Охладители молока и принцип их работы

Качество молока, особенно его бактериологические показатели, в значительной степени зависит от длительности и температуры его хранения. Известно, что свежевыдоенное молоко содержит особые бактерицидные вещества, которые не только препятствуют росту бактерий, но и уничтожают их. Однако эти бактерицидные вещества очень нестойки при высоких температурах и легко распадаются, если молоко не подвергается немедленному охлаждению.

Размножение большинства микроорганизмов, встречающихся в молоке, резко замедляется при охлаждении его ниже 10⁰С и почти полностью прекращается при температуре около 2…4⁰С.

Оптимальные сроки хранения молока, охлажденного до 4…6⁰С, не более 12 ч. При более длительном хранении молока в условиях низких температур возникают пороки вкуса и консистенции.

Охладители молока делят по следующим основным признакам:

- характеру соприкосновения с окружающим воздухом – открытые оросительные, закрытые и проточные;

- профилю рабочей поверхности – трубчатые и пластинчатые;

- числу секций – одно- и многосекционные;

- конструкции – одно- и многорядные;

- форме – плоские и круглые;

- продвижению продукта – под напором или с использованием вакуума; под действием собственной массы;

- направлению движения теплообменивающихся сред – противоточные, прямоточные и с перекрестным движением.

Наиболее распространенным считается пластинчатый охладитель противоточного типа.

Открытый оросительный охладитель представляет собой вертикальную стенку из горизонтальных труб, размещенных одна над другой. Внутри труб циркулирует вода или рассол. Охлаждаемое молоко стекает на поверхность труб из распределительного желоба и собирается в сборнике. Для уменьшения габаритных размеров охладительных установок их изготовляют в виде параллельных секций. В этом случае желоб распределяет молоко на каждую секцию.

В некоторых оросительных охладителях в качестве хладоносителя применяют аммиак или фреон. При таком охлаждении в секцию снизу вводят жидкий хладагент, например, аммиак. В газообразном виде он отсасывается компрессором. Охладительные секции в этом случае изготовляют из нержавеющей стали.

В поточных линиях доения коров и первичной обработки молока применяют круглые оросительные охладители, работающие в закрытом потоке под вакуумом. Однако при одинаковой производительности с плоскими охладителями круглые имеют значительно большие габаритные размеры, что ограничивает их применение.

Емкостные охладители являются универсальным оборудованием и служат для сбора, охлаждения и хранения молока. Широкое применение они получили на фермах, а также на молокоперерабатывающих предприятиях малой и средней мощности.

Молоко в емкостях охлаждается двумя способами: непосредственно кипящим хладагентом и посредством промежуточного хладоносителя.

Емкости с непосредственным охлаждением молока выпускают со встроенным или автономным холодильным агрегатом. Автономным холодильным агрегатом, как правило, комплектуют емкости большой вместимости (1000 л и больше), так как в этом случае для эффективной работы агрегата возникает необходимость установки вентиляционного оборудования или рекуператора теплоты.

Емкость с непосредственным охлаждением молока состоит из ванны, в нижней части которой находится щелевой испаритель, мешалки с приводом, откидных крышек и фреоновых трубопроводов. Пространство между ванной и корпусом емкости заполнено пенополиуретановой термоизоляцией, плотно прилегающей к стенке емкости. Корпус емкости изготовлен из неметаллического материала. Откидные крышки и небольшая высота емкости обеспечивают удобство ручной мойки.

Закрытые охладители бывают двух типов: трубчатые и пластинчатые.

Охладитель трубчатого типасостоит из двойных труб, вставленных одна в другую и помещенных в общий теплоизолированный кожух.

Охлаждаемое молоко движется по центральной трубе, а хладоноситель – противотоком по кольцевому зазору. Охладители трубчатого типа могут иметь две секции: охлаждения холодной водой и рассолом.

Охладитель пластинчатого типапредставляет собой теплообменный аппарат, рабочая поверхность которого выполнена из отдельных параллельно сомкнутых пластин.

Он состоит из главной стойки с верхней и нижней горизонтальными штангами, нажимной плиты и гайки. На верхней штанге подвешивают теплообменные рабочие пластины с рифленой поверхностью. Между ними, благодаря резиновым прокладкам, образуются каналы, по которым протекают охлаждаемый продукт и хладоноситель. Все пластины уплотняются нажимными плитой и гайками. Основными параметрами, характеризующими пластинчатый охладитель, являются тип и число теплообменных пластин. Размеры, форма и профили их поверхностей разнообразны.

Охладители производительностью до 1000 л/ч оснащены пластинами с площадью поверхности 0,043 м².

9.4 Пастеризация и с терилизация молока

С целью уничтожения находящихся в молоке бактерий его подвергают нагреванию до определенной температуры. Факт обеззараживания различных материалов, в том числе продуктов, путем их нагревания установил выдающийся французский ученый Луи Пастер

По его имени этот процесс назван пастеризацией, а аппараты, в которых осуществляется этот процесс, – пастеризаторами.

Тепловая обработка молочного сырья проводится с целью его обеззараживания. Она должна обеспечить не только надежное подавление жизнедеятельности микроорганизмов, но и максимально возможное сохранение исходных свойств молока. Любое тепловое воздействие на молоко нарушает его первоначальный состав и физико-химические свойства. Степень физико-химических изменений составных частей молока зависит главным образом от температуры и продолжительности тепловой обработки.

Молочные белки под действием теплоты денатурируют. Наиболее чувствительны к нагреванию сывороточные белки, которые денатурируют при температурах выше 65⁰С, казеин же обладает высокой тепловой стойкостью. При температурах выше 100⁰С начинается частичное разложение лактозы, в результате которого молоко приобретает специфический вкус, запах и цвет (бурый). Молочный жир при нагревании до 100⁰С практически не меняется. В процессе тепловой обработки частично разрушаются витамины, особенно водорастворимые (С, В₁₂, тиамин и др.), а также инактивируются ферменты (редуктаза, фосфатаза пероксидаза). Минеральные соли в результате перехода растворимых солей кальция и фосфора в нерастворимое со­стояние частично выпадают в осадок. Изменение составных частей молока, вызывающих отрицательное влияние на пищевую ценность и органолептические показатели, должно быть незначительным.

К видам тепловой обработки относятся пастеризация, стерилизация и термизация.

Пастеризация молока. Пастеризация – это тепловая обработка мо­лока с целью уничтожения вегетативных форм микрофлоры, в том числе патогенных. Режим пастеризации должен обеспечить также получение заданных свойств готового продукта, в частности органолептических показателей (придать вкус, нужную вязкость, плотность сгустка).

Эффект пастеризации, обусловленный степенью гибели патогенной микрофлоры, влияет на выбор режимов и способов пастеризации. Из патогенных микроорганизмов более устойчи­выми к тепловой обработке являются бактерии туберкулеза.

Эффект пастеризации зависит от температуры (t)и продолжительности тепловой обработки (τ),взаимосвязь которых установлена в виде следующего уравнения: ln τ = 36,84—0,48t, где 36,84 и 0,48 — постоянные величины. В зависимости от этих факторов различают три режима пастеризации: длительная – при температуре 60…63⁰С с выдержкой 30 мин, кратковременная – при 74…78 ⁰С с выдержкой 20 с; моментальная – при 85…87 ⁰С или 95…98⁰С без выдержки.

Одновременно с процессом пастеризации для улучшения органолептических показателей молока и сливок проводится их дезодорация. Изменение органолептических показателей происходит вследствие наличия в молоке летучих веществ и газов, особенно кислорода, обусловливающих нежелательные вкус и запах Кислород, присутствующий в молоке, при хранении способствует окислению жировой фракции и разрушению вита­минов. Для удаления этих нежелательных веществ из молока используют вакуум – дезодорационные установки. Дезодорация осуществляется обычно при температуре 65…70⁰С и разрежении 0,04-0,06 МПа в течение 4-5 с. При этих условиях молоко закипает, и вместе с парами удаляются нежелательные газы и летучие вещества.

Дезодораторы бывают с инжекцией острого пара в продукт при атмосферном давлении и вакуумные.

В первом случае продукт перед поступлением в дезодоратор смешивается с очищенным острым паром, в результате чего улучшается степень его дезодорирования.

Одной из разновидностей пастеризации является термизация.

Термизация – это тепловая обработка молока с целью увеличения продолжительности его хранения путем снижения его общей бактериальной обсемененности. Ее проводят при температуре 65⁰С в течение 15с. Термизация в качестве низкотемпературной кратковременной тепловой обработки рекомендована для повышения стойкости сырого молока при хранении.

Оборудование для пастеризации молока. Молоко и молочные продукты пастеризуют в специальных емкостях, трубчатых пастеризационных установках, а также в пластинчатых пастеризационно - охладительных установках.

К первым относят ванны длительной пастеризации и универсальные ванны.

Трубчатая пастеризационная установка состоит из двух центробежных насосов, трубчатого аппарата, возвратного клапана, конденсатоотводчиков и пульта управления с приборами контроля и регулирования технологического процесса.

Основной элемент установки – двухцилиндровый теплообменный аппарат, состоящий из верхнего и нижнего цилиндров, соединенных между собой трубопроводами. В торцы цилиндров вварены трубные решетки, в которых развальцовано по 24 трубы диаметром 30мм. Трубные решетки из нержавеющей стали имеют выфрезерованные короткие каналы, соединяющие последовательно концы труб, образуя, таким образом, непрерывный змеевик общей длиной около 30 м. Торцевые цилиндры закрывают крышками с резиновыми уплотнениями для обеспечения герметичности аппарата и изолирования коротких каналов друг от друга.

Пар подается в межтрубное пространство каждого цилиндра. Отработавший пар в виде конденсата выводится с помощью термодинамических конденсатоотводчиков.

Нагреваемое молоко движется во внутритрубном пространстве, проходя последовательно нижний и верхний цилиндры. На входе пара установлен регулирующий клапан подачи пара, а на выходе молока из аппарата – возвратный клапан, с помощью которого недопастеризованное молоко автоматически направляется на повторную пастеризацию. Возвратный клапан связан через регулятор температуры с термодатчиком, расположенным также на выходе молока из аппарата. Установка снабжена манометрами для контроля за давлением пара и молока.

Обрабатываемый продукт из накопительной емкости с помощью первого центробежного насоса подается в нижний цилиндр теплообменного аппарата, где нагревается паром до температуры 50...60⁰С и переходит в верхний цилиндр. Здесь он пастеризуется при 80...90 ⁰С.

Второй насос предназначен для подачи молока из первого цилиндра во второй. Следует отметить, что в трубчатых пастеризационных установках скорость движения различных продуктов неодинакова. В установке для пастеризации сливок скорость их перемещения в трубах теплообменного аппарата 1,2 м/с. В процессе теплообмена сливки поступают в цилиндры пастеризатора с помощью одного центробежного насоса. Скорость перемещения молока за счет применения двух насосов выше и составляет 2,4 м/с.

Преимуществами трубчатых пастеризационных установок по сравнению с пластинчатыми являются значительно меньшие количество и размеры уплотнительных прокладок, а недостатками – большие габариты и высокая металлоемкость; кроме того, при чистке и мойке этих установок требуется свободное пространство со стороны торцов цилиндров теплообменного аппарата.

Трубчатые установки эффективны в том случае, если последующий процесс обработки молока проводят при температуре, незначительно отличающейся от температуры пастеризации.

Пастеризационно – охладительные установки применяют для тепловой обработки молока, сливок и смеси мороженого. Конструкция каждой из таких установок имеет свои особенности, которые отражены при описании оборудования для производства различных молочных продуктов.

Пастеризационно-охладительные установки работают в режиме кратковременной пастеризации при 75…76 ⁰С с выдержкой нагретого молока около 20 с в поточном трубчатом выдерживателе.

Сырое молоко поступает из танка в уравнительный бак, где поплавковым регулятором поддерживается его постоянный уровень. Насос подает молоко через стабилизатор потока в регенеративную секцию пластинчатого аппарата, по которому молоко, подогретое до 60…62⁰С, выходит в один из центробежных очистителей. Очистка молока перед пастеризацией повышает эффективность работы пастеризатора и является одним из условий надежной пастеризации. Она предохраняет пластины пастеризационной секции от преждевременного образования пригара, понижающего теплопередачу и производительность аппарата.

Полугерметические очистители обладают обеспенивающим действием. Они задерживают и разрушают пену молока, поэтому она не попадает в секцию пастеризации. Пена способствует образованию пригара и затрудняет прогревание всех частиц молока до температуры пастеризации. Очиститель имеет напорный диск, играющий роль центробежного насоса. Под его действием молоко проходит через секцию пастеризации, в которой нагревается до 74…76^˚С горячей водой, поступающей из бойлера. Охлаждение пастеризованного молока происходит в регенеративной, водяной и рассольной секциях.

В пастеризационно - охладительной установке УОМ-ИК-1 кроме секций выдерживателя и пластинчатого теплообменного аппарата имеется секция инфракрасного электронагрева. Она состоит из трубок кварцевого стекла U-образной формы с отражателями из анодированного алюминия. В секции 16 трубок (10 основных, 4 регулирующих режим нагрева и 2 дополнительных), на которые навита спираль из нихрома. Трубки включены в сеть параллельно.

Пластинчатые пастеризационно - охладительные установки по сравнению с другими типами тепловых аппаратов имеют ряд преимуществ:

- малая рабочая вместимость, что позволяет приборам автоматики более точно отслеживать ход технологического процесса (в пластинчатой установке рабочая вместимость в 3 раза меньше, чем у трубчатой такой же производительности);

- способность работать достаточно эффективно при минимальном тепловом напоре;

- минимальные теплопритоки и потери теплоты и холода (тепловая изоляция обычно не требуется);

- существенная экономия (80 - 90 %) теплоты в секциях регенерации (удельный расход пара в пластинчатых установках в 2 - 3 раза меньше, чем в трубчатых, и в 4 - 5 раз, чем в емкостных теплообменниках);

- малая установочная площадь (пластинчатая установка занимает примерно в 4 раза меньшую поверхность, чем трубчатая аналогичной производительности);

- возможность менять число пластин в каждой секции, что позволяет адаптировать теплообменный аппарат к конкретному технологическому процессу;

- возможность безразборной циркуляционной мойки аппаратуры.

Наиболее высокими технологическими показателями среди отечественных установок обладают модульные автоматизированные пастеризационно - охладительные установки с электронагревом типа «Поток Терм 500/1000/3000».

Особенностью этих установок является высокий коэффициент регенерации теплоты (0,9), система подготовки горячей воды с электронагревом и четырехсекционный пластинчатый теплообменник (две секции регенерации, секция пастеризации и секция охлаждения). В последнем резиновые прокладки выполнены из патентованного материала и соединены с пластинами специальными зажимами, т. е. без помощи клея.

Стерилизация молока – это тепловая обработка (выше 100 ⁰С) с целью повышения стойкости в хранении путем уничтожения как вегетативных, так и споровых форм микроорганизмов.

Эффективность стерилизации Е_с определяют по разности десятичных логарифмов первоначальной концентрации спорообразующих микроорганизмов в исходном молоке С_н и конечной концентрации спор С_к в продукте после тепловой обработки:

Е_с = lg10 С_н - lg10 С_к. (9.1)

Она должна быть в пределах от 9 до 10. Эффективность стерилизации находится в такой же прямой зависимости от температуры и продолжительности ее воздействия, как и при пастеризации. Стерилизация по сравнению с пастеризацией проводится при более высоких температурах, но с менее продолжительной выдержкой, поэтому физико-химические свойства молока претерпевают почти такие же изменения, как при пастеризации.

В зависимости от особенностей производства и фасования продукта различают периодическую и непрерывную стерилизацию в таре и в потоке с асептическим розливом. Периодическая стерилизация в таре осуществляется после фасования и герметического укупоривания продукта при температуре 110… 120⁰С в течение 15-30 мин. Для одноступенчатой стерилизации в таре служат стерилизаторы периодического действия – автоклавы. При периодической стерилизации продукт в таре загружают в стерилизатор, нагревают паром, выдерживают определенное время и охлаждают водой или воздухом до 40…50⁰С.

Непрерывная стерилизация при двухступенчатом режиме осуществляется в последовательности: первоначально продукт стерилизуют в потоке при 130…150 ⁰С в течение нескольких секунд, затем после розлива и укупоривания вторично стерилизуют продукт в таре при 110…118⁰С в течение 15-20 мин. Двухступенчатый режим стерилизации предназначен не только для уничтожения микроорганизмов, имеющихся в сырье, но и попавших в продукт при его фасовании. Продукт, полученный при двукратном режиме стерилизации, обладает высокой стойкостью при длительном хранении.

Дата добавления: 2014-01-20