Принцип действия стерилизатора

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Орловский государственный  аграрный университет»

 

Кафедра «Технология производства и переработки молока»

 

 

Допустить к защите

«____» _________________ 20  г.

Руководитель _________________

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

по дисциплине «Технологическое оборудование молочной отрасли»

 

 

по теме: «Принцип действия стерилизатора»

 

 

 

Проект выполнил студент Мостипан Д.В.

Шифр: 110094

Группа 301/1

Специальность: Продукты питания  животного происхождения

Факультет: Биотехнологии  и ветеринарной медицины

 

Курсовой проект защищен  с оценкой 

 

Руководитель проекта: к.т.н., доцент Жучков А.А.

 

Регистрация :

«____» _____________ 2013 г.

Лаборант _________________

 

 

 

 

 

 

ОРЕЛ – 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО……………...….…4
2. СПОСОБЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ МОЛОКА…………………………..….4
3. ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГО ПРОЦЕССА………………………...…..10
4. АНАЛИЗ АППАРАТОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫБРАННОГО ПРОЦЕССА……………………………………………………………...…..14

4.1 Классификация оборудования…………………………….…….….14

4.2 Анализ аппаратов для стерилизации молока…………………………..18

5. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………….19
6. 6. ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГО АППАРАТА…………………………….21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Молоко используют либо как  продукт питания в непереработанном или переработанном виде, либо как  сырье для молочной и пищевой  отраслей промышленности. Молоко имеет  высокую пищевую и биологическую ценность [4].

Тепловую обработку (пастеризацию и стерилизацию) молока применяют  для предохранения молочных продуктов  от порчи и повышения стойкости  при хранении. Вместе с тем в  процессе тепловой обработки изменяются основные компоненты молока, а также  вязкость, кислотность, поверхностное  натяжение, окислительно-восстановительный  потенциал, вкус, запах, цвет молока, его  способность к отстою сливок, сычужному  свертыванию и пр. [1].

Производство стерилизованного молока в России и на Европейском  рынке увеличивается и сейчас составляет около 20% от всего объема питьевого молока. Мощные рынки этого  продукта сформировались во Франции, Южной  Германии, Италии, Испании, Португалии, Бельгии. Для этих стран объемы стерилизованного молока составляют 6,5% от общего количества выпускаемого молока и 12% от розничной  торговли в супермаркетах [5].

Тенденции мировой пищевой  индустрии предполагают развитие новых  видов теплообменных установок, способных производить обработку  вязких продуктов, со сложными компонентными  составами. Перспективным видится  рынок установок для тепловой обработки комбинированного типа (так  называемые «комби»), сочетающих в себе теплообменники пластинчатого и  трубчатого типа, позволяющие в максимальной степени использовать все преимущества теплообменников этих типов [13].

Целью курсовой работы является изучение технологии, способов и подходов стерилизации молока, расчет эффективности  установок для стерилизации и  улучшение работы аппарата.

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО

 

В молоке могут содержаться  различные микроорганизмы, в том  числе и болезнетворные (патогенные). Для уничтожения микроорганизмов  молоко подвергают главным образом  тепловой обработке. В молочной промышленности применяют два вида тепловой обработки: пастеризацию (нагревание молока до температуры  ниже 100^оС) и стерилизацию (нагревание молока до температуры выше 100^оС) [2].

Стерилизация — это такая обработка продукта, при которой все микроорганизмы и их споры полностью уничтожаются. Молоко стерилизуют для увеличения стойкости при длительном хранении и дальних перевозках. К положительным свойствам стерилизованного молока можно отнести значительную стойкость даже при неблагоприятной температуре хранения и приятный привкус кипяченого молока [21].

В процессе стерилизации изменяются физические свойства молока. При длительной тепловой обработке в банках или  бутылках может вытапливаться или  отстаиваться молочный жир. При кратковременной  тепловой обработке в потоке иногда наблюдается, уменьшение размеров жировых  шариков, при этом степень дробления  их увеличивается с повышением температуры.

Стерилизация, особенно длительная, наряду с определенными изменениями  белков, жиров и углеводов вызывает разрушение витаминов. При этом на содержание витаминов в стерилизованном  молоке влияет не только способ обработки, но и витаминная активность исходного  молока, которая зависит от времени  года, кормов, породы скота и периода  лактации.

В результате стерилизации молоко теряет способность свертываться сычужным ферментом. Даже при добавлении к сырому молоку хорошей свертываемости сычужным ферментом небольшого количества молока, стерилизованного при высокой  температуре, это свойство утрачивается.

Питательная ценность стерилизованного молока по сравнению с нестерилизованным  существенно не изменяется. Кроме  того, стерилизованное молоко лучше  переваривается.

На уничтожение спорообразующей  микрофлоры влияет не только температура  стерилизации, но и продолжительность  выдержки. Молоко можно стерилизовать  при 150°С с выдержкой 1 с, при 140° С  – 10 с, при 135°С – 30 с, при 130°С – 60 с, при 120°С – около 15 мин, при 115°С – 20-30 мин, при 110°С – 35-10 мин. [2; 17].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. СПОСОБЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ МОЛОКА

Стерилизация молока проводится в целях получения безопасного  в санитарно-гигиеническом отношении  продукта и обеспечении его длительного  хранения при температуре окружающей среды без изменения качества. Существует множество способов стерилизации молока (химический, механический, радиоактивный, электрический, тепловой).

Например, стерилизация молока посредством радиационной обработки  полностью исключает энергозатраты, поскольку стерилизация на гамма-установке  происходит за счет радиоактивного распада  источников излучения. Кроме того, молоко не подвергается нагреву, что исключает  изменение вкусовых качеств и  основных физико-механических свойств, отпадает необходимость охлаждения [8].

Тем не менее, наиболее надежным, экономически выгодным и нашедшим широкое  применение в промышленности является тепловой способ [19].

В молочной промышленности молочное сырье стерилизуют по трем принципиальным схемам:

одноступенчатая в упаковке – после розлива молока в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115—120°С с выдержкой 15-30 мин; 

двухступенчатая – предварительная стерилизация молочного сырья в потоке при температуре 130—150 °С в течение нескольких секунд, а затем вторичная стерилизация после розлива молока или молочных продуктов в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115—120^оС в течение 15—20 мин;

одноступенчатая с асептическим розливом — косвенная или прямая стерилизация молочного сырья при температуре 135—150^оС в течение нескольких секунд с последующим фасованием в асептических условиях в стерильную тару [3].

В зависимости от особенностей производства и фасования готового продукта молочное сырье стерилизуют  периодическим и непрерывным  способами.

Стерилизацию периодическим способом проводят, помещая продукт в упаковке (стеклянных или пластмассовых бутылках) в автоклав и создавая в нем разрежение 0,08 МПа, что соответствует температуре 121^оС. При этой температуре продукт выдерживается 15-30 мин. Затем температуру снижают до 20^оС. На стерилизацию молоко поступает нормализованным, гомогенизированным, прошедшим предварительный нагрев.

Стерилизация непрерывным способом в упаковке осуществляется в гидростатических башенных стерилизаторах. Фасованный в бутылки продукт подастся в первую башню стерилизатора, где нагревается до (86 ± 1)^оС. Во второй башне продукт в бутылках нагревается до температуры 115-125^оС и выдерживается в зависимости от объема бутылки 20-30 мин. В третьей башне стерилизатора бутылки охлаждаются до температуры (65 ± 5)^оС, в четвертой – до (40 ± 5)^оС. Дальнейшее охлаждение идет в камере хранения продукта. Весь цикл обработки в башенном стерилизаторе составляет приблизительно 1 ч. Такое молоко хранится при температуре 1-20^оС не более 2 мес. со времени выработки [21].

В молочной промышленности стерилизация молока и молочных продуктов  осуществляется в таре и в потоке.

Стерилизация  в таре. Стерилизация молочного продукта в таре может осуществляться одноступенчатым способом (после розлива в тару и ее герметичной укупорки при 110-120°С с выдержкой 15-30 мин) и двухступенчатым (первоначально в потоке – сначала до розлива в тару при 130-150^оС в течение нескольких секунд, затем вторично после розлива продукта в тару и ее герметичной укупорки при 110-118^оС в течение 10-20 мин) [2; 4].

Готовый продукт можно  хранить и употреблять в течение  года. Для упаковывания продукта обычно используют стеклянные бутылки или  жестяные банки.

При стерилизации молочною продукта в таре изменяется вкус и  снижается его питательная ценность вследствие того, что при довольно длительном тепловом воздействии разрушаются  компоненты продукта, определяющие его  вкусовые и питательные свойства.

Стерилизация  в потоке. Наиболее прогрессивной является стерилизация продукта в потоке при ультравысокотемпературном режиме (135-150^оС с выдержкой несколько секунд) с последующим фасованием его в асептических условиях в стерильную тару.

Ультравысокотемпературная (УВТ) обработка позволяет увеличить  продолжительность хранения продуктов  до 6 мес. При фасовании молочных продуктов в асептических условиях применяют пакет из комбинированною  материала, пластмассовые бутылки, пакеты из полимерного материала, а  также металлические банки и  стеклянные бутылки.

Молоко, стерилизованное  в потоке при ультравысокотемпературных  режимах с кратковременной выдержкой, но своим качественным показателям  приближается к пастеризованному молоку.

В процессе стерилизации в  потоке продукт нагревается до температуры  стерилизации, выдерживается при  этой температуре в течение требуемого времени, охлаждается до температуры  фасования в асептических условиях.

Соотношение температуры  и времени обработки определяется требуемой эффективностью стерилизации и имеет большее значение для  качества продукта. Верхним температурным  пределом стерилизации молока в потоке является 150^оС, так как даже кратковременная выдержка при этой температуре может привести к нежелательным изменениям качества продукта. В то же время трудно осуществить технически очень быстрый нагрев до этой температуры и последующее быстрое охлаждение. Нижним температурным пределом является температура 135^оС, так как при температуре менее 135^оС эффективность стерилизации недостаточна при кратковременной выдержке. Увеличение продолжительности выдержки также нежелательно во избежание ухудшения качества продукта [18].

Таким образом, стерилизация молока в потоке является наиболее эффективным способом тепловой обработки  молока. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГО ПРОЦЕССА

 
Рассмотрим процесс стерилизации молока в потоке.

Стерилизация молока в  потоке осуществляется путем нагрева  его в аппаратах поверхностного типа (пластинчатых и трубчатых), а также пароконтактных инжекционного («пар в молоко») и инфузионного («молоко в пар») типов с последующим розливом молока в асептических условиях в стерильную тару (пакеты из полимерного материала).

При стерилизации в потоке молоко очищается, охлаждается и  нормализуется по массовой доле жира. Затем молоко пастеризуют при  температуре 76 ± 2°С с выдержкой 20 с  и охлаждают до 6 ± 2^оС. При использовании сухого молока его восстанавливают в соответствии с действующей технологической инструкцией. Для улучшения качества продукта, вырабатываемого на восстановленном молоке, рекомендуется приготавливать его из смеси с цельным молоком в соотношении, зависящем от показателей сухого молока.

Перед стерилизацией молока проверяют его термоустойчивость. Молоко термоустойчивостью по алкогольной  пробе не ниже III группы направляют на стерилизацию. В молоко термоустойчивостью ниже III группы добавляют соли-стабилизаторы  в количестве до 0,05% в виде водного  раствора. После внесения солей-стабилизаторов молоко перемешивают не менее 15 мин  и проверяют термоустойчивость. Раствор солей-стабилизаторов вносят непосредственно перед направлением молока на стерилизацию. Не рекомендуется  хранить молоко с добавками солей-стабилизаторов.