Переработка молока методом пастеризации

26

1. Обоснование темы

Пастеризация - процесс одноразового нагревания чаще всего жидких продуктов или веществ до 60 °C в течение 60 минут или при температуре 70-80 °C в течение 30 мин. Технология была открыта в середине XIX века французским микробиологом Луи Пастером. Применяется для обеззараживания пищевых продуктов, а также для продления срока их хранения.

При такой обработке в продукте погибают вегетативные формы микроорганизмов, однако споры остаются в жизнеспособном состоянии и при возникновении благоприятных условий начинают интенсивно развиваться. Поэтому пастеризованные продукты (молоко, пиво и другое) хранят при пониженных температурах в течение ограниченного периода времени. Считается, что пищевая ценность продуктов при пастеризации практически не изменяется, так как сохраняются вкусовые качества и ценные компоненты (витамины, ферменты).

В зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют разные режимы пастеризации. Различают длительную (при температуре 63-65 °C в течение 30-40 мин), короткую (при температуре 85-90 °C в течение 0,5-1 мин) и мгновенную пастеризацию (при температуре 98 °C в течение нескольких секунд).

Пастеризация не может применяться при консервировании продуктов, так как герметично закрытая тара является благоприятной средой для прорастания спор анаэробной микрофлоры). В целях долговременного консервирования продуктов (в особенности загрязненных первоначально землей, например, грибов, ягоды), а также в медицинских и фармацевтических целях применяют дробную пастеризацию - тиндализацию.

2. Обзор и анализ существующих способов и схем пастеризации молока

Действие пастеризации на микроорганизмы, содержащиеся в молоке, зависит от температуры, до которой нагревают молоко, и продолжительности выдержки при этой температуре. Пастеризацией уничтожаются микробы, а при стерилизации (нагревании молока выше температуры кипения) - одновременно и споры. Кипячением уничтожается вся микрофлора молока, за исключением спор, устойчивых к температуре кипения. Пастеризацией без заметного изменения органолептических свойств молока (вкус, запах и консистенция) уничтожаются туберкулезные, бруцеллезные и другие болезнетворные бактерии. В обычном сборном молоке погибает 99% бактерий лишь при условии хорошей, надежной стерилизации аппаратуры, инвентаря, посуды, используемых в процессе пастеризации. Так, добавка к пастеризованному молоку загрязненного молока, содержащего 1 млрд. бактерий (то есть такое количество, которое может остаться по недосмотру в молочном инвентаре), повысит количество бактерий в молоке до 1 млн. в 1 мл. Эти бактерии будут активно размножаться и неизбежно приведут к порче всего молока. Пастеризация, следовательно, наиболее простой и дешевый способ обеззараживания молока. Молоко пастеризуют также при производстве всех молочных продуктов, чтобы предохранить их в последующем от нежелательных процессов, которые вызываются жизнедеятельностью бактерий и особенно кишечной палочки, маслянокислых бактерий и других. При пастбищном содержании скота микрофлора молока уничтожается нагреванием более полно, чем при стойловом содержании. Объясняется это тем, что при стойловом содержании бактерии попадают в молоко главным образом с навозных частиц. Эти бактерии по своим свойствам более устойчивы к нагреванию. При пастбищном содержании в молоке обнаруживаются преимущественно бактерии, размножающиеся на растениях. Перед пастеризацией необходима тщательная очистка молока. На практике применяются три режима пастеризации: при длительной пастеризации молоко нагревают до 63-65 °С и выдерживают при этой температуре 30 мин; кратковременная пастеризация проводится при 72-75 °С с выдержкой в течение 15-20 с, что осуществляется в потоке; мгновенная пастеризация - нагревание молока до температуры 85-90 °С без выдержки. Термическое воздействие на молоко приводит к некоторым изменениям его составных веществ. При нагревании из молока улетучиваются растворенные в нем газы. Вследствие удаления углекислоты кислотность молока снижается на 0,5-1 °Т. При температуре выше 85° частично изменяется казеин. Но наибольшему воздействию подвергается альбумин молока: при 60 - 65 °С он начинает денатурироваться. Нарушается при пастеризации и солевой состав молока. Растворимые фосфорнокислые соли переходят в нерастворимые. От частичного свертывания белков и образования нерастворимых солей на поверхности нагревательных приборов (пастеризаторы) отлагается осадок-молочный камень (пригар). Пастеризованное молоко медленнее свертывается сычужным ферментом. Это объясняется выпадением кальциевых солей. Добавление к такому молоку раствора хлористого кальция восстанавливает его способность свертываться. Витамины стойки к воздействию высокой температуры, особенно если молоко нагревается без доступа кислорода воздуха. Нагревание до высоких температур (80-85°) придает молоку особый привкус и аромат, которые по мере повышения температуры усиливаются. При кипячении состав молока также изменяется. Например, почти в 2 раза уменьшается содержание витаминов А и С. Теряются питательные вещества в пределах от 15 до 20% вследствие образования осадков белков, жира и солей кальция на стенках посуды. Поэтому кипятить пастеризованное молоко без особой нужды не следует.
Цели пастеризации следующие:

· уничтожение патогенной микрофлоры, получение продукта, безопасного для потребителя в санитарно-гигиеническом отношении;

· снижение общей бактериальной обсемененности, разрушение ферментов сырого продукта, вызывающих порчу пастеризованного продукта, снижение его стойкости в хранении;

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

Объемы продуктов, подлежащих пастеризации, огромны. Поэтому приоритетными направлениями работ по совершенствованию и созданию новых пастеризационно-охладительных установок являются снижение энергоемкости теплообменных процессов, минимизация их геометрических параметров, снижение стоимости.

Существуют различные исполнения пастеризаторов: трубчатые, скребковые, пластинчатые, с инфракрасным нагревом, емкостные и так далее. Самыми эффективными с точки зрения снижения энергоемкости и времени обработки являются пластинчатые пастеризационно-охладительные установки.

По классическим схемам на данных установках в пластинчатом теплообменном аппарате три секции: пастеризации, рекуперации и охлаждения. Благодаря секции рекуперации, выходящий горячий продукт в потоке отдает тепло поступающему холодному продукту, что позволяет экономить как минимум 85…90% электроэнергии, потребляемой для пастеризации. Соответственно выходящий продукт перед попаданием в секцию охлаждения частично охлажден и не требует больших энергозатрат холодопроизводителей. Так как, процессы нагрева и охлаждения осуществляются в закрытом потоке, то это исключает возможность повторного обсеменения. Время обработки продукта в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках в несколько раз меньше по сравнению с емкостными.

Наибольшее распространение получили пастеризаторы модели ПМР_02_ВТ (небольшой производительности: 500…2000л/ч) с роторным нагревателем.

Схема технологического процесса: продукт из накопительной емкости подается в приемный бак. Из приемного бака продукт посредством насоса поступает в секцию рекуперации теплообменника, где подогревается встречным потоком пастеризованного продукта. Из секции рекуперации продукт поступает в роторные нагреватели. В роторном нагревателе, при вращении на больших оборотах, продукт, проходя зоны расширения и сужения, нагревается до температуры пастеризации. Далее он прокачивается через клапан возврата, выдерживатель, секцию рекуперации, секцию охлаждения и направляется в емкость для сбора и хранения. Если в автоматическом режиме работы температура продукта ниже заданной, то клапан возврата срабатывает и направляет продукт на вход в секцию рекуперации для повторного нагрева. При этом срабатывает световая и звуковая сигнализация, предупреждая о том, что посредством регулирующего крана необходимо уменьшить производительность. Температура пастеризации продукта индицируется и регистрируется на приборах в шкафу управления. Пастеризованный продукт из секции рекуперации поступает в секцию охлаждения, где охлаждается хладоносителем до заданной температуры и поступает в емкость для сбора и хранения. Температура выхода продукта индицируется на приборах в шкафу управления.

Роторный нагреватель нагревает на небольшую дельту температуры. (7…9 С) Основной нагрев осуществляется в секции рекуперации, поэтому работа роторного нагревателя корректна только в составе пастеризационно-охладительной установки, совместно с пластинчатым теплообменником. Мощность нагревателей и их количество определяет производительность установки. Нагреватель является вихревой гидродинамической машиной, обладающей свойствами насоса.

Основные преимущества установок с роторным нагревателем:

§ В пастеризаторе с роторным нагревателем нагрев продукта происходит напрямую, без применения промежуточных теплоносителей, в связи с чем коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую в 1,5…2 раза выше по сравнению с тэновыми нагревателями, что позволяет экономить как минимум 50% электроэнергии, потребляемой для пастеризации продуктов. Так, потребление электроэнергии на пастеризацию 1200 л/час составляет всего 7…8 кВт.

§ Отсутствие секции пастеризации в ПМР_02_ВТ с роторными нагревателями исключает возможность пригорания продукта и отложения камня, накипи. По фракционному составу белок пастеризованного молока идентичен белку исходного сырого молока. Содержание жира после пастеризации не меняется.

§ Отсутствие секции пастеризации значительно упрощает и удешевляет конструкцию установки (уменьшается теплообменный аппарат; нет насоса теплоносителя, системы подготовки горячей воды (ТЭНы/пар), бака теплоносителя и расширительного бака, трубопроводной обвязки).

§ В роторных нагревателях происходит частичная гомогенизация (16…20%), улучшая вкусовые качества продукта. Благодаря «объёмному» воздействию на продукты в роторном нагревателе созданы условия для полного подавления микрофлоры, что позволяет существенно увеличить сроки сохранения их качества.

§ Использование данных установок не требует оборудования для получения пара (наличия котельной или электротэнов).

§ Нагреватель является вихревой гидродинамической машиной, обладающей свойствами насоса. Это облегчает проход более густых продуктов.

§ На базе роторного нагревателя, выполненного из нержавеющей стали, разработаны и изготовлены пастеризаторы ПМР_02_ВТ (стерилизаторы), обеспечивающие нагрев продукта в пределах 70…125 С при малой потребляемой мощности. Так, потребление электроэнергии на высокотемпературную пастеризацию продукта, производительностью1500 л/час и температурой 120 С, составляет всего 12…13 кВт.

Ведутся работы по созданию литого роторного нагревателя нового образца (из нержавеющей стали) для установок большей производительности. Данные нагреватели позволят совершить прорыв в области экономии потребляемой электроэнергии. Опытные образцы показали феноменальные результаты. Так для пастеризации продукта при 80 С, производительностью 3000 л/ч, потребуется всего 20…25кВт. Данная установка имеет возможность стерилизовать продукт (до температуры 120…135 С) В настоящее время не существует аналогов таких экономичных установок. Высокий технический уровень, экономичность, компактность пастеризаторов ПМР_02_ВТ определил постоянно растущий спрос на них у потребителей.

Одним из простых видов аппаратов для нагревания и пастеризации молока являются ванны длительной пастеризации.

Нагревание молока в ваннах длительной пастеризации осуществляется горячей водой, подогреваемой паром непосредственно в рубашке, а охлаждение - ледяной водой, перегоняемой через рубашку.

1_резервуар; 2 - наружный корпус; 3_крышка; 4_мешалка; 5_привод мешалки; 6_термометр; 7_опора; 8_паровой коллектор; 9_вентиль; 10_труба слива охлаждающей воды; 11_кран для слива молока

Рисунок 1 - Ванна длительной пастеризации Г6_ОПБ_600;

Работает ванна длительной пастеризации следующим образом. пар через коллектор (барботер) поступает в воду, заполняющую межстенное ространство, и нагревает ее до температуры до… 96°С. Конденсат пара смешивается с водой, излишки которой сливаются через переливную трубу.

Горячая вода через стенку внутреннего резервуара нагревает молоко. По достижении заданной температуры паровой вентиль частично прикрывают и выдерживают молоко при температуре пастеризации. Затем паровой вентиль полностью закрывают и открывают вентиль холодной воды, которая постепенно вытесняет из межстенного пространства горячую воду и охлаждает молоко.

После завершения технологического цикла молоко из ванны сливают, а внутренний резервуар ванны и все детали, соприкасающиеся с молоком, промывают моющим раствором и ополаскивают теплой водой.

Расход пара на пастеризацию 1000 кг молока в ваннах длительной пастеризации составляет 100… 140 кг, что в 4,5…5 раз больше, чем в современных пластинчатых установках. Последнее свидетельствует о низкой экономичности ванн длительной пастеризации и объясняется тем, что тепло, затраченное на предварительное нагревание воды в рубашке ванны, используется нерационально. Кроме того, в ваннах длительной пастеризации неприменима рекунерация тепла, которая широко используется в пластинчатых аппаратах.

Страницы: 1, 2