Система автоматизации процесса производства творога

ведение

       Творог – национальный  кисломолочный продукт, изготовляемый  сквашиванием молока чистыми  культурами лактококков или смесью  чистых культур лактококков и  термофильных молочнокислых стрептококков  в соотношении (1,5…2,5):1 при использовании  методов кислотной, кислотно-сычужной или термокислотной коагуляции белков с последующим удалением сыворотки само-прессованием и / или прессованием.

     Кислотно-сычужный метод  применяют чаще, т.к. образование сгустка под действием сычужного фермента происходит быстрее, при более низкой кислотности, чем при осаждении белков молочной кислотой, полученный сгусток имеет меньшую кислотность, на 2-4 ч ускоряется технологический процесс.

Творожная масса – молочный или молочный составной продукт, изготовляемый из творога с добавлением или без добавления сливочного масла и/или сливок, и/или сгущенного молока с сахаром, и/или сахаров, и/или соли, и/или немолочных компонентов, которые вводятся не с целью замены составных частей молока. Не допускается добавление стабилизаторов консистенции.

1. Описание технологического процесса как объекта управления

Приемка и подготовка сырья

Молоко и другое сырье принимают по массе и качеству, устанавливаемому лабораторией предприятия, а также на основании сертификационных документов поставщиков.

Принятое молоко очищают от механических примесей на центробежных очистителях или фильтруют. Затем молоко подают на переработку или охлаждают до температуры 4±2 °С и направляют в резервуары промежуточного хранения. Хранение охлажденного до 4°С молока до переработки не должно превышать 12 ч, до температуры 6 °С – 6ч.

Подогрев и сепарирование молока. Молоко подогревают до температуры 37+3 °С и направляют в сепаратор-сливкоотделитель.

Нормализация молока и составление смеси

При выработке творога с массовой долей жира от 1,8 до 23,0% молоко нормализуют с целью установления правильного соотношения между массовой долей жира и белка в нормализованной смеси, обеспечивающего получение стандартного по массовой доле жира и влаги продукта.

Пастеризация и охлаждение смеси. Нормализованную смесь пастеризуют при температуре 78± 2° С с выдержкой от 15 до 20 с.

После пастеризации смесь охлаждают до температуры заквашивания. Если нормализованная смесь после пастеризации не поступает непосредственно на переработку в творог, ее охлаждают до температуры 6±2° С и при этой температуре хранят в резервуарах не более 6 ч. После хранения смесь подогревают до температуры заквашивания.

Заквашивание и сквашивание смеси

Нормализованную пастеризованную смесь заквашивают закваской, приготовленной на чистых культурах лактококков при температуре 30±2 °С в холодное время года и 28±2 °С в теплое время года. При ускоренном способе сквашивания применяют симбиотическую закваску, приготовленную на культурах лактококков и термофильных молочнокислых стрептококков в соотношении (1,5... 2,5): 1. В этом случае смесь заквашивают при температуре 32±2 °С. При производстве творога используют также бакконцентрат.

Закваску и бакконцентрат готовят согласно действующей технологической инструкции по приготовлению и применению заквасок для кисломолочных продуктов, утвержденной в установленном порядке. Доза закваски, в зависимости от ее активности и необходимой продолжительности сквашивания, составляет от 30 до 50 кг на 1000 кг заквашиваемой смеси. С целью ускорения процесса сквашивания в смесь вносят до 100 кг закваски на 1000 кг заквашиваемой смеси. При ускоренном способе сквашивания на каждые 1000 кг смеси вносят от 30 до 50 кг симбиотической закваски.

После внесения в смесь закваски или бакконцентрата добавляют хлористый кальций из расчёта 400 г безводного хлористого кальция на 1000 кг заквашиваемой смеси. Хлористый кальций вносят в виде водного раствора с массовой долей хлористого кальция от 30 до 40%, которую уточняют по плотности при 20 ° С

После внесения раствора хлористого кальция в смесь вносят сычужный порошок, или пепсин пищевой, или ферментный препарат ВНИИМС в виде раствора с массовой долей фермента не более 1%. Доза фермента активностью 100000 МЕ составляет 1 г на 1000 кг заквашиваемой смеси.

Сычужный порошок или ферментный препарат ВНИИМС растворяют в питьевой воде, предварительно подогретой до температуры 36±3 °С, пепсин растворяют в свежей, профильтрованной сыворотке, подогретой до такой же температуры.

Закваску, растворы хлористого кальция и фермента вносят при непрерывном перемешивании смеси. Перемешивание смеси после заквашивания продолжают от 10 до 15 мин, затем смесь оставляют в покое до образования сгустка требуемой кислотности: 58±50 Т для творога с м. д. ж. 23,0%; 61±5ᵒ Т для творога с м. д. ж. 20,0; 19,0; 18,0; 15,0; 10; 9,0%;

65±5 ᵒ Т для творога с м.д.ж. 7,0; 5,0; 4,0%; 68±5ᵒ Т для творога с м.д.ж. 3,8; 3,0; 2,0%; 71±5ᵒ Т для творога обезжиренного.

Продолжительность сквашивания смеси активной бактериальной закваской или бакконцентратом при указанных выше температурах составляет от 6 до 10 ч с момента внесения закваски, при ускоренном способе – от 4 до 6 ч.

Разрезание сгустка, отделение сыворотки и розлив сгустка

Готовый сгусток разрезают проволочными ножами на кубики размером 2,0х2, 0х2,0 см. Сначала сгусток разрезают по длине ванны на горизонтальные слои, затем по длине и ширине – на вертикальные. Разрезанный сгусток оставляют в покое от 30 до 60 мин для выделения сыворотки. В случаях получения сгустка с плохим отделением сыворотки его нагревают до температуры сыворотки 40 ±2° С с выдержкой при этой температуре от 30 до 40 мин для творога с м.д.ж. от 9,0 до 23,0%; до 38±2° С с выдержкой при этой температуре от 20 до 40 мин для творога с м.д.ж. от 2,0 до 7,0%, и до температуры 36±2°С с выдержкой при этой температуре от 15 до 20 для обезжиренного творога.

С целью равномерного нагревания сгустка верхние слои его осторожно перемещают от одной стенки ванны к другой, благодаря чему нижние нагретые слои сгустка постепенно поднимаются вверх, а верхние слои (непрогретые) опускаются вниз. Выделившуюся сыворотку выпускают из ванны сифоном или через штуцер и собирают в отдельную емкость.

Само-прессование и прессование сгустка

Мешки со сгустком завязывают и укладывают в установку для прессования и охлаждения творога или в пресс-тележку для само- прессования. Продолжительность прессования творога в установке для прессования и охлаждения составляет от 1 до 4 ч в зависимости от качества полученного сгустка и от вида хладоносителя (ледяная вода, рассол). В пресс- тележке само- прессование продолжается не менее 1 ч. После само- прессования на мешки помещают металлическую пластину, на которую через специальную раму передается давление от винта пресса.

Прессование продолжают до достижения творогом требуемой массовой доли влаги (м.д. влаги), но не более 4 ч. Допускается отпрессовка творога в пресс- тележке в холодильной камере в течение не более 10 ч. Для ускорения отделения сыворотки мешки со сгустком периодически встряхивают.

В месильную машину закладывают творог температурой 12±3 °С, включают мешалку и вносят смешанный с ванилином сахарный песок. После частичного перемешивания к смеси добавляют подготовленное сливочное масло, цукаты, изюм или другие вкусовые ароматические вещества и все это вновь перемешивают; средняя продолжительность перемешивания составляет 5–10 мин.

По окончании обработки полученную массу охлаждают на охладителях или в холодильных камерах до температуры не выше 4±2° С и направляют на упаковку. В случаях отсутствия возможности охлаждения творожную массу сразу после обработки упаковывают при температуре 13±2° С и направляют в холодильную камеру для доохлаждения до температуры не выше 6 °С.

Таблица 1.

Характеристика технологических параметров

Рис.1. Структурная схема параметров процесса производства творога.

    Расход молока необходимо контролировать, т.к. оно является основным сырьем и от него зависят все дальнейшие процессы.

   Температуру пастеризации. Цельное нормализованное или обезжиренное молоко пастеризуют при 80° С с выдержкой 20—30 сек.

Чтобы получить плотный сгусток и повысить выход готового продукта, следовало бы применять высокотемпературную пастеризацию 85—87°С, так как при этом полнее коагулирует (свертывается) альбумин, который захватывается казеиновым сгустком и при прессовании остается в твороге.

Но при высокой температуре пастеризации повышается степень гидратации казеина, в результате чего он очень прочно удерживает воду (сыворотку). Обезвоживание такого сгустка при само- прессовании и прессовании затрудняется, вследствие этого затягивается производственный процесс.

При низких температурах пастеризации 71—75° С альбумин коагулирует лишь частично, значительная масса его отходит с сывороткой и не используется в производстве творога. Сгусток получается слабый, дряблый, при обработке он излишне распыляется, дробится, что приводит к значительным потерям белка, а следовательно, и к снижению выхода продукта.

Закваску вводят при температуре молока 30+2ᵒС в холодное время и при температуре 28+2ᵒС в теплое время. Для равномерного распределения закваски и во избежание отстаивания жира заквашенную смесь перемешивают через каждые 30—40 мин. Чтобы ускорить сквашивание, закваску вносят с первыми порциями молока, не дожидаясь наполнения ванны.

По достижении кислотности молока 32—35° Т в смесь вносят 40%-ный раствор хлористого кальция, из расчета 500 г безводной соли на 1000 кг молока. Хлористый кальций восполняет потерю кальциевых солей во время пастеризации и способствует получению более плотного сгустка.

После тщательного перемешивания в молоко вводят сычужный фермент из расчета 1 г его нормальной активности (100 000 ед.) на 1000 кг цельного или 0,8 г на 1000 кг обезжиренного молока.

Творог с температурой 12±3ᵒСзакладывают в машину и добавляют дополнительные ингридиенты. Охлаждают до температуры 4+2ᵒС.Затем упаковывают и направляют в холодильную камеру.

III. Выбор и обоснование комплекса технических средств автоматизации процесса получения творожной массы

Для контроля и регулирования параметров процесса получения творожной массы выбираем следующие технические средства.

    Для измерения температуры молока во второй и третьей секциях пластинчатого пастеризатора, охлодителе и камере хранения выбираем термометр сопротивления ТСМ Метран-253 (50М) для измерения температуры жидких химически неагрессивных сред. Интервал температур -50…150.

    Для измерения расхода молока перед пастеризатором выбираем вихревой расходомер Rosemount 8800D с диаметром условного прохода 40 мм, давление измеряемой  среды до 25 МПа, выходной сигнал 4-20 мА с цифровым сигналом.

   Выбираем радарный уровнемер УЛМ-31, для измерения уровня молока в резервуаре, поскольку он предназначен для измерения уровня жидких материалов при температуре от -50˚С до 50˚С.Выходной сигнал  4-20мА. Для контроля уровня молока выбираем измеритель цифровой одноканальный ИДЦ-1 с 4-х разрядным цифровым индикатором, масштабирование измеренного значения входного сигнала от 4 до 20 мА.

    Для индикации температуры в камере хранения выбираем измеритель температуры ИТ-4 с унифицированным сигналом 4-20мА, связь с компьютером по интерфейсу RS-485,сохранение данных измерений и последующая распечатка на принтере.

    Для регулирования расхода  молока перед пастеризатором выбираем измеритель ПИД-регулятор с универсальным входом и RS-485 ТРМ101 с выходным сигналом тока 4-20мА.

     Для индикации и  регистрации показаний температуры  выбираем Диск-250, для расхода  уровня выбираем вторичный прибор  Диск-250 ДД.

    В качестве регулятора температуры во второй и третьей секциях пастеризатора, а также в охладителе выбираем регулятор температуры РТМ-3 с унифицированным сигналом 4-20мА.

  Для измерения расхода молока при подаче в пастеризатор выбирают диафрагму ДКС-4 в комплекте с интеллектуальным датчиком разности температур  Метран-100 ДД.

  Для ручного управления выбираем  блок ручного управления БРУ-42 со встроенным дистанционным  указателем положения, для усиления  регулируемого сигнала выбираем  пускатель реверсивный бесконтактный  ПБР-2М.

В качестве исполнительного механизма выбираем МЭО-100/25-0,25.

IV. Разработка и описание схемы автоматизации

1. Контроль и регулирование расхода молока перед пастеризацией.

Сигнал сужающего устройства ДКС-4 (поз.2а) поступает на интеллектуальный датчик разности температур  Метран-100 ДД (поз.2б), где он преобразуется в электрический сигнал, характеризующий расход молока при подаче в пастеризатор, который поступает на вторичный прибор Диск-250(поз. 2в), показывающий и регистрирующий. Далее  сигнал поступает на регулятор ТРМ-101 (поз.2г), где он сравнивается с заданным значением установленным с помощью задатчика. В результате чего вырабатывается регулирующий сигнал, который проходит через блок ручного управления  БРУ-42 (поз.2д) и поступает на пускатель ПБР-2М (поз.2е), где он усиливается. Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм МЭО-100/25-0,25(поз.2ж), который изменяет положение регулируемого органа (поз.2з) в зависимости от полученного регулирующего сигнала. Сигнал о положение регулируемого органа поступает на дистанционный указатель положения, встроенного в БРУ-42.

     2. Контроль и регулирование температуры молока во 2-й секции пастеризатора.

 Сигнал термометра сопротивления ТСМ Ментран-253 (поз.3а) поступает на вторичный прибор Диск- 250 (поз.3б), показывающий и регистрирующий. Далее  сигнал поступает на регулятор ТРМ-101 (поз.3в), где он сравнивается с заданным значением, установленным с помощью задатчика. В результате чего вырабатывается регулирующий сигнал, который проходит через блок ручного управления  БРУ-42 (поз.3г) и поступает на пускатель ПБР-2М (поз.3д), где он усиливается. Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм МЭО-100/25-0,25(поз.2е), который изменяет положение регулируемого органа (поз.2ж) в зависимости от полученного регулирующего сигнала. Сигнал о положение регулируемого органа поступает на дистанционный указатель положения, встроенного в БРУ-42.

3. Контроль и регулирование температуры молока в 3-й секции пастеризатора.

 Сигнал термометра сопротивления ТСМ Ментран-253 (поз.4а) поступает на вторичный прибор Диск- 250 (поз.4б), показывающий и регистрирующий. Далее  сигнал поступает на регулятор ТРМ-101 (поз.4в), где он сравнивается с заданным значением установленным с помощью задатчика. В результате чего вырабатывается регулирующий сигнал, который проходит через блок ручного управления  БРУ-42 (поз.4г) и поступает на пускатель ПБР-2М (поз.2д), где он усиливается. Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм МЭО-100/25-0,25(поз.4е), который изменяет положение регулируемого органа (поз.4ж) в зависимости от полученного регулирующего сигнала. Сигнал о положение регулируемого органа поступает на дистанционный указатель положения, встроенного в БРУ-42.

4. Контроль и регулирование температуры молока в охладителе.

 Сигнал термометра сопротивления ТСМ Ментран-253 (поз.5а) поступает на вторичный прибор Диск- 250 (поз.5б), показывающий и регистрирующий. Далее  сигнал поступает на регулятор ТРМ-101 (поз.5в), где он сравнивается с заданным значением установленным с помощью задатчика. В результате чего вырабатывается регулирующий сигнал, который проходит через блок ручного управления  БРУ-42 (поз.5г) и поступает на пускатель ПБР-2М (поз.2д), где он усиливается. Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм МЭО-100/25-0,25(поз.5е), который изменяет положение регулируемого органа (поз.5ж) в зависимости от полученного регулирующего сигнала. Сигнал о положение регулируемого органа поступает на дистанционный указатель положения, встроенного в БРУ-42.

5. Контроль  уровня молока.

Сигнал с уровнемера УЛМ-11 (поз.1а) поступает на измерительТРМ-200(поз.2б), показывающий и сигнализирующий.

6. Контроль  температуры творога в камере хранения.

    Электрический сигнал  с термометра сопротивления ТСМ Метран-253 (поз.6а) поступает на измеритель температуры ИТ-4 (поз.6б), показывающий.

Заключение

 В соответствии с технологическим процессом получения творожной массы были автоматизированы следующие параметры контроля и регулирования: уровень молока в резервуаре и его контроль перед пастеризатором, температуры в пастеризаторе, охладителе и камере хранения.

Выбраны следующие технические средства: термометр сопротивления ТСМ Метран-253 (50М),  вихревой расходомер Rosemount 8800D, измеритель температуры ИТ-4, радарный уровнемер УЛМ- 31, блок ручного управления БРУ-42, исполнительный механизм МЭО-100/25-0,25 и другие, что позволило повысить качество выходящей продукции с наименьшими энергетическими затратами.

Список использованной литературы.

1. «Технология молока и молочных продуктов», З.Ж.Диланян, М., Агропромиздат, 1991г.
2. «Производство творога», Н.Н. Липатов, М., 1973г.
3. «Производство кисло-молочных продуктов», В.В. Глазачев, М., 1960г.
4. «Кисломолочные товары», И.Е. Кононенко, М., 1962г.        
5. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Системы управления технологическими процессами», А.А.Саакянц, И.И. Болотаева, Владикавказ 2006г.
6. Датчики температуры.Пирометры. Тематический каталог №2,выпуск 3, г.Челябинск, «Метран», 2005г.
7. Уровнемеры. Комплексные поставки. Тематический каталог №1, выпуск 3, г.Челябинск, «Метран», 2005г.