ФГОУ ВПО

«ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Механизация переработки и хранения с/х продукции»

Технологические линии и специальное оборудование для переработки молока и молочной продукции

Учебное пособие

для студентов 5 курса (очное обучение)

по специальности 110303 «Механизация переработки с/х продукции»

по специальности 110401 «Зоотехния»

Тюмень, 2010

1 Технологическая линия производства пастеризованного молока

Молоко - биологи­ческая жидкость, которая образуется в молочной железе млекопитающих и обладает высокой пищевой ценностью, иммунологическими и бактерицидными свойствами. Оно представляет собой сложную полидисперсную систему, состоящую из диспер­сионной среды (воды - 83...89 %) и распределенных в ней сухих веществ (жира, бе­лка, молочного сахара, минеральных солей, а также ферментов, витаминов, газов и др.), называемых дисперсной фазой.

Химический состав молока, оказывая существенное влияние на его технологи­ческие свойства, выход, качество и пищевую ценность молочных продуктов, мо­жет изменяться в широких пределах в зависимости от периода лактации, возраста, состояния здоровья животных, условий их кормления, содержания, периодично­сти доения. Наибольшим изменениям подвергнуто содержание жира, затем белка, в меньшей степени лактозы и минеральных веществ.

Пастеризо­ванное молоко различается по тепловой обработке, химическому составу, с внесени­ем или без внесения наполнителей. Оно вырабатывается в следующем ассортименте: цельное (нормализованное и восстановленное), повышенной жирности, топленое, белковое, витаминизированное и нежирное. Основным видом является цельное мо­локо с массовой долей жира не менее 3,2 %, но выпускается также молоко с повы­шенной и пониженной массовой долей жира - 6,0; 4,0; 3,5; 2,5; 1,0 %.

Пастеризованное молоко не должно содержать патогенных микроорганизмов.

Производство пастеризованного молока включает в себя следующие стадии: 1) приемку молока и оценку его качества; 2) очистку молока, охлаждение и резервирование; 3) нормализацию по содержанию жира; 4) подогрев и гомогенизацию; 5) пастеризацию молока; 6) охлаждение; 7) фасование в тару; 8) укупорку и маркировку тары; 9) складирование, хранение и транспортирование готовой продукции.

Вначале оценивается качество молока и производится его приемка, в процессе которой молоко перекачивается центробеж­ными насосами 1 из автомолцистерн. Для определения количества молока используют расходомеры-счет­чики 2. Масса принимаемого молока может устанавливаться также за счет использо­вания емкостей 3 с тензометрическим устройством или путем использования тарированных емкостей.

Принятое молоко проходит первичную обработку. Оно сначала очищается от механических примесей на фильтрах или сепараторах-молокоочистителях, а затем охлаждается до 4...6 °С на пластинчатых охладителях 4 и насосами 1 по трубам через уравнительный бачок 5 направляется в емкости хранения 3. Молоко с тем­пературой не выше 10 °С допускается принимать без охлаждения. Охлажденное молоко хранится в емкостях 3 и при хранении нормализуется.

С помощью нормализации доводят до требований стандарта содержание в моло­ке жира или сухих веществ. По содержанию жира используют обезжиренное молоко или сливки, по содержанию сухих веществ - сухое обезжи­ренное молоко. На практике, как правило, приходится уменьшать жирность исход­ного молока.

Нормализацию молока проводят двумя способами: в потоке или путем смешивания. Для нормализации в потоке используют сепараторы - нормализаторы, в которых непре­рывная нормализация молока совмещается с очисткой его от механических примесей. Перед поступлением в сепаратор-нормализатор молоко предварительно нагревается до 40...45 °С в секции рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной уста­новки 6.

Рис. 19.1. МАС линии производства пастеризованного молока

На предприятиях небольшой мощности молоко обычно нормализуют смешива­нием в резервуарах 3. Для этого к определенному количеству цельного молока при тщательном перемешивании добавляют нужное количество обезжиренного молока или сливок, рассчитанное по материальному балансу. При производстве белкового молока используют сухое молоко, которое предварительно растворяют в емкости 10.

Для предотвращения отстоя жира и образования в упаковках сливочной пробки при производстве молока топленого, восстановленного и с повышенной массовой долей жира (3,5...6,0 %) нормализованное молоко подогревают до 40...45 °С и очи­щают на центробежных сепараторах-молокоочистителях 7 и обязательно гомогени­зируют в гомогенизаторах 8 при температуре 45...63 °С и давлении 12,5...15 МПа. Затем молоко пастеризуют при (76±2) °С с выдержкой 15...20 с и охлаждают до 4...6 °С с использованием пластинчатых пастеризационно-охладительных устано­вок 6. Эффективность пастеризации в таких установках достигает 99,98 %.

При выработке топленого молока нагрев осуществляют при температуре 95...99 °С в трубчатых или пластинчатых пастеризаторах 9. Выдержку при данной темпера­туре, или процесс топления молока, проводят в закрытых емкостях 3 в течение 3...4 ч. После топления молоко охлаждают в пластинчатых пастеризационно-охладитель­ных установках до температуры 4...6 °С. Затем молоко при температуре 4...6 °С поступает в промежуточную емкость 3, из которой направляется на фасование.

Все шире используется для фасования пастеризованного молока тара разового потребления - полиэтиленовые мешки, бумажные пакеты. Такая тара значительно легче, компактнее, исключает сложный процесс мойки, гигиеничнее, удобнее для потребителя и транспортирования, требует меньших производственных площадей, трудовых и энергетических затрат.

В пакеты тетра-пак молоко фасуют на машинах, которые из движущейся и стери­лизуемой (бактерицидной лампой) бумажной ленты сваривают рукав, заполняемый молоком. Через определенные промежутки времени зажимы с нагревателями пере­жимают рукав, образуя гирлянду пакетов с молоком, которые разрезают и ставят в корзину.

Для фасования молока во фляги применяют машины, работающие по принципу объемного дозирования. Цистерны наполняют молоком до специальных меток или с помощью молокосчетчиков.

В состав пастеризационно-охладительной установки пластинча­того типа входят уравнительный бак с клапанно-поплавковым устрой­ством для ре­гулирования уровня молока в баке, центробежный на­сос для молока, пластин­чатый аппарат, сепаратор-молокоочиститель, выдерживатель, возвратный кла­пан, центробежный насос для горя­чей воды, пароконтактный нагреватель для нагревания воды и пульт управления.

Пластинчатый теплообменник является основной частью пастеризационно-охлади­тельной установки. Большим его преимуществом считает­ся то, что он имеет легкоразборную, состоящую из отдельных сомкну­тых элементов поверх­ность теплообмена.

Рис. 19.2. Схема пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник (рис. 19.2) имеет главную переднюю стой-

ку 3 и вспомога­тельную заднюю стойку 9. В передней и задней стойках закреплены концы верхней и нижней штанги. Верхняя горизонтальная штанга 7 предназначена для подвески теплообменных пластин 15.

По периферии каждой пластины в специ­альной канавке уложена большая резиновая прокладка 13, которая на лицевой стороне пласти­ны ограничивает канал для соответствующего потока среды.

Пластина имеет угловые отверстия 4 и 14, вокруг которых уложе­ны малые кольцевые резиновые прокладки 5. Уплотнительные про­кладки после сборки и сжатия пластин в аппарате образуют две изо­лированные системы герметичных каналов. Одна из этих систем пред­назначена для горячей рабочей среды, другая - для холодной.

Каждая из систем межпластинных каналов соединяется со своим коллектором.

Холодная рабочая среда попадает в коллектор через штуцер 1, рас­положенный на стойке. По коллектору рабочая среда доходит до пластины 6, которая имеет глухой угол, отверстие отсутствует, и растекается в межпла­стинных каналах.

Рабочая среда, собираясь в нижнем коллекторе, который об­разован нижними угловыми отвер­стиями 14, выходит из аппарата через штуцер 11.

Горячая рабочая среда входит в аппарат через штуцер 12 и попадает в ниж­ний коллек­тор. Далее она растекается в межпластинных каналах и, двигаясь снизу вверх (противотоком по отношению к холодной рабочей среде), собира­ется в верхнем коллекторе. Из аппарата горячая рабочая среда выходит через штуцер 2. Уплотнительные прокладки в аппарате обеспечивают герметичность и чередование межпластинных каналов для горячей и холодной рабочих сред. Все пластины плотно сжимают­ся нажимной плитой 8 и винтом 10.

Рис. 19.3. Схема движения потоков в пластинчатом аппарате

с односторонним расположением секций:

а) в секциях и пакетах: 1 - секция рекуперации; 2 - секция пастери­зации;

3 - секция водяного охлаждения; 4 - секция рассольного охлаждения; б) в межпластинных каналах

В собранном аппарате теплообменные пластины группируются в секции, в ре­зультате чего осуществляются предварительное на­гревание молока (путем ре­куперации), нагревание до температуры пастеризации, предварительное охлаж­дение (путем рекуперации) и окончательное охлаждение.

В аппарате молоко при его обработке движется через секции по­следо-вательно. Сначала оно проходит секцию рекуперации I (рис. 19.3).

В установках большой производительности применяют пластинчатые теплообменники с двусторон­ним расположением секций по отношению к главной стойке. Из этой секции осущест­вляется его вывод на очистку.

Рис. 19.4. Машина АР 13Ж:

а) общий вид; б) технологическая схема

Затем молоко попадает в секцию пастеризации II, вновь возвращается в секцию рекуперации I и далее поступает в секции водя­ного охлаждения III и рассольного охлаждения IV.

Каждая секция составляется из пакетов, через которые молоко движется также последовательно. На представленной схеме каждая секция имеет по два пакета. Движение молока по пакетам секций последовательное: первый и второй па­кеты - в секции рекуперации; первый и второй пакеты - в секции пастериза­ции и далее в секциях водяного и рассольного охлаждения. Каждый пакет со­стоит из опре­деленного количества пластин, которые образуют параллельные ка­налы. Движение молока по каналам пакетов осуществляется парал­лельным потоком.

Нагревающая и охлаждающие среды вводятся каждая в определен­ную секцию и в межпластинных каналах движутся параллельным потоком.

Количество пакетов и параллельных каналов зависит от скорости движе­ния молока в аппарате. Пластины имеют рифленую поверх­ность. Сомкнутые в секциях, они образуют извилистые каналы, дви­гаясь по которым потоки мо­лока, нагревающей и охлаждающей сре­ды периодически изменяют направле­ние. В результате этого в потоке, даже при небольших скоростях его движения, образуются завихре­ния, придающие потоку турбулентный характер. Такая искусственная турбулизация способствует повышению эффективности теплообмена.

Фасовочная машина марки АР-13 Ж относится к машинам с вертикальным пакетообразователем. Она предназначена для фасования молока и других жидких про­дуктов в полиэтиленовые пакеты. Машина (рис. 19.4, а) состоит из поплав­ковой камеры 1 для приема молока; поршневого дозатора 2; устройства 3 для ввода доз продукта в заготовки пакетов; маркера 4; устройства 5 для бактери­цидной обработки полиэтиленовой пленки; пакетообразователя 6; устройства 7 для образования продольного шва на рукаве из по­лиэтиленовой пленки; меха­низма 8 непрерывного протягивания рукава и образования поперечных швов на нем; пульта управления 9; литой сборной станины 10; конвейера 11, отводящего из зоны обслуживания автомата наполненные и запе­чатанные пакеты; устрой­ства 12 укладки наполненных и запечатанных пакетов в воз­вратную транпорт­ную тару.

Технологический процесс фасования продукта в машине представлен на рис. 19.4, б. Лента полиэтиленовой пленки 2 разматывается из рулона, проходит систему направ­ляющих валиков, устройство для бактерицидной обработки (на рис. не показано) и вводится в пакетообразователь 3, при помощи которого сверты­вается в продоль­ный рукав 7. Ниже пакетообразователя расположены устрой­ство 9 для образования продольного шва на рукаве, за ним - пара валиков 8 для его непрерывного протя­гивания. Пакеты 4 образуются путем сварки рукава в поперечном направлении по­очередно работающими двумя парами клещеоб­разных сварочных устройств 5 и 6.

Подлежащее фасованию молоко по цеховым трубопроводам подается в прием­ную поплавковую камеру 14, из которой отдельными дозами периодиче­ски забира­ется поршневым дозатором 1.

В определенные моменты вре­мени из цилиндра дозатора 1 молоко отдельными дозами вводится в нижний конец рукава через трубу 11, которая смонтирована внутри плоской монтаж­ной трубы 10.

В последней также смон­тированы опорные ролики, взаимодей­ствующие с валиками 8, управляемый клапан для за­пора нижнего конца трубы и специальное управляемое приспособ­ление для вырав­нивания рукава в мо­мент его пережатия устройствами 5 и 6. Клапан и приспособ­ление для выравни­вания рукава укрепля­ются кулачками через штоки 12 и 13.

Устройства 5 и 6 поочередно пе­ремещаясь вниз вместе с рукавом, сва­ривают его в поперечном направлении и одновременно отделяют от него напол­ненные пакеты 4, которые в момент раскрытия устройств падают на отводящий конвейер (на рис. не пока­зан). Конвейер уносит пакеты из зоны обслуживания автомата и подает их в транспортную возвратную тару, которая автоматически подается и отводится другим, работающим синхронно с машиной конвейером.