Дипломная работа на тему "Технология и организация производства молока"

ГлавнаяПромышленность, производство, Дипломные 2014 года → Технология и организация производства молока




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Технология и организация производства молока":


Содержание

Введение
1. Характеристика процесса стерилизации молока
1.1 Стерилизованное молоко
1.2 Достижение стерильности на практике
1.3 Действие тепловой стерилизации на питательную ценность молока
1.4 Стерилизация при высокотемпературном режиме
1.5 Способы стерилизации
1.6 Ультразвуковая стерилизация
2. Оборудование для стерилизации и их назначение
2.1 Аппараты для стерилизации молока в таре
2.2 Аппараты для стерилизации молока в потоке
3. Производственные расчеты
3.1 Расчет стерилизатора П8-ОСО-5
3.2 Расчет стерилизатора СОУ-10
3.3 Расчет стерилизатора ПМР-02-ВТ
Заключение
Список использованной литературы
Приложение

Введение

Одной из основных отраслей народного хозяйства в пищевой промышленности, является молочная промышленность. Сырьем для производства молочных продуктов является как само цельное молоко, так и его составляющие: белок, жир, лактоза и казеин. Как продукт питания, молоко и молочные продукты, которые образуются при переработке молока( сыворотка, пахта, обезжиренное молоко), являются одними из наиболее значимых для жизнедеятельности и имеют медико - биологическое значение для населения планеты. Исходя из этого актуальность проблем, которые связаны с потреблением и производством молочной продукции, будет постоянной. Молоко, которое имеет очень высокую усвояемость( порядка 95 - 98%), в свою очередь является продуктом, способствующим усвоению других видов пищевой продукции. Из молочных продуктов стоит особняком выделить кисломолочные продукты, которые наиболее важны для организма человека, так как оказывают лечебный эффект и являются диетическим продуктом питания. Кисломолочные продукты наиболее востребованы при лечении желудочно - кишечного тракта. Их нельзя считать отходами производства, так как они содержат полноценные белки, молочный жир, сахар, витамины, минеральные соли, молочную кислоту и могут быть использованы для выработки продуктов питания для человека. Тепловую обработку (пастеризацию и стерилизацию) молока применяют для предохранения молочных продуктов от порчи и повышения стойкости при хранении. Вместе с тем, в процессе тепловой обработки изменяются основные компоненты молока, а также вязкость, кислотность, поверхностное натяжение, окислительно-восстановительный потенциал, вкус, запах, цвет молока, его способность к отстою сливок, сычужному свертыванию. Целью дипломной работы является изучение технологии, способов стерилизации молока, а также изучение конструкции установок для стерилизации, принцип действия и производственный расчет, а также управление затратами.

1. Характеристика процесса стерилизации молока

В компонентном составе цельного молока содержатся различные микроорганизмы, в том числе и болезнетворные (патогенные). Для уничтожения микроорганизмов молоко подвергается тепловой обработке.
В молочной промышленности применяют два вида тепловой обработки: пастеризацию (нагревание молока до температуры ниже 100 оС) и стерилизацию (нагревание молока до температуры выше 100 оС).
Стерилизация – это тепловая обработка продукта, при которой все микроорганизмы и их споры полностью уничтожаются. Молоко стерилизуют для увеличения термостойкости при длительном хранении и дальних перевозках. К положительным свойствам стерилизованного молока относится значительная стойкость при повышенной температуре хранения [2].
В процессе стерилизации изменяются характерные свойства молока. При длительной тепловой обработке в банках или бутылках может вытапливаться или отстаиваться молочный жир. При кратковременной тепловой обработке в потоке иногда наблюдается уменьшение размеров жировых шариков, при этом степень дробления их увеличивается с повышением температуры.
Стерилизация, наряду с определенными изменениями белков, жиров и углеводов вызывает разрушение витаминов. При этом на содержание витаминов в стерилизованном молоке влияет не только способ обработки, но и витаминная активность исходного молока, которая зависит от времени года, кормов, породы скота и периода лактации.
В результате стерилизации молоко теряет способность к свертыванию сычужным ферментом. Питательная ценность стерилизованного молока, по сравнению с нестерилизованным, существенно не изменяется. Кроме того, стерилизованное молоко в бактериологическом отношении лучше пастеризованного молока.
На уничтожение спорообразующей микрофлоры влияет не только температура стерилизации, но и продолжительность выдержки.
Молоко можно стерилизовать при 150 °С с выдержкой 1 с, при 140 °С – 10 с, при 135 °С – 30 с, при 130 °С – 60 с, при 120 °С – около 15 мин, при 115 °С – 20 - 30 мин, при 110 °С – 35 - 40 мин [3].

1.1 Стерилизованное молоко

При многочисленных исследованиях понятие "стерилизованное молоко" формулировали по-разному, как правило, не совсем точно. Для более точного и полного определения его рассматривали с трех точек зрения: способности достаточно долго сохранять свои качества после стерилизации, отсутствия любых микроорганизмов, способных размножаться после стерилизации, и отсутствия микроорганизмов, вредных для здоровья человека (патогенных и токсиногенных зародышей), а также токсинов.
В результате стерилизации значительно увеличивается срок хранения молока, но:
- в стерилизованном молоке со временем происходят физико-химические изменения. Несмотря на то, что молоко гомогенизируют, в результате чего значительно уменьшается отстой жировых частиц, при хранении наблюдается дестабилизация жировой эмульсии под действием окружающей температуры, то есть образуются сливки при снижающейся вязкости продукта;
- если из молока перед стерилизацией не удалили воздух, то возможно окисление жира, что иногда приводит к появлению горького вкуса; в стеклянных бутылках это явление прогрессирует под действием света;
- под действием силы тяжести при длительном хранении нарушается стабильность коллоидной фазы молока и образуется осадок фосфорно-кальциевого казеината.
В стерилизованном молоке хорошего качества перечисленные изменения протекают очень медленно и только через определенный период времени продукт непригоден к употреблению. С практической точки зрения они не препятствуют выработке стерилизованного молока, однако служат критерием, характеризующим продолжительность его хранения.
Для получения стерильного продукта необходимо уничтожать микроорганизмы, которые могут вызвать порчу молока. Стерильный продукт характеризуется полным отсутствием жизнедеятельных микроорганизмов, однако их наличие не всегда приводит к порче, что объясняется двумя причинами.
Порчу продукта могут вызвать бактерии, присутствующие в достаточном количестве. Жизнедеятельный, но не способный к размножению зародыш, находящийся в большом объеме среды, из-за индивидуального метаболизма не вызывает ее порчи. Чтобы в молоке накопилось достаточное количество микроорганизмов, они должны быть способны к размножению. Определенные зародыши в молоке не могут размножаться в результате действия внутренних факторов, связанных с микроклеткой, и внешних, связанных с химическим или биологическим строением среды. Возможное размножение зародышей не всегда вызывает порчу продукта – даже после инкубации размножение зародышей, переживших тепловой процесс, не всегда вызывает физико-химические изменения в молоке.
На основании изложенного можно считать, что стерилизованное молоко должно быть свободно от микроорганизмов, размножающихся путем новообразований, и от зародышей, вызывающих порчу. Следовательно, стерилизованное молоко, предназначенное для реализации, не обязательно должно быть абсолютно стерильным.
Добиться полного уничтожения всех микроорганизмов и осуществить контроль стерильности молока можно при высокой технике стерилизации и контроля. Но если применить самые лучшие методы контроля для обнаружения жизнедеятельного микроорганизма, правильный результат получится только для исследуемого образца, а не для всего стерилизованного молока.
Следовательно, определение стерилизованного молока, основанное на абсолютной стерильности, нельзя рекомендовать для практических целей. На практике следует учитывать не отсутствие микроорганизмов вообще, а микроорганизмов, способных к размножению. Некоторые микроорганизмы, находящиеся в стерилизованном молоке, даже не размножаясь и не вызывая его порчи, могут нанести серьезный вред человеку. К ним относятся споры патогенных микроорганизмов, токсиногенные зародыши и термостойкие токсины.
Исходя из изложенных точек зрения, стерилизованное молоко должно:
- достаточно долго храниться после стерилизации без порчи, чтобы удовлетворять требованиям потребителя;
- не содержать вредных для здоровья человека микроорганизмов (патогенные и токсиногенные зародыши) и токсинов;
- не содержать микроорганизмов, способных размножаться после стерилизации, то есть должен отсутствовать бактериальный рост, вызывающий порчу [4].

1.2 Достижение стерильности на практике

В чистых культурах молочнокислых бактерий, а также в их симбиозах встречаются спорообразуюшие виды различной термостойкости. На приобретаемую термостойкость влияют внешние факторы: агглютинация, селективная абсорбция некоторых элементов среды на самих организмах, изменение строения среды и др. Следовательно, в комплексной бактериологической среде, такой как молоко, находятся клетки с различной термостойкостью.
Термостойких клеток в молоке в обычных условиях немного, поэтому вероятность обнаружения зародышей с исключительной термостойкостью повышается с увеличением количества организмов, загрязняющих среду. Чтобы достигнуть стерильности, продукт подвергают термической обработке (при определенной комбинации температуры и продолжительности нагрева), при которой разрушаются наиболее стойкие организмы. Чем больше организмов содержится в среде, тем более строгими должны быть условия обработки, поэтому стерилизация очень загрязненной среды вызывает большие трудности.
В среде могут оказаться клетки с ультравысокой термостойкостью, количество которых зависит от загрязненности среды. Для надежной стерилизации десятков тонн молока, которое является мутной и почти нейтральной средой, требуются высокотемпературные тепловые режимы. Однако при таких режимах изменяются органолептические свойства молока (и большинства пищевых продуктов), поэтому практически невозможно достигнуть стерильности молока по причинам, не относящимся к бактериологии. Следовательно, невозможно стерилизовать большие объемы молока до действительной стерильности без изменения его свойств.
Например, при стерилизации 50 м3 молока для уничтожения самых устойчивых спор весь объем необходимо подвергнуть очень жесткой тепловой обработке. Если 50 м3 разделить на 50000 емкостей по 1 л, то термостойкие споры будут находиться не во всех емкостях, а только в некоторых. Следовательно, допускаются менее жесткие условия тепловой обработки с сохранением органолептических свойств продукта. В результате может получиться, что емкости, в которых находились наиболее термостойкие споры, не разрушившиеся при выбранных условиях, содержат нестерильный продукт, а емкости, в которых не было этих спор или имелись менее стойкие формы, – стерильный.
Следовательно, в емкостях, где микроорганизмы разрушились при менее жестком режиме стерилизации, была достигнута абсолютная стерильность. На практике необходимо снизить до определенного процентного соотношения количество емкостей этих видов. Процентное соотношение количества емкостей, содержащих стерильный и нестерильный продукт, зависит:
- от присутствия в сырье спор с высокой термостойкостью (чем меньше таких спор, тем меньше получается емкостей с нестерилизованным продуктом);
- от жесткости режимов обработки (комбинация температуры и времени), при которых сохраняются органолептические свойства продукта (при более жестком режиме большее количество термостойких спор может быть уничтожено и получается больше емкостей со стерилизованным продуктом).
Стерильность, полученная распределением молока в емкостях, – это результат статистической (количественной) вероятности. Она отвечает приведенной формулировке стерилизованного молока. Емкости могут содержать микроорганизмы, способные развиваться в молоке (продукт не соответствует определению стерилизованного молока), и микроорганизмы, не развивающиеся в молоке (продукт соответствует определению стерилизованного молока).
На практике хорошие результаты по тепловой обработке молока можно получить двумя методами:
- предупредительный – для стерилизации следует выбирать молоко с минимальным первоначальным обсеменением и, следовательно, с малым содержанием термостойких бактерий; большое внимание уделяют чистоте оборудования, тары;
- действительный – применение возможно жестких режимов стерилизации, не вызывающих изменения органолептических свойств молока.

1.3 Действие тепловой стерилизации на питательную ценность молока

При нагревании пищевых продуктов частично разрушаются их питательные компоненты, меняется их химическая структура и возможна потеря определенного физиологического действия. Тепловая стабильность различных составляющих (аминокислот, углеводов, жирных кислот, солей, витаминов) различна. Степень их разрушения зависит не только от продолжительности и температуры тепловой обработки, но и от рН, присутствия кислорода, катализаторов и т. д.
При стерилизации молока, которое содержит питательные вещества, потери некоторых из них неизбежны:
- содержание витаминов А, D, В2, В3, РР, Н и каротина не изменяется или незначительно уменьшается при стерилизации;
- часть витаминов B1, В6, В12 и С, полиненасыщенных жирных кислот, лизина и цистина разрушаются во время стерилизации.
Рост детей несколько замедлен при кормлении стерилизованным молоком (по сравнению с пастеризованным), однако разница настолько мала, что это молоко можно применять для питания детей (необходимо дополнительно давать витамин С). Для питания взрослых стерилизованное молоко вполне пригодно, потому что оно содержит все необходимые белки и минеральные соли [4].

1.4 Стерилизация при высокотемпературном режиме

При нагреве в молоке не только уничтожаются микроорганизмы, но и изменяется его цвет и вкус, биологическая ценность некоторых белков и разрушаются витамины. Степень этих изменений зависит от температуры стерилизации. Скорость уничтожения микроорганизмов при повышении температуры увеличивается быстрее скорости нежелательных химических изменений. Следовательно, если молоко нагревается до высокой температуры за более короткое время, то химические изменения будут меньше при той же степени уничтожения микроорганизмов. Отношение бактерицидного эффекта к одному из химических изменений (побурение молока) изменяется незначительно в пределах температур, применяемых для стерилизации молока в бутылках. При температурах свыше 130 oС это отношение увеличивается значительно (рисунок 1), что и используют при высокотемпературных режимах. Стерилизованное при таких режимах молоко содержит меньше бактерий. Изменения цвета и вкуса – незначительные. Чем выше температура стерилизации, тем лучше протекает процесс, но максимальная температура ограничивается практическими соображениями.
При температуре 150 oС споры бактерий разрушаются за 1 секунду. Высокие температуры при короткой выдержке могут быть получены только в поточных схемах. Молоко нагревают, смешивая его с паром (пароконтактные установки) или непосредственно через стенку из нержавеющей стали паром высокого давления в стерилизационных автоматизированных установках.
В пароконтактных системах молоко до температуры стерилизации нагревается при смешении с паром, который конденсируется и отдает скрытую теплоту. Излишки влаги из молока удаляют выпариванием в вакуум-камере. В это время оно охлаждается. Если вакуум в охлаждающей камере эквивалентен температуре молока перед смешением его с паром, то вся добавленная в виде конденсата вода будет удалена при охлаждении. Детальный анализ показывает, что температура молока после вакуумного охлаждения должна быть выше, чем перед паровым нагревом. Молоко после охлаждения будет иметь концентрацию сухих веществ, равную концентрации сухих веществ в исходном молоке. Высокие требования к качеству пара, контроль и регулирование содержания сухих веществ играют большую роль при выработке стерилизованного питьевого молока.


Рисунок 1 – Зависимость отношения бактериального эффекта к эффекту побурения от температуры нагрева

В стерилизаторах с поверхностным нагревом молоко нагревается через стенку из нержавеющей стали. Стенка может представлять собой волнистую пластину (пластинчатый нагреватель), с одной стороны которой проходит молоко, а с другой – греющий пар (в конечной стадии нагрева), трубу в паровой камере или теплообменник. Молоко нагревается до конечной температуры 130 - 140 oС. Чтобы предотвратить кипение молока, создается обратное давление приблизительно на 1 атм выше давления, соответствующего максимальной температуре, при которой стерилизуется молоко. Пластинчатые нагреватели дороже, чем трубчатые и имеют низкие эксплуатационные характеристики.

1.5 Способы стерилизации

Стерилизация молока проводится в целях получения безопасного в санитарно-гигиеническом отношении продукта и обеспечении его длительного хранения при температуре окружающей среды без изменения качества. Существует множество способов стерилизации молока (химический, механический, радиоактивный, электрический, тепловой).
Например, стерилизация молока посредством радиационной обработки полностью исключает энергозатраты, поскольку стерилизация на гамма-установке происходит за счет радиоактивного распада источников излучения. Кроме того, молоко не подвергается нагреву, что исключает изменение вкусовых качеств и основных физико-механических свойств, отпадает необходимость охлаждения.
Тем не менее, наиболее надежным, экономически выгодным и нашедшим широкое применение в промышленности является тепловой способ.
В молочной промышленности молочное сырье стерилизуют по трем принципиальным схемам:
- одноступенчатая в упаковке – после розлива молока в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115 - 120 °С с выдержкой 15 - 30 мин;
- двухступенчатая – предварительная стерилизация молочного сырья в потоке при температуре 130 - 150 °С в течение нескольких секунд, а затем вторичная стерилизация после розлива молока или молочных продуктов в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115 - 120 оС в течение 15 - 20 мин;
- одноступенчатая с асептическим розливом – косвенная или прямая стерилизация молочного сырья при температуре 135 - 150 оС в течение нескольких секунд с последующим фасованием в асептических условиях в стерильную тару.
В зависимости от особенностей производства и фасования готового продукта молочное сырье стерилизуют периодическим и непрерывным способами.
Стерилизацию периодическим способом проводят, помещая продукт в упаковке (стеклянных или пластмассовых бутылках) в автоклав и создавая в нем разрежение 0,08 МПа, что соответствует температуре 121 оС. При этой температуре продукт выдерживается 15 - 30 мин. Затем температуру снижают до 20 оС. На стерилизацию молоко поступает нормализованным, гомогенизированным, прошедшим предварительный нагрев.
Стерилизация непрерывным способом в упаковке осуществляется в гидростатических башенных стерилизаторах. Фасованный в бутылки продукт подастся в первую башню стерилизатора, где нагревается до (86 ± 1) оС. Во второй башне продукт в бутылках нагревается до температуры 115 - 125 оС и выдерживается в зависимости от объема бутылки 20 - 30 мин. В третьей башне стерилизатора бутылки охлаждаются до температуры (65 ± 5) оС, в четвертой – до (40 ± 5) оС. Дальнейшее охлаждение идет в камере хранения продукта. Весь цикл обработки в башенном стерилизаторе составляет приблизительно 1 ч. Такое молоко хранится при температуре 1 - 20 оС не более двух месяцев со времени выработки [2].
В молочной промышленности стерилизация молока и молочных продуктов осуществляется в таре и в потоке:
1) Стерилизация в таре.
Стерилизация молочного продукта в таре может осуществляться одноступенчатым способом (после розлива в тару и ее герметичной укупорки при 110 - 120 °С с выдержкой 15 - 30 мин) и двухступенчатым (первоначально в потоке – сначала до розлива в тару при 130 - 150 оС в течение нескольких секунд, затем вторично после розлива продукта в тару и ее герметичной укупорки при 110 - 118 оС в течение 10 - 20 мин).
Готовый продукт можно хранить и употреблять в течение года. Для упаковывания продукта обычно используют стеклянные бутылки или жестяные банки.
При стерилизации молочного продукта в таре изменяется вкус и снижается его питательная ценность вследствие того, что при довольно длительном тепловом воздействии разрушаются компоненты продукта, определяющие его вкусовые и питательные свойства [5].
2) Стерилизация в потоке.
Наиболее прогрессивной является стерилизация продукта в потоке при ультравысокотемпературном режиме (135 - 150 оС с выдержкой несколько секунд) с последующим фасованием его в асептических условиях в стерильную тару.
Ультравысокотемпературная (УВТ) обработка позволяет увеличить продолжительность хранения продуктов до шести месяцев. При фасовании молочных продуктов в асептических условиях применяют пакет из комбинированного материала, пластмассовые бутылки, пакеты из полимерного материала, а также металлические банки и стеклянные бутылки.
Молоко, стерилизованное в потоке при ультравысокотемпературных режимах с кратковременной выдержкой, по своим качественным показателям приближается к пастеризованному молоку.
В процессе стерилизации в потоке продукт нагревается до температуры стерилизации, выдерживается при этой температуре в течение требуемого времени, охлаждается до температуры фасования в асептических условиях.
Соотношение температуры и времени обработки определяется требуемой эффективностью стерилизации и имеет большее значение для качества продукта. Верхним температурным пределом стерилизации молока в потоке является 150 оС, так как даже кратковременная выдержка при этой температуре может привести к нежелательным изменениям качества продукта. В то же время трудно осуществить технически очень быстрый нагрев до этой температуры и последующее быстрое охлаждение. Нижним температурным пределом является температура 135 оС, так как при температуре менее 135 оС эффективность стерилизации недостаточна при кратковременной выдержке. Увеличение продолжительности выдержки также нежелательно во избежание ухудшения качества продукта. Таким образом, стерилизация молока в потоке является наиболее эффективным способом тепловой обработки молока.
Стерилизация молока в потоке осуществляется путем нагрева его в аппаратах поверхностного типа (пластинчатых и трубчатых), а также пароконтактных инжекционного ("пар в молоко") и инфузионного ("молоко в пар") типов с последующим розливом молока в асептических условиях в стерильную тару (пакеты из полимерного материала).
При стерилизации в потоке молоко очищается, охлаждается и нормализуется по массовой доле жира. Затем молоко пастеризуют при температуре 76 ± 2 °С с выдержкой 20 с и охлаждают до 6 ± 2 оС. При использовании сухого молока его восстанавливают в соответствии с действующей технологической инструкцией. Для улучшения качества продукта, вырабатываемого на восстановленном молоке, рекомендуется приготавливать его из смеси с цельным молоком в соотношении, зависящем от показателей сухого молока.
Перед стерилизацией молока проверяют его термоустойчивость. Молоко термоустойчивостью по алкогольной пробе не ниже III группы направляют на стерилизацию. В молоко термоустойчивостью ниже III группы добавляют соли-стабилизаторы в количестве до 0,05 % в виде водного раствора. После внесения солей-стабилизаторов молоко перемешивают не менее 15 мин и проверяют термоустойчивость. Раствор солей-стабилизаторов вносят непосредственно перед направлением молока на стерилизацию. Не рекомендуется хранить молоко с добавками солей-стабилизаторов.
Подготовленное для стерилизации молоко предварительно нагревают до 83 ± 2 оС и направляют в деаэратор для удаления из молока не свойственных запахов и привкуса. Из деаэратора молоко температурой 75 ± 2 оС подается в гомогенизатор, в котором гомогенизируется при давлении 22,5 ± 2,5 МПа. Гомогенизированное молоко направляют на стерилизацию. После стерилизации молоко охлаждают до 20 оС и направляют на розлив.
Пищевая ценность молока после стерилизации в потоке (кратковременной) выше, чем после стерилизации в таре (длительной).
При соблюдении режимов стерилизации молоко после обработки имеет привкус кипячения и ореховый оттенок вкуса, обусловленный образованием сульфгидрильных групп, которые являются антиокислителями и препятствуют окислению и прогорканию молочного жира. Цвет молока белый или слегка кремовый. По консистенции стерилизованное молоко представляет собой однородную жидкость без наличия хлопьев белка. Допускается незначительный отстой сливок, который растворяется при встряхивании [5].
Ультравысокотемпературная стерилизация молока осуществляется путем косвенного нагрева в установках поверхностного типа или путем прямого нагрева в пароконтактных установках.
1) Косвенный нагрев молока.
При косвенном нагреве продукт и греющая среда разделены теплопередающей стенкой. Греющим агентом может быть пар или горячая вода, обеспечивающие нагревание молока до 136 - 138 оС в течение 12 - 20 с. Повышение температуры стерилизации ведет к образованию пригара на теплопередающей поверхности, уменьшению питательной ценности продукта и поэтому не рекомендуется.
Косвенный нагрев при ультравысокотемпературной обработке молока и молочных продуктов может осуществляться в пластинчатых, трубчатых и роторных (скребковых) теплообменниках.
При косвенном нагреве исключаются проблемы, возникающие в связи с высокими требованиями к качеству инжектируемого пара. Этот процесс более простой, надежный, менее энергоемкий, рекуперация тепла составляет 70 - 90 %.
Однако время работы установок косвенного нагрева меньше и больше зависит от качества исходного сырья. Оно составляет 6 - 12 ч с промежуточной мойкой.
Основная трудность, возникающая при использовании косвенных систем, особенно с пластинчатыми теплообменниками, заключается в пригарообразовании в секциях предварительного нагрева и стерилизации. Эти отложения образуются из смесей, денатурированных при нагревании белков и солей, и могут снизить время непрерывной работы до 4 ч и менее между мойками.
2) Прямой нагрев молока.
При прямом нагреве продукт и греющая среда находятся в прямом контакте, т е. смешиваются. Нагрев продукта осуществляется паром двумя способами; либо инжекцией пара в молоко, либо введением молока в пар. В первом случае пар под большим давлением вводится в молоко, нагревая его при этом до 140 - 150 оС в течение долей секунды (уперизация). Во втором случае молоко инжектируется в атмосферу пара в виде капель, струй или пленки (вакреация).
Качество продукта, стерилизованного путем прямого нагрева, во многом зависит от качества вводимого пара. Он должен быть сухим, насыщенным, без посторонних примесей и запахов, полученным из питьевой воды в специальных парогенераторах ("кулинарный" пар).
Основным преимуществом прямого нагрева перед косвенным является практически мгновенное нагревание всей массы продукта без теплопередающей поверхности, что позволяет обрабатывать более вязкие продукты использовать молоко более низкой термоустойчивости и работать в течение более длительного времени без промежуточной мойки (при сырье высокого качества до 15 - 20 ч).
В то же время прямой нагрев имеет ряд существенных недостатков: высокая энергоемкость и стоимость, низкий коэффициент рекуперации тепла (40 - 50 %), повышенные требования к чистоте пара, вводимого в продукт, и сложность регулирования процесса удаления конденсата на стадии охлаждения продукта в вакуум камере.
В процессе тепловой обработки (пастеризация, стерилизация, сгущение и сушка) углеводы, липиды и аминокислоты молока и сливок подвергаются глубоким изменениям с образованием многочисленных соединений, обладающих специфическими вкусом и запахом. В процессе хранения молочных продуктов изменения составных частей молока могут продолжаться, а продукты распада при взаимодействии между собой образуют новые компоненты, ухудшающие их вкус и запах.
Длительная выдержка или высокая температура обработки (от 130 до 150 °С) могут вызвать появление в молоке (и сливках) более резкого привкуса – привкуса перепастеризации, не исчезающего при хранении. К соединениям, ответственным за образование привкуса перепастеризации, помимо сульфогидрильных относятся диацетил, лактоны, метилкетоны, мальтол, ванилин, бензальдегид и ацетофенон [6].
Таким образом, преимущество в технологическом смысле сохраняется за контактной стерилизацией молока.

1.6 Ультразвуковая стерилизация

Способ заключается в обработке молока ультрафиолетовым излучением. При этом создают герметичный контролируемый по толщине слой молока. Его облучают в диапазоне длин волн 165 - 185 нм. Причем толщина контролируемого слоя составляет 80 - 120 мкм для указанного диапазона длин волн. Контролируемый по толщине слой молока может быть облучен одновременно в диапазоне длин волн 165 - 185 и 280 - 310 нм. Изобретение позволяет упростить процесс обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя при одновременном повышении качества молока.
Известно также, что способность проникновения ультрафиолетовых лучей с длиной волны 254 нм через слой молока невелика и не превышает 40 - 50 микрон (мкм). В связи с этим, в известных способах обработки молока ультрафиолетовым излучением для увеличения слоя обрабатываемого молока применяют перемешивание, турбулизацию и т.п. Однако эти приемы, как правило, усложняют технологический процесс и далеко не всегда дают требуемый результат. С целью устранения недостатков, связанных с низкой прозрачностью молока для ультрафиолетовых лучей, предложен целый ряд разновидностей этих способов обработки (стерилизации) молока. Так, известен способ стерилизации жидкостей, в частности молока, в котором жидкость диспергируют, затем насыщают озоном и турбулизуют с последующим перемешиванием и одновременным облучением ультрафиолетовыми лучами. Этот способ обеспечивает более высокую степень стерилизации и улучшает органолептические свойства молока, однако он довольно сложен в технологическом оформлении и не устраняет основной недостаток известных способов обработки молока ультрафиолетовым облучением – низкой прозрачности молока в применяемом на практике диапазоне длин волн.
Известны способы облучения молока ультрафиолетовыми лучами в тонком слое жидкости. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обработки молока, в котором молоко центрифугируют до полного осаждения микрофлоры в тонкий слой более 0,1 мм на прозрачном для ультрафиолетового излучения основании, а облучение осуществляют через это основание до достижения энергетической экспозиции 210 - 250 Дж/см2. Недостатками процесса являются его периодичность, малая производительность, сложность контроля полноты осаждения всей микрофлоры в тонкий слой, прозрачный для ультрафиолетового излучения, неселективность обработки. А также усложнение процесса обработки, связанное, как уже выше отмечалось, с малой прозрачностью ультрафиолетового излучения для молока в применяемой на практике области длин волн.
Задачей изобретения было упрощение процесса обработки молока путем достижения максимальной глубины обрабатываемого слоя ультрафиолетовым излучением при одновременном повышении качества получаемого продукта.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ обработки молока в тонком слое ультрафиолетовым излучением, при котором облучение осуществляют в герметичном контролируемом по толщине слое молока в диапазоне длин волн 165 - 185 нм, при этом толщину контролируемого слоя выбирают не более оптической толщины для указанного диапазона длин волн, определяемой законом Бугера-Ламберта. Кроме того, можно осуществлять обработку молока одновременным облучением в диапазоне длин волн 280 - 310 и 165 - 185 нм.
Способ основан на том, что автор, изучая спектральные характеристики молока (зависимость коэффициента поглощения от длины волны) нашел, что в диапазоне 280 - 220 нм коэффициент поглощения ультрафиолетового излучения практически неизменен. Далее, двигаясь в область коротких волн, до 195 нм наблюдается резкое увеличение коэффициента поглощения молока почти вдвое, экстремум в области 195 нм и последующий резкий спад практически в 5 - 6 раз при приближении к 185 нм. Таким образом, в области 185 нм и менее автором обнаружено наличие спектрального "окна прозрачности" в спектре поглощения молока, что позволяет проводить облучение на максимальную глубину молока, уничтожая болезнетворные бактерии и в то же время не меняя природную белковую и аминокислотную структуру молока. Кроме того, смещение диапазона облучения в область более коротких волн по сравнению с традиционно известной бактерицидной длиной волны 254 нм приведет к тому, что возросшая энергия квантов в среднем с 5 эВ до 7 эВ позволит значительно сократить время бактерицидной обработки молока при одном и том же расходе. Это, в свою очередь, позволит максимально сохранить природную микробиологию и органолептику молока и улучшить качество его обработки. Обработка молока при длине волны менее 165 нм нецелесообразна, поскольку начинает происходить диссоциация воды и связанная с этим деструкция молока. Создание герметичной контролируемой по толщине пленки молока необходимо в связи с тем, что ультрафиолетовое излучение разлагает кислород воздуха с образованием озона, являющегося сильным окислителем и отрицательно воздействующего на молочный жир, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на органолептических свойствах молока. Для максимального прохода ультрафиолетового излучения необходимо выбирать контролируемую толщину пленки молока величиной не более ее оптической толщины для конкретной длины волны, определяемой из закона Бугера-Ламберта. В частности, для длины волны 185 нм толщина пленки не должна превышать 120 мкм, а для длины волны 165 нм – 100 мкм. Поскольку известно, что при облучении ультрафиолетовым излучением в диапазоне 280 - 310 нм в молоке происходит синтез витамина D, так необходимого для детского питания, то возможно одновременно с бактерицидной обработкой в диапазоне 165 - 185 нм и синтезировать витамин D, облучая молоко дополнительным источником ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 280 - 310 нм [7].
Способ осуществляется следующим образом. Молоко из емкости подают под избыточным давлением в контролируемый по толщине зазор в виде пленки толщиной 40 - 45 мкм для традиционной длины волны 254 нм и 80 - 120 мкм для "окна прозрачности" в области 185 нм. Контролируемый зазор создается между полированными плоскопараллельными пластинами, одна из которых или обе могут быть прозрачными для ультрафиолетового излучения с необходимой длиной волны. В качестве источника излучения служат газоразрядные лампы типа ДРБ-20U, дающие линейчатый спектр ультрафиолетового излучения в областях 254 нм и 185 нм. Излучение, проходя через пленку молока контролируемой толщины, проводит его бактерицидную обработку. Для длины волны излучения 185 нм в области "окна прозрачности" при величине зазора 120 мкм расход молока составил порядка 160 литров в час при том же перепаде давления на пленке молока, как и в первом случае, и той же интенсивности ультрафиолетового излучения микробиологическое тестирование не смогло обнаружить ни в одной из проб наличия бактерий E. Coli и не обнаружено никаких изменений вкусовых свойств молока и его органолептики. Данный способ можно осуществить как в непрерывном, так и в периодическом вариантах [8].

2. Оборудование для стерилизации и их назначение

В молочной отрасли оборудование для стерилизации можно разделить на две основные группы: для стерилизации молока в таре и стерилизации молока в потоке.

2.1 Аппараты для стерилизации молока в таре

К этой группе относят аппараты периодического действия (автоклавы), полунепрерывного (стерилизаторы туннельного типа) и непрерывного (гидростатические стерилизаторы) действия.
1) Аппараты периодического действия.
Наиболее широкое применение для стерилизации консервов в стеклянной и металлической таре в при температуре выше 100 °С получили автоклавы периодического действия вертикального типа. Они выпускаются двух- и четырехкорзиночными.
Автоклав (рисунок 2) представляет собой цилиндрический резервуар со сферическими дном и крышкой. Аппарат оборудован устройствами для подачи внутрь воды, пара и снятого воздуха. Внизу резервуара имеется вентиль, через который спускаются отработавшая вода и конденсат. Крышка автоклава прижимается к корпусу через уплотнительную прокладку и зажимается кольцевым зажимом.
Процесс стерилизации консервов в автоклаве периодического действия осуществляется следующим образом. Корпус аппарата с открытой крышкой заполняется водой, которая подогревается острым паром, подаваемым в массу воды через барботер, до температуры на 10 - 20 °С выше температуры продукции, направляемой на стерилизацию. В подогретую воду электроталью опускаются корзины со стерилизуемой продукцией. Затем крышку закрывают, зажимают замок, создавая герметичность, и открывают паровой вентиль.
В стеклянных банках стерилизация проводится в воде, при этом противодавление создается паром или сжатым воздухом. Скорость подъема температуры воды составляет 3 - 4 °С в 1 мин. При работе с водяным избыточным давлением под крышкой автоклава оставляют слой воздуха. При конденсировании пара объем воды увеличивается, чем создается избыточное давление внутри автоклава. При создании противодавления сжатым воздухом последний подается в автоклав от системы сжатого воздуха давлением 0,3 - 0,4 МПа. После подогрева воды до температуры стерилизации осуществляют поддержание ее на постоянном уровне путем регулирования подачи пара и спуска воды. После окончания выдержки продукта при заданной температуре начинают его охлаждение.
Этот процесс осуществляют осторожно, чтобы избежать срыва крышек и термического боя банок с продуктом. Охлаждающая вода подается через барботер под крышкой автоклава, и при этом холодная вода не должна попадать на горячие банки. Для этого спуск воды из автоклава регулируется таким образом, чтобы банки всегда полностью находились под водой. Скорость снижения температуры должна составлять 2 - 3 °С в минуту. Конечная температура воды 35 - 40 °С. При охлаждении постепенно снижается давление в автоклаве до атмосферного.


1 – корпус автоклава; 2 – термометрическая коробка с циркуляционной трубой; 3 – продувочный краник; 4 – сливной вентиль; 5 – барботер; 6 – обратный клапан.

Автоклав имеет устройство, предупреждающее возможность открытия крышки при наличии некоторого избыточного давления внутри автоклава. Это необходимо в соответствии с требованиями техники безопасности.
При паровой стерилизации продукции, преимущественно фасованной в металлические банки, процесс проводят следующим образом. Корзины с продукцией загружаются в пустой автоклав, и после герметизации крышки внутрь автоклава подается пар. При этом в крышке автоклава открывают продувочный вентиль для спуска воздуха. Вытеснение воздуха осуществляют примерно в течение 10 мин до тех пор, пока из продувочного крана не пойдет обильная струя пара. Закрыв продувочный кран, начинают постепенный подъем давления и температуры внутри автоклава. Достигнув температуры стерилизации, подачу пара почти прекращают и слегка спускают конденсат. После выдержки продукции при температуре стерилизации подачу пара полностью прекращают. Путем открытия продувочного крана и спускного вентиля давление внутри автоклава снижается. С целью предупреждения деформации банок сброс давления проводят медленно. После достижения давлением величины, равной атмосферному, крышку открывают и охлаждают банки орошением холодной водой до температуры 40 °С.
Охлаждение банок можно провести другим образом. После прекращения подачи пара в конце периода собственно стерилизации внутрь автоклава подают сжатый воздух, повышая давление на 49 - 78 кПа. Затем в автоклав подается холодная вода под давлением. Вследствие этого пар быстро конденсируется, что приводит к резкому сбросу давления. Давление сжатого воздуха должно скомпенсировать возникшее внутреннее давление в банке. При постепенном охлаждении банок производят постепенное снижение давления воздуха и воды. При достижении давления, равного атмосферному, крышку открывают и производят разгрузку автоклава.
Контроль и регулирование температуры в процессе стерилизации осуществляются автоматически. Для этой цели используется программный регулятор температуры ПРТ-2 и программный регулятор давления РДУ.
Продолжительность стерилизации в периодически действующих автоклавах можно сократить за счет вращения корзины с банками внутри автоклава. Переворачивание корзины (банки при этом переворачиваются с донышка на крышку) способствует перемешиванию продукта внутри банки, улучшению конвективного теплообмена.
С целью сокращения затрат труда при стерилизации в периодически действующих автоклавах па некоторых консервных заводах используются устройства для загрузки автоклавных корзин банками с продуктом и их разгрузки. При фасовании продукции в стеклянную тару загрузка автоклавных корзин осуществляется послойно. Для этого необходимо иметь корзины с передвижным дном. Устройство для загрузки и разгрузки марки А9-КР2-Г имеет гидравлическую систему, с помощью которой в начальный момент ложное дно корзины поднимается на уровень выносного транспортера закаточной машины или накопительного стола. Работница сдвигает накопленные банки па поверхность дна. После полного заполнения на слой банок накладывают перфорированную прокладку. Затем слой банок опускается на одну ее высоту, и процесс загрузки повторяется. Возможна загрузка автоклавных корзин без перфорированных прокладок.
При стерилизации продукта, фасованного в металлические банки, автоклавные корзины можно загружать навалом. С целью предупреждения повреждения банок загрузку осуществляют через водяную ванну. При таком способе пустую корзину помещают в ванну с водой. Банки с выносного транспортера направляются в автоклавную корзину. Нижний конец транспортера должен быть опущен в воду. Вода выполняет роль буфера и гасит энергию падения банок. При загрузке сеток навалом в одну сетку помещается примерно на 10 % меньше банок, чем при послойной укладке. Кроме того, при таком способе максимальная вместимость банки не должна превышать 0,8 кг. Однако, учитывая, что при этом сокращаются затраты труда, способ загрузки сеток металлическими банками навалом довольно широко используется на консервных заводах.
Разгрузка автоклавных корзин с уложенными навалом металлическими банками производится с помощью устройства А9-КРЕ. Автоклавная корзина с банками захватывается зажимами и переворачивается над ванной с водой. Банки падают в воду и наклонным транспортером выносятся на накопительный стол [9].
2) Аппараты непрерывного действия.
Наиболее прогрессивным оборудованием для стерилизации являются стерилизационные аппараты непрерывного действия.
В консервной промышленности используются стерилизационные аппараты роторные (барабанные), горизонтальные с пластинчатым транспортером, гидростатические и пневмогидростатические.
Роторный стерилизатор представляет собой горизонтальный цилиндр, внутри которого вращается барабан с приваренными вдоль образующей ребрами-полосами из угловой стали. На внутренней поверхности неподвижного корпуса приварена спиральная направляющая. Банки находятся в промежутках между двумя витками спиральной направляющей и двумя ребрами-полосами. При вращении внутреннего барабана банки получают вращение вокруг собственной оси и перемещаются вдоль оси барабана от загрузочного к выгрузочному концу. Подача банок в стерилизатор осуществляется через шлюзовое устройство, позволяющее проводить процесс стерилизации под давлением.
Стерилизационная установка может состоять из двух (стерилизатор и охладитель), трех (подогреватель, стерилизатор и охладитель) или четырех (подогреватель, стерилизатор и два охладителя) барабанов.
В подогревателе банки подогреваются водой с температурой 95 - 98 °С. Стерилизация проходит при температуре до 130 °С, охлаждение осуществляется теплой и холодной водой. Продолжительность стерилизации регулируется частотой вращения барабана.
Недостатком таких стерилизаторов является то, что в них можно стерилизовать продукт только в металлических банках и притом только одного размера. Кроме того, перемещение банок внутри барабана приводит к образованию потертостей на их наружной поверхности. Эти недостатки сдерживают применение таких стерилизаторов в консервной промышленности.
Непрерывно действующий стерилизатор с пластинчатым транспортером представляет собой три прямоугольных корпуса, внутри которых помещены специальные транспортеры. Первая камера – стерилизатор, вторая – охладитель под давлением и третья – душевой охладитель при атмосферном давлении. Банки от закаточной машины через роторный клапан передаются на внутренний пластинчатый транспортер и без предварительного подогрева подвергаются воздействию температуры стерилизации. Пройдя через стерилизационную камеру, банки при помощи такого же роторного клапана передаются в камеру охлаждения. Кинематическая схема привода транспортеров позволяет изменять скорость перемещения банок, а тем самым продолжительность стерилизации от 11 до 90 мин. Этим же регулируется производительность непрерывно действующего стерилизатора.
Основным недостатком таких стерилизаторов является ненадежная конструкция роторных клапанов. В них может происходить затор банок, что вызывает аварийную остановку стерилизатора.
Этих недостатков лишены стерилизаторы гидростатического действия. Внедрение таких стерилизаторов в консервную промышленность связано с именем французского инженера П. Карвалло. Их конструкция основана на принципе гидростатического уравновешивания давления.
Возникающее внутри банок давление компенсируется увеличивающимся столбом воды. С учетом атмосферного давления в месте размещения стерилизатора при температуре насыщенного пара в зоне стерилизации 127 °С высота водяного столба, компенсирующая давление, должна быть около 15 м.
По выходе из камеры предварительного нагрева банки поступают в зону стерилизации, заполненную насыщенным паром под давлением, определяемым высотой компенсирующего водяного столба. Уровень воды в нижней части камеры регулируется поплавковым регулятором. Пройдя зону стерилизации, банки поступают в зону охлаждения. По мере снижения температуры снижается внутреннее давление в банке. Разгрузочное устройство в верхней части стерилизатора выталкивает банки из носителей.
Одним из недостатков стерилизаторов гидростатического типа является то, что давление и температура стерилизации взаимосвязаны между собой и не могут регулироваться независимо друг от друга. Кроме этого, недостатком таких стерилизаторов является их большая высота.
Использование гидростатических стерилизаторов требует соблюдения четкого поддержания уровня воды, так как в противном случае происходит колебание давления в стерилизационной камере, а это может привести к деформации металлических банок и срыву крышек со стеклянных.
Возможный срыв крышек можно устранить с помощью специальных носителей либо создать стерилизатор для обработки продукта только в банках определенного размера и по строго разработанному режиму. Ввиду того что конструкции таких стерилизаторов весьма сложны и они являются дорогими, указанные ограничения не позволяют широко применять их в консервной промышленности.
Выходом из этого положения является создание в камере стерилизации давления, превышающего давление насыщенных паров, при данной температуре за счет подачи воздуха в камеру стерилизатора.
В настоящее время на ряде консервных предприятий эксплуатируются пневмогидростатические стерилизаторы "Хунистер" венгерской фирмы "Комплекс" (приложение Б.1). Этот стерилизатор состоит из 14 башен, каждая из которых разделена на две одинаковые камеры. Первые шесть ванн составляют секцию подогрева, следующая секция является зоной стерилизации. Из нее банки поступают в секцию предварительного охлаждения и в последующем в шесть камер охлаждения.
Банки после закаточной машины через загрузочное устройство подаются в носители, прикрепленные к двум тяговым цепям. Носители последовательно проходят через шесть ванн предварительного подогрева. В каждой ванне разность уровня воды по обе стороны перегородки, разделяющей ванну на две камеры, равна 4 м. Это обеспечивается подачей воздуха в одну из камер ванны. Подача пара и воздуха в каждую ванну осуществляется таким образом, чтобы в зоне подогрева давление плавно возрастало на 40 кПа от башни к башне. В седьмой и восьмой башнях поддерживается давление пара 240 кПа, что обеспечивает поддержание температуры 130 °С. В зоне охлаждения давление от башни к башне постепенно снижается на 40 кПа. Проходя через все башни, банки с продукцией равномерно прогреваются, выдерживаются при температуре стерилизации и постепенно охлаждаются с понижением давления.
В таких стерилизаторах можно стерилизовать продукцию, фасованную в металлическую и стеклянную тару. Производительность стерилизатора и продолжительность стерилизации регулируются путем изменения скорости движения тягового транспортера. В зависимости от размера тары и вида продукта производительность аппарата составляет от 5080 до 19400 банок в час.
Учитывая, что эти стерилизаторы очень дорогие, на консервных предприятиях создаются стерилизационные отделения, обслуживающие несколько технологических цехов. В зависимости от сезонности переработки различного сырья стерилизаторы могут быть предназначены для обработки различных видов консервов. Это позволяет в лучшей степени использовать основные фонды предприятия.
Безусловно, такие стерилизаторы экономически выгодны лишь на заводах с большим объемом производства одного вида продукции [9].

2.2 Аппараты для стерилизации молока в потоке

Аппараты для стерилизации молока в потоке делятся на два вида: поверхностные (пластинчатые, трубчатые и др.) и пароконтактные с нагревателями инфузионного ("молоко в пар") и инжекционного ("пар в молоко") типа.
1) Оборудование поверхностного типа.
Схема пластинчатой стерилизационно-охладительной установки поверхностного типа приведена на рисунке 4 а. Молоко из уравнительного бака центробежным насосом подается в первую секцию регенерации, а затем во вторую. В последней молоко нагревается до температуры гомогенизации и поступает в гомогенизатор. После него молоко направляют в секцию стерилизации, где оно нагревается паром до температуры стерилизации. Охлаждение молока осуществляется последовательно путем передачи теплоты сырому молоку в первой, второй и третьей секциях регенерации. Окончательное охлаждение молока происходит в охладителе. Часовая производительность пластинчатых стерилизационно-охладительных установок составляет от 500 до 10000 л и более.
В трубчатой стерилизационно-охладительной установке (рисунок 4 б) молоко из бака подается насосом через первую секцию регенерации в гомогенизатор. Гомогенизированное молоко, проходя вторую секцию регенерации, поступает в секцию стерилизации, где стерилизуется и поступает в выдерживатель. Затем проходит вторую и первую секции регенерации, в которых отдает теплоту холодному молоку. Окончательно стерилизованное молоко охлаждается в секции установки.


а – пластинчатая установка: 1 – уравнительный бак, 2 – насос, 3 – предохранительный клапан, 4 – гомогенизатор, 5 – регулятор температуры стерилизации, 6 – возвратный клапан, 7 – секция стерилизации, 8 - 10 – секции регенерации, 11 – кран, 12 – охладители; б – трубчатая установка: 1 – уравнительный бак, 2 и 4 – секции регенерации, 3 – гомогенизатор, 5 – секция стерилизации, 6 – паровой вентиль, 7 – регулятор температуры, 8 – выдерживатель, 9 – охладитель, 10 – кран, 11 – насос.
Рисунок 4 – Схемы стерилизационно-охладительных установок поверхностного типа

2) Пароконтактные нагреватели.
Пароконтактная стерилизационная установка с нагревателем инжекционного типа (рисунок 5 а) работает следующим образом. Молоко из бака подается в первый подогреватель, а затем во второй. Во втором подогревателе оно подогревается паром из котельной, а в первом – вторичным паром, поступающим из первого подогревателя. Затем насосом высокого давления молоко перекачивается в пароконтактный нагреватель, где нагревается до температуры стерилизации и направляется в вакуумную камеру (дезодоратор) [10].
Пароконтактный нагреватель инжекционного типа ("пар в молоко") представляет собой закрытый канал, по которому движется нагреваемое молоко. В поток молока через специальные отверстия поступает водяной насыщенный пар. Объемом пара и его температурой определяется степень нагрева молока. По конструкции такие нагреватели могут быть различными: с двумя концентрическими кольцевыми щелями, через которые под давлением выходят в расширяющую часть конуса молоко и пар; с двумя коаксиально расположенными трубами, в одной из которых (центральной, перфорированной отверстиями малого диаметра) движется молоко, а пар вводится в кольцевое пространство между перфорированной трубой и цилиндрическим корпусом; с загрузкой потоков молока и др.



а – инжекционного типа: 1 – уравнительный бак, 2 – конденсатор, 3 – вакуум-камера, 4 – пароконтактный нагреватель, 5 – регулятор температуры стерилизации, 6 – регулятор уровня, 7 – охладитель, 8 – асептический гомогенизатор, 9 – насос высокого давления, 10 – асептический насос, 11 – регулятор соотношений, 12 и 13 – подогреватели, 14 – насос; б – инфузийного типа: 1 – уравнительный бак, 2 – регулятор температуры стерилизации, 3 – пароконтактный нагреватель, 4 – вакуум-камера, 5 – охладитель, 6 – асептический гомогенизатор, 7 – асептический насос, 8 – насос высокого давления, 9 – регулятор соотношений, 10 и 11 – подогреватели, 12 – насос для конденсата, 13 – наcoc для молока.
Рисунок 5 – Схема пароконтактных стерилизационных установок с нагревателем

В вакуумной камере при пониженном давлении молоко вскипает. При этом оно охлаждается и испаряется влага, попавшая в него при конденсации пара. Стерилизованное молоко откачивается из вакуум-камеры асептическим насосом к асептическому гомогенизатору. Гомогенизированное стерилизованное молоко охлаждается в охладителе. Соотношение сухих веществ в исходном и стерилизованном молоке контролируется регулятором соотношения.
В пароконтактной установке с нагревателем инфузийного типа (рисунок 5 б) молоко стерилизуют следующим образом. Сырое молоко из бака подается насосом в первый, а затем во второй подогреватель. В первом подогревателе молоко подогревается вторичным паром и паром, поступающим из второго подогревателя, в который он поступает из котельной. Молоко после подогрева насосом высокого давления подается в пароконтактный подогреватель – вертикальную цилиндрическую камеру, в которой разбрызгивается в среде греющего пара. Стерилизованное молоко из пароконтактного нагревателя поступает в вакуум-камеру, вскипает, охлаждается в условиях пониженного давления и из него удаляется избыток сконденсированной влаги. Соотношение сухих веществ и влаги в сыром стерилизованном молоке поддерживает специальный регулятор. Молоко из вакуум-камеры подается асептическим насосом в асептический гомогенизатор. Гомогенизированное стерилизованное молоко охлаждается в охладителе и направляется на фасование и упаковывание [5].

3. Производственные расчеты

Для анализа и сравнения взяты стерилизационные аппараты поверхностного типа по следующим причинам. В сравнении с установками контактного типа, поверхностные стерилизаторы имеют меньшую энергоемкость и стоимость, отличаются высокими значениями коэффициента рекуперации тепла (т.е. когда тепло эффективнее забирается из удаляемого воздуха и передается свежему нагнетаемому) и не имеют высоких требований к качеству пара.
В курсовой работе проведем расчет стерилизационных установок П8-ОСО-5, СОУ-10 и ПМР-02-ВТ по формулам [11]. При расчете определим техническую производительность, удельную энергоемкость и габаритность.

3.1 Расчет стерилизатора П8-ОСО-5

Техническую производительность рассчитаем по формуле

W_T=W_П*ф, (1)

где WП – паспортная производительность, л/ч;
ф – коэффициент использования рабочего времени (ф=0,7).
Подставив значения в формулу (1), получим

W_T=5000*0.7=3500 л/ч

Удельную энергоемкость рассчитаем по формуле

N_уд=N/W_T ,

где N – установленная мощность, кВт;
WТ – техническая производительность, л/ч.
Подставив значения в формулу (2), получим

N_уд=9,5/3500=0.0027 кВтч/л

Габаритность рассчитаем по формуле

Г= (L*B*H)/W_T , (3)

где L, B, H – длина, ширина и высота аппарата, м;
WТ – техническая производительность, л/ч.
Подставив значения в формулу (3), получим

Г= (3,8*2,8*2,8)/3500=0,0085 м^3 ч/л.

3.2 Расчет стерилизатора СОУ-10

Техническую производительность рассчитаем по формуле (1) и получим

W_T=5000*0.7=3500 л/ч.

Удельную энергоемкость рассчитаем по формуле (2) и получим

N_уд=11/3500=0.0031 кВтч/л.

Габаритность рассчитаем по формуле (3) и получим

Г= (3,0*1,5*1,7)/3500=0,0022 м^3 ч/л.

3.3 Расчет стерилизатора ПМР-02-ВТ

Техническую производительность рассчитаем по формуле (1) и получим

W_T=2000*0.7=1400 л/ч.

Удельную энергоемкость рассчитаем по формуле (2)и получим

N_уд=7,5/3500=0.0053 кВтч/л.

Габаритность рассчитаем по формуле (3) и получим

Г= (1,9*1,2*1,2)/1400=0,0019 м^3 ч/л.

Заключение

Согласно аналитическим прогнозам, производство питьевого молока с длительным сроком хранения, обеспеченным УВТ-обработкой с асептическим розливом, будет расти, поскольку такой способ обработки дешевле, чем пастеризация с последующим хранением продукта при температуре 4 - 8 °С.
Такой продукт обладает абсолютной надежностью с санитарно-гигиенической точки зрения, позволяет осуществлять перевозки на длительные расстояния без охлаждения, исключает необходимость ежедневной поставки в торговлю. Из года в год растет потребительский спрос на молочные продукты длительного хранения во всех странах мира, расширяется их ассортимент, увеличиваются сроки хранения, совершенствуются пути повышения стойкости в хранении.
Расчет стерилизаторов в данной курсовой работе показал, что лучшими значениями технической производительности характеризуются установки П8-ОСО-5 и СОУ-5 (3500 л/ч), удельная энергоемкость имеет наименьшее значение у стерилизатора П8-ОСО-5 (0,0027 кВтч/л), а габаритность, в свою очередь - у аппарата ПМР-02-ВТ (0,0019 м3ч/л). Сравнительные диаграммы представлены в приложении А.1.

Список использованной литературы

1 Богатова О. В. Химия и физика молока / О. В. Богатова, Н. Г. Догарева. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – С. 85, 112 – 113.
2 Шалыгина А. М. Общая технология молока и молочных продуктов / А. М. Шалыгина, Л. В. Калинина. – М. : КолосС, 2004. – С. 149, 152 – 155.
3 Буянова И. В. Технология цельномолочных продуктов / И. В. Буянова. – Кемерово: Кемеровский ТИПП, 2004. – С. 16.
4 Бредихин С. А. Технология и техника переработки молока / С. А. Бредихин, Ю. В. Космодемьянский, В. Н. Юрин. – М. : Колос, 2003. – С. 141– 144, 180 – 184.
5 Тихомирова Н. А. Технология и организация производства молока и молочных продуктов / Н. А. Тихомирова. – М. : ДеЛи принт, 2007. С. 68, 71 – 72.
6 Балодис М. Производство молока по евростандартам // Переработка молока. – 2005. – № 10. – С. 26 – 27.
7 Ахметзянов, А. // Переработка молока. – 2006. – №1. – С. 4 – 6.
8 Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств / А. А. Курочкин, Г. В. Шабурова, А. С. Гордеев, А. И. Завражнов. – М. : КолосС, 2007. – С. 276.
9 Лобанов В. И. Процессы и аппараты: методические указания к выполнению курсовой работы / В. И. Лобанов. – Барнаул: Издательство АГАУ, 2003. – 52 с.

Приложение А
ультразвуковой стерилизация молоко тепловой
Сравнительные диаграммы

Рисунок А.1 – Сравнительные диаграммы расчета стерилизаторов П8-ОСО-5, СОУ-10 и ПМР-02-ВТ

Приложение Б

Пневмогидростатический стерилизатор

1 – механизм загрузки банок; 2 – воздушное пространство; 3 – водяная колонна; 4 – банка с продуктом; 5 – носитель банок; 6 – цепной транспортер; 7 – верхняя площадка; 8 – привод; 9 – регулятор давления; 10 – теплоизоляция; 11 – механизм выгрузки банок; 12 – нижняя ветвь цепного транспортера.
Рисунок Б.1 – Пневмогидростатический стерилизатор "Хунистер"

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Технология и организация производства молока". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 525

Другие дипломные работы по специальности "Промышленность, производство, Дипломные 2014 года":

Бухгалтерский учет и организация финансов в бюджетном учреждении

Смотреть работу >>

Потребительское поведение

Смотреть работу >>

Межбанковское кредитование в РФ

Смотреть работу >>

Управление денежными средствами на предприятии

Смотреть работу >>

Антикризисная стратегия и мероприятия по выводу предприятия из кризиса

Смотреть работу >>