Производство мороженого. Конструктивная разработка и расчет гомогенизатора производительностью 50800 кг/год

Следующий процесс  «Пастеризация смеси» (Рисунок.1). Пастеризация смеси мороженого, помимо обеспечения необходимого санитарного состояния готового продукта, способствует хорошему смешиванию и растворению компонентов, а также создает лучшие условия для гомогенизации. Обработку смеси ведут в непрерывном потоке без доступа воздуха. Пастеризацию проводят при температуре 85ºС с выдержкой 50…60 сек. или без выдержки  при температуре 92…95ºС. Высокие режимы тепловой обработки объясняются тем, что смеси для мороженого содержат повышенное количество сухих веществ, которые, увеличивая вязкость смеси, оказывают защитное действие на микроорганизмы.

Для удаления из смеси  не растворившихся комочков  сырья  и возможных различных механических примесей ее фильтруют  (после растворения компонентов и после пастеризации). Блок «Фильтрование смеси» на (Рисунок.1).

Далее следует процесс  «Гомогенизация смеси». Процесс гомогенизации способствует повышению взбиваемости смеси, улучшает консистенцию готового мороженого и придает ему нежную структуру. Смесь гомогенизируется при температуре, близкой к температуре пастеризации смеси (с целью избежания вторичного обсеменения). Цель гомогенизации состоит в раздроблении жировых шариков. Как известно жир в молоке присутствует в виде жировых шариков диаметром от 1 до 10 мкм. В процессе гомогенизации жировые шарики дробятся на более мелкие размером 1…2 мкм. Другая функция гомогенизации заключается в стабилизации оболочек жировых шариков. Выбор давления гомогенизации зависит от состава смеси – чем ниже в ней содержание жира, тем выше давление гомогенизации, и наоборот. Пломбирные смеси гомогенизируют при давлении 7,5 …9,0 МПа. Нарушение режимов гомогенизации приводит к дестабилизации жира при фризеровании  и ухудшению консистенции готового продукта – появлению жировой крупки.

«Охлаждение смеси» (Рисунок.1). Гомогенизированную смесь быстро охлаждают до температуры 0…6ºС с целью создания неблагоприятных условий для жизнедеятельности микроорганизмов, а также для подготовки смеси к следующему процессу обработки – созреванию.

В процессе «Созревания смеси» (Рисунок.1) происходит гидратация белков молока, дальнейшая адсорбция различных веществ, содержащихся в смеси на поверхности жировых шариков. Кроме того, при снижении температуры до 4ºС происходит отвердение молочного жира. Таким образом, целью созревания смеси является повышение ее взбиваемости и улучшение ее консистенции готового мороженого. Созревание смеси,  осуществляется при температуре 2…6ºС. продолжительность созревания, составляет 2…24 ч. Улучшение структуры мороженого, вызываемое созреванием смеси, объясняется главным образом гидротацией молочных белков. В результате увеличивается количество связанной воды, уменьшается содержание свободной воды (связанная вода при замерзании дает более мелкие кристаллы, чем свободная) 

«Фризерование смеси». Замораживание смеси во фризере называется процессом фризерования. Во время фризерования смесь насыщается воздухом при одновременном частичном замораживании. При взбивании смесь насыщается воздухом, который образует ряд мелких воздушных пузырьков или ячеек, отделяемых друг от друга пленками из частично замороженной смеси. В процессе фризерования образуется новая фаза (кристаллы льда и жира), разделенная прослойками жидкой фазы. От правильности провидения этого  процесса  в значительной степени зависят структура и консистенция готового продукта. Во фризер должна поступать смесь с температурой не выше 6ºС. Температура мороженого при выходе из фризера обычно составляет  -3,5…-6ºС.

«Фасование мороженого». Мороженое вышедшее из фризера быстро фасуют в вафельные стаканчики и немедленно направляют на закаливание, так как при задержке часть закристаллизованной воды может оттаять, что приведет к образованию крупных кристаллов льда. Дополнительно замораживают или «закаливают» мороженое для придания ему достаточно плотной консистенции, стараясь приблизить его температуру к температуре хранения -18ºС и ниже.

Во время закалки  необходимо, как и при фризеровании, стремится к быстрому замораживанию воды. Нельзя допускать колебаний температуры в камерах. При повышении температуры лед начнет таять, при последующем понижении температуры вода будет выкристаллизовываться на оставшихся кристаллах и произойдет значительное увеличение их размера, а готовое мороженое приобретет грубую структуру и консистенцию. В процессе закаливания температура мороженого понижается до –15…-18ºС.

«Упаковывание мороженого». Готовое мороженое упаковывают в потребительскую (картонные и бумажные коробки) и транспортную (контейнеры, картонные ящики и металлические гильзы) тару.

«Хранение». Закаленное мороженое необходимо реализовывать в короткие сроки для сохранения исходного качества продукта. Часто возникает необходимость его длительного хранения с целью создания резерва. Для этого необходимо обеспечивать температуру хранения  -30ºС. Пломбир фасованный  без наполнителя при –30ºС хранится  4,5 месяца, при температуре –20ºС срок хранения 2 месяца.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 3. Составление материального  и теплового балансов по стадиям

 

Мощность цеха   Р = 50800   = 201,6 кг/ сутки, где

                                      252 

252 – число рабочих  дней в году.

 

Приведем рецепт на мороженое  пломбир.

Рецепт приводится без  учета потерь на 1000 кг продукта.

 

 

Сырье	На 1000 кг
1)Молоко коровье цельное  (жира 3,2 %) 2) Масло коровье сливочное несоленое  (жир  82,5 %) 3) Молоко цельное сгущенное  с сахаром (жира 8,5 %,     сахарозы 43,5%) 4) Молоко сухое цельное  (жира 25,0 %) 5) Сахар -  песок  6) Крахмал картофельный 7) Ванилин 8) Вода питьевая	400 149 50   40,6 128,3 15 0,1 217
Итого:	1000

 

«Таблица 1. – Рецептура мороженого»

Определим количество питьевой воды

                  

                              G_B = 217 * 201,6 = 43,75 кг.

                                          1000

Определим количество мороженого на стадии закаливания:

В процессе закаливания  вымораживается  30 % общего количества воды

                        G_зак = Р + G_B * 30/100 + Р*η₁/100

Р – мощность цеха ; η₁- потери на стадии закаливания  η₁= 1% ;

G_B – общее количество воды

G_зак  = 201,6 + 43,75 * 30/100 + 201,6 * 1/100 = 216,741 кг.

Определим количество мороженого на стадии фризерования:

В процессе фризерования вымораживается 50% общего количества воды

G_фриз =  G_зак  +  G_B * 50/100 +  G_зак * η₂/100

η₂ – потери на стадии фризерования   η₂ = 1%

G_фриз = 216,741 + 43,75*50/100+216,741*1/100 = 240,7834 кг.

Определим количество смеси  на стадии созревания:

G_созр =  G_фриз + G_фриз * η₃/100

 η₃ – потери на стадии созревания η₃ = 1%

G_созр =  240,7834 + 240,7834 * 1/100 = 243,19 кг.

 

Определим количество смеси  на стадии гомогенизации:

G_гомог = G_созр + G_созр* η₄/100

η₄ – потери на стадии гомогенизации η₄ = 1%.

G_гомог = 243,19 + 243,19 * 1/100 = 245,622 кг.

Определим количество смеси  на стадии пастеризации:

G_паст = G_гомог + G_гомог * η₅ /100

η₅ – потери на стадии пастеризации η₅ = 1%

  G_паст = 245,622 + 245,622 * 1/100 = 248,08 кг.

Определим количество смеси  на стадии фильтрования:

G_фильтр = G_паст + G_паст * η₆ /100

η₆ – потери на стадии фильтрования η₆ = 1,5%

G_фильтр = 248,08 + 248,08 * 1,5/100 = 251,8 кг.

Определим количество компонентов, на стадии приготовления смеси исходя из выше приведенного рецепта приготовления  мороженого.

Молоко коровье цельное 

G_молок = G_{фильтр *} 400 + G_молок * η´ ₇/100

                          1000

 

G_молок = 251,8 * 400 + 251,8 * 400 * 1   = 101,73 кг.

                          1000               1000   100

 

Масло коровье сливочное

G_масло = G_{фильтр  *} 149 + G_{масло *} η˝ ₇ /100

                   1000

 

G_масло = 251,8 * 149  + 251,8 * 149 * 1 = 37,9 кг.

                         1000                 1000   100

Молоко цельное сгущенное

G_{мол. сг.} = G_{фильтр  *} 50 + G_молок * η′′′₇/100

                            1000

 

G_{мол. сг.} = 251,8* 50 + 251,8 * 50   * 1 = 12,72 кг.

                         1000              1000   100

Молоко сухое цельное

G_{мол. сух..} =   G_фильтр  40,6 + G_молок * η^ІV ₇/100     

       1000   

      

G_{мол. сух..} =   251,8* 40,6 + 251,8* 40,6 * 1 = 10,33 кг.

                        1000              1000            100

Сахар

 

 G_сах =  G _{фильтр.}  128,3 + G_сах * η^٧ ₇/100

                          1000

 

G_сах =  G_фильтр 251,8 *128,3 + 251,8* 128,3 * 1   = 32,63 кг.

                                    1000                  1000   100

Крахмал

G_кр =  G_фильтр  15 + G_кр * η^٧І ₇/100

                       1000

 

G_кр =  251,8 * 15 + 251,8 * 15 * 1 = 3,81 кг.

                1000            1000         100     

Ванилин

 G_ван =   G_{фильтр *} 0,1 + G_ван * η^٧ІІ ₇/100

                          1000

 

G_ван =   251,8 *0,1 + 251,8* 0,1 *  1 = 0,0254 кг.

                 1000              1000        100

 

Вода питьевая

G_вод. =   G_{фильтр *} 217 + G_вод * η^٧ІIІ ₇/100

                          1000

 

G_вод = 251,8 * 217 + 251,8 * 217 *  1 = 55,19 кг.

                       1000               1000   100

 

 

Тепловой баланс

Тепловой расчет ведем по отдельным  стадиям производства.

 

Тепловой баланс на стадии закаливания  мороженого.

Q _зак = G _зак * C _{мор *}(t _{н м1} - t _{к м1} ) = G _{х л 1}* С _{х л}* (t _{к р1} - t _{н р1} ), где

Q _зак – тепловая нагрузка;

C _мор1  - удельная теплоемкость мороженого;

C _{мор1 =} 2015 Дж/кг*К

t _{н м1} = -5˚ C – начальная температура мороженого при входе в холодильную камеру;

t _{к м1} = -18˚С – конечная температура мороженого;

t _{к р} ; t _{н р} – конечная и начальная температура хлористого кальция;

t _{н. р1} = - 25˚С;

t _{к р1} = - 10˚С;

С _{х л} - удельная теплоемкость хлористого калия;

С _{х л 1} = 2795 Дж/кг*К    табл. LII (5)

Расход охлаждающего хлористого кальция

G _{х л 1}= G _зак * C _{мор *} (t _{н м1} - t _{к м1} ) = 216,741 * 2015*[-5-(-18)] = 135,42 кг.

             С _{х л} * (t _{к р1} - t _{н р1} )                         2795*[-10-(-25 )]

 

Тепловой баланс на стадии охлаждения мороженого во фризере.

Q_фриз = G _фриз * C _{мор2 *} (t _{н м2} - t _{к м2} ) = G _{х л 2}* С _{х л 2}* (t _{к р2}- t _{н р2} ), где

Q_фриз – тепловая нагрузка;

C _мор2 – удельная теплоемкость мороженого;

C _мор2 = 2025 Дж/кг*К

t _{н м2}; t _{к м1} – конечная и начальная температура мороженого во фризере;

t _{н м2 =} 6ºС; t _{к м1} = -5ºС

t _{к р2} ; t _{н р2} – конечная и начальная температура хлористого кальция

t _{к р2} = -1ºС; t _{н р2} = -15ºС

С _{х л 2}- удельная теплоемкость хлористого кальция;  

С _{х л 2}  = 2820 Дж/кг*К табл.

Расход хлористого кальция

G _{х л 2} = G _фриз * C _мор2 (t _{н м2} - t _{к м2}) = 240,7834*2025[6-(-5)]  = 135,85 кг.

                  С _{х л 2}* (t _{к р2}- t _{н р2})                 2820*[-1-(-15)]

 

Тепловой баланс  на стадии охлаждения гомогенизированной смеси.

Q_охл = G _гомог * С_{см  *}(t _{н см1} - t _{к см1} ) = G _{л. в.}* С_в* (t _{к л1}- t _{н л1} ), где

С_см – теплоемкость гомогенизированной смеси;

С_см = 2420 Дж/кг*К

t _{н см1} ; t _{к см1} – начальная и конечная температура гомогенизированной смеси;

t _{н см1} = 80ºС ; t _{к см1} = 6ºС

t _{н л1;} t _{к л1} – начальная и конечная температура ледяной воды;

t _{н л1} = 1ºС; t _{к л1} = 20ºС

С_в- теплоемкость воды;

С_в = 4190 Дж/кг*К.

Расход ледяной воды:

G _л.в = G _гомог * C _см (t _{н см1} - t _{к см1}) = 245,622*2420(80-6)  = 552,52 кг.

                  С _в* (t _{к л1}- t _{н л1})                 4190*(20-1)

Тепловой баланс на стадии пастеризации смеси.

Q_паст= G _паст * С _{паст *} (t _{к см2} - t _{н см2}) = Д* Г г. п.

Q_паст- тепловая нагрузка;

t _{к см2} ; t _{н см2} – конечная и начальная температура смеси;

t _{н см2} = 45º С ; t _{к см2} = 85ºС;

С _паст – теплоемкость смеси на стадии пастеризации;

С _паст = 2850 Дж/кг*К;

Д – расход греющего пара давлением 0,3 Мпа;

Г г. п. – теплота парообразования;  Г г. п. = 2171 кДж/кг табл. LVII [5]

Расход греющего пара

Д = G _паст * C _паст (t к. см.2  - t н. см.2 ) = 248,08*2850(85-45)  = 13,03 кг.

                   Г г. п.                                      2171*10³

 

Тепловой баланс на стадии приготовления смеси.

Q_см = G _фильт. * C _{см  *} (t _{к см3} - t _{н см3} ) = G_в* С_в* (t _{н в}- t _{к в} ), где

Q_см – тепловая нагрузка;

C_см – удельная теплоемкость смеси;

C_см = 2850 Дж/кг*К;

t _{н см3} ; t _{к см3} – начальная и конечная температура смеси;

t _{н см3} = 20ºС; t _{к см3} = 45ºС

С_в- удельная теплоемкость воды;

С_в= 4190 Дж/кг*К;

t _{н в}; t _{к в} – начальная и конечная температура воды;

t _{н в}= 65ºС ; t _{к в} = 35ºС

 

G_в= G _фильт. * C _см (t _{к см3} - t _{н см3}) = 251,8 * 2850*(45-20) = 142,7 кг.

                 С_в* (t _{н в}- t _{к в} )                      4190*(65-35)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Характеристика исходного сырья  и готовой продукции.

 

Мороженое продукт, полученный взбиванием и замораживанием пастеризованной смеси коровьего молока, сливок, сахара, стабилизатора и наполнителей. Благодаря содержанию молочного жира, белков, углеводов, минеральных веществ и витаминов оно обладает высокой пищевой ценностью и легко усваивается организмом.