Технологический процесс производства кисломолочных напитков резервуарным способом состоит из следующих технологических операций: подготовки сырья, нормализации, пастеризации, гомогенизации, охлаждения, заквашивания, сквашивания в специальных емкостях, охлаждения сгустка, созревания сгустка (кефир, кумыс), фасовки.
Для производства кисломолочных напитков используется молоко не ниже второго сорта кислотностью не выше 19 °Т, которое предварительно подвергают очистке. Обезжиренное молоко, пахта, сливки, сгущенное и сухое молоко, казеинат натрия и плодово-ягодные наполнители должны быть доброкачественными без посторонних привкусов и запахов и пороков консистенции.
Кисломолочные напитки вырабатывают с различной массовой долей жира: 6; 4; 3,2; 2,5 1,5; 1 %. Поэтому исходное молоко соответственно нормализуется до требуемой массовой доли жира. Нормализация молока осуществляется в потоке на сепараторах-нормализаторах или смешением. Нежирные продукты вырабатываются из обезжиренного молока.
При нормализации сырья смешением массу продуктов для смешения определяют по формулам материального баланса или по рецептуре.
Нормализованное сырье подвергается тепловой обработке. В результате пастеризации уничтожаются микроорганизмы в молоке и создаются условия, благоприятные для развития микрофлоры закваски. Наилучшие условия для развития микроорганизмов создаются, если молоко пастеризуется при температурах, близких к 100 °С. При этих условиях происходит денатурация сывороточных белков, которые участвуют в построении структурной сетки сгустка, повышаются гидратационные свойства казеина и его способность к образованию более плотного сгустка, хорошо удерживающего сыворотку. Поэтому при производстве всех кисломолочных напитков, кроме ряженки и варенца, исходное сырье пастеризуется при температуре 85—87 °С с выдержкой 5—10 мин или при 90— 92 °С с выдержкой 2—3 мин, ряженки и варенца — 95—98 °С с выдержкой 2—3 ч. Кроме того, при выработке варенца используется и стерилизация молока.
Тепловая обработка молока обычно сочетается с гомогенизацией. В результате гомогенизации при температуре 55—60 °С и давлении 17,5 МПа улучшается консистенция кисломолочных продуктов и предупреждается отделение сыворотки.
После пастеризации и гомогенизации молоко охлаждается до температуры заквашивания. При использовании закваски, приготовленной на термофильных бактериях, молоко охлаждается до 50— 55 °С, мезофильных — 30—35 °С и кефирной закваски— 18—25 °С.
В охлажденное до температуры заквашивания молоко должна быть немедленно внесена закваска, соответствующая виду продукта. Наиболее рационально вносить закваску в молоко в потоке. Для этого закваска через дозатор подается непрерывно в молокопровод и в смесителе смешивается с молоком.
Сквашивание молока проводят при температуре заквашивания. В процессе сквашивания происходит размножение микрофлоры закваски, нарастает кислотность, коагулирует казеин и образуется сгусток. Окончание сквашивания определяют по образованию достаточно плотного сгустка и достижению определенной кислотности.
По окончании сквашивания продукт немедленно охлаждается. Кисломолочные продукты, вырабатываемые без созревания, немедленно направляются на охлаждение.
Кефир, вырабатываемый с созреванием, после сквашивания охлаждается до 14—16°С и при этой температуре созревает. Продолжительность созревания кефира не менее 10—12 ч. Во время созревания активизируются дрожжи, происходит процесс спиртового брожения, в результате чего в продукте накапливаются спирт, углекислота и другие вещества, придающие этому продукту специфические свойства.
Молоко из емкости для сырого молока подается в балансировочный бачок, откуда направляется в рекуперативную секцию пастеризационноохладительной установки, где подогревается до 55—57 °С.
Для пастеризации молока используются пастеризационно-охладительные установки для кисломолочных продуктов, в которых можно проводить пастеризацию с необходимой выдержкой и последующим охлаждением до температуры сквашивания. Подогретое молоко направляется сначала в сепаратор-нормализатор, а затем — на гомогенизатор.
Для гомогенизации предназначены гомогенизаторы клапанного типа. Из гомогенизатора молоко сначала поступает в секцию пастеризации, далее через пульт управления — в емкость для выдерживания и возвращается в рекуперативную секцию и в секцию охлаждения пастеризационно-охладительной установки, где охлаждается до температуры заквашивания. Если по выходе из секции пастеризации молоко не достигло заданной температуры, то оно с помощью возвратного клапана направляется в балансировочный бачок для повторной пастеризации. Охлажденное молоко поступает в емкость для производства кисломолочных налитков, перемешиваясь в смесителе с закваской.
Сквашивание молока проводят в специальных двустенных вертикальных емкостях, оборудованных мешалками с автоматическим устройством.
Мешалка устроена таким образом, чтобы не взбалтывала кефир и не резала бы его на пласты и кубики, а равномерно и одновременно перемешивала всю массу кефира. Частичное перемешивание или разрезка сгустка приводит к отделению сыворотки,, а взбалтывание мешалкой — к пенообразованию, что в свою очередь вызывает отделение сыворотки.
Автоматическое устройство обеспечивает протекание сквашивания по определенному циклу: перемешивание — покой — перемешивание, а также служит для включения системы охлаждения. Охлаждение осуществляют холодной водой или рассолом, циркулирующим по кольцевому зазору между внутренней и средней емкостями. Средняя емкость снабжена теплоизоляцией, облицованной защитным кожухом.
Для выработки кисломолочных продуктов используются емкости вместимостью 2000, 4000, 6000 и 10 000 л.
Заквашенное молоко сквашивается в емкости до требуемой кислотности. Полученный сгусток охлаждается в той же емкости, при этом через каждые 30—40 мин включается мешалка для размешивания сгустка и более быстрого его охлаждения. Если требуется созревание, то сгусток охлаждается до температуры созревания и оставляется в емкости на созревание.
Охлаждение продукта можно проводить в потоке. Для этого молоко заквашивается в емкости, а по достижении заданной кислотности продукт подается на пластинчатый охладитель, где охлаждается в потоке до требуемой температуры и поступает в промежуточную емкость, откуда направляется на фасовку.
Кисломолочные напитки фасуются в термосвариваемые пакеты или в стеклянную тару на автоматах для фасовки жидких молочных продуктов.
Резервуары для приемки и хранения молока бывают вертикальные и горизонтальные. Повышение температуры молока за 24 ч хранения в таких резервуарах при разности температур окружающего воздуха и продукта, равной 24°С, допускается не более чем на 2°С. Резервуар-термос представляет собой цилиндрический сосуд, состоящий из алюминиевого корпуса и стального кожуха. Пространство между ними заполнено фенолформальдегидным пластиком, служащим термоизоляцией.
В верхней части резервуара предусмот¬рены смотровое окно, светильник, моечное устройство, датчик верх¬него уровня и воздушный клапан. Смотровое окно и светильник предназначены для периодического осмотра внутренней полости резервуара. Моечное устройство выполнено в виде двух трубчатых полудуг с отверстиями для подачи раствора. При вытекании моющего раствора из отверстий трубчатые дуги вращаются за счет возникающих реактивных сил. При этом внутренняя поверхность резервуара равномерно орошается моющим раствором.
Датчик верхнего уровня сигнализирует о заполнении рабочего объема резервуара, а воздушный клапан впускает и выпускает воздух при опорожнении и заполнении резервуара. В средней части резервуара расположены люк, термометр, кран для отбора проб, устройство для контроля за уровнем молока и стационарная лестница для обслуживания верхней части. В нижней части термоса имеются перемешивающее устройство, датчик нижнего уровня и опоры. Перемешивающее устройство состоит из центробежного насоса, эжектора, кранов и соединяющих их трубопроводов.
Резервуар наполняется через нижний патрубок, который служит также для опорожнения емкости путем переключения трехходового крана. Прекращение заполнения или опорожнения резервуара сопровождается подачей светового или звукового сигнала. При отборе проб пользуются специальным краником; температуру молока контролируют термометром.
Вертикальные резервуары-термосы по сравнению с горизонтальными позволяют лучше использовать высоту помещения, а также быстрее опорожняются. Горизонтальные резервуары-термосы устроены аналогично.
Используется для транспортирования маловязких жидких молочных продуктов (молока, обезжиренного молока, пахты, сыворотки) температурой не выше 90°С.
Центробежные насосы имеют вращающееся рабочее колесо, расположенное в корпусе, в котором имеются отверстия для подвода жидкости к лопастному колесу и для отвода потока жидкости от него. В корпусе происходит преобразование энергии потока в давление. Рабочее колесо представляет собой камеру, в которой расположена система лопастей, образующих криволинейные каналы для отвода жидкости.
Предназначен для накопления и уравнивания жидкого продукта с помощью поплавкового регулятора уровня. Бачок состоит из бака, поплавка, входного патрубка, клапана, рычага, выходного патрубка.
Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки предназначены для очистки от механических загрязнений, пастеризации с заданной выдержкой и охлаждения молока.
Установка состоит из пластинчатого теплообменного аппарата , центробежного молокоочистителя , трубчатого выдерживателя , молокоприемного бака , молочного насоса , насоса горячей воды , электроводонагревателя , водо- и молокопроводов, перепускного клапана , пульта управления .
Пластинчатый теплообменный аппарат имеет пять секций: I — пастеризации; II и III — регенерации; IV — охлаждения артезианской водой; V — охлаждения ледяной водой. Секции разделены между собой разделительными плитами, имеющими штуцеры для подвода и отвода соответствующей жидкости.
Рабочий процесс установки полностью автоматизирован. Молоко из уравнительного бака подается насосом 7 в секцию регенерации первой ступени III, в которой подогревается теплотой встречного потока молока до температуры 37...40 °С. Из секции III подогретое молоко поступает в сепаратор-очиститель. Очищенное молоко направляется на дальнейший подогрев до температуры 55...65°С в секцию регенерации второй ступени II, а затем в секцию пастеризации I, где нагревается циркулирующей водой до температуры 76...95°С (в зависимости от заданного режима) и через перепускной клапан подается в выдерживатель , где находится в течение 20 или 300 с. Из вьдерживателя молоко последовательно поступает в секции II и III регенерации, отдает теплоту встречному потоку молока, далее в секции IV и V, где охлаждается холодной, затем ледяной водой до температуры 2...8 °С и направляется в резервуар-термос. До заданной температуры пастеризации молоко нагревается в секции I горячей водой, перекачиваемой насосом по замкнутому контуру.
Выдерживатель с электроводонагревателем обеспечивает нагрев воды для пастеризации молока и выдержку при температуре пастеризации в течение заданного времени.
Змеевик выдерживателя выполнен из нержавеющей стали. Верхняя его секция служит для выдержки при температуре пастеризации молока от здорового стада в течение 20 с. При необходимости обработки молока от больных животных (бруцеллез, ящур и др.) верхнюю и нижнюю секции соединяют перемычкой последовательно, и молоко проходит выдержку 300 с.
На выдерживателе установлен корпус электроводонагревателя, в котором размещены нагревательные элементы (ТЭНы). Вода в подогреватель поступает из уравнительного бачка с поплавковым регулятором уровня. В центре корпуса от верха его расположена сливная труба, а в нижней части концентрично ей приварены отводящая труба с фланцем, от которого идет подвод к водяному насосу.
Насос гомогенизатор — аппарат для образования однородной (дисперсной) физически стабильной смеси. В основном он применяется для работы с жидкостями (реже — с газообразными и твердыми веществами), когда нужно смешать два и более компонента либо измельчить частицы, содержащиеся в продукте, до нужного уровня.
Разные жидкости отличаются плотностью, их скорость расслаивания обусловлена размером частиц эмульсии. Поэтому гомогенизатор для эмульсий не просто перемешивает продукт, как обычный миксер, а делает это так тщательно, что компоненты превращаются в единую однородную массу. Гомогенизатор позволяет одновременно производить диспергирование, гомогенизирование и перекачивание продукта с повышением давления на выходе. Специальная конструкция гомогенизатора (две рабочие камеры), специальная геометрия корпуса (с отсутствием «мертвых зон») и вращающихся рабочих частей обеспечивает высокую производительность.
Для приготовления закваски на предприятиях отрасли применяют специальные заквасочники. Основным техническим параметром их является вместимость. Заквасочники вместимостью 12 и 40 л применяют для приготовления лабораторной и производственной заквасок, а заквасочники вместимостью 150, 350, 630 л и более используют для получения производственной закваски.
Внутри ванны в нижней части смонтирована парораспределительная головка, представляющая собой цилиндр, на боковой поверхности которого имеются 144 отверстия диаметром 3 мм. Поворачивая рукоятки на электрошкафу, подают напряжение и устанавливают режим пастеризации. В ванну поступает пар для пастеризации молока. По достижении температуры пастеризации молоко выдерживают в течение 50…60 мин. Затем в ванну подают холодную воду, и молоко охлаждается до температуры сквашивания, после чего в ушаты вносят культуры молочнокислых бактерий. Рукоятку режима работ на панели электрошкафа устанавливают в положение «Сквашивание». Сквашивание молока происходит при температуре, автоматически поддерживаемой в течение времени, определяемого технологическими инструкциями по производству заквасок.
Работа дозатора молока заключается в следующем: молоко через патрубок в крышке поступает в молокоприемник дозатора, а затем через отверстие в перегородке попадает в дозирующую камеру. При наполнении молокоприемника поплавковое устройство дозатора поднимается вверх и соединяет отверстие штока с воздухом. Атмосферное давление через отверстие и полый шток поступает в дозирующую камеру, прижимает клапан к перегородке, закрывая ее отверстие и вытесняет через нижний шланг порцию молока в распределительный коллектор. Через специальный наконечник и верхний шланг атмосферное давление поступает также в сильфон, который, выпрямляясь, заводит счетчик для следующего поворота диска счетного устройства.
После полной откачки порции молока, ваккуметрическое давление в дозаторе выравнивается, и поплавковое устройство под собственным весом опускается вниз. Отверстие штока попадает в зону вакуума в молокоприемнике дозатора, сильфон сжимается и поворачивает диск счетчика на одно деление. Далее цикл повторяется.
Винтовые насосы относятся к объемным, жидкая среда в них перемещается вдоль оси вращения рабочих органов в результате периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса. Винтовые насосы имеют малое перемешивание перекачиваемой жидкости, равномерную подачу и обеспечивают хорошее всасывание. Наибольшее распространение получили одновинтовые насосы. Винтовой насос состоит из: корпус; обойма; винт; шарнир; карданный вал; всасывающий патрубок; уплотнение; подшипниковый узел; приводной вал; электродвигатель.
Винт представляет собой вал круглого сечения из нержавеющий стали, изогнутый по винтовой линии с шагом t. Обойма изготовлена из пищевой резины, представляет собой полый цилиндр с профилированной внутренней поверхностью в виде двухзаходного винта, шагом Т=2*t. Винтовые поверхности обоймы и винта имеют одно направление вращения. Винт вращается в обойме без осевого перемещения, причем ось винта вращается по окружности с радиусом равным эксцентриситету – е. Винтовые поверхности обоймы и винта контактируют по синусоиде. Перемещение продукта обеспечивается за счет вытеснения его вращающимся винтом по спиральным каналам обоймы. Например, при повороте винта на 1800 оба выступа винта окажутся в соответствующих впадинах обоймы, а две порции продукта переместятся при этом в сторону полости нагнетания на величину половины шага обоймы – Т/2. Вращение от приводного вала передается на винт с помощью специального звена – карданного вала, шарнира, эластичной муфты и др.
В существующих конструкциях насосов величины эксцентриситета находятся в пределах 1-8 мм. Чем меньше эксцентриситет, тем спокойней и продолжительней работает насос. Винт в упругой обойме может иметь зазор или натяг. При определенном давлении жидкости образуется небольшой зазор, через который часть продукта может перетекать из области нагнетания в область всасывания.
Действительная объемная подача винтового насоса (м3/с) будет составлять:
Q=4×e×D×T×n×η0
где е – эксцентриситет, м; Т – шаг обоймы, м; D – диаметр сечения винта, м; п – частота вращения винта, с-1; η0 – объемный к. п. д., учитывающий утечки (для одновинтовых насосов колеблется в пределах 0,65-0,9).
Для насоса П8-ОНД е=7 мм, D=32 мм, Т=104 мм.
Напор одновинтового насоса определяется разностью между давлением нагнетания и давлением всасывания и складывается из перепадов давления по шагам обоймы Δр. Определенному значению напора Н соответствуют определенная величина утечек qут. и определенная подача Q. Напор насоса не зависит от частоты вращения винта. Для насосов, работающих на давлении до 1 МПа, принимают перепад давления по шагам обоймы Δр, равным 0,15-0,25 МПа.
Пластинчатый охладитель состоит из набора штампованных пластин из нержавеющей стали, которые изолированы одна относительно другой резиновыми прокладками. Пластины скрепляют двумя боковинами, стянутыми болтами. Каналы для молока и охлаждающей жидкости разделены. При охлаждении холодной водой применяют схему противотока молока и воды.
По числу пластин в рабочем пакете определяют поверхность теплообмена и производительность охладителя, которую подсчитывают с учетом начальной температуры охлаждающей жидкости и молока, находящихся в теплообмене, и требуемой конечной температуры молока.Охладители рассчитаны на режим работы при соотношении подачи молока и охлаждающей воды, равном 1:3, а при охлаждении рассолом - 1:2. Пластинчатые охладители используют в составе молокоочистительных установок ОМ-1 и ОМ-1А, автоматизированных установок ООТ-М и ООУ-М, которые обеспечивают двухступенчатое охлаждение. В первой секции молоко охлаждают водопроводной водой, а во второй - доохлаждают рассолом или водой, охлажденной в системе холодильной машины.
Трубчатая пастеризационная установка
Перед началом работы трубчатой пастеризационной установки необходимо проверить наличие и состояние резиновых уплотнений крышек, исправность охладительных устройств, наличие пломбы на манометре и красной черты на его циферблате. Готовить пастеризатор к работе следует в соответствии с, требованиями инструкции по его эксплуатации.
После промывки аппарата водой необходимо пустить молоко на циркуляцию при ручном режиме до достижения необходимой температуры пастеризации, после чего переключают поток пастеризованного молока с циркуляции на прямое направление в емкость или на автоматический режим.
Аппаратчик должен следить по манометру за давлением пара в паровой рубашке (не должно превышать 0,5 кгс/см2). Пар в рубашку следует пускать при наличии циркуляция по, трубам продукта. Конденсат не должен накапливаться в паровой рубашке. Уровень жидкости в баке (ванне, танке), подаваемой в пастеризатор, должен быть на 30 см выше уровня, на котором расположен спускной кран.
При вынужденной остановке аппарата немедленно перекрывают подачу пара в паровую рубашку, отключают насосы для горячей, холодной воды и молока. После окончания работы пастеризатора остатки молока в аппарате и молокопроводах вытесняются водой.
Мойку и чистку трубчатых аппаратов производят в соответствии с требованиями инструкции по их эксплуатации.
В сепараторных отделениях, там, где отсутствует пароснабжение, для тепловой обработки молока применяют водогрейные коробки, представляющие определенную опасность. Они должны иметь крышки, предохраняющие от воздействия горячей воды, находящейся в водогрейной коробке. Незаполненные гнезда коробки необходимо закрывать прочными, плотно прилегающими крышками. Становиться, садиться или облокачиваться на крышку запрещается.
Транспортировка и охлаждение молока
Автомобильные цистерны и емкости должны иметь защитное заземление. Во избежание возможного открывания люков емкостей в процессе работы следует проверять надежность их крепления.Люки и мешалки емкостей должны оснащаться блокирующими устройствами, исключающими возможность включения мешалки при открытом люке.
Необходимо соблюдать осторожность при пользовании лестницей емкости для осмотра привода мешалки (при его верхнем расположении).
В установках для охлаждения молока на фермах емкость, корпус, компрессор, электродвигатели и пусковая аппаратура должны быть надежно заземлены. Для производства работ с компрессором, мешалкой и насосом необходимо обесточить всю установку.Фреоновый трубопровод и всю систему охлаждения ванн разбирать не разрешается, так как это может вызвать утечку фреона. Следует систематически проверять предохранительный клапан компрессора.
На транспортерах разрешается работать только специально подготовленному персоналу, ознакомленному с правилами безопасности. Битое стекло с транспортеров можно удалять только специальными приспособлениями (щетками, крючками).
Привод транспортера должен иметь защитный корпус, во время ремонтных работ он должен обесточиваться.
Плоскость цепи транспортера должна находиться на одном уровне с плоскостью цепи машины, к которой присоединяется транспортер. При работе на электропогрузчиках груз должен равномерно распределяться по ширине вилок. Во время работы запрещается стоять под грузом, а также работать на погрузчике со снятым щитом панели и снятой крышкой аккумуляторной батареи, а также оставлять погрузчик при поднятом грузе.
Перемещение молока по трубопроводам
Перед монтажом и первым пуском насос следует разобрать, осмотреть и убедиться в исправности деталей. Запрещается эксплуатация насоса при задевании рабочего органа за корпус и крышку, а также при повышенной вибрации и шуме. Подтягивать сальник и заменять манжетные уплотнения можно только во время полной остановка насоса. При наличии в насосе резиновых уплотнений нельзя включать насос без жидкости и выключать его сразу после подачи жидкости, что может привести к выходу уплотнений из строя. Не допускается резкое закрытие крана на нагнетательной линии, используемого для регулирования производительности центробежного насоса. При работе роторных и шестеренных насосов запрещается полностью закрывать краны на нагнетательных линиях; перед началом работы они должны быть открыты в первую очередь. Плунжерный насос высокого давления нельзя включать в работу при отсутствии манометра или его неисправности. Перед его пуском необходимо также проверить наличие масла в масляной ванне и количество воды, идущее на охлаждение плунжеров. Вращающиеся и движущиеся части насосов должны быть закрыты ограждениями.
Во избежание гидравлического удара трубопроводы необходимо перекрывать медленно. Трубопроводы должны присоединяться так, чтобы усилия, возникающие при открытии и закрытии арматуры, не передавались на трубы. Стеклянные трубы нагревать или охлаждать необходимо постепенно, изменяя температуру на 15-20 °С в минуту. Нельзя стерилизовать стеклянные трубы паром. Трубопроводы и арматура должны быть проверены на прочность путем гидравлического испытания под давлением выше рабочего.
Сепараторы и гомогенизаторы
К обслуживанию сепараторов допускаются лица, знающие их устройство и особенности эксплуатации, а также прошедшие инструктаж по правилам безопасности. Запрещается снимать, поправлять или устанавливать детали приемно-отводящего устройства во время вращения барабана, а также тормозить барабан посторонними предметами. Нельзя работать на сепараторе при наличии посторонних шумов, задевании барабана за детали приемно-отводящего устройства, вибрации барабана, поломке и потере упругости пружины горлового подшипника, износе шарикоподшипников и шестерен, попадании посторонних частиц в картер и молока или воды в смазочные масла. Запрещается запускать барабан с неправильно набранными тарелками или деталями от другого сепаратора. Нельзя допускать дефектов посадочных поверхностей деталей барабана и конусной поверхности веретена. При износе шарикоподшипников вертикального вала заменять их можно только шарикоподшипниками класса точности не ниже указанного в соответствующих инструкциях. Для смазки сепараторов следует применять только рекомендуемые сорта масел и постоянно следить за количеством и чистотой масла в картере. Запрещается работать на сепараторе с повышенной частотой вращения барабана и на сепараторе, установленном не на фундаменте.
Электродвигатели гомогенизаторов и пусковая аппаратура должны быть надежно заземлены. Приводы гомогенизаторов должны иметь кожухи. Запрещается производить ремонт, смазку и мойку гомогенизатора во время его работы. Перед работой необходимо проверить исправность предохранительного клапана и отрегулировать его на максимально допустимое рабочее давление, которое не должно превышать паспортного значения. Перед включением электродвигателя гомогенизатора необходимо пустить воду для охлаждения плунжеров. Гомогенизатор необходимо останавливать только после разжатия до отказа пружины гомогенизирующей головки