Ванны длительной пастеризации

Ванна длительной пастеризации (ВДП) – это установка для тепловой обработки молока. С ее помощью уровень вредоносной микрофлоры снижают до допустимого, с максимальным сохранением состава сырья и его органолептических характеристик. Аппарат также применяется для сквашивания кисломолочных продуктов, приготовления смеси для мороженного, обработки творожного или сырного сгустков и других целей, требующих аналогичного воздействия. С его помощью можно, как нагревать содержимое, так и охлаждать. ВДП предназначена для фермерских хозяйств и небольших перерабатывающих предприятий.

Зачем нужна пастеризация молока

В парном молоке содержится большое количество бактерий. Если от них не избавиться, то оно будет непригодным к переработке. Чтобы уничтожить микробы, выполняется термообработка сырья. Максимальное количество вредоносных организмов гибнет при кипячении. Но данный способ не всегда подходит. Оказывается, чем сильнее нагревают продукт, тем больше изменяются его свойства.

Для чего предназначены ванны длительной пастеризации? Это альтернативный способ обеззараживания сырья. Суть его заключается в том, что, если молоко не доводить до кипения, а лишь нагреть до определенной температуры, в пределах от 63 до 95 град С, и выдержать в таком состоянии некоторое время, то большинство микробов погибнет. Их остаточная популяция окажется ниже уровня, определенного санитарно-гигиеническими нормами. Главная особенность метода – чем меньше температура, тем больше выдержка и тем лучше сохраняются исходные качества продукта. Технология названа по имени первооткрывателя, французского ученого Луи Пастера, который обнаружил данный эффект в XIX веке.

Основные теоретические положения пастеризации вывел советский ученый Г. А. Кук. Согласно его исследованиям, очистка молока от микробов происходит не мгновенно, а за определенное время. Перед началом процесса сырье надо профильтровать, потому что примеси защищают бактерии от нагрева, образуя вокруг них термоустойчивую оболочку. И, наконец, температура нагрева и расчетное время выдержки связаны между собой.

Зависимость выдержки от температуры описывается уравнением Дальберга:

Ln z = 36.84 – 0.48t

Практическое время должно быть равно расчетному. Если оно меньше, то микроорганизмы будут уничтожены в недостаточном количестве. Если больше, то число пораженных бактерий от этого не увеличится. Зато ухудшатся свойства молока, и снизится экономическая эффективность процесса, из-за сокращения количества циклов в смену и перерасхода энергоносителей.

Режимы пастеризации

Теоретические исследования позволили разработать три основных режима пастеризации.

Для каждого из них приводятся определенные значения температуры нагрева и выдержки:

• Длительный. Температура составляет 63 град С (практически – от 60 до 65 град С), время находится в пределах от 20 до 30 минут. В таких условиях уничтожается 99,98% патогенной микрофлоры. Правда, некоторые бактерии, споры и термофилы выживают. Данная схема хорошо подходит для цикличной технологии, с применением ванн длительной пастеризации. Изменения органолептических характеристик молока сведены к минимуму и практически не чувствуются.

• Краткий. Диапазон температуры нагрева равен 72 – 76 град С, продолжительность – от 15 до 30 секунд. Кроме указанных в предыдущей методике вредных организмов, уничтожаются еще и почти все термофилы. Однако, вкус молока становится несколько иным. Коагулирует часть альбумина, происходят и другие изменения. Достоинство данной схемы в том, что она годится для поточной технологии, что особенно важно для больших предприятий. В этом случае используются пластинчатые тонкослойные пастеризаторы с компактными выдерживателями.

• Мгновенный. Температура молока доводится до 85 – 95 град С, поддерживается в течение нескольких секунд. Микробы уничтожаются с максимальной эффективностью. Но и параметры молока тоже значительно меняются. На заводах, работающих по такой методике, ставятся проточные блоки с трубчатыми или пластинчатыми аппаратами.

Выбор режима зависит от конкретных условий: объемов производства, допустимых уровней изменения характеристик продукта и остаточного количества микроорганизмов. Считается, что пастеризация проведена успешно, если погибла туберкулезная палочка, так как она лучше других бактерий выдерживает высокую температуру. Косвенно об эффективности процесса можно судить и по разрушению фермента фосфатазы, для чего требуется еще более сильный нагрев. Результат можно выразить в процентах – число покажет отношение погибших микробов к их начальному количеству.

На производстве пастеризацию проводят по двум основным причинам. Во-первых, с целью снижения содержания бактерий и разрушения вредных ферментов. Во-вторых – чтобы получить на выходе продукт с определенной плотностью сгустка (ряженка) или органолептическими характеристиками (топленое молоко).

Обзор типов установок для пастеризации молока

По технологии нагрева продукта все пастеризаторы бывают прямого и косвенного теплового воздействия. У первых повышение температуры молока осуществляется с помощью ультрафиолетового либо инфракрасного облучения, гидродинамическими или электродными системами, а также полем сверхвысоких частот. Лучшими считаются гидродинамические. Они компактные, с высоким КПД и достаточно простым принципом действия, при котором кинетическая энергия вращающегося ротора преобразуется в тепловую.

Ко второй группе относятся аппараты электрические (индуктивные либо элементные) и с промежуточными теплоносителями – горячей жидкостью (вода либо солевой раствор) или воздухом, топочными газами, водяным паром.

По схеме работы установки для пастеризации делятся на проточные (паровые с вытеснительным барабаном, трубчатые и пластинчатые) и емкостные. Последние работают циклично, из-за чего отличаются сравнительно малой производительностью.

Из данного обзора понятно, для чего она нужна, ванна длительной пастеризации. Это емкостный цикличный аппарат косвенного воздействия. Поэтому, в зависимости от размеров, он подходит для переработки молока в количестве от 50 до 1500 литров за 1 загрузку, то есть, для небольших предприятий или фермеров.

Устройство и принцип действия ВДП

Устройство ванны длительной пастеризации относительно несложное (рис. 1). Большинство моделей имеют цилиндрическую емкость для молока. Она состоит из внутреннего бака и наружного кожуха. Между ними находится рубашка для нагрева или охлаждения продукта. Сверху есть крышка, обычно сделанная из двух частей, открывающейся и неподвижной (рис. 2). Первая служит для чистки и осмотра. На второй располагается мотор-редуктор с мешалкой, опущенной внутрь емкости (рис. 3). Миксер может быть рамным, лопастным, турбинным, пропеллерным или другим. Опционально на его рабочий орган надеваются фторопластовые скребки.

На крышке также смонтированы датчик температуры продукта (может быть в нижней части обечайки), впускной патрубок для молока и моющая головка. В днище поставлены рукава для подвода и слива воды и пара в рубашку, датчик температуры теплоносителя и выпускной молочный кран. Сюда же выходит конец переливной трубки. Воздухообмен между внутренним пространством и внешней средой осуществляется при помощи дыхательного клапана. Для контроля наполнения есть датчик уровня. Все поверхности, контактирующие с молоком, сделаны из пищевой нержавеющей стали. Установка стоит на опорах, высота которых может регулироваться.

Для управления процессом предусмотрен электронный блок. Он работает в двух режимах: ручном или автоматическом. В программу можно внести данные о температуре нагрева молока, времени выдержки, а также по охлаждению продукта. На каждом этапе работы параметры выводятся на дисплей. Дополнительно могут устанавливаться фильтр, пробоотборник, внутреннее освещение, контрольный люк.

В зависимости от конструкции системы нагрева или охлаждения продукта, различают четыре основных типа ВДП. В первом случае к днищу крепится ТЭН, для повышения температуры залитой в рубашку воды. Нагретые нижние слои жидкости поднимаются вверх, а на их место опускаются более холодные. Во втором - на поверхность внутреннего бака навивается змеевик. В него подают пар, в результате чего греются, как стенки бака, так и вода (либо солевой раствор), залитая в рубашку. В третьем – в нижней части межстенного пространства располагается барботер, в который направляется пар или другой горячий газ. Выходя прямо в теплоноситель, газ его нагревает. В каждом из трех описанных выше вариантов для охлаждения молока перекрывают подачу пара или выключают ТЭН, а в рубашку заливают ледяную воду.

Четвертый тип несколько отличается от предыдущих. Внутреннюю емкость плотно обвивает спираль прямоугольного сечения, которая, собственно, и является рубашкой для нагрева или охлаждения продукта. Она имеет входной коллектор и выходной регулятор. Через первый подается пар под давлением до 0,6 МПа. Второй служит для пропуска конденсата. Чтобы охладить продукт, в змеевик пускают ледяную воду. Межстенное пространство заполнено теплоизолирующим материалом. Эта конструкция стоит дороже, но более экономична.

Принцип работы ванны длительной пастеризации следующий. Молоко подается в бак через входной патрубок, или наливом через крышку, и заполняет его до определенного уровня. Межстенное пространство залито водой до переливной трубки. Только после соблюдения этих двух условий, включают нагрев, для чего плавно открывают паровой вентиль. Температура воды повышается, тепло через стенку внутреннего бака передается молоку до тех пор, пока продукт не нагреется до заданного значения. Затем сырье выдерживается от 20 до 30 мин при этом тепловом режиме. Параметры контролируются по термометру и поддерживаются в необходимых пределах (60 – 65 град С) с помощью периодической подачи пара.

Чтобы продукт нагревался быстрее и равномерно, а также не расслаивался на фракции, время от времени включают мешалку. Скорость ее вращения рассчитана так, чтобы на поверхности продукта не образовывалась пена, так как в этом случае тепловая обработка окажется менее эффективной. Поскольку от нагрева теплоноситель расширяется, то, через некоторое время, в рубашке образуется избыток воды. Он удаляется через сливную трубку.

По завершении пастеризации, молоко надо охладить. Отопление выключается, в рубашку подают ледяную воду. После тепловой обработки, продукт сливается через молочный трубопровод. Чтобы опорожнение бака было максимально полным, его дно делают коническим или плоским, с наклоном в сторону выпускного отверстия.

Кроме цилиндрических, в молочной промышленности используются прямоугольные ВДП, с плоскими мешалками качающегося типа и подогревом горячей водой способом орошения. За счет того, что поверхность нагрева в данном случае больше, температура продукта в таких ваннах повышается быстрее. Кроме того, при равных объемах, они делаются меньшей глубины, верхний край установки ближе к полу. Это облегчает ручную мойку.

Достоинства и недостатки

Как любое другое устройство, ванны длительной пастеризации имеют свои достоинства и недостатки. Среди несомненных плюсов можно назвать простую конструкцию, а значит, надежность и долговечность. ВДП, работающая в длительном режиме, практически не изменяет состав и свойства молока. А еще – легко и быстро моется.

Из минусов чаще всего называют невысокую производительность и относительно большие размеры. По сравнению с пластинчатыми пастеризаторами, у ВДП выше расход пара, из-за больших затрат тепла на нагрев теплоносителя. Кроме того, при работе в том же самом длительном режиме, некоторые виды микробов все-таки остаются активными.

Ванна длительной пастеризации – это надежный и эффективный аппарат для сравнительно небольших объемов сырья. С ее помощью можно очистить молоко от патогенной микрофлоры, сохранив на прежнем уровне состав и вкусовые качества продукта.