1 Научно-исследовательский раздел
1.1 Технология первичной обработки молока на мтф
Обработку и реализацию молока на МТФ крестьянско-фермерского хозяйства, не занимающегося его переработкой, можно осуществлять одним из двух способов. Наиболее распространена первичная обработка с фильтрацией, неглубоким охлаждением, кратковременным хранением и транспортировкой молока на заводы. Этот способ выгоден тем, что очень прост, менее энергоемок, но применяется для ферм, находящихся на близком расстоянии от молокозаводов [1,2].
Однако, для большинства хозяйств наиболее приемлема обработка с фильтрацией, глубоким охлаждением, кратковременным или длительным хранением и транспортировкой на завод. В настоящее время этот способ наиболее приемлем для большинства хозяйств, так как они, в основном, находятся на значительном расстоянии от молокозаводов и имеют небольшое поголовье молочного стада. Этот способ позволяет довольно длительно хранить молоко в хорошем состоянии и сдавать на заводы после 2…3 доек [1,2].
При антисанитарных условиях дойки в молоко попадают механические примеси. В результате создаются благоприятные условия для быстрого развития в молоке микрофлоры, которая вызывает быструю его порчу. Загрязнение молока механическими примесями чаще наблюдается при ручном доении. Оно может происходить и при неисправности доильных аппаратов или неумелом их использовании, когда с вымени спадают доильные стаканы.
Однако известно, что молоко, получаемое с использованием автоматических доек на фермах с достаточно большим поголовьем также содержит большое количество механических примесей и продуктов мастита. Естественно, что современные и очень жесткие пищевые регламенты этого не допускают и все это должно быть оперативно удалено из продукта. Для этого в состав линии первичной обработки молока входят специальные фильтры, либо центробежные сепараторы [1].
Наиболее эффективно фильтры можно использовать непосредственно при получении молока на фермах сразу же после дойки, пока молоко еще не остыло. Теплое молоко очищается намного лучше остывшего, в котором попавшая в него грязь уже успела раствориться. Очистка от механических примесей повышает сортность молока, а, следовательно, значительно увеличивает его стоимость. Очищенное молоко не теряет своих свойств (белок, жир, кислотность, вкус, запах). Очистка позволяет удалить до 99% механических примесей размером до 40 мкм и до 60% продуктов мастита [1].
За очисткой следует следующий этап первичной переработки молока - охлаждение. По молокопроводу молоко поступает в молочные танки охладители, где охлаждается до температуры + 4ºС.
Немедленное охлаждение молока - основное гигиеническое и противоэпидемическое условие повышения его качества. В неохлажденном молоке происходит быстрый рост как молочнокислой, так и вредной микрофлоры, в том числе стафилококков, вырабатывающих энтеротоксины, не разрушаемые пастеризацией. Поэтому охлаждение молока предотвращает быстрое размножение в нем микробов [3].
1.2 Анализ способов и технических средств охлаждения молока на мтф
Одной из важнейших мер предохранения молока от порчи является его своевременное охлаждение и хранение в таком состоянии до отправки или переработки на молочных комбинатах. Благодаря охлаждению в молоке приостанавливается размножение микроорганизмов, увеличивается бактерицидный период, что способствует более длительной сохранности продукта.
Для охлаждения молока на фермах применяют теплообменные аппараты и установки различных конструкций, которые можно классифицировать следующим образом:
- по типу производственного потока — поточные и резервуарные аппараты периодического действия;
- по назначению теплового процесса обработки молока - охладители, автоматизированные охладительные и пастеризационно-охладительные установки;
- по характеру соприкосновения обрабатываемого продукта с наружным воздухом - открытые и закрытые;
- по применяемому теплоносителю - водяные, водоледяные, паровые, хладоновые [4,5].
На сегодняшний день охлаждение молока в большинстве случаев осуществляется машинным способом, т.е. посредством специализированных охладителей. Простейшим вариантом охлаждения молока является его охлаждение во фляжных охладителях.
Молоко наливают во фляги и погружают их в бассейн с ледяной водой (проточной или непроточной), по необходимости в бассейн добавляют лед (рис. 1.1). Но такой способ охлаждения требует больших затрат на сооружение ванн, хранение и транспортировку льда, кроме того, он не предназначен для охлаждения молока в промышленных масштабах, поэтому его применение ограничено [1,4].
Рисунок 1.1 Схема установки для охлаждения молока во флягах: 1 - бассейн; 2 - фляга; 3 - вентиль; 4 - сливная труба
Более прогрессивный способ охлаждения - использование специализированных охладителей, например, оросительных. Принцип действия оросительных охладителей основан на том, что по открытой поверхности аппарата сверху вниз стекает продукт, а хладоноситель (вода или рассол) циркулирует в закрытых каналах (рис. 1.2) [5].
Рисунок 1.2 Схема работы оросительного охладителя
В линиях молокопровода, оснащенных циркуляционной системой промывки молочной линии, наибольшее распространение получили пластинчатые охладители (рис. 1.3). Пластинчатые охладители подразделяют на односекционные (ПОМ-1А-500 кг/ч, ПОМ-1Б-1000 кг/ч) и двухсекционные (ООТ-М-3000 кг/ч, ООУ-М-5000 кг/ч). Эти аппараты состоят из пластин, подвешенных на двух горизонтальных стержнях. Пластины имеют с двух сторон каналы, по которым движутся молоко и хладагент. Охлажденное молоко скапливается в нижнем продольном коллекторе, образованном отверстиями пластин, и затем выходит из аппарата через отводящий патрубок. Установка ООУ-М показана на рисунке 1.3. Она состоит из пластинчатого охладителя, имеющего секцию для водяного охлаждения и секцию для рассольного охлаждения; устройства с термометром; обвязки с клапаном, имеющим исполнительный механизм и шкаф управления. Установка может работать в автоматическом и ручном режиме. С помощью насоса молоко попадает в секцию водяного охлаждения, где оно охлаждается до температуры 13°С, а затем поступает в секцию ледяного охлаждения, благодаря чему температура его снижается до 4°С, после этого молоко направляется в резервуар для хранения [2].
Рисунок 1.3 Автоматизированная пластинчатая охладительная установка ООУ-М: 1 – пластинчатый охладитель; 2 – устройство с термометром сопротивления; 3 – обвязка с клапаном; 4 – ртутный термометр; 5 – термометр сопротивления; 6 –исполнительный механизм; 7 – шкаф управления; 8 – секция водяного охлаждения; 9 – секция рассольного охлаждения
Проточные пластинчатые охладители молока, входящие в комплект доильных установок с молокопроводом, промывают ежедневно после каждого доения. Фильтрующий элемент извлекают и промывают вручную. Перед доением молокопроводящие пути ополаскивают чистой водой.
Один раз в месяц заменяют использованный фильтрующий элемент, разбирают и промывают щетками молочный насос и пластинчатый охладитель. При этом теплообменные пластины охладителя раздвигают, не снимая их со штанг, и промывают с обеих сторон моющим раствором с применением плоской неметаллической щетки. После обработки пластин моющим раствором их ополаскивают чистой водой и собирают в пакет.
Недостатком пластинчатых теплообменников является наличие большого количества фигурных резиновых прокладок, что усложняет работу обслуживающего персонала.
Наиболее распространенными системами охлаждения резервуаров являются: оросительная и змеевиковая. Краснодарский компрессорный завод выпускает резервуары-охладители ТОМ-2А с оросительной системой охлаждения. Схема установки изображена на рис. 1.4 [1].
Рисунок 1.4 Схема танка-охладителя ТОМ-2А: 1 – компрессор; 2 – реле контроля смазки; 3 – реле давления; 4 – конденсатор; 5 – рама-ресивер; 6 – теплообменник; 7 – фильтр-осушитель; 8 – смотровое устройство; 9 – терморегулирующий вентиль; 10 – испаритель; 11 – корпус танка; 12 – водяной насос; 13 – фильтр водяной; 14 – система орошения; 15 – температурное реле; 16 – датчик температуры; 17 – ванна молочная; 18 – мешалка; 19 – привод мешалки; 20 – фильтр молочный; 21 – горловина с фильтром для заливки молока; 22 – сливной кран; 23 – контрольный патрубок
Корпус этого резервуара-охладителя является основанием бака аккумулятора холода, в котором смонтирован панельный испаритель ИПП-20. Снаружи корпус изолирован мипорой в полиэтиленовой пленке и покрыт декоративным пластиком. Сверху ванна оборудована двумя большими прямоугольными крышками с горловинами для установки цедилки и залива молока в ванну. В средней части на траверсе крепится редуктор с мешалкой, электроконтактный термометр и мерная линейка. Оросительное устройство выполнено из перфорированных труб, образующих два замкнутых контура по верхнему периметру и по днищу ванны. Через отверстия в трубах ледяная вода из бака-аккумулятора разбрызгивается на наружную поверхность молочной ванны. Для предотвращения засорения отверстий в трубах система орошения оснащена сетчатым фильтром [5].
Механическая мешалка состоит из привода, вала с лопастями и устройства для подвода моющей жидкости. Вал мешалки полый и имеет отверстия для разбрызгивания моющего раствора по внутренней поверхности молочной ванны. Снизу вал имеет отверстие для стока остатков молока или моющей жидкости, закрываемое при работе пробкой.
Холодильная машина, смонтированная в торцовой части резервуара, оборудована сальниковым компрессором ФУ-12, работающим на R-12, и конденсатором с воздушным охлаждением. Холодопроизводительность холодильной машины в рабочем режиме равна 9900 Вт. Для аккумуляции необходимого количества холода холодильную машину включают перед циклом охлаждения за 3...4 ч. После намораживания на панелях испарителя около 400 кг льда срабатывает температурное реле и компрессор автоматически выключается. При работе холодильной машины в «ручном» режиме двигатель компрессора выключают через 3,5...4 ч.
Охладители молока Serap First S и First SU (Франция) предназначены для охлаждения молока в условиях молочных ферм (рис. 1.5). Представляют собой бак, выполненный из нержавеющей стали, в котором под всей поверхностью днища установлен испаритель, разработанный специалистами фирмы. Высокие термоизоляционные свойства обеспечиваются качественной пенополиуретановой изоляцией. Контроль температуры и перемешивания осуществляется автоматически. Основой системы охлаждения является поршневой компрессор герметичного типа. Регулировка охлаждения производится посредством термостатических регулирующих емкостей [6,7].
Танки охладители не комплектуются системами автоматической промывки, процесс происходит в полуавтоматическом режиме.
Рисунок 1.5 Охладитель молока First SE фирмы Serap
Танк-охладитель Frigomilk (Италия) предназначен для охлаждения молока в условиях животноводческих ферм (рис. 1.6). Представляет собой емкость, выполненную из нержавеющей стали, и холодильный агрегат. Дно емкости имеет уклон, благодаря чему обеспечивается полное ее опорожнение. Управление работой холодильного агрегата и мешалки производится автоматически компьютерным контроллером FIPO. Эффективная система автоматической промывки устанавливается только на танки-охладители молока серий G9 и G10 объемом более 1500 л [6].
Рисунок 1.6 Танк-охладитель FRIGOMILK G10
Танки-охладители молока типа DF производства фирмы Wedholms (Швеция/Польша) закрытого типа, предназначены для охлаждения молока в условиях молочной фермы (рис. 1.7). Изготовлены из нержавеющей стали. Имеют теплоизоляцию, мешалку, систему автоматической безразборной мойки СИП, холодильный агрегат, систему управления WinMaster и измерительную линейку. Автоматическая система управления MinMaster обеспечивает контроль параметров охлаждения и мойки, индикацию неисправностей на дисплее по 13 параметрам, дозирование моющих веществ из канистр.
Возможны подключение системы управления к компьютерной системе WinLink, сохранение параметров охлаждения за последние 30 дней и более при регистрации их каждые 5 мин и вывод данных на персональный компьютер [6,8].
Защита от подмораживания достигается благодаря автоматическому периодическому перемешиванию в процессе охлаждения.
Промывается оборудование в автоматическом режиме посредством 4 форсунок-распылителей по программе с последующим возможным раздельным сливом моющего раствора и чистой воды для споласкивания.
Рисунок 1.7 Танк-охладитель типа DF95L
Холодильная установка молока МТКО DIAN 2500/2 (рис. 1.8) содержит корпус, ванну для молока с механической мешалкой, испаритель, разбрызгиватель, насос соответственно для подачи и отвода хладоносителя, пробку водосброса, горловину, лаз, измерительный шланг, датчики и контроллер [7,8].
Рисунок 1.8 Холодильная установка МТКО DIAN 2500/2
Закрытые танки-охладители молока DX производства фирмы DeLaval (Швеция) предназначены для охлаждения молока в условиях молочной фермы (рис. 1.9). Основные узлы: емкость из пищевой нержавеющей стали высокого стандарта с изоляцией и испарителем, внутри которой установлены мешалка, имеющая полый вал с лопастями, выполненными по специальным профилям, два распылителя для промывки бака, компрессорный агрегат системы Скролл, имеющий ресурс и КПД на 10% выше, чем у поршневых компрессоров. Управление танком производится с помощью компьютера.
Рисунок 1.9 Закрытый танк-охладитель молока DX фирмы DeLaval
Для промывки внутренней полости танка-охладителя молока предназначена автоматическая система промывки, включающая автомат промывки, насос, две форсунки-распылителя, датчики расхода и концентрации моющего раствора и контроллер. Дозирование моющих веществ осуществляется автоматически, из канистр. Системами автоматической промывки оснащаются танки объемом более 2500 л [8].
Танки-охладители молока Mueller модели РС-5000 (Германия) характеризуются сочетанием быстрого охлаждения с низким потреблением энергии, чему способствует овальная форма танка (рис. 1.9). Благодаря этой форме охлаждающие пластины, установленные в нижней части емкости, занимают максимальную площадь и обеспечивают более эффективный теплообмен между молоком и охлаждающим газом. Это делает возможным высокоэффективное охлаждение независимо от количества [6].
Mueller - это единственные танки, изоляция которых состоит из изоляционных пластин вместо пены. Благодаря этим пластинам поверхность танка гораздо прочнее и это предотвращает деформацию. Охладительные танки других марок легко деформируются и, таким образом, теряют свою ценность как б/у танки. Также пена образует воздушные пробки, создающие проблемы с изоляцией и образованием конденсата на танке.
Рисунок 1.10 Танк-охладитель молока Mueller РС-5000
Все части танка Mueller изготовлены из нержавеющей стали, что облегчает промывку танка и увеличивает срок его службы. На пластиковых частях образуются трещины при низких температурах, и они быстро изнашиваются. Конструкция танка Mueller такова, что она защищает уязвимые места танка (например, кожухи насосов) и обеспечивает большую надёжность [6].
Лестницы из нержавеющей стали, промывочная установка, трубопровод системы промывки, отверстия танка. Каждая часть танка сконструирована с целью оптимального соответствия его предназначению и изготовлена с предельной точностью. Также по конструкции танки длинные и широкие, что позволяет занимать как можно меньше места, (также это означает меньшие затраты на транспортировку). Вот почему танк выглядит лучше и наиболее удобен в использовании.
Секрет высокой эффективности танка Mueller заключается в уникальной конденсационной пластине. Эта пластина, сваренная точечной сваркой, обеспечивает перемещение холода, выделяемого охлаждающим газом, к молоку равномерно и на необходимую высоту. В то же время, внутренний танк со стенками толщиной 2 мм гарантирует 100% надёжность (могут использоваться все типы охлаждающих газов). Танки Mueller имеют две конденсационных цепи для быстрого и эффективного охлаждения. Другие танки имеют более толстые пластины (более высокий поиск образования течей) или альтернативный медный трубопровод и одну конденсационную цепь, что вызывает более длительное и менее эффективное перемещение фреона.