مدلسازی
مدلسازی، در واقع شبیه سازی یک فرایند طبیعی با علم ریاضی و فیزیک است. مدلسازی حوزه علمی بسیار گسترده ای است که تلاش دارد با تکیه بر تحلیل مساله و داده های اندازه گیری شده، سیستم را به زبان ریاضی تحلیل کند و در این راه، روش های متعددی ارایه شده است (مدلسازی داده ها در صنایع غذایی). مدلسازی در کنترل سیستم ها، پیش بینی و بهینه سازی، اهمیت فوق العاده ای دارد (اصول بهینه سازی فرمولاسیون های غذایی).
پیچیدگی ساختار های غذایی
ساختار های غذایی، از دو جهت دارای پیچیدگی برای درک و مدلسازی هستند. فرمولاسیون های غذایی عمدتا دارای پنج گروه مواد غذایی پروتئین، چربی، کروبوهیدرات ها، خاکستر و آب هستند. نوع، غلظت و ارتباط این اجزا در نهایت ویژگی های نهایی محصول و پایداری را تعیین خواهد کرد (ترمودینامیک و نقش اساسی ان در پایداری). از طرف دیگر، طی فرایند تولید محصول غذایی، فرایند های متعددی مانند حرارت دهی، سرخ کردن و خشک کردن بر فرمولاسیون اعمال می شود که نوع اثر این فرایند ها، نیز تابعی پیچیده از فیزیک فرایند است. ترکیب این دو بعد، باعث شده است که مدلسازی سیستم های غذایی به دلیل نوع اثرات و تغییرات آن در هر لحظه، نیاز به روش های پیشرفته داشته باشد. اگرچه در مواردی ممکن است، با تکیه در مدل های تجربی، سیستم تا حد قابل قبولی، مدل شود ولی ارایه یک مدل جامع باید با توجه به پیچیدگی سیستم باشد.
سیستم های بر پایه عامل
در بسیاری از سیستم ها، چه سیستم مانند یک محصول غذایی طی فرایند و یا حتی در حال نگهداری و چه یک جامعه، هر دو متشکل از اجرای فردی و مجزایی هستند که اجتماع آنها، آن محصول یا جامعه را تشکیل می دهد. به بیان دیگر، اگر در جامعه، یک فرد، یک عامل واکنشگر با محیط باشد، در سیستم های غذایی نیز، مولکول ها و ذرات، عامل هایی هستند که با یکدیگر و محیط واکنش داده و ویژگی های نهایی را تعیین می کنند. مساله اصلی این است که نوع برخورد و واکنش عامل ها، عمدتا از قوانین ساده ای پیروی می کند که بر اساس نوع سیستم، شناسایی یا تعریف می شود. در سیستم های غذایی، قوانین فیزیکی و شیمیایی، تعیین کننده رفتار هر عامل خواهد بود. اگر به سیستم زمان داده شود و تعامل عامل ها با یکدیگر به صورت کاملا تصادفی، مشابه آن چه در طبیعت رخ می دهد، مشاهده شود، در نهایت، ویژگی های محصول قابل اندازه گیری خواهد بود.
مدلسازی سیستم بر پایه عامل
برای مدلسازی بر پایه عامل، باید شناخت مناسبی از سیستم در حال مدلسازی ایجاد گردد. در ابتدا عامل های اصلی که در نهایت ویژگی های نهایی سیستم را مشخص می کنند باید به طور صحیح تعریف گردد و در نهایت محیط نیز مشخص شود. از جهت دیگر، تعامل عامل ها با یکدیگر و محیط، باید توسط روابط ریاضی که در صنایع غذایی، برای مثال، معادلاتی مانند انتقال جرم و حرارت هستند، تعریف گردد. در نهایت سیستم از یک حالت اولیه شروع به شبیه سازی کرده و با اجرای الگوریتم در بازه زمانی تعریف شده، در نهایت به یک نقطه نهایی می رسد. یک مدلسازی دقیق، نیازمند تعریف درست و دقیق معادلات حاکم بر سیستم در محیط های مختلف است. با این حال، روند یا مسیر پیشبرد شبیه سازی نیز بر اساس، دانش تجربی، هدایت می گردد.
فرایند های صنایع غذایی و دیدگاه بر پایه عامل
مدلسازی بر پایه سیستم های عاملی می تواند به طور گسترده ای، تغییرات فراورده غذایی در فرایند را پوشش دهد. ترکیبات غذایی موثر در فرایند، به عنوان عوامل فرایند عمل می کنند. اطلاع از معادلات حاکم بر عوامل محیط، عامل محدود کننده در مدلسازی خواهد بود. در این شرایط، اگر درک ریاضی از نوع اثر هر عامل بر محیط و یکدیگر و از طرف دیگر، جابجایی عامل ها در شرایط مختلف موجود باشد، مدلسازی به نحو دقیق تر انجام خواهد شد. برای مثال، انتقال حرارت، تابعی از ویژگی های حرارتی ماده مانند ضریب انتقال حرارت است و ضریب انتقال حرارت تابعی از ویژگی های شیمیایی ماده است. در فرایندی مانند حلالیت، مکانسیم هایی مانند اسمز در هر نقطه از مخلوط، تابع معادلات جزیی انتشار خواهد بود. امروزه تلاش هایی برای شبیه سازی عاملی فرایند های مختلف غذایی مانند حرارت دهی، رهایش ترکیبات و رفتار میکروارگانیسم ها به طور موفقیت آمیزی انجام شده است ولی محدود به این فرایند ها نیست. برای مثال، پتانسیل این مدلسازی، در شرایط ترکیبی مانند تغییرات غذا در شبکه های توزیع و کنترل آلودگی، نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
