Курс лекций по ТОО молоко.3-4 курсы ИТФ

как танк полностью осушен. Попавший в систему воздух будет мешать последующей обработке. По этим причинам в линии слива часто устанавливают электрод низшего уровня (LLL), сигнализирующий о том, когда все молоко вышло из танка. Сигнал от данного электрода используется для переключения на другой танк или для прекращения опорожнения.

Рис.7. Бункерный танк с нишей для смотрового люка, индикаторами и т.д.

ВОПРОС 2. ПРОИЗВОДСТВЕННО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ И СЕПАРИРОВАНИЯ МОЛОКА

Сепараторы для очистки молока и сепарирования (нормализации в потоке) практически всегда последовательно в технологическом процессе. Процессы осуществляются с использованием устройств для подогрева молока, с целью снижения вязкости его при сепарировании. При нормализации сырья в такой процесс очистки молока может быть проведен без последующего собственно сепарирования.

Принцип нормализации

Массовая доля жира в сливках и обезжиренном молоке при выходе из сепаратора постоянна в случае отсутствия изменений остальных

291

составляющих этих продуктов. В основе процессов нормализации с ручным и автоматическим управлением лежит один принцип, проиллюстрированный на рис. 8.

В данном примере исходным сырьем являлось цельное молоко с массовой долей жира 4%, взятое в количестве 100 кг. Необходимо определить количество полученного нормализованного молока с массовой долей жира 3% и остаточное количество сливок с массовой долей жира 40%. При сепарировании 100 кг цельного молока выход обезжиренного молока с массовой долей жира 0,05% составил 90,35 кг, выход сливок с массовой долей жира 40% – 9,65 кг.

Для получения нормализованного молока с массовой долей жира 3% к обезжиренному молоку необходимо добавить 7,2 кг сливок с массовой долей жира 40%. Таким образом, нормализованное молоко будет получено в количестве 97,55 кг, выход сливок (массовая доля жира 40%) составит 9,65 – 7,2 = 2,45 кг (см. рис. 8).

Рис.8. Принцип нормализации по массовой доле жира

Непрерывный способ нормализации молока в потоке

В современных молочных производствах, выпускающих широкий ассортимент молочной продукции, нормализация обычно выполняется одновременно с сепарированием. Раньше использовался периодический способ нормализации, но с увеличением объемов обрабатываемого сырья возникла потребность в разработке новых способов быстрой, непрерывной и точной нормализации, не зависящей от сезонных колебаний жирности сырого молока. Для регулирования жирности молока с целью обеспечения необходимых параметров используются управляющие клапаны, измерители расхода и плотности и система компьютеризированного контроля. Обычно это оборудование собирается в блоки (см. рис. 9).

На выходе потока обезжиренного молока должно поддерживаться постоянное давление для обеспечения необходимой точности нормализации. Давление должно оставаться постоянным независимо от изменений параметров потока или от падения давления в линии после сепаратора. Это обеспечивается клапаном постоянного давления, расположенным в непосредственной близости от выходного отверстия, через которое обезжиренное молоко покидает сепаратор.

292

Для обеспечения точности процесса необходимо замерять различные параметры, в том числе:

•Изменения массовой доли жира поступающего молока

•Изменения объема молока, проходящего за единицу времени

•Изменения температуры предварительного нагрева.

Большинство параметров взаимозависимы: любое отклонение на одном этапе процесса приводит к изменениям на всех остальных этапах. Жирность сливок может быть отрегулирована до любого уровня в пределах возможностей сепаратора при стандартной точности повторения в 0,2–0,3%. Для нормализованного молока такое отклонение будет менее 0,03%.

Обычно цельное молоко перед сепарированием нагревается в пастеризаторе до 55–65°С. После сепарирования устанавливается стандартная жидкость сливок и затем расчетное количество сливок, необходимое для нормализации молока (питьевого, для производства сыра), добавляется к соответствующему количеству обезжиренного молока. Остаток сливок направляется в пастеризатор сливок. Последовательность этих операций проиллюстрирована на рис. 10. При определенных обстоятельствах для нормализации можно использовать центробежный сепаратор для холодного сепарирования молока, снабдив его системой для нормализации. Но в таком случае очень важно будет выдержать молоко при низкой температуре достаточно долгое время (10–12 часов), за которое все фракции молочного жира полностью кристаллизуются. Дело в том, что плотность изменяется в зависимости от степени кристаллизации и может, таким образом, поставить под вопрос точность показаний датчика плотности, который при установке всегда калибруется с учетом преобладающих условий.

293

Каскадный контроль

Система каскадного контроля, сочетающая точное измерение содержания жира и быстрое измерение расхода, дает большие преимущества (см. рис. 12). При возникновении возмущения, вызванного, например, периодическими выгрузками осадка самоочищающихся центрифуг, изменением температуры сливок или содержания жира в поступающем молоке, график показывает:

•Система контроля содержания жира срабатывает довольно быстро, но после восстановления стабильности массовой доли жира сливок отличается от заданного уровня

•Система измерения плотности реагирует с задержкой, но содержание жира возвращается к заданному уровню

•При совмещении двух систем в каскадный контроль достигается быстрое возвращение к заданным характеристикам.

Таким образом, система каскадного контроля гарантирует меньшие потери продукта и более точный результат. Компьютер отслеживает жирность сливок, скорость потока сливок и положение регулировочного клапана, стоящего на выходном патрубке сливок.

Датчик плотности (п. 1 на рис. 12) постоянно измеряет плотность сливок (масса на единицу объема – например, кг/м3), которая обратно пропорциональна массовой доли жира, так как плотность молочного жира меньше плотности плазмы молока. Датчик плотности непрерывно посылает показания плотности в форме электрического сигнала в компьютер. Мощность сигнала пропорциональна плотности сливок. Увеличение плотности означает, что содержание жира в сливках уменьшилось, мощность сигнала возрастет.

Каждое изменение плотности модифицирует сигнал, идущий от датчика к компьютеру. На этот сигнал компьютер отреагирует изменением выходного сигнала, идущего на регулирующий клапан. Величина изменения выходного сигнала будет соответствовать отклонению измеренного значения плотности от заданного. В результате положение регулировочного клапана изменится, что скорректирует плотность массовой доли жира и приведет ее к установленному значению.

Расходомер (п. 2 на рис. 12), установленный в цепи управления, постоянно измеряет расход сливок и посылает сигнал в микрокомпьютер. Датчики в цепи управления (рис. 12) проводят непрерывные измерения расхода и жирности сливок и посылают сигналы в микрокомпьютер.

Каскадный контроль применяется для выполнения необходимых корректировок в связи с изменениями жирности поступающего цельного молока.

Каскадный контроль работает путем сравнения:

•Потока, проходящего через расходомер (этот показатель прямо пропорционален жирности сливок)

•Плотности, измеряемой датчиком плотности (этот показатель обратно пропорционален жирности сливок).

295

Микрокомпьютер, установленный в блоке управления (4), имея эти данные, рассчитывает истинную жирность цельного молока и посылает команду управляющим клапанам на выполнение необходимых корректировок. Жирность нормализованного молока находится под непрерывным контролем.

Рис.12. Разница в быстроте реагирования различных систем контроля

ВОПРОС 3. ПРИВЯЗКА УСТРОЙСТВ МЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ К ОСНОВНЫМ ПТЛ

Ультрафильтрация (УФ) в сыроделии

Ультрафильтрация применяется в сыроделии в трех случаях:

•Предварительная концентрация до низкой концентрации с использованием коэффициента концентрации (КК) 1,5-2,0 для нормализации соотношения белка и жира, после чего следует стандартное изготовление сыра на традиционном оборудовании

•Умеренная концентрация (КК = 3-5) и последующее производство сыра по модифицированному способу, включающему слив сыворотки. Оборудование значительно отличается от традиционно используемого

•Концентрация до конечного содержания сухих веществ, во время которой молоко вначале обрабатывают УФ (КК = 6-8) для получения содержания сухих веществ до 35%, а затем проводится обработка для достижения типового содержания сухих веществ в сыре.

Первые два метода могут применяться для производства нескольких типов сыра, в то время как третий позволяет производить совершенно новые типы сыра.

296

При коэффициенте концентрации (КК) 3-5 увеличение твердости сгустка приводит к необходимости укрепить или даже специально разработать режущие и перемешивающие инструменты.

Традиционные режущие инструменты способны обрабатывать сгусток с содержанием белка приблизительно до 7%, что ограничивает коэффициент концентрации до 2.

Для обработки сгустка, вырабатываемого с помощью ультрафильтрации и коэффициентом концентрации 3-5 были разработаны машины нового типа, одна из которых показана на рис. 14.45.

Устройство для производства сгустка состоит из дозирующих насосов (1), клапанного блока (3), статических смесителей (2), комплекта коагуляционныхтруб (4) и режущего устройства (5).

Из дозирующих насосов смесь ретентата, сычужного фермента и закваски распределяется по коагуляционным трубам. Стандартная машина этого типа имеет четыре спирально закрученные коагуляционные трубы, которые защищены изоляцией и стенкой из нержавеющей стали. Изоляция нужна для поддержания необходимой температуры сычужного свертывания.

Рис. 13. Принцип работы установки для производства сгустка.

1-Дозирующий насос для: а-ретентата, b-закваски, с-раствора сычужного фермента.

2-Статические смесители. 3-Клапаны. 4-Коагулятор. 5-Режущее устройство.

Ретентат, сычужный фермент и закваска дозируются насосами и тщательно перемешиваются в установке до попадания в трубу 1. В то время как смесь постепенно коагулирует, происходит заполнение трубы 2, а затем последовательно труб 3 и 4. Когда заполняется труба 4, содержимое трубы 1 скоагулировало и готово к опорожнению. Время, необходимое для коагуляции в трубах, регулируется скоростью дозирующего насоса. Коагуляционные трубы подводятся к режущему устройству, которое состоит из комплекта стационарных ножей и одного вращающегося ножа (рис. 14). Сырная масса продавливается через стационарные ножи, разрезающие ее на куски. На следующем этапе ленты сгустка разрезаются ротационным ножом, в результате чего образуются кубики, которые отправляются на последующее

297

оборудование. Затем они обрабатываются согласно схеме производства данного сыра.

Рис. 14. Режущее устройство машины для производства сгустка.

1-Концы труб со стационарными горизонтальными и вертикальными ножами. 2-Вращающийся нож. 3-Рама.

Производство сыра с использованием ультрафильтрации и устройства для обработки сгустка

Сыр с круглыми глазками, гранулированной и плотной структурой можно производить, используя установки для УФ в сочетании с машиной для производства сгустка описанного типа. Тип перерабатывающего оборудования, устанавливаемого после машины по производству сгустка, зависит от изготавливаемого вида сыра. Линия производства сыра Тильзитер показана на рис. 15.

Предварительная обработка молока такая же, как при традиционном способе производства, например, пастеризация при 72°С в течение 15 секунд. Для некоторых типов сыра молоко сквашивают до рН 6,0-6,3. Молоко концентрируется до КК = 3-5 в установке для ультрафильтрации, т. е. до общего содержания сухих веществ 25-40%. Во время ультрафильтрации лактоза может вымываться вместе с водой, таким образом, содержание лактозы в сгустке можно регулировать, а рН – контролировать. Это необходимо для сыра, где показатель рН не должен опускаться ниже 5,1.

Пермеат содержит только лактозу, некоторые минералы и небелковые компоненты.

Ретентат охлаждается до температуры сычужного свертывания (20-38°С) в зависимости от типа сыра. Ретентат проходит через установку для производства сгустка (8), из нее выходят сырные кубики (9), которые подаются в систему для формования (10). Во время самопрессования сыр несколько раз переворачивают. В итоге перед опорожнением форм сыр

298

может быть подвергнут механическому прессованию в течение короткого промежутка времени (10-15 минут). Обычно, чтобы получить содержание соли 1,6-1,8%, посолку сыра осуществляют в рассоле, для чего головки сыра весом 4 кг погружают в ванну с концентрацией соли 20-23% при температуре 10-12°С приблизительно на 30 часов.

После посолки сыр передается на хранение при 16°С и относительной влажности 90%. Обработка поверхности, а также дальнейшая обработка аналогичны тем, которые были описаны выше для традиционного производства сыра Тильзитер.

РИС. 15. Технологическая схема производства сыра Тильзитер с использованием ультрафильтрации и машины по производству сгустка.

1-Танк для хранения молока. 2-Предварительная обработка, включая термизацию. 3-Модуль ультрафильтрации. 4-Последующая обработка ретентата, включая пастеризацию. 5-Танк для смешивания. 6-Дозирующий насос. 7-Статические мешалки. 8-Машина по производству сгустка. 9- Режущее устройство. 10-Наполнение форм.11-Слив сыворотки и переворачивание. 12-Опорожнение форм. 13-Посолка. 14-Сырохранилище.

Новые тенденции

Концентрация молока, предназначенного для производства сыра, в установке ультрафильтрации, рассчитанной на коэффициент концентрации ККб-8, при последующем концентрировании ретентата при вакуумной обработке до того же самого содержания сухих веществ, как и у готового продукта (сыра), предоставляет новые возможности рационализации производства. Такие методы, кроме того, значительно уменьшают потери жира и белка.

299