2. Вибір та обгрунтування способу виробництва продукції та опис технологічних процесів

Технологічний процес виробництва сухого розчинного сироваткового білку “РСБ” складається з наступних технологічних операцій:

Приймання сировини

↓

Охолодження t = 2...4 °С

↓

Резервування t = 2...4 °С

↓

Підігрів t = 40-45 °С

↓

Сепарування t =40-45 °С → вершки

↓

Пастеризація t = 74...75 °С, τ = 15 с

↓

Охолодження t = 8...10 °С

↓

фільтрат ← Ультрафільтрація t = 8...10 °С

(концентрат)

↓

вода питна → Діафільтрація t = 8...10 °С фільтрат →

(білок)

↓

Сушіння t вх. = 160...170 °С

t вих.= 80...85 °С

↓

Пакування, маркування

↓

Зберігання t = 0...10 °С, τ = 4 місяці

Приймання сировини

Сироватку із сироробного завода по молокопроводу направляють у цех з переробки сироватки. Кислотність сироватки перед очищенням не повинна перевищувати 16 °Т. Подальші процеси повинні відбуватися швидко, тому що сироватка є дуже гарним джерелом для розвитку мікроорганізмів.

Очищення

З ємності зберігання (л.1,поз.5) сироватку направляють на відцентровий молокоочищувач (л.1,поз.13) та очищують від твердих частинок (казеїнового пилу). Після очищення сироватку охолоджують на охолоджувачі (л.1,поз.14) та направляють у ємність для зберігання (л.1,поз.15) або зразу відправляють у виробництво.

Після очищення сироватка через зрівнювальний бачок (л.1,поз.11) поступає на ППОУ (л.1,поз.20) в секцію рекуперації, у якій підігрів здійснюють до температури 40-45 °С та направляють на сепаратор-вершковідокремлювач (л.1,поз.17). Саме ця температура є вищою, ніж температура плавлення молочного жиру, та нижча, ніж температура денатурації сироваткових білків, при такій температурі жир знаходиться в стані емульсії, тому ККД сепаратора підвищується. Ця температура є оптимальною для сепарування сироватки.

Сепарування

З метою знежирення сироватку сепарують при температурі 40-45 °С та подають на пастеризацію. При наявності саморазвантажувального сепаратора- вершковідокремлювача можливо суміщення технологічних операцій-очищення та сепарування попередньо підігрітої сироватки.

Пастеризація

Знежирену сироватку пастеризують при температурі 74-75 °С з витримкою 15 сек в секції пастеризації. Такий режим обумовлений термолабільністю сироваткових білків, які починають денатурувати при 63 °С, тому такий режим дозволяє залишити більшу частину сироваткових білків у нативному стані.

Теплову обробку та охолодження сироватки проводять на трубчастих або пластинчастих апаратах, які застосовуються в молочній промисловості. Якшо температура пастеризації не досягнута, сироватка потрапляє на трьохходовий кран, а якщо досягнута,то сироватка йде в подальше виробництво.

Охолодження

Після пастеризації сироватку охолоджують до температури 50-55°С. При цій температурі сироватка подається в резервуар (л.1, поз.21). Із резервуара пастеризована сироватка подається насосом (л1.поз.24) на ультрафільтраційну установку (л. поз.25) для розділення на концентрат і фільтрат.

Ультрафільтрація

Ультрафільтрація - концентрація крупних молекул і макромолекул. Ультрафільтрація застосовується для концентрації білкової фази молока.

Застосування ультрафільтрації у виробництві сирів дає змогу зменшити витрати молокозсідального ферменту, збільшити вихід сиру й скоротити строк визрівання сиру. Продукт, одержаний способом ультрафільтрації, має більш високу біологічну активність і відносну біологічну цінність, оскільки у разі фільтрації максимально зберігаються нативні властивості білкових фракцій і до сиру залучаються сироваткові білки.

Фільтруючий елемент складається з одного або більше мембранних "конвертів", в кожен з яких входять два шари мембрани, розділених пористим матеріалом, здатним пропускати фільтрат. Цей матеріал, що є прокладкою каналу фільтрату, дозволяє вільно текти фільтрату, що просочився через мембрану. Два шари мембрани, між якими знаходиться прокладка каналу, герметизовані з двох країв і з одного кінця і утворюють таким чином мембранний "конверт". Відкритий кінець конверта герметично приєднаний до перфорованої труби для збору фільтрату.

В кінці кожного контуру ультрафільтраційної установки масова частка сухих речовин збільшується і на виході з установки вона повинна становити 34-37 %, в тому числі жиру 15,5-17,5 %.

З ємності проміжного зберігання сироватку направляють в ультрафільтраційну установку (л.1,поз.25) Робота на ультрафільтраційній установці проходить у відповідності до правил з експлуатації установки. Температура сироватки при обробці повинна бути не більше 8-10 °С, тому що при такій температурі всі елементи сироватки знаходяться в рівновазі, і співвідношення швидкості та продуктивності найкраще. З метою підтримання необхідного температурного режиму у процесі обробки у рубашку ультрафільтраційної установки подають крижану воду з температурою 1-2 °С. Процес ультрафільтрації сироватки проводять безперервним ( з постійним підживленням сироватки в процесі ультрафільтрації) шляхом до вмісту сухих речовин у концентраті 23- 26%. Фільтрат, який містить більш 5 % сухих речовин, у тому числі близько 4,5% лактози, направляють в цех для подальшої переробки на молочний цукор або для отримання інших біологічно цінних речовин.

Діафільтрація

З метою більш повного видалення лактози та зольних елементів з концентрату його розводять водою із розрахунку 9 об'ємів води на 1 об'єм концентрату. Діафільтрацію білкового концентрату проводять до вмісту сухих речовин 22-25%. Процес діафільтрації ведуть аналогічно процесу ультрафільтрації. Концентрацію сухих речовин в ультрафільтраційному концентраті та в білковому(після діафільтрації) визначають на приладі аналізаторі молока АМ-2 або на рефрактометрах.

При досягненні потрібного вмісту сухих речовин в білковому концентраті ультрафільтраційну обробку припиняють та видаляють білковий концентрат із установки. Для проведення діафільтрації та витискування із ультрафільтраційної установки залишків білкового концентрату використовують питну воду, яка відповідає вимогам ГОСТ 2874-82, попередньо пастеризовану на трубчастій установці при температурі 95-98 °С впродовж 15 сек. та охолоджену до температути 2-4 °С для запобігання додаткового обсіменіння білкового концентрату сторонньою мікрофлорою. Після цього білковий концентрат подають на сушильну установку розпилювального типу (л.1,поз.31) для видалення зайвої вологи.

Сушіння

Використання розпилювальної сушки концентрату дає можливість отримати якісний продукт, який має низький індекс розчинності. У цих установках створюється велика поверхня випаровування мілкодиспергованих частинок концентрату, які зневоднюються в потоці гарячого повітря. Поверхня 1 кг концентрату в результаті розпилення збільшується в кілька тисяч разів. При величезної питомої поверхні матеріалу, що контактує з нагрітим повітрям, сушка вимірюється секундами. Інша перевага розпилювальної сушки - дуже малий розмір частинок, що усуває дію термовлагопроводності. При цьому швидкість внутрішньої дифузії майже не впливає на швидкість сушіння, у результаті чого з величезною поверхні частинок в основному видаляється поверхнева волога. Це дозволяє застосовувати при сушінні термолабільного концентрату підвищені температури сушильного агента. Температура частинок в зоні сушіння близька до температури мокрого термометра. За температуру матеріалу приймають температуру повітря на виході з сушильної камери (700С). Досить рівномірний обтікання часток нагрітим повітрям виключає місцевий перегрів матеріалу, а практично миттєве висушування і невисока температура матеріалу виключають теплову коагуляцію білка. Все це дозволяє отримати сухий РСБ високої якості і хорошої розчинності.

Сушіння концентрату сироваткового білку проводять на розпилювальній сушарці (л.1,поз.31) без попереднього згущення на вакуум-випарних установках, тому що це зайві матеріальні та енергетичні втрати. Температура повітря на вході в сушильну башту — 160-170 °С, температура повітря на виході із сушильної башти — 80-85 °С, з охолодженням продукту на виході. Сухий розчинний сироватковий білок збирається у контейнер і відправляється на фасувальний пристрій (л.1,поз.33).

Розпилювальні сушарки бувають прямоточні і протиточні. Сушарка А1-АРС є прямоточною. Використання прямоточних сушарок дає можливість уникнути пригорання продукту до днища сушильної камери, оскільки гаряче повітря і продукт рухаються зверху вниз. Крім того, використання таких сушарок краще з точки зору техніки безпеки. Недоліком прямоточних сушарок є великі габаритні розміри в порівнянні з протиточним сушильними установками. Технічна характеристика сушильної установки А1-АРС Тип сушарки - розпилювальний з відцентровим диском, з верхнім підведенням теплоносія і конічним днищем сушильної камери з малим кутом нахилу. Установка призначена для одержання порошку з сироваткового білкового концентрату, виділеного методом ультрафільтрації та підготовленого для сушіння. Технічна характеристика сушильної установки А 1-АРС

Тип сушарки – распилювальна з відцентровим диском, з верхнім підведенням теплоносія й конічним днищем сушильної камери з малим кутом нахилу.

Установка призначена для одержання порошку із сироваткового білкового концентрату, виділеного методом ультрафільтрації й підготовленого для сушіння.

Таблиця 2.1

Продуктивність технічна:
по випареній волозі, кг/год, не менше	135
по вихідному концентрату, кг/год	176…188
по готовому порошкові, кг/год	45…51
Окружна швидкість розпилюючого диску, м/с	113
Вихідний зміст сухих речовин, %	25
Зміст вологи в сухому продукті, %	4…5
Витрата пари (максимальний), кг/год	250
Тиск пари, що гріє (надлишкове) у системі перед входом у калорифери, Мпа	0,8
Питоме споживання пари, кг/кг, не більше	1,85
Температура сушильного агента при вході в камеру, 0С	200 максимум
Температура сушильного агента при виході з камери, 0С	80 максимум
Температура вступника продукту в сушильну камеру, 0С	45…50
Температура порошку після виходу з установки, 0С	22
Витрати сушильного агенту, кг/год	3000
Споживання електроенергії, кВтч/год, не більше	71,4
на електродвигуни	33,4
на обігрів теплоносія електрокалорифером	45,0
Питоме споживання електроенергії, кВтч/кг, не більше	0,53

Продовження таблиці 2.1

Подводимое напруга, В	380
Витрата холоду, Вт (ккал/ч)	5000 (4300)
Температура гарячої води, 0С, не менше	50
Коефіцієнт автоматизації, не менше	0,9
Параметри стисненого повітря для пневматичної мітли:
тиск, кПа	50 (0,5 кгс/див2)
витрати, м3/з	0,0924
Габаритні розміри, мм	8000х5270х7500
Маса установки (з майданчиком), кг, не білше	12450

Упакування, маркування, зберігання

Упакування сухого розчинного сироваткового білку “РСБ” повинно відбуватися у паперові не просочені чотирьох-п'яти шарові мішки за ГОСТ 2226-82 з мішками-вкладишами за ГОСТ 19360-74 із поліетиленової плівки або рукавами плівки марки М за ГОСТ 10354-73, товщиною 0,045-0,08 мм із нестабілізованого поліетилену високого тиску за ГОСТ 16337-77 марки 15803-20 або інших марок, дозволених Міністерством охорони здоров'я України для упакування молочних продуктів. Горловину мішками-вкладиша зварюють або туго перев'язують подвійним вузлом з перегином.

Маса нетто готової упаковки 12-15 кг. Дозволяється відхилення маси нетто для окремих одиниць упаковки сухого розчинного сироваткового білку “РСБ” не більше ± 1%.

Упакування та маркування сухого розчинного сироваткового білку повинно відбуватися за ГОСТ 3974-63, а маркування транспортної тари за ГОСТ 12192-77 з нанесенням попереджувального знаку “Боїться вогкості”.

Зберігання сухого розчинного сироваткового білку повинно відбуватися при температурі від 0 до 10 °С та відносній вологості повітря не вище 75%, не більше 4 місяців з дня виробництва, в тому числі на заводах-виробниках не більше 15 діб.

Молочний рафінований цукор

Фільтрат, отриманий у процесі ультрафільтрації сироватки, і сироватка, очищена на сепараторі подаються в резервуар (п.8) а потім у вакуум-випарні установки (п.34) для згущення, далі в кристаллизатори – охолоджувачі (п. 35) для охолодження і кристалізації. З ультрафільтрату сироватки робимо молочний цукор рафінований, але спочатку необхідно одержати молочний цукор-сирець.

Процес випарювання вологи ведуть при 50-60 ̊С, що попереджає карамелізацию молочного цукру. Наприкінці згущення сироп для підтримки бажаного коефіцієнта пересичення нагрівають до 70-75 ̊С. Для попередження сильного піноутворення (яке приводить до втрат сироватки) під час згущення сироватки застосовують олеїнову кислоту в кількості 10-20 г на 100 л сироватки, що переробляється. Вміст сухих речовин у готовому сиропі повинен бути 60-65%. Згущена сироватка (сироп) безупинно відсмоктується в кристалізатори-охолоджувачі РЗ-ОКО (л.1, поз.35). Кристалізація лактози при виробництві молочного цукру-сирцю проходить при безперервному режимі перемішування з урахуванням якості сиропу тривалий час ( до 35 год) або прискореному ( до 15 ч) режиму.

У нашій технології прийнятий прискорений режим кристалізації лактози. В охолоджений фільтрат вносять дрібнокристалічну лактозу для прискорення процесу кристалізації. У згущеному до концентрації сухих речовин 30-35% фільтраті лактоза перебуває в пересиченому стані й при зниженні температури починає кристалізуватися.

Кристалізацію лактози проводимо в кристаллизаторах-охолоджувачах. Кристалізатори-охолоджувачі (л.1, поз 35.) являють собою ванну з напівциліндричним дном і подвійними стінками, у середині яких протікає охолодна рідина. Уздовж осі ванни розташований вал мішалки, виконаної у вигляді стрічкового шнека. Кристалізатор закривається кришкою, яка відкривається від механізму підйому. Початкова температура кристалізації (70-75 ̊С) досягається у вакуум-випарних установках шляхом зменшення вакууму наприкінці згущення.

Сироп просувається вздовж ванни з одночасним охолодженням від 70 до 30 ̊С у продовження 15 ч. У цих умовах підтримується стан пересичення сиропу, завдяки чому відбувається процес утворення і ріст кристалів лактози.

Технічна характеристика кристалізатора-охолоджувача РЗ-ОКО

Таблиця 2.2

Робочий обсяг, л	2000
Температура холодної води, 0С	2-6
Частота обертання шнека, з-1	0,2
Потужність електродвигуна, кВт	1,5
Габаритні розміри, мм	3310х1422х1520
Маса, кг	918

По завершенню процесу кристалізації здійснюють відділення кристалів від міжкристальної рідини (меласи). Для цього застосовують центрифуги.

Кристали молочного цукру відокремлюють від меласи в установці Я 7-ОПС (л.1, поз.36). Дія установки заснована на поділі у відцентровому полі кристалізата подсирної сироватки на лактозу і меласу. Центрифуга Я 7-ОПС являє собою сепаратор-очисник, у якому є пакет тарілок. Основною є гранична тарілка, на поверхні якої є виступи-пороги. Кристали, потрапляючи на пороги, відриваються й попадають у накопичувач, а меласа, перетікаючи по тарілках, збирається в збірник (л.1, поз.37). Кристалізат відцентровим насосом через протиральне обладнання подається в прийомну лійку. Виділені кристали счищаються ножем і зсипаються в накопичувач, а меласа збирається в збірник.

Таблиця 2.3 Технічна характеристика установки Я 7-ОПС

Продуктивність по кристалізату, кг/год	250-300
Фактор поділу	6000
Потужність електродвигуна, кВт	8,05
Вологість готового продукту, %	4-8
Габаритні розміри, мм	1000х900х1400
Маса, кг, не більше	450

Установка забезпечує досить високу чистоту кристалів молочного цукру (масова частка лактози 96…97%), що дозволяє повністю відмовитися від промивання їх водою. При цьому зменшуються втрати молочного цукру й технологія стає екологічно чистою.

Застосування установки для відділення кристалів лактози дозволяє механізувати процес центрифугування. Вологість кристалічної маси, що вивантажується, не перевищує 8%.

Досвід виробництва молочного цукру з ультрафільтрату показує, що готовий продукт відповідає вимогам, пропонованим до цукру-сирцю поліпшеному.

Для вироблення рафінованого молочного цукру необхідно використовувати цукор-сирець тільки вищого сорту й поліпшеного якості.

Рафінований молочний цукор можна одержати різними способами.

Найпоширенішим є спосіб перекристалізації розчинів молочного цукру-сирцю з одночасним очищенням їх від домішок адсорбентами. Він і покладений в основу діючої технологічної інструкції. Технологічна схема вироблення рафінованого молочного цукру наведена на мал.2.1.

Цукор-сирець

Розчинення

Рафінація

Фільтрація

Кристалізація

Центрифугування

Сушіння

Рис.2.1. Технологічна схема виробництва рафінованого молочного цукру

Вологі кристали молочного цукру ( цукор-сирець) направляється в реактор-розчинник (л.1, поз.38), постачений обігрівом, що перемішують обладнанням і що гріє пара в сорочку подається під тиском 0,6 МПа. Попередньо в реактор заливають промивну воду або меласу від попередніх вироблень (можливе використання водопровідної води або конденсату вакуум-випарних установок), нагрівають до 90-95 ̊С и вносять цукор-сирець із розрахунку, що сироп повинен мати концентрацію 60-65% сухих речовин. Закінчення розчинення визначають шляхом періодичного відбору проб з нижньої частини реактора.

Після розчинення кристалів молочного цукру-сирцю очищають від зваженого осаду нецукрів відцентровим способом на саморозвантажувальному сепараторі-очиснику Ж 5-ОТС (л.1, поз.39). Очищення сиропу з масовою часткою сухих речовин 60-65% більш ефективно проходить при температурі розчинення молочного цукру-сирцю 90-95 ̊С. Ця додаткова операція дозволяє скоротити тривалість фільтрації в 2-3 рази, а також знизити витрату фільтруючих засобів. Після очищення розчин направляють у реактор для рафінації (л.1, поз.40).

Рафінацію проводять після розчинення всієї маси кристалів.

У розчин цукру-сирцю вносять речовини, що рафінують (освітлювачі) у наступній послідовності: активоване вугілля в кількості 1,5-2% до маси молочного цукру, діатоміт 1,5-2% і бланкіт (гідросульфіт натрію) – 0,05-0,07%.

Рафінація триває 15-20 хв, а потім розчин з освітлювачами під тиском стисненого повітря не вище 0,4 Мпа подають на фільтрування в рамний фільтр-прес (л.1, поз.41).

Перед подачею розчину фільтр-прес заправляють серветками з фільтруючого матеріалу, краще подвійними (лавсан-бельтинг). Далі здійснюють нанесення діатоміту на фільтруючий матеріал і пропарюють фільтр-прес, інакше відбудеться кристалізація лактози. Тільки після цього направляють насичений розчин , що рафінують засобами на фільтрування. На фільтрувальній тканині залишається осад несахорів, а очищений сироп направляється на кристалізацію.

До недоліків фільтрування на рамних фільтр-пресах ставляться періодичність процесу й забивання пор фільтрувальної тканини нецукрами в основному білкового походження. У результаті фільтрування загасає, а розчин, що перебуває при високих температурах, молочного цукру темніє (карамелізується), що позначається на якості й виході продукту. Крім цього, при значних обсягах переробки розбирання і мийка фільтр-преса займає до 4-6 год. Незважаючи на перераховані недоліки, рамні фільтр-преси використовують у всіх цехах лактози при виробництві рафінованого молочного цукру.

Відцентрове очищення сиропів цукру-сирцю подовжує строк безрозбірної роботи фільтр-преса, тому що на сепараторі віддаляються зважений осад легко стисливих нецукрів, який направляють на кормові цілі.

Відфільтрований сироп не повинен містити зважених часток нецукрів і освітлювачів, повинен бути прозорим, безбарвним або злегка жовтуватим.

Відфільтрований сироп направляють у реактори для кристалізації (л.1, поз.40). Частоту обертання мішалок реактора зменшують до 15-25, що виключає утвір піни й забезпечує ріст однорідних кристалів. При кристалізації лактози сироп прохолоджують протягом 7-10 год до 10-15 ̊С при безперервному перемішуванні.

Кристали лактози направляють у центрифугу (л.1, поз.36). При центрифугуванні кристали промивають водою безпосередньо в центрифузі до одержання промивної води у вигляді безбарвної рідини.

Кристали лактози після центрифугування направляють на сушіння в установку РЗ-ОСС (л.1, поз.45). У даній сушарці здійснюється сушіння кристалів лактози у зваженому стані, що забезпечує високу якість готового продукту.

Таблиця 2.4 Технічна характеристика сушильної установки РЗ-ОСС

Продуктивність по сухому молочному цукру, кг/год	200-250
Продуктивність по випаруваній волозі, кг исп.вл/год	24
Вологість молочного цукру, %
початкова	до 13
кінцева	до 3
Температура сушильного агента, 0С, не більше	140
Температура продукту на виході із сушарки, 0С, не більше	25
Витрата пари, кг/год	50
Тиск пари, МПа	0,4
Потужність електродвигунів, кВт	11,6
Габаритні розміри, мм	3700х1700х3500

Сушильно-охолоджувальний апарат установки складається з конічно-циліндричного корпусу, усередині якого концентрично циліндричної частини встановлена сушильна камера з конічними газорозподільними ґратами. Під ґратами розміщений воздуховід гарячого теплоносія з повітрярозподільним обладнанням. Завантаження продукту в сушильну камеру здійснюється шнековим живильником за допомогою труби-підсушувача, у якій продукт попередньо підсушується в протитечії з відпрацьованим теплоносієм до вологості, при якій він не комкуется на нерухливих ґратах. На конічних газорозподільних ґратах сушильної камери він пересипається до периферії під дією висхідного потоку гарячого теплоносія, що надходить під ґрати. Висушений молочний цукор, переміщаючись до периферії сушильної камери, пересипається через її циліндричну стінку й попадає в охолоджувальну камеру, розташовану в нижній частині корпусу. Охолоджений продукт вивантажується з апарата через розвантажувальне обладнання, просівається на віброситі й надходить на впакування. Розмір кристалів повинен становити 50-900 мкм. теплоносій, що відробив, приділяється через газовідводний патрубок у циклони.

Зберігається рафінований молочний цукор при температурі 10-12 ̊С і відносної вологості повітря не вище 75 % протягом не більш 12 місяців, у тій же камері схову, що й сухий РСБ

Вироблення рафінованого молочного цукру за описаною схемою дозволяє одержати продукт, що відповідає вимогам ГОСТа «Цукор молочний».