Сравнительные показатели способов обработки молока и энергетические характеристики электрифицированных пастеризационных установок

УДК 637.133.3

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ МОЛОКА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ПАСТЕРИЗАЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Галина Васильевна Макарова, к. техн. наук, профессор Сергей Викторович Соловьев, инженер

ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА», Россия, г. Великие Луки

Приведена классификация пастеризаторов по способу воздействия на молоко, указаны основные отличительные признаки. Выполнен анализ способов обработки молока применительно к производствам, фермерским хозяйствам и перерабатывающим цехам с производительностью до 1500 л/ч. Определены перспективы и рациональность использования различных способов и установок для их реализации.

Ключевые слова: пастеризация, молоко, тепловая обработка, нагрев, промежуточный теплоноситель.

Пастеризаторы можно классифицировать, прежде всего, по способу воздействия на молоко: косвенного и прямого теплового воздействия. Самую большую группу аппаратов косвенного воздействия на молоко представляют пастеризаторы, в которых нагрев производится промежуточными теплоносителями. В роли теплоносителей чаще всего используют воду, водяной пар, топочные газы и горячий воздух.

Другую группу пастеризаторов косвенного воздействия на молоко составляют электрические аппараты. По способу передачи тепла молоку они делятся на элементные, электродные и индукционные.

Аппараты прямого воздействия на молоко осуществляют нагрев без промежуточного теплоносителя. К ним относятся электрические и гидродинамические устройства на-

грева молока, инфракрасного или ультрафиолетового облучения, нагрева в поле сверхвысоких частот (СВЧ).

Известные конструкции гидродинамических пастеризаторов и нагревателей жидкости подразделяют по способу нагрева на кавитаци-онные и жидкостного трения. Индукционные нагреватели разделяются на вихревые и трансформаторные.

Все пастеризационные установки по режиму нагрева молока разделяются на ёмкостные и проточные. В ёмкостных пастеризаторах процесс работы цикличен, из-за чего они имеют низкую производительность. Предпочтительнее во всех технологических процессах обработки и переработки молока использовать проточные пастеризаторы, которые позволяют сократить

количество и продолжительность технологических операций.

Рассмотрим установки отличаются способами нагрева молока, которые обуславливают конструкцию нагревателей со свойственными им достоинствами и недостатками (табл. 1).

Сравнивая способы обработки молока применительно к производствам, фермерским хозяйствам и перерабатывающим цехам с произво-

дительностью до 1500 л/ч, следует отметить следующее:

- при инфракрасной обработке молока происходит разрушение органических компонентов (жиры, белки, углеводы и т.д.), что сказывается на питательной ценности и качестве обработанного продукта (содержание микроэлементов и витаминов снижается на 55...60% от исходного^]);

Пастеризация Обработка в гидродинамическом нагревателе ИК- обработка УФ- обработка

Показатель длительная кратковременная

Повышение температуры продукта при обработке после дойки, С 29...32 36...42 36...42 43,5...45 -

Разрушение витамина С при 0,83 исходном 0,5 0,75 0,7 0,63 0,83

Возможность обработки продукта в потоке, (+/-) - + + + +

Снижение размера жировых шариков Не изм. Не изм. 80...86% до 2 мкм Не изм. Не изм.

Снижение эффекта за час из-за замасливания рабочих поверхностей, % 2...3 2...3 Не изм. 36 36

Средняя доля выживших бактерий после обработки, % от исходного 0,2 0,39 0,39 0,25 0,45

Вкусовые свойства молока, содержание витаминов, микроэлементов, % от исходного 90...95 68...70 68...70 55...60 80...85

Компоненты молока: сухие вещества (жир, лактоза),% Белок, % 12,25±0,86 3,2±0,22 12,17±0,85 3,16±0,22 12,17±0,85 3,16±0,22 12,09±0,85 3,14±0,22 12,25±0,86 3,2±0,22

Титруемая кислот- 0гг. ность, Т 18,8±0,2 18,0±0,1 18,0±0,1 17,6±0,1 17,6±0,1

Табл. 1 - Сравнительные показатели способов обработки молока

- применение облучающей установки осложнено наличием прозрачных поверхностей, которые покрываются молочной слизью, что приводит к резкому снижению производительности (36% в час) [2];

- при интенсивном воздействии ультрафиолетового облучения на молоко могут возникать нежелательные фотохимические реакции, приводящие к образованию токсичных веществ, что снижает качество молока. Способ ультрафиолетового облучения, так же как и ИК-облучение, обладает недостатками, связанными с загрязнением излучающей поверхности молочной слизью и снижением эффективности обработки (36% в час);

- в гидродинамических нагревателях наряду с процессом пастеризации происходит частичная гомогенизация обрабатываемого продукта, что приводит к увеличению трудоемкости некоторых процессов дальнейшей переработки. Наличие электродвигателя и ротора в гидродинамическом нагревателе приводит к усложнению конструкции, увеличению массы и стоимости, снижению надежности;

- применение длительной пастеризации хотя и имеет ряд преимуществ (более щадящие условия термообработки, сохранность некоторых микроэлементов и белков, обработанное молоко по своим свойствам наиболее приближено к необработанному), однако, с технологической точки зрения обладает большой удельной мощностью (100 Вт/л), энергозатратно, не имеет возможно-

сти обработки продукта в потоке, что усложняет технологический процесс, отсутствует рекуперация теплоты;

- кратковременная пастеризация нашла широкое применение в современной промышленности как простой и надежный способ обработки молока, но достижение высоких показателей качества обработки возможно только при четком соблюдении технологических параметров;

- к недостаткам установок, использующих горячую воду, можно отнести сравнительно высокие энергозатраты, связанные с применением промежуточных теплоносителей при применении электронагрева.

Технические и технологические показатели пастеризационных установок приведены в табл. 2.

Сравнивая технические и технологические показатели пастеризационных установок, мы можем сделать следующие выводы:

- ванны длительной пастеризации имеют наибольшую удельную мощность, что отрицательно сказывается на энергопотреблении, и их использование в фермерских хозяйствах нецелесообразно;

- паровые пастеризаторы с электрическими парогенераторами также имеют большую удельную мощность (90 Вт/л), и их эксплуатация связана с потерями тепла при передаче пара;

- пастеризаторы, использующие инфракрасное и ультрафиолетовое облучение молока, обладают более низкой удельной мощностью (17 Вт/л);

Табл. 2 - Сравнительные показатели пастеризационных установок

Название установки Способ обработки Производительность, л/ч Установленная мощность, кВт Удельная мощность, Вт/л Подвижные элементы Наличие теплообмен- ного аппарата Промежуточный теплоноситель Габаритные размеры, мм Масса, кг

УОМ-ИК-1 Инфракрасный нагрев 1000 17 17 нет есть нет 1300х700х 2200 500

«УФО» ТОО «Пурвэл» Ультрафиолетовое облучение 500 1 2 нет нет нет 1295х700х 2170 200

ПТ-500 Электро-водонагрев с теплообменом 500 9 18 нет есть гор. вода 2150х900х 1845 500

ОКЛ-0,5 Электро-водонагрев с теплообменом 500 9 18 нет есть гор. вода 1500х1100 х1850 800

ПМР-0.2ВТ Гидродинамический нагреватель 600 7,5 12,5 есть есть нет 1100х750х 1500 250

ВПЭ-300 Ванна длительной пастеризации 300 30 100 есть нет гор вода 1095х1095 х1960 300

ПТУ-1М Трубчатый теплообменный паровой 1000 90 90 есть есть пар 1400х1150 х1420 650

ВИН Вихревой индукционный нагреватель с теплообменным аппаратом 550 6,5 11,8 нет есть нет 1100х750х 1800 200

- минимальное значение удельной мощности (16,7 Вт/л) имеют гидродинамические пастеризаторы;

- применение вихревых индукционных нагревателей позволяет еще более сократить величину удельной мощности (до 12,5 Вт/л), однако конструкции таких нагревателей необходимо адаптировать для тепловой обработки молока.

Индукционный нагреватель имеет следующие особенности:

- в сравнении с элементными нагревателями, площадь поверхности теплообмена индукционного значительно больше, что позволяет нагревать непосредственно молоко без использования промежуточного теплоносителя;

- индукционный нагреватель не имеет подвижных частей, в отличие от гидродинамических;

- оседающая на поверхностях теплообмена молочная слизь не оказывает существенного влияния на технологический процесс, в отличие от пастеризаторов, использующих инфракрасное и ультрафиолетовое облучение;

- разность температур между поверхностью теплообмена и молоком не превышает 10...150С, что снижает скорость образования отложений на рабочих поверхностях установки;

- индукционный нагреватель занимает мало места, так как представляет собой вертикально расположенную трубу, и при модернизации пастеризационных установок с заменой штатного нагревателя на индукционный уменьшится занимаемая площадь, что актуально для фермерских хозяйств и мини цехов по переработке молока.

Нами получен патент на индукционный нагреватель с выдержи-вателем [3], конструкция которого учитывает особенности тепловой обработки молока.

Выводы

Сравнительный анализ различных конструкций пастеризационных установок показал, что первичная обработка молока в условиях фермерских хозяйств энергетически выгодна при применении тепловой обработки в потоке с использованием индукционных нагревателей, обладающих меньшей удельной мощностью на единицу продукта.

Сравнительные энергетические и технические характеристики электрифицированных пастеризационных установок показали перспективность разработки и исследования индукционных нагревателей в составе пастеризационных установок.

Список литературы

1. Крусь Н.А / Технология производства молока и молочных продуктов / Н.А. Крусь. -М.: Колос, 2004. - 386 с.

2. Бредихин С.А. Технология и техника переработки молока / С.А. Бредихин, Ю.В. Космодемьянский, В.Н. Юрин. - М.: Колос, 2003. - 400 с.

3. Патент на полезную модель RU 137709 U1. Индукционный нагреватель жидкости с выдерживателем / Макарова Г. В., Соловьёв С.В., Шилин В.А., заявлено 10.07.2013, опубликовано 27.02.2014 Бюл. № 6.

E-mail: nauka@vgsa.ru

182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина, д. 2, Великолукская ГСХА Тел.: (81153) 7-28-51