СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, В ЧАСТНОСТИ, СЫРОДЕЛЬНЫХ МАШИН
METHOD OF TREATING STEEL SURFACES, IN PARTICULAR, OF CHEESE-MAKING MACHINES

Данное изобретение относится к способу обработки стальных поверхностей, чтобы сделать их неприлипающими к горячим сырным сгусткам и казеинам, особенно в сыродельных машинах для изготовления сыра паста филата, такого как моцарелла, проволоне, качиокавалло и пицца-сыра.
В молочной промышленности хорошо известно, что горячие молочные сырные сгустки, используемые для изготовления сыра паста филата, имеют тенденцию прилипать к металлическим поверхностям, даже если они сильно отполированы. С одной стороны, данное прилипание приводит к возникновению очевидных проблем в работе сыродельного оборудования, например вымешивающих и формующих машин, особенно в отношении транспортирующих шнеков и пресс-форм; с другой стороны, прилипшие сырные сгустки затрудняют и увеличивают затраты времени на очистку машины в конце дня. Вследствие этого все детали машин и производственных линий для сыра паста филата, которые должны контактировать с горячим сыром (такие как стенки бункеров и баков, транспортирующие шнеки, месильное оборудование и т.д.), в настоящее время покрывают предотвращающим прилипание покрытием, которым, как правило, является политетрафторэтилен (PTFE, например, материал, известный на рынке как Тефлон) или другой аналогичный продукт. До сих пор только политетрафторэтиленовое покрытие представляло собой известный и эффективный подход для предотвращения прилипания с пригоранием горячих сырных сгустков к деталям машины. Более того, покрытие из PTFE или другого аналогичного соединения также используется не только в молочной промышленности в качестве предотвращающей прилипание обработки в котлах и кастрюлях.
Однако предотвращающие прилипание покрытия в пищевом оборудовании, особенно сыродельных машинах, имеют некоторые недостатки и ограничения. Во-первых, покрытие будет постепенно разрушаться, иногда достаточно быстро, каждый раз, когда разрушение инициировано первоначальным повреждением, таким как задирание покрытия, так как это будет вызывать отслаивание материала. В таких случаях, которые сводятся к прекращению работы, машину необходимо разбирать, а на детали необходимо повторно наносить покрытие. Стоимость подобного периодического технического обслуживания, включая фактические издержки и остановку машины, является значительной, потому что детали необходимо демонтировать и повторно наносить покрытие с помощью третьей стороны, причем период ожидания составляет до 30 дней.
Даже для первоначальных производителей оборудования для пищевой промышленности необходимость наносить на оборудование тефлоновое покрытие вовлекает дополнительные затраты и производственные задержки, потому что, как правило, работу по нанесению предотвращающего прилипание покрытия отдают на аутсорсинг специализированным компаниям.
Последним, но не менее важным, является то, что, несмотря на то, что PTFE является химически инертным и в целом признается нетоксичным при температуре ниже 200° по Цельсию, и вследствие этого считается безопасным для здоровья потребителей, в настоящее время имеются сомнения относительно его токсичности и его совместимости с пищевыми продуктами, и даже были выдвинуты подозрения, что он может быть канцерогенным: как Управление по Охране Окружающей Среды США, так и некоторые ассоциации потребителей в различных странах проводят исследования с целью оценить степень токсичности PTFE и его возможную опасность для человеческого здоровья.
Вследствие этого главная цель данного изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ обработки стальных поверхностей таким образом, чтобы они предотвращали прилипание, без применения политетрафторэтилена, особенно в сыродельных машинах, имеющих дело с горячими сырными сгустками, более конкретно, на шнеках и пресс-формах, относящихся к подобным машинам.
Другая цель состоит в том, чтобы предоставить способ обработки поверхностей, описанных выше, который может быть легко осуществлен за счет применения технологий, которые являются свободно доступными и приемлемыми для производителей сыродельного оборудования.
Еще одна цель состоит в том, чтобы предоставить способ обработки поверхностей, описанных выше, с помощью которого может быть сокращен производственный период изготовления оборудования.
Дополнительная цель состоит в том, чтобы предоставить способ обработки поверхностей, с помощью которого стальные поверхности в сыродельных машинах можно более легко и тщательно подвергать санитарной обработке.
Изобретение достигает описанных выше и других целей и преимуществ, которые будут понятны из следующего раскрытия, за счет способа предотвращающей прилипание обработки стальных поверхностей, особенно в сыродельных машинах, который изложен в пункте l приложенной формулы изобретения.
Изобретение также относится к деталям машины, таким как шнеки, трубопроводы и тому подобное, которые были обработаны упомянутым выше способом.
При разработке изобретения автор изобретения исходил из наблюдения, что степень налипания горячих сырных сгустков на стальных поверхностях, не содержащих покрытий, оказывается высокой как на сильно полированных поверхностях, так и на поверхностях, подвергнутых грубой пескоструйной обработке, но были заслуживающие внимания, несомненно, непредсказуемые варианты, содержащие промежуточные степени отделочной обработки. Данное обстоятельство привело к первоначально интуитивному пониманию, что может существовать тип отделочной обработки поверхности, который должен по своей сути не допускать прилипания горячих сырных сгустков или пасты филата при отсутствии потребности в каком-либо покрытии PTFE или другом не допускающем прилипания материале. Для того чтобы выделить конкретную отделочную обработку, которая бы предотвращала прилипание горячих сырных сгустков и могла бы вследствие этого быть заимствована для сыродельных машин вместо покрытия PTFE, автор изобретения провел ряд тестов на нержавеющих стальных поверхностях, которые были подвергнуты различным способам отделочной обработки поверхности, в типовых рабочих условиях, преобладающих в сыродельных машинах для изготовления сыра паста филата (моцарелла и тому подобное), т.е. главным образом в вымешивающих и формующих машинах.
Множество предварительных испытаний, проведенных на нержавеющей стали AISI 304 и AISI 316 (т.е. разновидностях стали, которые обычно используют в конструкции сыродельных машин, и в целом машин для продуктов питания) показали, что ряд отделочных обработок должны быть исключен. Более конкретно, дробеструйная обработка стальных поверхностей либо стальной дробью, либо стеклянной дробью (такими, как обычно используют в молочной промышленности для дробеструйной обработки шнеков, чанов и других деталей машин) в диапазонах 55-100 микрон (сверхтонкая дробеструйная обработка), 70-110 микрон (тонкая дробеструйная обработка), 90-150 микрон (средняя дробеструйная обработка), 100-200 микрон (грубая дробеструйная обработка) - все они оказались неэффективными: налипание является сильным при любом типе дробеструйной обработки и любом значении гранулометрии.
Горячие сырные сгустки продемонстрировали значительную степень слипания также с поверхностями, которые были обработаны электролитической полировкой, окислением или пескоструйной обработкой кремнистыми песками.
В заключение, систематические испытания проводили с поверхностями, которые подвергали пескоструйной обработке корундовым порошком, более конкретно белым корундом. С этой целью были приготовлены образцы, состоящие из небольших прямоугольных пластин, изготовленных из нержавеющей стали AISI 304. Пластины были получены из имеющегося на рынке стального листа, 3 мм толщиной, размера 300x70 мм, и с поверхностью, имеющей стандартную отделочную обработку 2B (AISI, UNI 6903-71). Как объясняется ниже, образцы обрабатывали различными типами пескоструйной обработки поверхностей.
2
3
Белый корунд - это коммерческое название материала, состоящего по существу из оксида алюминия (AlO) с незначительными следами других оксидов, таких как оксид кремния, оксид кальция и оксид натрия, с общим процентным содержанием ниже чем 0,5%. Как хорошо известно, так называемый белый корунд имеет твердость 9 по шкале Мооса, уступая по твердости только алмазу.
Различные образцы подвергали пескоструйной обработке порошком с различной гранулометрией, т.е. 80, 100, 120, 150, 180, 220 и 280 меш соответственно, что соответствует размерам зерен материала в диапазонах 0,18-0,20 мм, 0,13-0,15 мм, 0,11-0,13 мм, 0,08-0,11 мм, 0,06-0,09 мм, 0,05-0,08 мм и 0,03-0,06 мм соответственно.
2
Образцы подвергали пескоструйной обработке за счет выталкивания воздуха и корундового порошка при давлении воздуха, составляющем приблизительно 8 бар, с расстояния, составляющего приблизительно 50 см, при медленном эпициклическом движении выталкивающей форсунки, в то же время постепенно сдвигая сопло вдоль поверхности таким образом, чтобы скорость обработки составляла приблизительно 100 см/мин.
Для каждого исследования определенное количество сырных сгустков смешивали с водой при температуре, составляющей 80° в котле, воссоздавая за счет этого условия, преобладающие в то время, когда сыр паста филата вымешивают в процессе его производства.
Как известно экспертам в данной области, паста филата менее липкая, когда она незрелая, и становится все более липкой по мере ее созревания, т.е. по мере увеличения ее кислотности вследствие постепенного расщепления лактозы. Соответственно выбирали сырные сгустки, которые были получены за счет ферментирования молочнокислыми ферментами при pH=5,1-5,2; это типичное значение для сырных сгустков, когда их вымешивают для получения сыра паста филата.
При проведении испытаний два по-разному отшлифованных образца погружали в упомянутый выше резервуар и перемещали по кругу для вымешивания паста филата. Образцы надавливали и очищали друг о друга, при этом между ними прослаивалась паста филата. Затем оба образца поднимали из воды и медленно разделяли. Поверхности образцов затем изучали для того, чтобы определить степень прилипания пасты филата в обоих случаях и для проведения сравнения. Образец, который оказывался более липким, отбраковывали и заменяли образцом с другой отделочной обработкой, формируя за счет этого новую пару образцов для проведения нового испытания и так далее.
После пескоструйной обработки образцы подвергали испытаниям на сцепление согласно описанной выше методике, т.е. посредством поднимания комка пасты филата из воды и сдавливания и растирания его между двумя образцами, с последующим разделением образцов и изучением их поверхностей и поведением пасты филата. Результаты испытаний перечислены в таблице ниже.
Пескоструйная обработка 1-го образца
Пескоструйная обработка 2-го образца
Поведение при разделении
80 меш
120 меш
паста филата делится на фрагменты и налипает на обоих образцах
100 меш
120 меш
То же
80 меш
150 меш
Паста филата налипает на обоих образцах, но главным образом на 1-ом образце
100 меш
150 меш
То же
120 меш
150 меш
То же
100 меш
180 меш
Паста филата полностью налипает на 1-ый образец - 2-ой образец чистый
120 меш
180 меш
Паста филата полностью налипает на 1-ый образец - 2-ой образец чистый
150 меш
180 меш
Паста филата полностью налипает на 1-ый образец - 2-ой образец чистый
120 меш
220 меш
Паста филата налипает на обоих образцах, но главным образом на 1-ом образце
150 меш
220 меш
Паста филата делится нафрагменты и налипает равным образом на обоих образцах
180 меш
220 меш
Паста филата полностью налипает на 2-ой образец - 1-ый образец чистый
120 меш
280 меш
Паста филата налипает на обоих образцах, но главным образом на 1-ом образце
150 меш
280 меш
Паста филата налипает на оба образца в равной степени
180 меш
280 меш
Паста филата полностью налипает на 2-ой образец - 1-ый образец чистый
220 меш
280 меш
Паста филата налипает на обоих образцах, но главным образом на 2-ом образце
Результаты испытаний, перечисленные в таблице выше, приводят к неожиданному заключению, что паста филата не прилипает к стальной пластине, которую подвергали пескоструйной обработке белым корундовым песком в 180 меш.
Дополнительные испытания показали, что, хотя оптимальное значение гранулометрии песка, использованного для пескоструйной обработки, составляет 180 меш, приемлемые результаты были получены при гранулометрии в диапазоне от 170 до 190 меш.
Такие же испытания повторили с сырными сгустками, полученными за счет коагуляции, вызванной лимонной кислотой, pH=5,8-5,9, которые представляют собой тип сырных сгустков, часто используемых при изготовлении сыра паста филата, такого как моцарелла и тому подобное. По существу, результаты были идентичными результатам, перечисленным в таблице выше.
Такие же испытания повторяли с давлениями воздуха, отличающимися от 8 бар, как упомянуто выше, причем результаты приводят к заключению, что эффективность пескоструйной обработки в отношении неслипаемости мало изменяется при изменении давления воздуха, в диапазоне обычно принимаемых значений (5-10 бар). Предпочтительными значениями является 7-9 бар, при этом давление, равное 8 бар, является оптимальным.
Было замечено, что хотя пескоструйную обработку корундом, как правило, применяют для деталей машин, изготовленных из полированного стального листа, оказалось, что эффективность пескоструйной обработки согласно изобретению не зависит от исходной отделочной обработки поверхности.
Необходимо заметить, что существенной причиной для применения синтетического белого корунда, а не природного корунда, является то, что белый корунд не содержит оксида железа, присутствие которого, как хорошо известно, испортило бы нержавеющую сталь, подвергаемою пескоструйной обработке, начиная с окисления с последующим разъеданием. Однако похоже, что предотвращающее прилипание действие присуще корунду в целом.
Кроме того, было замечено, что когда корундовый песок используют повторно в последующих операциях по пескоструйной обработке, его эффективность, обеспечивающая предотвращение прилипания для обработанной поверхности, постепенно уменьшается. Представляется, что это происходит по существу вследствие того, что корундовые зерна имеют тенденцию разрушаться при взаимных соударениях, постепенно изменяя за счет этого эффективную гранулометрию песка. Соответственно предпочтительно использовать только не бывший в употреблении корундовый песок или песок, который был использован самое большее дважды.
В качестве альтернативы, корундовый песок предпочтительно можно просевать после каждого прохода для того, чтобы получить песок, строго отсортированный согласно требующейся гранулометрии.
Изобретение было разработано с конкретной ссылкой на молочную промышленность и для изготовления шнеков, трубопроводов и пресс-форм в сыродельном оборудовании, но предполагается, что также его можно применять для обработки внутренних поверхностей небольших кастрюль с длинными ручками и сковородок с ручками, посредством пескоструйной обработки белым корундом, как раскрыто выше, и напыления используемого в настоящее время покрытия из основанных на PTFE, предотвращающих прилипание красок. Сковородки с ручками или кастрюли, обработанные таким образом, будут демонстрировать по меньшей мере частично предотвращающие прилипание свойства не только в отношении казеина, но также в отношении альбумина и других животных белков, и вследствие этого будут особенно эффективны в предотвращении прилипания при жарке яиц или бекона или аналогичных продуктов питания.