Дипломная (вкр): Технология и организация производства молока

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.

.1 Аппараты для стерилизации молока в таре

К этой группе относят аппараты периодического действия (автоклавы), полунепрерывного (стерилизаторы туннельного типа) и непрерывного (гидростатические стерилизаторы) действия.

) 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.

) 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.