Проект технологической линии производства сливочного масла методом периодического сбивания

ВВЕДЕНИЕ 

      Сливочное масло - один из ценнейших продуктов питания, обладающее высокой биологической ценностью и усвояемостью, приятным, только ему присущим вкусом, цветом и ароматом, хорошей сочетаемостью его практически со всеми пищевыми продуктами.

      Первые сведения о производстве сливочного масла в Древней Руси содержатся в «Русской правде» - своде законов, установленных еще в XI веке при Ярославе Мудром. В торговых документах русских городов и княжеств того же периода встречаются сведения о стоимости «горшка масла». В списках «Торговой книги» для русского купечества в 1575 и 1610 годах коровье масло числилось как предмет экспорта. Внешняя торговля маслом в России к концу XVII века приняла такие размеры, что Петр I, искавший увеличения источников дохода для государства, обратил внимание и на этот промысел. В XVIII - XIX столетии в России широко было известно масло, названное «чухонским», которое именовали так потому, что его делали проживающие в пригородах Петербурга финны, по тогдашнему - чухонцы.

      В XIX веке начали прилагать усилия по совершенствованию маслоделия в России. Так, в 1838 году была издана книга по технологии получения молочных продуктов, написанная агрономом В.П. Бурнашевым. Она называлась «Секрет получения превосходного сливочного масла на манер приготовляемого на ферме земледельческого училища» (находилось вблизи Санкт-Петербурга).

      Вологодская помещица М.Ф. Кудрявая в начале 70-х  годов XIX века на своей молочной ферме наладила производство сливочного масла высокого качества, получившего впоследствии название «вологодского».

      Начало  промышленного маслоделия в России относится к шестидесятым годам XIX века и связано с именем Николая Васильевича Верещагина. В 1871 году им был открыт первый маслодельный завод в имении Фоминское под Вологдой.

      Если до первой мировой войны вологодское масло по своему качеству было вне конкуренции, то с 1914 года серьезным конкурентом его, главным образом на внешнем рынке, стало сибирское масло. Если в 1894 году вблизи Кургана был построен первый в Сибири маслодельный завод, то через пять лет их было уже 275, а в 1913 году - 4097. В 1903 году на Лондонской выставке высшую награду «Большой приз» получило масло трех сибирских заводов. В 1900 году из Сибири было вывезено за границу 1783 тысячи пудов,

а в  1913 году 4762 тыс. пудов сливочного масла (соответственно 29,2 тыс. тонн и 78 тыс. тонн).

      В 1913 году в России было добыто золота на 28 млн. рублей, а от одного экспорта сливочного масла получено 71,5 млн. руб., т.е. в два с половиной раза больше.

      Выработка масла в России в 1913 году составила 129 тыс. тонн. К 1940 году производство сливочного масла достигло в Российской Федерации около 130 тыс. тонн. И этот объем производства в последние годы был превышен уже в 1947 году. В 1965 году в России производилось на промышленных предприятиях около 530 тыс. тонн масла, в 1975 году был достигнут рубеж 600 тыс. тонн, а в 1985 году около 670 тыс. тонн. Максимальный объем производства этого продукта составил 1000 тыс. тонн (1990 год). В дальнейшем объемы производства масла стали снижаться. В 1992 году было выработано масла около 742 тыс. тонн. Несмотря на снижение объемов производства масла в 1993 году этот продукт оставался одним из основных видов мелочной продукции и занимал значительное место в рационе питания людей.

      В настоящее время объем производства сливочного масла отечественными производителями составляет порядка  611 тыс. тонн.

      С развитием технологии маслоделия развивалось  и маслодельное оборудование. Так, уже в XVIII веке вместо старых толкачных маслобоек в крупных молочных хозяйствах постепенно начинают применять более производительные вращающиеся, качающиеся и ударные устройства. Весьма примитивные, они, тем не менее, означали несомненный шаг вперед к машинному производству.

      В 1934 году В.А. Мелешиным был предложен способ производства масла в потоке с использованием сепаратора, названный впоследствии способом  преобразования   высокожирных  сливок.  В 1951-52  годах  была  создана  специальная  линия,  а  с  1954 года начался ее выпуск.

      Первые  маслоизготовители непрерывного сбивания, носившие название «Фритц», начали использоваться в молочной промышленности в конце 40-х годов. В настоящее время имеются линии непрерывного сбивания масла производительностью до 30 тонн готового продукта в час.

      Значительный вклад в развитие технологии и оборудования для маслоделия внесли российские ученые. Вышедшие в последние годы книги под авторством Вышемирского Ф.А., Белоусова А.П., Грищенко достаточно подробно освещают вопросы маслоделия.

      На  мировом рынке  пользуется спросом  масло, выработанное способом периодического сбивания. Выработка масла способом преобразования высокожирных сливок распространена только в России, и масло полностью идет на внутренний рынок. Способ непрерывного сбивания широко распространен в европейских странах, но такое масло также предназначено главным образом для внутреннего рынка.

     В связи с планируемым вступлением России ВТО и укреплением позиций российской продовольственной продукции на мировом рынке, производство сливочного масла способом периодического сбивания будет увеличено. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Расчет  сырья для производства масла

     Исходными данными для расчета являются:

• Количество направляемого на переработку молока – 10т;
• жирность молока – 3,6%.

     Считаем, что из поступающего молока миницех будет выпускать масло сливочное крестьянское.

      Массу сливок от сепарирования с учетом потерь определяем по формуле:

где – Ж_цм, Ж_сл и Ж_о – соответственно жирность цельного молока, сливок и обрата, %;

         Кп_с – коэффициент потерь сливок.

      Масса обезжиренного молока от сепарирования:

где – Кп_о – коэффициент потерь обрата.

      Масса масла определяется по выражению:

где Ж_пах – жирность пахты, %;

     Кп_ж – коэффициент потерь жирности при сбивании.

      Массу пахты определяем по формуле:

где Кп_пах – коэффициент потерь пахты.

      Расход  молока цельного на единицу продукта (Р_М) равен:

      Пересчет  расхода молока в показатель базисной жирности (Р_МБ):

где Ж_Б – базисная жирность цельного молока, %.

      Согласно  ГОСТ 31-79 масло крестьянское содержит массовую долю жира – 72,5%; влаги – 25%; СОМО – 2,5%.

      Массовая  доля жира в сливках при сепарировании  – 36%; обезжиренного молока – 0,05%; пахты – 0,5%.

      Так как базисная жирность молока в нашем  случае равна средней жирности цельного молока, то Р_М = Р_МБ. 
 
 
 
 
 
 

2. Обоснование и выбор технологического процесса 

2.1. Классификация существующих методов производства сливочного

(и  комбинированного) масла 

      Технологический процесс производства сливочного масла  предусматривает концентрацию жировой фазы молока (находящейся внутри жировых шариков) до желаемого содержания ее в масле и формирование структуры продукта с заданными свойствами.

      Основой существующих технологий сливочного масла  являются сложные физико-химические процессы, происходящие при термомеханической обработке сливок, а именно — изменение агрегатного состояния глицеридов молочного жира и разрушение прочных липопротеиновых оболочек жировых шариков.

      В зависимости от способа концентрации жира и формирования структуры продукта различают два метода производства масла: сбиванием сливок и преобразованием высокожирных сливок.

      При выработке сливочного масла методом сбивания сливок для концентрации жировой фазы сливки сразу после пастеризации охлаждают до температуры массовой кристаллизации глицеридов (от 5 до 20°С) и термо-статируют (10 ч и более) с целью частичного отвердевания жира (не менее 30...35%). Частичное отвердевание жира и последующее интенсивное механическое воздействие на сливки способствуют выделению жировой фазы в виде рыхлых комочков различной величины и формы (масляного зерна), являющихся промежуточным продуктом при производстве масла методом сбивания сливок.

      Быстрое и глубокое охлаждение сливок, их продолжительная  выдержка при низких температурах обеспечивают практически полную кристаллизацию необходимого количества глицеридов (30...35%). Последующие чередуемые плавление и отвердевание глицеридов при сбивании сливок, промывка масляного зерна и его механическая обработка обусловливают формирование хорошей пластичности масла при температуре домашнего холодильника (8...10°С) и высокую термоустойчивость при комнатной температуре (18...22°С).

      Основными аппаратами для производства масла  методом сбивания сливок являются маслоизготовители периодического или непрерывного действия. На выходе из маслоизготовителя продукт имеет температуру 12...17°С и твердообразную консистенцию, соответствующую товарным показателям.

      При выработке сливочного масла методом  преобразования высокожирных сливок концентрацию жировой фазы до уровня необходимого содержания ее в сливочном масле осуществляют сепарированием в горячем состоянии. Все технологические процессы до маслообразования осуществляются при температуре выше точки плавления жира (65...95°С). Только на конечной стадии процесса маслообразования высокожирные сливки быстро охлаждают (со скоростью 0,3...0,6°С/с) до 12...16°С при одновременном интенсивном механическом воздействии (перемешивании). Молочный жир при этом частично отвердевает, что вызывает нарушение устойчивости жировой дисперсии, приводящее к ее разрушению. Эмульсия типа «масло в воде», характерная для сливок, преобразуется в эмульсию обратного типа — «вода в масле», характерную для сливочного масла.

      Основными аппаратами для выработки масла  методом преобразования высокожирных сливок являются маслообразователи различных конструкций. На выходе из маслообразователей продукт имеет температуру 12...17°С и представляет собой легкоподвижную текучую массу. Процессы отвердевания глицеридов и формирование структуры продукта завершаются в таре после фасования. 

2.2. Сравнительная характеристика методов производства

      Технологический процесс производства сливочного масла различными методами состоит из операций, представленных на рис. 2.1. 

Рисунок 2.1. Схемы выработки сливочного масла различными методами

      Приемка, сортировка и первичная обработка  молока, получение сливок, их тепловая и вакуумная обработка осуществляются независимо от метода производства.

      Технологические операции, применяемые для выделения  жировой фазы сливок и структурирования продукта при выработке сливочного масла сравниваемыми методами, принципиально различаются.

      Основные  различия методов производства сливочного масла приведены в таблице 2.1.

      При выработке масла методом сбивания сливок технологический процесс условно разделяют на три стадии:

1) физическое  «созревание» (низкотемпературная обработка) сливок в течение 10 ч (и более) при температуре от 20 до 4°С;

2) разрушение  жировой дисперсии сливок сбиванием  с образованием в качестве промежуточного продукта масляного зерна;

3) механическая  обработка масляного зерна с  целью усреднения состава масла и пластификации продукта.

      Кристаллизация  триглицеридов молочного жира и  фосфолипидов осуществляется в процессе созревания сливок и предшествует деэмульгиро-ванию жировой дисперсии.

      Продолжительность производственного цикла при  выработке масла методом сбивания сливок составляет около 24 ч. При использовании масло-изготовителей периодического действия технологический процесс состоит из отдельных операций (низкотемпературная обработка сливок, сбивание сливок, обработка масляного зерна), которые выполняются последовательно с определенными временными интервалами.

      При эксплуатации непрерывнодействующих маслоизготовителей процессы сбивания сливок и обработки масляного зерна (2-я и 3-я стадии) осуществляются в непрерывном потоке. Продолжительность этих операций составляет 3...5 мин (в том числе сбивание сливок — около 2 с) по сравнению с 60...90 мин в маслоизготовителях периодического действия. Однако, в целом технология принципиально не изменяется.

Таблица 2.1

Сравнительная характеристика методов производства сливочного масла

      При выработке масла методом преобразования высокожирных сливок процесс осуществляется в 2 стадии:

1)  получение  высокожирных сливок, соответствующих  по содержанию жира вырабатываемому  маслу (61,5...82,5%);

2) термомеханическая  обработка высокожирных сливок  с целью преобразования их в масло.

      Весь  технологический процесс осуществляется в непрерывном потоке. Продолжительность производственного цикла от приемки молока до получения масла составляет 1,0...1,5 ч, а процесс маслообразования непосредственно в аппарате — 3...4 мин. Деэмульгированию жировой эмульсии при этом предшествует кристаллизация глицеридов жира.

      Каждый  из существующих способов имеет преимущества и недостатки, представленные в  таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Преимущества  и недостатки  способов производства масла

Продолжение таблицы 2.2.

      На выбор способа выработки масла влияют следующие факторы:

• объём производства конкретного предприятия и перспектива его развития;
• стабильность поступления сырья;
• способность выпускать широкий ассортимент продукции;
• возможность использования универсального распространенного оборудования;
• потребность в затратах финансовых и материальных средств при организации производства.

     Задача  повышения качества отечественных  продуктов питания предполагает, в том числе, производство сливочного масла соответствующего мировым требованиям. Это подразумевает более глубокое изучение и совершенствование процесса производства масла методом периодического сбивания сливок.  
 
 
 
 
 
 
 

3. Разработка графика организации

технологического процесса 

3.1. Описание технологического процесса производства масла

     Считаем, что миницех будет осуществлять производство крестьянского масла сладкосливочного несоленого, химический состав которого представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Химический  состав сладкосливочного крестьянского масла

      Процесс производства масла крестьянского  сладкосливочного несоленого включает следующие технологические операции:

• приемка молока;
• подогрев молока;
• сепарирование молока;
• пастеризация и дезодорация^* сливок;
• охлаждение и созревание сливок;
• сбивание сливок;
• промывка масляного зерна^*;
• механическая обработка масла;
• гомогенизация масла;
• фасование и упаковка масла.

^*выполняемые при необходимости операции, зависящие от качества исходного сырья.

      Приемка молока заключается в определении его количества, контроле качества и сортировке.

      Подогрев  молока осуществляют до температуры+35...40°С в теплообменных аппаратах различных конструкций для увеличения скорости осаждения  и более полного выделения молочного жира.

      Сепарирование молока начинают после поступления его в количестве, обеспечивающем непрерывную работу сепаратора в течение 20-30 минут. Сепарирование молока ведут при температуре 35-40°С и кислотности молока не более 20°Т. Снижение температуры сепарирования возможно только на специальных сепараторах, позволяющих уменьшить приток молока в барабан и регулировать массовую долю жира сливок.

      Температуру пастеризации сливок с низкой тепловой устойчивостью устанавливают с учетом их качества (кислотности, наличия посторонних привкусов я запахов). При выработке сладкосливочного масла сливки I сорта в летний период пастеризуют при температуре 85-90 °С. В зимний период, когда вкус сливок становится менее выраженным, а также при переработке сливок II сорта температуру пастеризации повышает до 92-95 °С.

      Дезодорируют сливки при разрежении в дезодораторе 0,02-0,04 МПа (0,2-0,4 кгс/см²) в осенне-зимний период, 0,01-0,03 МПа (0,1-0,3 кгс/см²) в весенне-летний, при температуре 80°С.

      Для сливок с высокой устойчивостью  белков к коагуляции, их пастеризация при выработке масла, содержащего 25% влаги, температура пастеризации составляет в весенне-летний и осенне-зимний периоды соответственно 103...108 и 105...115°С [ ] табл. 4.3. стр. 108.

      При физическом созревании сливок происходит частичное отвердевание молочного жира, что обусловливает возможность образования масляного зерна при последующем сбивании их. После пастеризации (при необходимости - дезодорации) горячие сливки сразу охлаждают в закрытом потоке до температуры массовой кристаллизации жира (4 - 20°С). В период созревания сливки перемешивают 2-4 раза по 3-5 минут. Режимы созревания сливок  при производстве масла крестьянского сладкосливочного несоленого представлены в таблице 3.2.