Сепарирование молока и его значение в биотехнологии различных молочных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

18

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сепарирование молока и его значение в биотехнологии различных молочных продуктов

Введение

сепарирование молоко баланс

Переработка молока - важная отрасль пищевой промышленности. Можно выделить несколько основных этапов этого процесса. Это, прежде всего, так называемая первичная обработка молока. При первичной обработке производится первичная очистка от возможных загрязнений и далее пастеризация или стерилизация. Эти процессы призваны обеспечить безопасность молока и дать возможность хранить его в течение времени необходимого для доставки потребителю или же для завершения других процессов. Также к этому первичному этапу можно отнести нормализацию молока и его гомогенизацию. Первый процесс подразумевает приведение молока к требованиям стандартов по содержанию различных веществ. Второй подразумевает удаление из него возможных сгустков жира или других веществ. Далее, если не предполагается производство какого либо продукта на основе молока, оно может паковаться в тару или отправляться другому заказчику. Если всё же предполагается производство каких-либо молочных продуктов, следующим этапом обычно является сепарация. При сепарации в широком смысле не происходит изменения химического состава сепарируемых веществ. Так как молоко является взвесью различных веществ, сепарация молока - это разделение этих веществ и помещение их в раздельные емкости, а конкретно - получение сливок и обезжиренного молока

1. Значение сепарирования молока в биотехнологии производства различных молочных продуктов. Методы сепарирования и их преимущества и недостатки

История изобретения сепаратора. Сепараторы предназначены для разделения цельного молока на две фракции -сливки и обезжиренное молоко. Эти машины используют и для очистки молока от загрязнения. До изобретения сепаратора. Сливки получали путем отстаивания молока. Всплывание жира, а следовательно, и образование сливок происходят медленно, в обезжиренном молоке остается много жира.

В середине прошлого столетия были предложены центрифуги, в которых молоко подвергалось вращению. После центрифугирования более жирную верхнюю часть молока (сливки) сливали. В 1875 г. в Германии был создан сепаратор, барабан которого не имел тарелок. В 1877 г. шведский' ученый Карл Густав Патрик де Лаваль изобретает более совершенный сепаратор. Через два года им же предложен сепаратор непрерывного действия.

Сепаратор, совершивший переворот в молочной промьшленности, а затем и в ряде других отраслей народного хозяйства был высоко оценен В.И. Лениным. В своем труде «Развитие капитализма в России» В.И. Ленин писал: ”Главное преобразование состояло в том, что «исконное» отстаивание сливок заменено отделением сливок посредством центробежных машин (сепараторов). Машина поставила производство вне зависимости от температуры воздуха, увеличила выход масла из молока на 10%, повысила качество продукта, удешевила выделку масла (при машине требуется меньше работы, меньше помещения, посуды, льда), вызвала концентрацию производства”.

Применение сепаратора имело большое значение для развития молочного животноводства. Выделение жира с помощью сепаратора происходит в 4-5тыс. раз быстрее, чем при отстаивании. С 1882 г. сепараторы начинают завозить в Россию из ряда европейских стран, главным образом из Швейцарии.

Датой начала зарождения отечественного сепараторостроения считается 1923 г. С этого времени в Перми под руководством технического директора бывшего завода «Уралсепаратор» инженера А.В. Гутовского организуется выпуск отечественных сепараторов на базе шведского молочного сепаратора марки «Виола-3» g ручным приводом производительностью 60 кг/ч. С 1925 г. этот завод приступил к серийному выпуску молочных сепараторов «Звезда». Большой вклад в совершенствование отечественных сепараторов внесли В.П. Горячкин, Г.И. Бремер, Г.А. Кук, Н.Я. Лукьянов, Н.Н. Липатов и др.

Становление и развитие сепараторостроения проходили в два периода. В довоенный период (1925--1941 гг.) молочные и другие сепараторы изготавливались на пяти заводах. В 1925--1927 гг. выпускались сепараторы «Звезда-1» производительностью 60 кг/ч и «Звезда-11» производительностью 100 кг/ч с ручным приводом, а с 1929--1931 гг. дополнительно производили сепараторы марки «Звезда-У» на 300 и «Звезда-VIII» на 600 кг/ч с механическим и ручным приводом. В дальнейшем "стали выпускать сепараторы производительностью 2000 и даже 5000 кг/ч. В 1938 г. был сконструирован герметический молочный сепаратор ГСМ-1 на 3000 кг/ч с электроприводом.

Во время войны (1941--1945 гг.) сепараторы практически не выпускались. Во второй послевоенный период производство сепараторов было быстро восстановлено.

Таким образом, можно сделать вывод, что изобретение и использование сепараторов в молочной промышленности имело и имеет огромное значение, поскольку сепарирование молока при помощи машин ускоряет процесс производства в тысячи раз и позволяет получить продукцию гораздо более высокого качества.

2.Характеристика различных видов сепараторов, используемых в молочной промышленности. Технология сепарирования молока. Факторы, влияющие на качество сепарирования

Классификация сепараторов

1. По производственному назначению:

а) сепарирование молока и получение сливок (концентраторы):

Плава - 2; ОСБ; ОСЦП - 1; ОС2Т - 3; ОСЦП - 3; ОС2НС;

для высокожирных сливок - ОВРП - 0,15; ОС2-Д-500Н;

б) очистка молока (жидких продуктов) от посторонних примесей (кларифика- торы): ОМ -1 А; ОМБ - 4С; ВПО; ОМ - 2ЕС;

в) нормализация молока по жирности: ОСЦП -1; ОСЦП - 3;

г) гомогенизация молока и молочных продуктов (кларификсаторы);

д) выделение микрофлоры (бактофуги);

е) сепарирование, очистка и нормализация (универсальные): Плава -100; ОСЦП -1; ОСЦП - 3;

ж) выделение творожного сгустка (осадка): ОДТ; ОТР;

з) осветление сыворотки (при получении молочного сахара):

ВПО; ВСС - 2; ВС - 23 (для пива); А1 - ВС - 3 (осветление вин, соков); ВСЕ (мелассы); ИСМ - ЗМ (для рыбьего жира).

и) обезжиривание сыворотки и выделение белковой пыли: ОС2 - С; ACT;

к) экстракция продуктов (экстракторы);

л) выделение тяжелой фракции (осадка) - деканторы.

По конструктивным особенностям:

а) открытые;

б) полузакрытые;

в) закрытые (герметические).

По способу удаления из барабана посторонних примесей и осадка:

а) с ручной выгрузкой: ОСБ; ОС2 - ТЗ;

б) с периодической выгрузкой осадка (шлама): ОСЦП-3; ОСЦП-5; ОСЗ-п и непрерывной выгрузкой тяжелой фракции (творожной массы)

Но, как правило, в большинстве случаев используются универсальные сепараторы.

Сепараторы - сливкоотделители предназначены для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко. Качество их работы оценивается массовой долей жира, остающегося в обезжиренном молоке (0,03-0,01%). Массовая доля жира в сливках составляет 10-40%.

Устройство сепараторов.

Сепараторы, выпускаемые для молочной промышленности, колхозов и совхозов, по своему назначению подразделяются на сепараторы-сливкоотделители (разделяющие молоко на сливки и обезжиренное молоко), сепараторы-нормализаторы (получающие молоко ' определенной жирности), сепараторы-диспергаторы (очистка молока и дробление жировых шариков), сепараторы бактериоотделители, универсальные сепараторы (выполняющие все перечисленные операции).

По конструктивным особенностям различают открытые, полузакрытые и закрытые сепараторы. В открытых сепараторах молоко, сливки и обезжиренное молоко соприкасаются с воздухом; в полузакрытых молоко соприкасается в воздухом, а сливки и обезжиренное молоко идут по закрытой системе; в закрытых сепараторах все процессы протекают в закрытой системе .

На молочных фермах применяются в основном открытые и полузакрытые сепараторы с ручным или электрическим приводом. Полузакрытые машины используют там, где сепарируют не менее 3 т/ч молока. На крупных молочных комплексах, а также на предприятиях молочной промышленности пользуются закрытыми сепараторами.

Диапазон регулирования соотношения объема сливок и обезжиренного молока в сепараторах производительностью 50--600 л/ч составляет от 1 : 4 до 1 : 10, а в сепараторах на 1000--2000 кг/ч -- от 1 : 4 до 1 : 12. Принцип работы любого сепаратора основан на использовании центробежной силы, возникающей в быстро вращающемся барабане. Благодаря разной плотности составных частей молоко делится на две фракции: сливки и обезжиренное молоко, По данным Л.В. Чекулаевой, плотность сливок при жирности 15% равна 1017 кг/м³, при жирности 50,7 % -- 978, а у обезжиренного молока -- 1035 кг/м⁵. Центростремительные силы, возникающие в сепараторе, притягивают более легкую часть молока (сливки) к центру. В процессе сепарирования молоко очищается от посторонних примесей, которые скапливаются на внутренней поверхности стенки кожуха (крышка барабана), образуя сепараторную слизь.

Устройство сепараторов.

Техника сепарирования.

Перед началом работы проверяют исправность всех узлов сепаратора. Если он с электроприводом, его включают на несколько секунд, чтобы проконтролировать правильность вращения вала и веретена. При ручном приводе сепаратор приводят в движение плавно, без рывков.

Собирают барабан в такой последовательности: устанавливают днище с полой трубкой на стол, вкладывают резиновое кольцо в паз днища, на полую трубку надевают тарелкодержатель, а на него тарелки -- нижнюю, средние и верхнюю разделительную, закрывают все это кожухом и все части скрепляют зажимной гайкой. Если тарелки пронумерованы, то их собирают строго по номерам.

При правильной сборке барабана все части хорошо подходят друг к другу, и прикладывать усилия не надо. Барабан помещают в гнездо, насаживая на веретено так, чтобы в прорезь его вошел выступ, находящийся в полой трубке. После этого устанавливают сборник для отвода обезжиренного молока (с большим отверстием), а затем -- сборник для сливок. Необходимо проверить высоту расположения барабана. При нормальной высоте барабана отверстия для выхода обезжиренного молока и сливок должны быть на 3--4 мм выше внутренних краев сборника. Высоту барабана регулируют винтом подпятника. Проверив высоту барабана, устанавливают поплавковую камеру с поплавком и молокоприемник. Изгиб крана молокоприемника должен быть направлен к отметке «3».

Собранный сепаратор пускают в работу, Если нет посторонних шумов, при достижении определенной частоты вращения барабана (у ручных сепараторов определяют по j прекращению сигнала, издаваемого звонком) через него I пропускают 10--15 л горячей (40-50 ^C)воды (в сепараторах малой производительности -- 3--5 л). Делают это для проверки герметичности барабана и его прогрева. При вытекании воды из гнезда барабана сепаратор останавливают, проверяют правильность сборки и состояние уплотнительного резинового кольца. После устранения неисправностей I сепаратор вновь проверяют на герметичность. Если сепаратор исправен, воде дают стечь, после чего в поплавковую камеру подают подогретое до 40--45 °С молоко.

Первые порции обезжиренного молока, содержащие много жира, повторно сепарируют. В процессе сепарирования жирность сливок регулируют «сливочным» винтом, находящимся в отверстии разделительной тарелки. У полузакрытых и закрытых сепараторов жирность сливок регулируют специальными вентилями, расположенными на отводящих патрубках для обезжиренного молока и сливок. Чтобы получить более жирные сливки, вентиль заворачивают по часовой стрелке. Заводы выпускают сепараторы, отрегулированные на получение 12--12,5% сливок, что соответствует рабочему соотношению 1:7 и получению сливок примерно 30% ной жирности.

По окончании сепарирования с целью удаления сливок из барабана и сборника пропускают 2--3 л обезжиренного молока. В ручных сепараторах рукоятку не вращают, а в приводных выключают мотор. Появление из сборника сливок обезжиренного молока указывает на извлечение их из барабана и сборника.

Разборку сепаратора осуществляют в порядке, обратном его сборке. После молочной посуды снимают барабан, выливая из него остатки молока. Барабан разбирают, моют его сначала теплой (30--45 °С) водой, а затем 0,5 %-ным раствором дезмола, ополаскивают теплой, а потом горячей водой и сушат. Тарелки хранят в подвешенном состоянии на специальном стержне. Резиновое кольцо моют теплой водой и кладут на стол. Корпус протирают чистой тряпкой и хранят так, чтобы не допустить ржавления молочной посуды.

Факторы, влияющие на степень обезжиривания молока.

Степень обезжиривания молока при сепарировании обусловлена многими факторами. Скорость выделения жировых шариков из молока зависит прежде всего от их диаметра, плотности жира и обезжиренного молока и обратно пропорциональна вязкости. Чем крупнее жировые шарики, тем выше степень обезжиривания, поскольку скорость выделения жировых шариков из молока пропорциональна их диаметру. Более крупные жировые шарики осаждаются в верхней части на поверхности разделительных тарелок сразу же при входе в пространство между тарелками. Самые мелкие жировые шарики (диаметр менее 0,1 мкм) остаются в обезжиренном молоке, в результате чего массовая доля жира в нем колеблется от 0,03 до 0,05%.

Если молоко сильно загрязнено механическими примесями, то они концентрируются не только на внутренней поверхности кожуха в области грязевого пространства, но и на тарелках, что ухудшает сепарирование молока и понижает степень обезжиривания. В данном случае отход жира в обезжиренное молоко увеличивается. Поэтому через 1--1,5 ч, а при использовании чистого молока через 2 ч непрерывной работы надо остановить сепаратор и освободить барабан от сепараторной слизи. Повышенная кислотность молока приводит к частичной коагуляции белков, которые заполняют грязевое пространство и зазоры между тарелками. Это ухудшает обезжиривание молока и увеличивает отход жира в обезжиренное молоко. При длительном хранении молока изменяются его физико-химические свойства (кислотность, плотность, вязкость), что приводит также к повышению содержания жира в обезжиренном молоке.

Нормально процесс сепарирования осуществляется при получении сливок 30-35% ной жирности. Процесс сепарация зависит от температуры сепарируемого молока .Чем выше температура молока (в рациональных пределах), тем лучше условия сепарирования, поскольку снижается его вязкость. Большинство сепараторов, используемых на животноводческих фермах, рассчитаны на сепарирование парного молока, температура которого 30--37 °С. Холодное молоко необходимо подогревать до 40--45 °С.

При неправильной сборке сепаратора не только снижается эффективность сепарирования, но и ухудшается отделение жира. При низкой посадке барабана на веретене часть сливок попадает в сборник обезжиренного молока. Следует отметить, что чем больше тарелок, тем полнее отделяется жир из молока. Увеличение числа тарелок в барабане, который был длительное время в эксплуатации, улучшает сепарирование.

Сильное механическое воздействие на молоко перед сепарированием может вызвать образование комочков или, наоборот, дробление крупных жировых шариков на более мелкие. При большой частоте вращения барабана наблюдается меньший отход жира в обезжиренное молоко (превышать ее можно лишь на 10--15 %). При меньшем поступлении молока в барабан оно более продолжительное время находится под действием центробежной силы, следовательно, имеется большая вероятность полного выделения жира. С целью лучшего обезжиривания приток молока уменьшают на 10--15 %.

Устанавливают сепаратор строго по инструкции в чистом, сухом и светлом помещении так, чтобы было удобно приводить его в действие, подавать молоко, отводить обезжиренное молоко и сливки, разбирать и мыть барабан. Сепараторы производительностью выше 300 кг/ч. Устанавливают строго по уровню на цементном фундаменте, Укрепляя его железными болтами, которые по диаметру и расположению должны соответствовать отверстиям в корпусе сепаратора. Сепараторы малой производительности, например «Плава-2», «Сатурн», «Волга», можно устанавливать на прочном столе или на специальных брусьях, прикрепленных к стене. При проверке установки сепаратора «уровень» кладут во взаимно перпендикулярных направлениях на верхний конец полой трубки барабана, помещенного в гнездо. Под корпус сепаратора кладут деревянные прокладки высотой 5 см с отверстиями для болтов.

3.Учет продукции в процессе сепарирования молока, определение качественных показателей получаемой продукции и составление жирового баланса. Технологические расчеты в процессе сепарирования. Требования к качеству сливок и обезжиренного молока, полученных в процессе сепарирования

Расчеты при сепарировании.

Перед началом сепарирования делают следующие расчеты. Массу сливок (м_сл) с заданным процентом жира определяют по формуле

Мсл = м_м (Жм--Жо)/ Жсл -Жо

где м_м -- масса молока, предназначенная для сепарирования, кг; Ж_м -- массовая доля жира в молоке, %. Ж_сл-- массовая доля жира в сливках, %; Ж₀ -- массовая доля жира в обезжиренном молоке, %.

В нижеприведенных формулах обозначения те же.

Абсолютный выход (В), т. е. количество молока, необходимое для получения 1 кг сливок, устанавливают по формуле

В = Мм/Мсл или Во = Жсл-Жо/Жм-Жо.

Относительный выход(В₀), т.е. процент получения сливок (сколько сливок заданной жирности можно получить из 100 кг молока), определяют по формуле

Во = 100(Жм-Жо)/Жсл-Жо

Массовую долю жира в сливках находят по формуле

^Жсл" м_м (Ж_м--Жо)+м_слЖо

Нормализация сливок. Под нормализацией подразумевается получение сливок заданной жирности путем смешивания более жирных сливок с менее жирными или с молоком. Нормализация еливок осуществляется методом квадрата.

Пример. Имеются сливки жирностью 38 и 26 %. Надо приготовить сливки с массовой долей жира 28 %. В верхнем левом углу квадрата проставляем жирность более жирных сливок (38 %), в нижнем левом -- менее жирных (26%), В центре на пересечении диагоналей -- заданную жирность сливок (28 %).

По диагонали вычитаем меньшую величину из большей, разность проставляем на другом конце диагоналей (в правых углах квадрата). Чтобы получить 12 частей (10+2) сливок 28 %-ной жирности, нужно взять две части 38 %-ных и 10 частей 26 %-ных сливок.

Для удобства последующих расчетов полученные части (2 и 10) переводим в проценты:

38 %-ных сливок следует взять (2-100): 12-- 16,6 %,

26 %-ных сливок следует взять (10-100): 12= 83,4 %.

Подобным же образом можно разбавлять жирные сливки молоком. Для контроля составляют жировой баланс. При этом сопоставляют приход чистого жира с расходом и устанавливают потерю чистого жира в процентах. Если потери выше предельно допустимых норм, указанных в инструкциях, то ищут причины потерь и устраняют их.

Пример. Просепарировано 538 кг молока с массовой долей жира 3,8 %. Получено 63 кг сливок с массовой долей жира 32 % и 475 кг обезжиренного молока с массовой долей жира 0,05 % . Составляем жировой баланс.

Приход чистого жира, кг Расход чистого жира, кг

В молоке: 538-3,8:100 = 20,44 В сливках: 63-32:100 = 20,16

В обезжиренном молоке: 475*0,05:100 = 0,24

Всего в продуктах 20,40

Потери 0,04

Итого 20,44 Итого 20,44

Потери жира в процентах: л:= (0,04* 100) : 20,44=0,19 %.

Для контроля сепарирования рассчитывают степень извлечения жира по следующей формуле:

(Жм-Жо)

Жм

где к -- степень извлечения жира, %; Жм -- массовая доля жира в молоке, %; Жо -- массовая доля жира в обезжиренном молоке.

4.Какой объем продукции и материалов необходимо для организации пункта приема-сепарирования молока, если в зоне приема молока закупается ежедневно 2500 литров молока. Продукты ( сливки 35% и обезжиренное молоко) реализуются свежими, охлажденными до 6-8* С

1. Определяем количество сливок

С = М( Жм - Жоб)/Жс - Жоб

Где

С - сливки

М - молоко

Жм - жирность молока

Жоб - жирность обезжиренного молока

Жс - жирность сливок

С = 2500(3,5-0,05)/35-0.05 = 247кг сливок жирностью 35%

2. Определяем количество обезжиренного молока

М-С = Моб

2500-247=2253кг обезжиренного молока

3. Определяем количество бидонов, в которые будет помещена продукция.

Для сливок предусмотрены бидоны емкостью 25кг, для обезжиренного молока бидоны емкостью 38кг. Из этого следует:

Для сливок: 247/25 = 10 бидонов

Для обезжиренного молока: 2253/38 = 59 бидонов.

Вывод

Таким образом, можно отметить, что сепарация молока является одним их главных способов переработки молока и имеет очень важное значение в производстве молочных продуктов. Ведь без, казалось бы, такого простого процесса невозможно было бы получение сливок, сметаны, обезжиренного молока и, следовательно, обезжиренных молочных продуктов. Также важно отметить, что в процессе сепарации продукт очищается от тех механических примесей, которые не прошли первичную обработку очистки молока. При помощи сепаратора также можно гомогенизировать молоко, нормализировать, выделять микрофлору, выделять творожный сгусток, осветлять сыворотку, выделять тяжелые фракции - деканторы и т.д. Существуют универсальные сепараторы, которые в состоянии выполнять все эти функции.

Литература

1. З.Ч. Диланян - Молочное дело, 2010.

2. Н.В. Барабанщиков - Молочное дело, 2007.

3. В.М. Побединский В.Г. Вранчан П.А. Скляр - заготовка и переработка молока, 2002.

4. С.А. Бредихин Ю.В. Космодемьянский В.Н. Юрин - Технология и техника переработки молока, 2011.

Размещено на Allbest.ru