Организация технологического производства молока и оценка эффективности его выпуска

Сепарирование молока. Сепарирование молока – это процесс разделения его на сливки и обезжиренное молоко при помощи сепаратора-сливкоотделителя.

Нормализация  молока. Нормализация молока проводится в целях регулирования химического состава молока (массовой доли жира, сухих веществ, углеводов, витаминов, минеральных веществ) до значений, соответствующих стандартам и техническим условиям. Чаще всего нормализацию проводят по массовой доле жира.

Гомогенизация молока. Гомогенизация молока (сливок, молочной смеси) – процесс дробления жировых шариков путем воздействия на молоко значительных внешних усилий.

Пастеризация. Пастеризация осуществляется при температурах ниже точки кипения молока (от 65 до 95 градусов). Цели пастеризации следующие:

- Уничтожение  патогенной микрофлоры, получение  продукта, безопасного для потребителя  в санитарно-гигиеничном отношении;

- Снижение  общей бактериальной обсемененности, разрушение ферментов сырого  молока, вызывающую порчу пастеризованного  молока, снижение его стойкости  в хранении;

- Направленное  изменение физико-химических свойств  молока для получения заданных  свойств готового продукта, в частности, органолептических свойств, вязкости плотности сгустка и т.д.

В промышленности принят режим пастеризации 75-76 градусов с выдержкой 15-20 секунд, которой обеспечивают гигиеническую надежность, уничтожение  патогенных микроорганизмов, сохранение пищевой и биологической ценности молока, его защитных факторов.

Стерилизация. Стерилизация молока проводится в целях получения безопасного в санитарно-гигиеническом отношении продукта и обеспечения его длительного хранения при температуре окружающей среды без изменения качества.

Из известных  способов стерилизации наиболее надежным, экономически выгодным и нашедшим широкое  применение в промышленности является тепловой. Сущность тепловой стерилизации заключается в тепловой обработке  молока при температуре выше 100 градусов с выдержкой в целях уничтожения в нем всех бактерий и их спор, инактивации ферментов при минимальном изменении его вкуса, цвета и питательных ценности.

Эффективность стерилизации находится в прямой зависимости от температуры и продолжительности ее воздействия.

Готовый продукт можно хранить и употреблять  в течение года. Наиболее прогрессивной  является стерилизация продукта в потоке при ультравысокотемпературном  режиме (135-150 градусов с выдержкой  несколько секунд) с последующим фасованием его в асептических условиях в стерильную тару.

Ультравысокотемпературная обработка позволяет увеличить  продолжительность хранения продуктов  до 6 месяцев. При фасовании молочных продуктов в асептических условиях применяют пакеты их комбинированного материала, пластмассовые бутылки, пакеты из полимерного материала, а также металлические банки и стеклянные бутылки.

Молоко, стерилизованное при ультравысокотемпературных  режимах с кратковременной выдержкой, по своим качествам показателям  приближается к пастеризованному молоку.

    1.4. Подбор основного  технологического  оборудования

    Приёмка, хранение и транспортировка молока

      Расходометы-счетчики бывают поплавковыми, кольцевыми, ультразвуковыми, электромагнитными и турбинными. В промышленности наиболее распространен кольцевой счетчик (рис. 1). Жидкость поступает в измерительную камеру через отверстие для входа. Под давлением продукта в камере перемещается кольцевой поршень. Ось поршня перемещается в камере по направляющей. Магнитная муфта, связанная с осью, передает перемещение оси механизму, регистрирующему измеренный объем жидкости. Расходомеры-счетчики позволяют обеспечить непрерывное измерение количества молока.

    Счетчики, как правило, входят в специальные установки для приемки молока (рис. 2). В установке молоко насосом по трубопроводу подается на фильтр, из которого поступает в воздухоотделитель. Далее молоко проходит в камеру счетчика и через обратный клапан поступает на дальнейшую обработку. 

    Фильтры бывают с тканевыми и металлическими перегородками. Тканевые перегородки фильтров изготовляются из лавсана или энанта. Количество отверстий до 250 на 1 см². Металлические перегородки фильтров выпускаются штампованными или плетеными. Количество отверстий от 25 до 100 на 1 см².

    По конструкции различают цилиндрические, пластинчатые и дисковые фильтры. Производительность фильтров 2000, 2500, 5000, 8000 л/ч. При фильтрации молоко поступает на фильтр под давлением 2*10⁵ Па. Осадок, образующийся на перегородке в процессе работы, снижает эффективность очистки, поэтому необходимо периодически, через каждые 15—30 мин, удалять загрязнения из фильтра.

    Для хранения молока предназначены емкости хранения (рис. 3), которые изготовляются из нержавеющей стали, алюминия, реже — из конструкционной эмалированной стали. Резервуар емкости хранения имеет тепловую изоляцию из пробки или из вспененных полимерных материалов. В процессе хранения температура молока поддерживается постоянной. Для перемешивания молока в резервуаре предназначены мешалки пропеллерного или шнекового типа. В емкостях большой вместимости (свыше 60 000 л) молоко перемешивается мешалками эжекционного типа.

    Транспортировка молока на заводы осуществляется в цистернах.

    Цистерны имеют изоляцию и снабжены герметически закрывающимися люками, в некоторых случаях внутри цистерны монтируется охлаждающая продукт система. Для перевозки молока чаще всего используются автоцистерны различной вместимости (0,9; 1,9; 2,2; 2,8; 6,2 и 12 м³). При транспортировке молока в летнее время в автоцистернах допускается повышение температуры продукта на 1,5 °С за 10 ч транспортировки.

    Для транспортировки жидких молочных продуктов внутри предприятий предназначены трубопроводы и насосы.

    Трубопроводы изготовляются из нержавеющей стали, цветных металлов и алюминия. Металлические   трубы изготовляют длиной 2,5—3,0 м, не более. В последнее время распространение получили стеклянные трубы, диаметр   которых   составляет   25— 125 мм.

    В зависимости от конструкции различают центробежные, роторные, мембранные и поршневые насосы. При эксплуатации насосы не должны оказывать нежелательного воздействия на продукт (пенообразование, подсбивание или диспергирование молочного жира).

    Центробежные насосы предназначены для перемещения маловязких однородных продуктов (молоко, сыворотка). Рабочее колесо вращается в корпусе насоса, закрытом крышкой (рис. 4). Продукт поступает в насос через всасывающий патрубок и выходит под напором в нагнетательный патрубок. При частоте вращения 49 1/с напор продукта на выходе из насоса достигает 30 м. Производительность центробежных насосов изменяется в зависимости от типа их от 5 до 75 м³/ч.

Гомогенизация

    Для гомогенизации молока и жидких молочных продуктов используют гомогенизаторы клапанного типа, а вязких продуктов (плавленый сыр, масло)—гомогенизаторы-пластификаторы клапанного типа.

    Гомогенизация молока и жидких молочных продуктов может осуществляться также в сепараторах-диспергаторах, работа которых будет рассмотрена в подразделе «Сепарирование молока и молочных- продуктов». В гомогенизатор клапанного типа (рис. 7) жидкость плунжерным насосом подается в клапан под давлением 20—45 МПа. В щели клапана жидкость движется со скоростью 150—250 м/с. Форма щели клапана может быть различной: плоские клапаны, конические или конические рифленые клапаны. Давление гомогенизации регулируется вручную или автоматически. В первом случае клапан связан со штоком, на который опирается пружина. Натяжение пружины регулируется вручную рукояткой, укрепленной в корпусе клапана. При увеличении натяжения пружины необходимо увеличить давление жидкости, поступающей в клапан, для того, чтобы клапан отошел от седла и в образовавшуюся щель поступил продукт. Во втором случае в корпусе клапана установлен гидравлический цилиндр с движущимся поршнем. Шток поршня связан с клапаном. В этом случае при изменении давления жидкости в цилиндре изменяется давление гомогенизации. Для повышения эффективности гомогенизации можно установить последовательно два или три клапана, в каждом из которых осуществляется процесс гомогенизации при различных давлениях. 
 

    Производительность гомогенизаторов колеблется от 5 000 да 50 000 л/ч.

    Устройство и принцип действия гомогенизаторов-пластификаторов клапанного типа аналогичен устройству и принципу действия гомогенизаторов для жидких молочных продуктов.

    Сепарирование

    Сепарирование — это процесс разделения продукта на фракции с различной плотностью во вращающемся сепарирующем устройстве - барабане. В сепарирующем устройстве продукт распределяется тонкими слоями между тарелками. Более легкие частицы перемещаются к оси вращения сепарирующего устройства, а более тяжелые — к его периферии. В зазоре между тарелками частицы с различной плотностью движутся в разных направлениях (рис. 8). Жировые частицы, поступающие в зазор между тарелками, движутся вместе с потоком молока вниз, а затем оседают на нижней тарелке и направляются по ее поверхности к оси вращения I. Более тяжелая грязевая частица попадает в межтарелочный зазор с периферии сепарирующего устройства и, двигаясь с потоком молока вверх, оседает на верхней тарелке II. 

    В зависимости от технологического назначения возможны два случая распределения потоков жидкости внутри сепарирующего устройства: в первом продукт, поступающий на разделение, направляется к межтарелочным зазорам через канал, который образован отверстиями в тарелках (при выделении легкой фракции) во втором продукт перемещается в зазоры из периферийной зоны сепарирующего устройства (при выделении тяжелой фракции).

    По конструктивным признакам различают сепараторы открытого, полузакрытого и закрытого типов. В сепараторах открытого вида ввод продукта и выход фракций осуществляются свободной струей (не герметизирован), полузакрытого — вывод отсепарированных фракций герметизирован, закрытого — ввод продукта и вывод фракций герметизированы.

    По технологическому назначению различают сепараторы для выделения жировой фракции и загрязнений, а также для обезвоживания белковой фракции. 

    Основными узлами сепаратора являются сепарирующее устройство, приемно-отводящее устройство, служащее для подачи продукта в сепарирующее устройство и отвода продуктов разделения, приводной механизм с индивидуальным электродвигателем, смонтированный на станине сепаратора.

    Сепарирующее устройство сепаратора (рис. 9) накрыто крышкой. Корпус и крышка соединяются гайкой. Внутри корпуса установлен   тарелкодержатель с укрепленным на нем пакетом тарелок. В верхней части пакета расположена разделительная тарелка, которая разделяет внутри сепарирующего устройства потоки жидкой легкой и тяжелой фракций. 
 

    Приемно-отводящее устройство имеет центральную трубку для ввода исходного продукта в сепарирующее устройство. На трубке укреплены напорные диски для вывода под давлением продуктов разделения. Диски неподвижно' расположены внутри сепарирующего устройства сепаратора в напорных камерах.

    Горизонтальный вал приводного механизма вращается в подшипниках с укрепленным на нем ведущим колесом мультипликатора. Движение от электродвигателя на горизонтальный вал передается через центробежную муфту, обеспечивающую разгон барабана до паспортных частот вращения за 5—10 мин. Ведущее колесо на горизонтальном валу входит в зацепление с ведомым колесом мультипликатора, которое расположено на вертикальном валу, и приводит в движение веретено, а вместе с ним и сепарирующее устройство, размещенное на конце веретена.

    Вывод твердого осадка может быть периодическим при полной разборке ее парирующего устройства, пульсирующим при выводе осадка на ходу и непрерывным -  через сопла в стенке этого устройства.

    Производительность сепараторов зависит от конструкции и технологического назначения. Так, производительность современных сепараторов составляет до 50 000 л/ч. Для обеспечения высокой эффективности разделения продукта сепарирующее устройство работает на сверхкритической частоте вращения (100— 120 с^-1). Температурах сепарирования 35—45°С.

    К сепараторам для выделения жировой фракции относятся сепараторы-сливкоотделители и сепараторы-нормализаторы, сепараторы для высокожирных сливок и сепараторы-диспергаторы.

    Сепаратор-сливкоотделитель предназначен для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко. Качество работы сепаратора оценивается по массовой доле жира, остающегося в обезжиренном молоке (0,03—0,01%). Массовая доля жира в сливках составляет 10—40%.

    Сепаратор-сливкоотделитель с пульсирующей выгрузкой осадка работает по программе, заложенной   в систему   управления.

    Сепарирование молока происходит при закрытых разгрузочных каналах. При накоплении на периферии сепарирующего устройства твердого осадка каналы открываются и осадок выбрасывается в приемный бункер. Отверстия для разгрузки закрываются, и процесс повторяется через промежуток времени, заложенный в программе.

    В сепарирующее устройство сепаратора молоко подается по трубопроводу и центральной трубке приемно-отводящего устройства. Через отверстия в тарелкодержателе и вертикальные каналы в пакете тарелок молоко распределяется в межтарелочных пространствах, где происходит разделение его. Сливки, оттесняемые к оси вращения, сначала поступают в верхнюю часть сепарирующего устройства, а затем в напорную камеру с неподвижным напорным диском, откуда под напором удаляются из сепаратора. Обезжиренное молоко направляется к периферии сепарирующего устройства в грязевое пространство, откуда поступает в верхнюю часть сепарирующего устройства, к напорной камере обезжиренного молока, и под напором выводится из сепаратора. Внутри сепарирующего устройства потоки сливок и обезжиренного молока не смешиваются, так как они разделены глухой перегородкой, образованной верхней и разделительной тарелками пакета тарелок.