Прямое назначение пастеризации молока и молочных продуктов состоит в уничтожении болезнетворных микроорганизмов. Кроме того, при пастеризации разрушаются микроорганизмы, вызывающие порчу продуктов. Некоторым продуктам, например мороженому, тепловая обработка смеси придает приятный запах.
Пастер первый применил тепловую обработку, как способ сохранения продуктов. Пастеризация молока впервые была применена на практике доктором Сокслетом в Германии в 1886 г. Первое оборудование для тепловой обработки молока было завезено в США из Дании в 1893 г. Коммерческая пастеризация молока началась в США примерно в 1900 г. Иногда ее применяли секретно, чтобы молоко дольше не портилось.
Первоначальное оборудование для пастеризации позволяло нагревать молоко до 71,1° С и выдерживать его при этой температуре 30-60 с. Однако такие установки были грубыми, и точный контроль пастеризации не обеспечивался. В 1900 г. Рассел и Хастинг, а несколько позднее Розенау установили температурные точки гибели разнообразных типов микроорганизмов, которые могут находиться в молоке. Они установили, что выдерживание молока в течение 20 минут при температуре 60° С достаточно для уничтожения Mycobacterium tuberculosis и других патогенных микроорганизмов. На основании этих данных в 1907 г. был предложен метод длительной пастеризации в ваннах.
В 1908 г. в Чикаго был принят закон, предусматривающий обязательную пастеризацию молока от коров, которых не подвергали ветеринарному обследованию на туберкулез. Минимальная температура пастеризации молока в ваннах была повышена до 61,7°С. В 1956 г. температура пастеризации была повышена до 62,8° С. Процесс тепловой обработки молока в ванне называется низкотемпературной длительной пастеризацией. Этот процесс очень длителен, и для обработки большого количества молока требуется несколько ванн.
Пастеризация в домашних условиях была впервые предложена в 1824 г. Вильямом Девисом, профессором университета в Пенсильвании. Он рекомендовал быстро нагревать молоко до кипения, а затем как можно быстрее охлаждать. Однако кипение вызывает денатурацию части сывороточных белков, которые коагулируют и образуют пленку на поверхности молока. Сейчас рекомендуется нагревать молоко до 62,8° С и выдерживать при этой температуре не менее 30 минут. При нагревании в двухстенных ваннах молоко не подгорает. Во время нагревания необходимо перемешивать молоко. Пастеризация требует затрат времени и особого внимания, поэтому многие производители и потребители неохотно пастеризуют молоко. Хотя риск заболевания в последнее время снизился, но все же он еще велик, поэтому необходимо пастеризовать молоко, прежде всего предназначенное для детей грудного возраста и стариков.
Уже давно в американских семьях замечали, что нагревание молока в кипящей воде увеличивает срок его хранения. Таким образом, они проводили грубую пастеризацию, не подозревая об этом. Во многих странах широко проводится кипячение молока. Но, поскольку такие аминокислоты, как лизин и цистин, чувствительны к нагреванию, продолжительное кипячение молока ведет к снижению его биологической ценности.
Можно уничтожить нежелательные микроорганизмы в течение сравнительно короткого времени при высокой температуре. Например, при 71,7° С требуется около 15 с для уничтожения бактерий. Такой режим пастеризации носит название высокотемпературной кратковременной пастеризации.
Пастеризатор для высокотемпературной кратковременной пастеризации был впервые применен в Англии в 1923 г. Сэдвиком и в США в 1929 г.
Иногда применяют более высокие температуры для уничтожения «спорообразующих бактерий.
Температура пастеризации шоколадного молока, сливок, смеси для приготовления мороженого и аналогичных продуктов должна быть выше, потому что жир и сахар служат защитным фактором для микроорганизмов. При ультравысокотемпературной пастеризации продолжительность выдержки и температура одинаковы для всех молочных продуктов.
Мгновенная высокотемпературная пастеризация
В 50-х годах был разработан метод мгновенной высокотемпературной пастеризации (температура от 88 до 132°С, выдержка 2 с и менее). Однако согласно новым федеральным стандартам, продукт можно считать подвергнутым мгновенной высокотемпературной пастеризации, если он был нагрет до 137,8° С и более и выдержан при ней по крайней мере в течение 2 с.
Температура может достигать 150° С, а выдержка 9 с, если необходимо получить стерильный продукт. Но даже при указанных условиях могут остаться некоторые устойчивые споры. Чтобы предотвратить развитие остаточной микрофлоры, молочные продукты, подвергнутые мгновенной высокотемпературной пастеризации, охлаждают. При кратковременной выдержке высокие температуры не оказывают практически влияния на запах молока, если нагревание и охлаждение его проводят быстро. В то же время высокие температуры губительны для бактерий.
Для пастеризации и стерилизации молока применяются теплообменники (пастеризаторы и стерилизаторы) различных типов. Они подразделяются на:
1) теплообменники непрямого действия:
а) ванны-выдерживатели с двойными стенками;
б) пластинчатого типа;
в) трубчатого типа;
г) рифленого типа;
2) теплообменники непосредственного действия:
а) пароинжекторы (впрыскиватели);
б) пароинфузаторы (распылители).
В настоящее время на молочных заводах применяют пастеризаторы пластинчатого типа. Производительность их колеблется от нескольких сот килограммов до 27000 кг молока в час. Молоко нагревают примерно до 80° С и выдерживают при этой температуре в течение 25 с, чтобы уничтожить практически все жизнеспособные (вегетативные) формы бактерий.
Эффективность работы пастеризатора определяется следующими четырьмя факторами: 1) уровнем температурного градиента (разность температур нагревающей и нагреваемой сред); 2) теплопроводностью металлической стенки, разделяющей две среды; 3) площадью отдающих тепло поверхностей; 4) быстротой смены и толщиной слоев пастеризуемого продукта. В пластинчатых пастеризаторах холодное молоко движется по одной стороне пластины в направлении, противоположном движению потока горячего молока или воды с другой стороны.
Пластины из нержавеющей стали служат хорошими проводниками тепла. Поверхность пластин достаточно большая. Пластины установлены так, что между ними находятся очень тонкие слои молока. Кроме того, пластины имеют рифление, что увеличивает теплоотдачу. При такой конструкции возникает турбулентное движение, способствующее быстрой смене тонких слоев молока, соприкасающихся с поверхностью пластин.
Характерная особенность пастеризатора пластинчатого типа заключается в наличии секций регенерации, нагревания и охлаждения. В секции регенерации горячее молоко охлаждается холодным. При этом происходит теплообмен между горячим и холодным молоком. Регенерация уменьшает расход тепла на пастеризацию, благодаря чему меньше энергии требуется для окончательного нагревания молока. Кроме того, уменьшаются затраты на охлаждение. Эффективность регенерации обычно составляет 80-90%.
При высокотемпературной кратковременной пастеризации в пространство между пластинами пастеризатора молоко поступает обычно с температурой 4° С. В секции регенерации сырое молоко нагревается до 58° С, в секции нагревания - до 74° С. В секции регенерации пастеризованного молока температура понижается до 20° С, а в секции охлаждения - до 4° С. Молоко подается в регенератор с помощью насоса, который нагнетает молоко с постоянной скоростью в другие секции пастеризатора и поддерживает положительное давление в нагревающей части регенератора. Молоко при температуре пастеризации находится по крайней мере 15 с в трубчатом выдерживателе, который располагается за секцией нагревания перед отводным клапаном.
Отводной клапан был изобретен в 1938 г. Клапан и соответствующая система контроля за пастеризацией необходимы для определения температуры молока в конце процесса выдерживания. Если температура молока ниже требуемой для пастеризации, клапан отводится с помощью сжатого воздуха в положение, при котором молоко направляется в уравнительный бачок для повторной пастеризации. Благодаря специальной конструкции отводного клапана сводится к минимуму выход недопастеризованного молока из пастеризатора. Исключается также возможность смешивания сырого молока с пастеризованным и выход сырого молока из системы при неполадках в работе пастеризатора.
Высокотемпературная мгновенная пастеризация не получила распространения прежде всего потому, что контролирующие системы слишком медленно реагируют на изменение температуры молока. Выдержка при мгновенной высокотемпературной пастеризации молока составляет секунду и менее, а время срабатывания отводного клапана вследствие уменьшения температуры превышает выдержку. При высокотемпературной кратковременной пастеризации максимальное время от срабатывания контрольных систем составляет секунду.
В последнее время отводной клапан в аппаратах для мгновенной высокотемпературной пастеризации помещают в конце секции охлаждения, а датчик температуры ставят сразу после трубчатого выдерживателя. В этом случае увеличивается расстояние и, следовательно, время срабатывания отводного клапана при понижении температуры в трубчатом выдерживателе. Если сырое молоко попадает в секции регенерации и охлаждения, движение продукта через отводной клапан не должно происходить до тех пор, пока все поверхности, по которым протекает молоко до его попадания в отводной клапан, не будут подвергнуты санитарной обработке. Для этого прекращают поступление хладоагента в охладительную секцию и рециркулируют молочный продукт до тех пор, пока все поверхности не будут нагреты до температуры пастеризации. Для выполнения этой операции требуется специальное оборудование.
Проблема заключается также в том, что нет способов измерения выдержки молока в короткой трубке. В аппаратах для высокотемпературной кратковременной пастеризации выдержка молока равна времени, в течение которого электролит проходит расстояние между двумя электрическими датчиками. В аппаратах высокотемпературной мгновенной пастеризации размеры и конфигурация трубчатых выдерживателей таковы, что продукт находится в них короткий промежуток времени в условиях ламинарного потока. В полностью ламинарном потоке скорость движения жидкости (по оси трубчатого выдерживателя) в 2 раза больше средней. Чем выше вязкость продукта, тем в большей степени его движение приближается к ламинарному, однако даже очень вязкие молочные продукты не образуют полностью ламинарного потока. При таких условиях максимальная скорость сгущенного обезжиренного молока в 1,7 раза превышает его среднюю скорость.
Прямой нагрев с помощью пара может быть осуществлен впрыскиванием его в поток молока через насадку или путем распыления продукта, то есть введения продукта в атмосферу пара в цистерне.
Размеры пароинжектора небольшие, а его устройство простое. Однако трудно поддерживать стабильность. До тех пор, пока пар полностью не сконденсируется (превратится в воду) внутри инжектора, температура в выдерживающей трубке будет меняться. Три условия должны выполняться: 1) потоки продукта и пар должны быть изолированы от колебаний давления, происходящих внутри камеры пароинжектора; 2) давление на продукт в выдерживающей трубке должно быть достаточным для того, чтобы происходила конденсация пара, а нагретый продукт находился в жидкой фазе; 3) пар должен быть практически свободен от неконденсируемых газов, которые могут замещать продукт в выдерживающей трубке и ухудшать его вкус. Последнее происходит вследствие воздействия тепла на коллоидные частицы, которые устремляются к границе раздела фаз, образуемой пузырьками газа.
Испарение продукта в трубчатом выдерживателе сокращает время обработки продукта и может ограничить уничтожение микроорганизмов. Давление в трубчатом выдерживателе должно по крайней мере на 0,7 кгс/см2 превышать давление, при котором происходит кипение продукта. 0,4721 л воды, если она превращена в пар, занимает объем около 2,834 м3.
Пароинжекция сопровождается значительным шумом, что нехарактерно для пароразбрызгивания. Разбрызгиватели работают при значительно меньшем давлении пара, чем инжекторы, и потому создается меньшая разность температур между паром и продуктом. Зависимость между температурой и степенью потока продукта в системах распылительного типа очень лабильна. Обычно продукт вводится в верхнюю часть цилиндра и через трубку направляется в распределитель, из которого в виде тонкой пленки опускается вниз. Чистый пар поступает в середину цилиндра и нагревает падающий продукт. Температура может достигать 150° С. Максимальная производительность 34000 кг/ч.
Вакуумная обработка
Вакуумная обработка заключается в воздействии пониженного давления (вакуума) на горячие молоко или молочные продукты для удаления летучих веществ, особенно тех, которые переходят в молоко из корма. Необходимы различные условия для удаления летучих веществ. Некоторые вещества удаляются, когда испарение продукта не происходит. Для удаления ряда запахов (запаха лука и чеснока) требуется паровакуумная перегонка. Некоторые запахи вообще не удаляются. Особенно трудно удалить летучие жирорастворимые вещества.
Устройства, в которых используется вакуум и непрямой нагрев, называются деаэраторами. Эти аппараты обычно работают при температурах ниже 60° С и давлении 584 мм рт. ст. Если температура или давление превышают указанные значения, уменьшается объем продукта (усушка) вследствие испарения влаги. Деаэраторы хорошо удаляют запахи, но при конденсации пара и попадании конденсата в молоко водорастворимые вещества возвращаются в продукт. При вакуумной обработке усушка продукта может составлять 1%, если температура снижается на 5,5° С.
Благодаря тому, что испарение вызывает уменьшение температуры, вакуумное устройство можно использовать как охладитель в паровакуумных узлах. Последние могут быть изготовлены как с прямыми паронагревателями, так и с инфузаторами или пароинжекторами. Паровакуумное устройство обычно размещают после отводного клапана в положение прямого потока, где температура превышает 71,7° С. Температура мгновенно возрастает за счет прямого нагрева паром до 140° С. Продукт поступает в вакуумную камеру, где образуются мелкие капельки, что придает максимальную поверхность продукту. Если продукт выходит из паровакуумного устройства при той же температуре, при которой он поступил в него, то свойства продукта не изменяются. В процессе разработки устройств, контролирующих температуру и давление, необходимо учитывать, что часть тепла теряется в виде излучения. В штатах, где, согласно инструкции, требуется высокое содержание сухих обезжиренных веществ в молоке (например, в Калифорнии содержание этих веществ должно быть не ниже 8,7%), желательно проводить частичное концентрирование молока при вакуумной обработке.
Пар, используемый для непосредственного нагревания продукта, должен быть очищен. Очень строгие требования предъвляются к веществам, которые используются для предотвращения накипи в бойлерах, производящих пар. Небольшое количество пара можно получить путем непрямого нагрева питьевой воды в теплообменнике посредством пара, поступающего с завода. Тепло заводского пара, поступающего в теплообменник, передается через змеевик питьевой воде, которая, в свою очередь, превращается в чистый пар.
Гомогенизация
Диаметр жировых шариков молока колеблется от 0,1 до 16 мкм, 80-90% жировых шариков имеют диаметр от 2 до 6 мкм. В 1 мл молока содержится от 1,5 до 5 млрд. жировых шариков. Жировые шарики легче плазмы молока, поэтому они всплывают на поверхность при спокойном состоянии молока. Чем крупнее шарики, тем быстрее они всплывают. Отдельные жировые шарики всплывают со скоростью, пропорциональной квадрату их радиуса (согласно закону Стокса).
Соммерс рассчитал скорость всплывания жировых шариков диаметром 1; 5 и 10 мкм (при температуре 10° С, относительной плотности плазмы 1,036, вязкости 0,0247 пуаза, относительной плотности жира 0,93%), которая составляет соответственно 0,08; 2,09 и 8,34 мм/ч. Гомогенизация раздробляет жировые шарики таким образом, что более 98% их имеет диаметр 2 мкм и меньше. Жировые шарики такого размера не всплывают или медленно всплывают из-за наличия сил трения и электрических зарядов на их поверхности.
В гомогенизированном молоке не должно быть видимого отстоя после 48-часового его хранения в спокойном состоянии при температуре 7° С. Содержание жира в верхнем 100-миллиметровом слое молока одной кварты (0,946 л) не должно отличаться более чем на 10% от содержания жира в остальной части молока (определение проводят после тщательного перемешивания).
Гомогенизаторы для молока бывают одно- или двухступенчатые. Обычно они представляют собой поршневые насосы, которые нагнетают молоко через одно или два устройства с отверстиями. Размер отверстий, через которые пропускается поток молока, устанавливают с таким расчетом, чтобы давление составляло от 126 до 175 кгс/см2. Давление резко падает за устройствами с отверстиями по ходу потока молока. Высокие давление и скорость, а также турбулентное движение потока в устройстве являются факторами, вызывающими дробление жировых шариков.
Во время гомогенизации жир должен находиться в жидком состоянии (предпочтительно 60°С и более), а гомогенизированное молоко необходимо пастеризовать для снижения активности липазы.
Гомогенизированное молоко обладает более выраженным запахом, чем негомогенизированное, вследствие увеличения числа и поверхности жировых шариков. Например, из одного жирового шарика диаметром 5 мкм в результате гомогенизации образуется 125 мелких шариков диаметром 1 мкм, а их поверхность в 5 раз превышает поверхность исходного шарика. Гомогенизация повышает также переваримость молока, так как в желудке образуется более мягкий сгусток. При гомогенизации изменяются физические свойства белков, в результате чего коагуляция их под действием тепла или кислотами происходит быстрее. Уменьшение стабильности белков и плотности сгустка сокращает время, необходимое для домашнего приготовления заварного крема и увеличивает возможность свертывания молока в супах, соусах. При воздействии солнечного света на гомогенизированное молоко в нем быстрее появляются посторонние привкусы, но гомогенизированное молоко более устойчиво к окислению медью.
Можно повысить производительность гомогенизатора. Для этого молоко сепарируют, сливки гомогенизируют и затем их смешивают с обезжиренным молоком.
Если мелкие жировые шарики, полученные в результате гомогенизации, слипаются и образуют жировые конгломераты, то повышается вязкость продукта. Особенно это характерно для продуктов с высоким содержанием жира, например, сливок и смесей для приготовления мороженого. Слипание усиливается при высоком давлении и сравнительно низкой температуре, особенно в продуктах с высоким содержанием жира. Конгломераты разрушаются, когда продукт пропускают через второе гомогенизирующее устройство (двухступенчатая гомогенизация) при сравнительно низком давлении (35-70 кгс/см2).
Охлаждение
Развитие молочной промышленности находится в прямой зависимости от возможностей хранения молока фермерами, посредниками, заготовителями, потребителями. Очень большую роль играет охлаждение молока в домашних условиях, так как позволяет покупать пастеризованное молоко в расчете на недельное и двухнедельное потребление. (Во многих странах молоко доставляют ежедневно, потому что потребители не имеют домашних холодильников.) Ванны-охладители обеспечивают достаточную степень охлаждения, что позволяет хранить сырое молоко на фермах и отправлять его через день. Если молоко собирают в бидоны, необходимо ежедневно отправлять его с фермы из-за низкой эффективности охлаждения и низкого санитарного состояния.
При низких температурах замедляется порча молока, потому что скорость химических реакций прямо зависит от температуры. Особенно чувствительны к изменениям температуры ферменты, гидролизующие белки и жир. Бактерии получают энергию для роста и метаболизма, образующуюся в результате биохимических реакций, протекание которых зависит от температуры. Оптимальная температура для реакций, катализируемых ферментами некоторых микроорганизмов, составляет около 37° С. Эти же микроорганизмы при 25° С размножаются медленно. Однако ферменты психротропных микроорганизмов действуют в интервале температур от 7 до 15° С. Медленное размножение бактерий наблюдается при температуре от 1 до 4° С. Однако гидролитические ферменты, выделенные бактериями, часто продолжают функционировать и при таких низких температурах.
Независимо от размера (как домашний холодильник, так и большой промышленный рефрижератор) охлаждающие системы работают по одному принципу. Конденсируемый газ нагнетается компрессором в конденсатор, где происходит отдача тепла и превращение его в жидкость, которая через контрольный клапан поступает в регенератор, а затем в испаритель, где поглощается тепло (скрытая теплота испарения). По мере кипения и превращения в газ хладоагент вновь подается в компрессор и цикл повторяется. Тепло, необходимое для превращения жидкости в газ, поступает из испарителя и его окружающей среды. Таким образом, испаритель является охлаждающим элементом всей системы. Тепло отбирается у одного вещества с низкой температурой и переносится к другому с более высокой температурой. Например, от сырого молока с температурой 35° С тепло передается воздуху, имеющему температуру окружающей среды.
В больших охладительных системах в качестве основного хладоагента (газа) используется аммиак, но в резервуарах для хранения молока и домашних холодильниках обычно применяется фреон. Производительность системы зависит от количества хладоагента, которое может быть испарено, сжато и сконденсировано. Части всей системы должны быть сбалансированы по размеру, чтобы операции были эффективны. Аммиак кипит при -33,3° С при атмосферном давлении, фреоновые смеси имеют следующие точки кипения: фреон-12 -30° С и фреон-22 -40,6° С.
Конечная цель любой охладительной системы заключается в охлаждении или замораживании молочных продуктов. Если охлаждающая среда представляет собой носитель, то охладительная система считается прямого типа и испаритель выступает в роли теплообменника. По такому принципу сконструированы многие большие танки для хранения молока и домашние холодильники. Если носитель охлаждает воду, глицерин или солевой раствор, которые, в свою очередь, охлаждают молоко или другой продукт, то это система непрямого типа. Непрямое охлаждение применяется в пластинчатых теплообменниках, а также в некоторых видах танков для молока. В закрытых охладительных системах многократно используется смесь воды и глицерина (глицериновая вода).
Если необходима более низкая температура, чем достигаемая при использовании глицериновой воды, может использоваться рассол, который представляет собой жидкость, охлажденную носителем и используемую для передачи тепла без изменения собственного состояния*.
Широко применяется рассол, состоящий из воды и веществ, которые имеют более низкую точку замерзания, чем вода, в частности хлористые соли натрия или кальция. Обе соли вызывают коррозию материалов, особенно при низком значении рН. Часто на молочных заводах в качестве рассола используют пропиленглюколь. Рассол такого состава широко используется для охлаждения питьевого молока перед расфасовкой до 1-2° С, так как охлаждение до этой температуры с помощью глицериновой воды неэффективно. Через стенки контейнера тепло передается воздуху медленнее, чем через металлические стенки теплообменника к охладителю. Таким образом, более быстрое охлаждение молока перед расфасовкой уменьшает размножение микроорганизмов при хранении молока в пакетах.
Охладители для мороженого представляют собой теплообменники. Испаритель имеет вид трубки, через которую протекает продукт. Тонкая пленка продукта, которая замерзает на стенках, соскабливается с нее специальными ножами. В одних системах для замораживания мороженого воздух охлаждается, проходя между трубками испарителя. Затем он проходит над специальными пластинками, отбирает тепло и вновь поступает к испарителю. В других системах пластинки находятся в прямом контакте с охлаждающими поверхностями, и тепло переходит от продукта к холодной поверхности. Десертные блюда часто замораживают с помощью сухого льда, который представляет собой твердый углекислый газ. Овощи быстро замораживают, распыляя сжатый СО2 между ними. Точка кипения сухого льда (СО2) - 78°С.
Для поддержания низкой температуры в холодильных камерах и в оборудовании для охлаждения применяют материалы, плохо проводящие тепло. Таким путем предотвращают быстрое поглощение тепла из окружающей среды и снижают расходы на хранение продуктов. Широко используются такие теплоизоляционные материалы, как пробка и пенопласт. Эти материалы имеют огромное число пор, заполненных воздухом. Каждая клетка представляет собой замкнутое воздушное пространство, благодаря чему плохо проводится тепло.
Кларификсация
Кларификсатор представляет собой аппарат, в котором происходит очистка и гомогенизация молока. Барабан кларификсатора работает по принципу обычного сепаратора, но поток сливок направляется в специальную камеру, в которой находится гомогенизирующий диск. С помощью этого диска происходит частичное дробление жировых шариков. Сливки смешиваются с молоком, поступающим в барабан, где вновь происходит сепарирование, при этом крупные жировые шарики повторно удаляются со сливками и опять попадают в гомогенизирующую камеру, а мелкие жировые шарики остаются в молоке, удаляющемся из аппарата. Только когда крупные жировые шарики достаточно раздробятся, процесс гомогенизации молока прекращается.
Основные преимущества кларификсатора - это выполнение двух технологических операций - очистки и гомогенизации молока, а также небольшие размеры и сравнительно низкая стоимость. Возможно, что дробление жировых шариков в кларификсаторе происходит благодаря кавитации (быстрое образование и последующее разрушение пузырьков газа в жидкости). При разрушении пузырьков высвобождается много поверхностной энергии, которая, по-видимому, и вызывает дробление жировых шариков.
Бактофугирование
Процесс выделения бактерий и других микроорганизмов из молока с помощью специальных центрифуг называется бактофугированием.
Удаление бактерий из молока происходит без нагревания и не приводит к изменению его исходных свойств, включая инактивацию некоторых ферментов, способствующих созреванию сыра. Однако даже при самом полном бактофугировании из молока удаляется лишь около 99% бактерий. При бактофугировании невозможно полностью удалить все патогенные бактерии. Возможно, что при бактофугировании в молоке остаются также вирусы и риккетсии (промежуточная форма между бактериями и вирусами).
Обычно при проведении бактофугирования две центрифуги непрерывного действия устанавливают последовательно и в них подают молоко, нагретое до 54° С. Молоко подвергается усилию, которое в 9000 раз превышает силу земного притяжения. Поэтому тяжелые микроорганизмы отбрасываются к стенкам барабана вместе с некоторым количеством казеина. Осадок составляет приблизительно 2,5% общего объема молока, что нежелательно, особенно при производстве сыра. Однако можно пропастеризовать получившийся осадок и вновь добавить его в молоко.
Молокопровод и насосы для транспортировки молока
Молоко и молочные продукты транспортируют по чистым молокопроводам, которые обычно изготовляют из нержавеющей стали или стекла. Для перекачки молока необходима кинетическая энергия. Сила тяжести и сила трения, действующие на перекачиваемое молоко, обусловливают сопротивление потоку, называемое гидростатическим.
Давление, которое существует за счет силы тяжести, называется статическим и выражается в высоте столба жидкости в метрах по отношению к выбранному уровню. Гидравлическое сопротивление представляет собой сопротивление потоку жидкости, который прокачивается через трубы и оборудование и выражается в метрах. Гидравлическое сопротивление увеличивается с увеличением величины потока, но уменьшается по мере возрастания диаметра трубы молокопровода.
Наличие колен и различных дополнительных соединительных частей в молокопроводе увеличивают значение гидравлического сопротивления по сравнению с прямыми трубами той же длины.
Диаметр труб, используемых для молокопровода, зависит от количества продукта, перекачиваемого в определенный промежуток времени. Поэтому соединительные части на производственном оборудовании при установке труб выбираются такого размера, который обеспечит перекачку соответствующего продукта при данном давлении. Когда трубы сварены между собой, молокопровод проще мыть и содержать в хорошем состоянии. Швы грунтуются и шлифуются для получения гладкой поверхности, что ускоряет эффективную мойку.
В молочной промышленности стали использовать санитарное оборудование. Санитарные условия в отношении молокопроводов и фитингов следующие:
1. Они должны быть легко доступны для мойки и очистки. Возможность удобного демонтажа сменных частей.
2. Поверхности, контактирующие с продуктами, должны быть несмачивающимися.
3. Нарезные части труб и фитинги не должны контактировать с продуктами.
4. Металлические поверхности, контактирующие с продуктом, должны быть сварены постоянными швами.
5. Резьбы должны быть широкие, внешние, легко доступные для очистки.
6. Внутренние поверхности должны быть очень гладкими, особенно в местах соединения, чтобы в них не было трещин или щелей, в которых могут скапливаться остатки молока и развиваться бактерии.
7. Использование минимального количества сальников (прокладок).
8. Сальники должны быть гладкими, нетоксичными и устойчивыми по отношению к продукту.
В молочной промышленности используется два типа насосов: центробежные и положительно-заместительного типа.
В центробежных насосах вращающийся ротор (кулачок), работающий на больших скоростях создает непульсирующее давление. Ротор обычно насажен на ось электродвигателя, что обеспечивает простоту конструкции. Если поток продукта будет ограничен или прерван, то в линии после насоса не создается достаточного давления. Изменение величины потока в отводной линии регулируется дросселем (заслонкой). Насосы такого типа необходимо предварительно заполнять перед началом эксплуатации, так как возможно попадание воздуха в насасывающую камеру, что вызывает большие осложнения, особенно если эти насосы используются для перекачивания молока в расфасовочные машины или в высокотемпературные пастеризаторы. Если предварительно не заполнить насасывающую камеру насоса, то воздух может вызвать в одном случае неравномерное заполнение упаковки, а в другом - прилипание и пригорание частиц молока на нагревающих поверхностях.
Насосы положительно-заместительного типа могут работать при высоких давлениях без серьезных потерь мощности и не требуют предварительного заполнения. Существуют три типа положительно-заместительных насосов: плунжерные, шестерные, роторные. Гомогенизаторы представляют собой плунжерные насосы, обеспечивающие высокое давление. Однако они создают пульсирующий поток, что в некоторых случаях нежелательно. В шестерных насосах имеются сцепленные между собой зубцы шестерен, где создается давление на продукт при их вращении шестерен. Шестерные насосы широко применяются во фризерах для замораживания десертов. Наиболее широко используемыми насосами положительно-заместительного типа являются роторные, в которых роторы динамически сбалансированы и не сцеплены между собой. В них один из роторов вращается по часовой стрелке, а другой против часовой стрелки. Для перекачки сгустка при производстве сыра используется один большой кулачок на каждой из двух осей ротора. Кулачки динамически несбалансированы между собой. Это позволяет увеличить пространство для прохождения сгустка и уменьшить производимые нарушения его. Для операций по перекачке могут использоваться как стальные, так и резиновые роторы.
Производительность положительно-заместительного типа насосов ограничивается в основном скоростью вращения ротора. Чтобы изменить величину потока, используются различные устройства для регулирования скорости его вращения. В основном применяются синхронизированные насосы, которые контролируют скорость потока через пастеризаторы. После установки заданной скорости потока молока представитель по технике безопасности опечатывает контролирующий механизм для предотвращения увеличения скорости прокачки. Скорость работы насоса может быть при необходимости замедлена.