2, L1A}, R1, M1,∨ (l1, L1A)>
логически стойности („вярно” или “невяр-
но”). Така всяка входна и изходна позиция са R1 = l1 l2 L1A
свързани с предикат. Ако предикатът има L1A false true
вярна стойност (“true”), ядрата, които се на- W1A,2 true

Фиг. 3. Обобщен мрежови модел на процеса за получаване на код на Хеминг

W1A,2 = “наличен е код с определена брой ределен брой информационни и контролни
елементи ”. бита”

Входящото ядро от позиция постъпва в Z2= < {l2, L2A}, {l3, L2A}, R2, M2,∨ (l2, L2A)>
; след прехода ядрото, излизащо от пози-
цията , има текуща характеристика - „оп-

78

R2 = l2 l3 L2 A , са с текущи характеристики „коректно
L2 A false true прочетена информация”, „възникнала грешка
W2 A,3 true при предаване”.

Z6= < {l8, L6A}, {l9, L6A}, R6, M6,∨ (l8, L6A)>

W2A,3 = “наличен е двоичен код ”. R6 = l8 l9 L6 A
Входящото ядро от позиция постъпва в L6 A false true
W6 A,9 true
позиция . Ядрото , излизащо от пози-
W6A,9 = “отстранена е грешка ”;
ция , е с текуща характеристика „разряди
в двоичен код”. Входящото ядро постъпва в позиция
. Изходящото ядро от позиция е с
Z3= < {l3, L3A}, {l4, L3A}, R3, M3,∨ (l3, L3A)> текуща характеристики „коригирана кодова
дума”.
R3 = l3 l4 L3A
L3 A false true
W3 A,4 true

W3A,4 = “налично е ядро за съставяне на ИЗВОД
уравнения на коригиращите битове ”.

Входящото ядро от позиция постъпва в Предлаганият подход за моделиране поз-
волява:
позиция . Ядрото , излизащо от пози-
1. Да се предложи нов и различен начин
цията , е с текуща характеристика „урав- за намиране и поправяне на допусната грешка
нения на коригиращите битове” при предаване;
Z4= < {l4, l5, L4A}, {l6, L4A}, R4, M4,∨ (l4, L4A)>
2. По-лесното му прилагане в съвремен-
R4 = l4 l6 L4 A ните комуникационни системи, най-вече в об-
l5 false true ластта на кодирането;
L4 A false true
true 3. Възможността за по-лесна компю-
W4 A,6 търна реализация на алгоритъма;

ЛИТЕРАТУРА

W4A,6 = “наличен е резултат от коригиращите 1. Соловьева, Ф. И. Въведение в теорию коди-
уравненията ”. рования. Учебное пособие. Новосибирск,
2006.
Входящите ядра и постъпват в пози-
2. Глухих, В.И. Информационная безопасно-
ция . Ядрото , излизащо от позицията сть и защита данных. Иркутский госу-
ударственный технический университет,
, е с текуща характеристика „двоична ком- 2011.
бинация от коригиращите уравнения”.
Z5= < {l6, L4A}, {l7, l8 , L5A}, R5, M5,∨ (l6, L5A)> 3. Atanassov, K. On Generalized Nets Theory.
Prof. M. Drinov Publishing House, Sofia, 2007.
R5 = l6 l7 l8 L5 A
false false true 4. Atanassov, K. Generalized Nets, World Scien-
L5 A W5 A,7 W5 A,8 true tific, Singapore, 1991.

W5A,7 = “налична е коректно приета информа- 5. Атанасов, К. Въведение в теорията на
ция ”;
обобщените мрежи. Понтика-Принт, Бургас,

1992.

W5A,8 = “налична е грешка при предаване ”.
Входящото ядро постъпва в позиция

. Ядрата и , излизащи от позицията

79

Университет „Проф. д-р Асен Златаров“ – Бургас
ГОДИШНИК, Т. XLIII , КНИГА 1, 2014
ТЕХНИЧЕСКИ И ПРИРОДНИ НАУКИ

Assen Zlatarov University
ANNUAL, VOL. XLIII, BOOK 1, 2014
TECHNICAL AND NATURAL SCIENCES

Редакционна колегия:
проф. дпн Маргарита Терзиева (главен редактор)
проф. д-р Валентина Терентиева (Красноярск, Русия)

доц. д-р Пенка Пеева
проф. д-р Заур Заврумов (Пятигорск, Русия)

проф. дхн Любомир Влаев,
гл. ас. Иван Соколов

Технически сътрудник:
инж. Илиана Ишмериева

Дизайн и оформление:
Издателство “ЛИБРА СКОРП”

www.meridian27.com

Печатни коли: 5
Формат: 60/84/8

ISSN 1312-1359

Издание на:
УНИВЕРСИТЕТ “ПРОФ. Д-Р АСЕН ЗЛАТАРОВ”

www.btu.bg

Бургас, 2014