УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ МОЛОКА

Полезная модель относится к молочной промышленности и предназначена для обработки молока путем его многократной гомогенизации с последующей пастеризацией при щадящих режимах обработки с целью сохранения органолептических свойств природного молока и обеспечения оптимальных сроков его хранения.
Сырое молоко, полученное естественным путем от дойного стада, через 4-6 часов начинает набирать естественную кислотность за счет размножения в нем кисломолочных бактерий и через 25-36 часов из него образуется кисломолочная смесь. Вокруг молекулы молока, содержащей многочисленные микроэлементы и важнейший витаминный ряд, образуется плотный конгломерат кисломолочных бактерий. Диаметр образованного конгломерата может составлять 3-7 мкм, т.е. превышать диаметр молекулы молока в десятки раз. При превышении критической массы молоко скисает.
В целях сохранения молока осуществляется его обработка, основанная на уничтожении болезнетворных и кисломолочных бактерий.
Традиционной обработкой молока является его пастеризация. Известно, что единичная кисломолочная бактерия погибает при температуре 62÷64°С, а учитывая, что вокруг молекулы молока образуется целый конгломерат бактерий, температуру молока доводят до 72÷86°С, в зависимости от способа пастеризации, после чего выдерживают 20÷30 сек., далее через рекуперацию - обмен температурой встречных потоков молока - и обмен температурой с ледяной водой температуры 2÷6°С, молоко охлаждают до 6°С, упаковывают и направляют на реализацию. Такое молоко имеет срок хранения 3÷5 суток, чего недостаточно для его реализации в больших городах, имеющих многоступенчатую сеть реализации. На молекулярном уровне при этом происходит следующее. Верхний слой конгломерата кисломолочных бактерий уничтожается, а оставшийся внутренний слой кисломолочных бактерий до жировой прослойки приводится в состояние анабиоза. Именно он через 20÷30 часов оживает, активизируется, пробивает верхнюю прослойку и начинает активно размножаться, уничтожая молекулу молока. Качество такой пастеризации не устраивает сегодня рынок потребления как по срокам хранения, так и по качеству молока.
Обработка молока путем стерилизации осуществляется при больших температурах - 110°С и выше, при этом температурой пробивается весь слой конгломерата, на 99%
уничтожаются болезнетворные и кисломолочные бактерии, но погибает и положительная микрофлора, деформируется структура молока, т.е. при стерилизации молока вместе с отрицательной микрофлорой при больших температурах уничтожаются и важные природные свойства молока. Полезность такого молока, имеющего продолжительный срок хранения - до 6 месяцев - весьма сомнительна.
При указанной традиционной обработке молока не проводится гомогенизация молока, позволяющая дробить конгломерат молока на мелкие составляющие, в которых уничтожение кисломолочных и болезнетворных бактерий при щадящих режимах пастеризации в несколько раз эффективнее, и увеличивающая срок хранения молока до 7÷12 суток.
Известна установка для получения молока, включающая последовательно связанные между собой системой трубопроводов доильный аппарат, вакуум-отделитель, емкость для молока с подводящим и отводящим патрубками, очиститель-нормализатор, пастеризатор (стерилизатор), охладитель, расфасовочный автомат, и снабженная датчиками оптимального, минимального и максимального количества молока, а также датчиками критических количеств молока (авторское свидетельство SU №422391, 6МПК A01J 11/00, А23С 07/00, дата публикации 1974.04.05 «Установка для получения молока»).
В указанной установке отсутствуют устройства, осуществляющие гомогенизацию исходного продукта, способствующую качественной обработке молока при щадящих температурах пастеризации с сохранением его высоких биологических качеств, при увеличении срока хранения обработанного продукта.
Ближайшим аналогом заявляемого устройства является линия для производства питьевого молока, включающая сборник исходного молока, многоступенчатый роторно-пульсационный аппарат, охладитель и сборник обработанного молока, расположенные по ходу технологического процесса и связанные между собой системой трубопроводов, и снабженная теплообменником с источником инфракрасного излучения, бактофугой и промежуточным баком, установленными после сборника исходного молока, а также установкой разлива и упаковки молока, размещенной после охладителя, при этом выход многоступенчатого роторно-пульсационного аппарата соединен с входом в промежуточный бак, образуя внешний контур рециркуляции молока, через трехходовой кран, один из выходов которого соединен с охладителем молока, при этом многоступенчатый роторно-пульсационный аппарат снабжен терморегулятором нагрева молока, связанным с приводом распределительной заслонки трехходового крана (см.
патент на изобретение RU №2222952, дата публикации 2004.02.10, 7МПК А23С 09/00, А23С 03/00, A01J 11/00 «Способ получения питьевого молока и линия для его производства»).
Недостаток известного устройства заключается в том, что для многократной обработки молока на роторно-пульсационном аппарате применяется внешний контур рециркуляции молока, содержащий промежуточный бак, в который поступает часть общего потока молока, не прошедшего проверку на соответствие требованиям пастеризованного молока. Такое устройство не обеспечивает стабильных равномерных результатов качественной пастеризации, поскольку даже многократная обработка в роторно-пульсационном аппарате одного и того же молока, находящегося в промежуточном баке, не позволяет осуществлять равномерную обработку всего потока, поступающего в промежуточный бак. Эти негативные результаты объясняются тем, что поток молока, создаваемый в трубопроводе и в промежуточном баке, ищет самые короткие пути движения, создавая в «лишних пазухах» оборудования застойные и турбулентные зоны, из которых молоко может ни разу не попасть на обработку.
Используемая в известном устройстве традиционная линейная схема непрерывного ламинарного потока пастеризации не позволяет применить в ней устройства разделения общего потока на несколько отдельных контуров для многократной обработки молока в роторно-пульсационном аппарате, поскольку это нарушало бы непрерывную стабильную работу теплообменника и роторно-пульсационного аппарата.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности обработки молока, обеспечивающей сохранность органолептических свойств молока с высокими показателями пищевой и биологической ценности при одновременном увеличении срока его хранения.
Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство для обработки молока, включающее сборник исходного молока, теплообменник, роторно-пульсационный аппарат, выдерживатель, сборник обработанного молока, связанные между собой системой трубопроводов, снабжено, по меньшей мере, двумя раздельными контурами гомогенизации, каждый из которых соединен, с одной стороны, с единым роторно-пульсационным аппаратом и, с другой стороны, с выдерживателем, а также снабжено автоматизированной системой управляемых клапанов.
Выполнение в устройстве обработки молока нескольких раздельных контуров гомогенизации обеспечивает их независимую и согласованную работу. Связь каждого из контуров гомогенизации с единым роторно-пульсационным аппаратом обеспечивает возможность последовательной независимой многократной обработки молока на каждом из контуров до получения необходимого уровня гомогенизации - дробление конгломерата кисломолочных бактерий до 0.5÷1 мкм, создание качественной однородной массы для повышения эффективности ее последующей пастеризации при щадящих температурных режимах.
С другой стороны, связь каждого из контуров гомогенизации с выдерживателем обеспечивает последовательную подачу гомогенизированного молока с каждого из контуров для его последующей пастеризации в выдерживателе в течение требуемого времени до получения высокого качества пастеризации.
Создание нескольких независимых контуров гомогенизации позволяет при постоянной подаче исходного молока разделить общий ламинарный поток на несколько раздельных потоков, последовательно подключаемых к роторно-пульсационному аппарату, что дает возможность проводить многократную гомогенизацию и управлять периодом гомогенизации на каждом из контуров, задавать различные исходные данные для качественной обработки исходного молока, различного по составу и уровню жирности, а также повышать качество пастеризации путем выдерживания молока при заданной температуре пастеризации и заданном времени выдержки.
После гомогенизации разделенные потоки последовательно поступают в выдерживатель и после пастеризации обеспечивают непрерывность потока, поступающего на теплообменник.
Наличие в устройстве автоматизированной системы управляемых клапанов обеспечивает управление потоками молока, режимами гомогенизации и пастеризации.
Выполнение в устройстве для обработки молока нескольких раздельных трубчатых контуров гомогенизации, а также наличие единого роторно-пульсационного аппарата и трубчатого выдерживателя, обеспечивают непрерывный процесс обработки всего входящего потока молока на различных его этапах, исключая возможность образования застойных и турбулентных зон в потоках молока, обеспечивая, тем самым, равномерную качественную обработку всего исходного молока.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.
Сущность рассматриваемого технического решения для обработки молока поясняется техническими рисунками, где:
на фиг.1 - представлена функциональная схема устройства обработки молока в исходном состоянии,
на фиг.2 - представлена функциональная схема устройства в режиме заполнения 1-го контура гомогенизации;
на фиг.3 - функциональная схема устройства в режиме гомогенизации на 1-ом контуре и заполнения 2-го контура;
на фиг.4 - функциональная схема устройства в режиме перехода устройства на автоматический режим работы.
Предлагаемое устройство обработки молока состоит из сборника исходного молока 1, теплообменника 2 с блоками рекуперации, нагрева и охлаждения, трубчатого контура гомогенизации 3 и трубчатого контура гомогенизации 4, роторно-пульсационного аппарата 5, трубчатого выдерживателя 6, насоса 7 и сборника обработанного молока 8.
При этом все элементы устройства связаны между собой системой трубопроводов: сборник исходного молока 1 соединен с теплообменником 2, который связан как с контуром гомогенизации 3, так и с контуром гомогенизации 4, каждый из которых, с одной стороны связан с роторно-пульсационным аппаратом 5 и, с другой стороны, - с выдерживателем 6, который, в свою очередь соединен с теплообменником 2, выход которого связан со сборником обработанного молока 8.
Приведенный пример устройства обработки молока содержит два контура гомогенизации, хотя их в устройстве может быть и больше двух.
Устройство обработки молока снабжено автоматизированной системой 9 управляемых клапанов 10 (К1÷К8), которая обеспечивает управление потоками молока - разделение общего потока на несколько раздельных контуров гомогенизации, последовательное их подключение к роторно-пульсационному аппарату, многократное прохождение молока в каждом из контуров в процессе гомогенизации, последующую подачу потока с каждого из контуров в выдерживатель, направление объединенного потока молока на охлаждение и упаковку.
Устройство обработки молока работает следующим образом.
Молоко из сборника исходного молока 1 с помощью насоса 7 поступает в теплообменник 2 - на блок рекуперации, получая предварительный нагрев до 50÷54°С за счет теплообмена с встречным потоком пастеризованного молока, и далее - в блок нагрева, где автоматически нагревают до 65÷67°С. Далее поток молока направляют на один из трубчатых контуров гомогенизации 3 или 4, которые поочередно соединяют клапанами 10 с непрерывно работающим роторно-пульсационным аппаратом 5. С помощью 8-ми управляемых клапанов 10 потоки поочередно направляют для заполнения в первый или второй контур гомогенизации, а роторно-пульсационный аппарат, работая непрерывно, переключается на предварительно заполненный контур гомогенизации.
Гомогенизированное молоко с частицами размером 0.5÷1 мкм и температурой пастеризации 73÷76°С с одного из контуров гомогенизации поступает в выдерживатель 6, где под действием температуры пастеризации и времени выдержки в 25÷30 сек происходит уничтожение болезнетворных и кисломолочных бактерий. Одновременно с этим заполняется исходным молоком второй контур гомогенизации, который также соединяется с роторно-пульсационным аппаратом 5 для обработки молока на этом контуре гомогенизации. Пастеризованное молоко поступает в блок рекуперации теплообменника 2 для предварительного охлаждения за счет теплообмена с встречным потоком исходного молока. Постоянный непрерывный поток пастеризованного молока в рекуператор теплообменника обеспечивается последовательной подачей обработанного молока с каждого из раздельных контуров гомогенизации в выдерживатель, после которого разделенные потоки объединяют в единый поток.
Окончательное охлаждение производится в блоке охлаждения теплообменника 2 ледяной водой с температурой 6÷8°С. Охлажденное молоко направляется в сборник обработанного молока 8, а затем на упаковку и в холодильник для реализации со сроком хранения более 7÷12 суток.
Клапаны переключения 10 осуществляют управление потоками обрабатываемого молока следующим образом.
1 этап - заполнение контура гомогенизации 3 (фиг.2):
Соединяют клапана К1 с К2, К8 с К7. Из сборника исходного молока 1 начинают подачу молока в контур гомогенизации 3 (на фиг.2 - красная волнистая линия). Молоко проходит через теплообменник 2, клапаны К1 и К2, контур гомогенизации 3, по трубопроводу и через клапаны К8, К7 к роторно-пульсационному аппарату 5. При сливе молока через клапан К3 контур гомогенизации 3 заполнен. Производится переключение
клапанов: К1 соединяется с К4; К2 с К3; запускается в работу роторно-пульсационный аппарат 5 на гомогенизацию контура 3.
2 этап - гомогенизация контура гомогенизации 3 и заполнение контура гомогенизации 4 (фиг.3):
Соединения клапанов: К1 с К4; К2 с К3; К8 с К7; клапан К5 - свободен.
Исходное молоко через теплообменник 2 поступает на контур гомогенизации 4 через клапаны К1 и К4; контур гомогенизации 4 и выходит через свободный клапан К6 (красная волнистая линия на фиг.3). Одновременно роторно-пульсационный аппарат 5 осуществляет гомогенизацию молока в контуре 4. Если параметры автоматизированной системы управляемых клапанов заданы правильно, к моменту заполнения контура гомогенизации 4, весь объем контура гомогенизации 3 успевает пройти многократную обработку роторно-пульсационным аппаратом 5 требуемое количество раз (зеленая линия на фиг.3).
3 этап - переход устройства обработки молока на автоматический режим работы (фиг.4):
Соединения клапанов: К1 с К2; К3 с К4; К6 с К7; К5 с К8;
Исходное молоко через теплообменник 2 и клапаны К1, К2 подается в контур гомогенизации 3, из которого ранее обработанное гомогенизированное молоко переходит в выдерживатель 6 через клапаны К8, К5, в выдерживателе 6 происходит пастеризация гомогенизированного молока при температуре 72-76 град С. Далее молоко поступает в теплообменник 2 для охлаждения и подачи в сборник пастеризованного молока 8. За это время роторно-пульсационный аппарат 5 осуществляет гомогенизацию молока в контуре 4. Через установленное время клапаны переключаются в зеркальном порядке. Происходит процесс гомогенизации контура 3 и вытеснение гомогенизированного молока из контура 4 очередной порцией исходного молока, и так далее.
Автоматизированная система управляемых клапанов требует от оператора лишь установки исходных параметров, включения линии в работу и контроля за этими параметрами.
Таким образом, происходит последовательная многократная обработка молока на всех контурах гомогенизации с помощью единого роторно-пульсационного аппарата, непрерывно работающего в стабильном режиме. Устройство позволяет осуществлять изменения режима обработки в контурах гомогенизации и в выдерживателе в
зависимости от качества исходного молока. Многократная обработки на каждом из отдельных контуров, обеспечивающая высокий уровень гомогенизации, осуществляется при постоянной подаче общего ламинарного потока исходного молока, при постоянной стабильной работе единого роторно-пульсационного аппарата, при постоянно работающем выдерживателе, создающем необходимый период выдерживания для каждого из последовательно поступающих потоков с отдельных контуров гомогенизации, после чего пастеризованное молоко непрерывным потоком поступает в блок рекуперации выдерживателя.
Возможность добиваться высокого уровня гомогенизации молока на каждом из раздельных контуров гомогенизации, на которых осуществляется поочередная последовательная многократная обработка единым роторно-пульсационным аппаратом, обеспечивает высокое качество пастеризации в выдерживателе при щадящих режимах обработки, что повышает качество обработанного молока, в значительной мере сохраняя его органолептические свойства при одновременном повышении сроков хранения пастеризованного молока, тем самым повышая эффективность обработки молока.