Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Технология и оборудование для производства и упаковки натуральных соков производительностью 3000 литров в час

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего пРофессионального образования

российский государственный аграрный университет –

МСха имени К.А. Тимирязева
(ФГОУ ВПО ргау – МСХА имени К.А. Тимирязева)

Кафедра процессов и аппаратов

перерабатывающих производств

Курсовая работа

по дисциплине «Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств».

Тема: «Технология и оборудование для производства и упаковки натуральных соков производительностью 3000 литров в час»

Исполнитель: студент (ка) Шилова Маргарита Александровна

группа 402

Руководитель работы Андреев В. К.

Руководитель работы (подпись)

Дата защиты:

Оценка:

Москва, 2011

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего пРофессионального образования

российский государственный аграрный университет – МСха

имени К.А. Тимирязева
(ФГОУ ВПО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)

Кафедра процессов и аппаратов

перерабатывающих производств

ЗАДАНИЕ на курсовую работу

Студентки технологического факультета, группа	Шилова М. А 402 группа
Дата выдачи задания	27 сентября 2011 г.
Срок выполнения курсовой работы	06 декабря 2011 г.
Защита курсовой работы назначена на	6 декабря
Тема курсовой работы	«Технология и оборудование для производства и упаковки натуральных соков производительностью 3000 литров в час».

Перечень рассматриваемых вопросов

1.Описание продукции, которую предстоит произвести и технология производства.

2.Требованию к сырью, необходимого для производства.

3. Перечень и описание основного оборудования.

4. Перечень вспомогательного оборудования.

5. Технологическая схема поточной линии и её описание.

6. Расчет затрат энергоресурсов необходимых для производства продукции.

7. Автоматизация технологического процесса.

Руководитель курсовой работы: Андреев В.К.

Студентки: Шиловой М.А.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе рассматривается технологическая линия предназначенная для производства и розлива натуральных соков. Сейчас особенно большим спросом пользуются натуральные соки с мякотью, в связи, с чем значительно повысилась их выработка.

В наше время мы очень часто задаемся вопросом: «Действительно ли соки, которые мы пьем натуральные? И как их делают?». Сейчас очень много различных производств, которые при изготовлении сока используют различные добавки или в частности, слишком большая концентрация воды в этих напитках. Соки должны пройти ряд определенных, специфических процессов при изготовлении натурального концентрата (например, специально осветление через УФ или удаление в соках пектинов энзимами).
Соки являются замечательными поставщиками живой органической воды, а фактически, единственными. И, хотя молоко содержит практически столько же воды, сколько и соки, первое обладает свойством образовывать в организме слизь, что в дальнейшем вызывает такие недомогания, как простуда, насморк и многие другие. Соки овощей, плодов, ягод являются очень важной составной частью пищевого рациона: именно за счет соков (натуральных) организм получает большую часть требуемых минеральных веществ и витаминов, а также других биологически активных веществ (органические кислоты, сахара, жировые масла, эфирные масла, алкалоиды, фитонциды, горечи и др.). Производство натуральных соков приносит огромную пользу, достаточно соединить фрукты и ягоды, таким образом, можно постоянно добиваться нового вкуса, а полезность этого натурального сока будет только расти.

Изготовление сока, максимально идентичного соку, содержащемуся в клетках свежих плодов и ягод, сопряжено с большими трудностями. Это связано с тем, что соки представляют собой раствор самых разнообразных веществ, которые, вступая между собой в реакции и окисляясь при свободном доступе кислорода воздуха, образуют соединения, понижающие вкусовые достоинства и внешний вид напитка. Кроме того, соки являются прекрасной средой для развития многих микроорганизмов, способных подвергнуть продукт большим изменениям и даже порче.

В настоящее время оборудование для выработки сока отличается высокой технологичностью, высокой производительностью, труд на таких предприятиях полностью автоматизирован. Это способствует оперативной переработке продуктов в период сбора урожая. Это позволяет сохранить большую его часть урожая в виде консервов или полуфабрикатов.

Несмотря на пропаганду готовых продуктов, я не верю, что в условиях огромного завода (тем более расположенного на территории России, где производятся почти все сорта «импортных» соков) можно гарантировать качество сырья и чистоту производственного процесса.

Моя задача, как будущего технолога, является создание технологии натуральных соков, с использованием качественного сырья и без разбавленного концентрата.

При создании технологической линии производства натуральных соков, я использовала интересную и объемную информацию из сети INTERNET.

Данная технологическая линия планируется быть полностью автоматизированной.

Описание натуральных соков

Натуральными называются соки, получаемые из одного вида сырья без добавления сахара.

Производство натуральных соков – прибыльный бизнес - идея в производстве. То, что натуральный сок полезен, это известно всем. Да и по телевизору крутят бесконечные рекламы о пользе натуральных соков. Содержание полезных веществ в разных соках различается. Больше всего витаминов в соках прямого отжима — это было доказано путем лабораторных анализов и тестов. Содержание ценных веществ в свежих плодах и ягодах и в соках прямого отжима практически не отличаются, хотя небольшое количество витаминов и присутствует в кожуре, которая не используется при производстве. Но в кожуре фруктов наряду с полезными веществами присутствуют и ненужные организму вещества, которые не только не приносят пользу, но и наоборот пагубно влияют на организм человека. И даже если Вы каждый день пьете соки, фрукты никто не отменял. Употреблять их необходимо каждому. Соки же можно рассматривать как дополнительную возможность насыщения организма витаминами и минеральными веществами [4].

1.1 Рецептура

Для выработки натуральных соков используют не только культурные плоды и ягоды, но и дикорастущие (алычу, барбарис, шиповник, ежевику, малину, терн). Дикорастущие яблоки и груши применяют только для купажа. Размер плодов и ягод существенной роли не играет. Сырье с механическими повреждениями допускается к переработке, загнившее - нет. Желательно, чтобы сырье было с повышенным содержанием сахаров, витаминов, и с наименьшим содержанием красящих, ароматических и других веществ. При производстве марочных соков к сырью предъявляют более высокие требования. Эти соки можно вырабатывать только из высококачественных плодов и ягод районированных в данной зоне сортов [5].

При купажировании натурального сока, смешивание одного и более соков происходит в определенных соотношениях [9]:

вишнево-черешневый - 5:3;
грушево-яблочный - 4:1;
виноградно-яблочный - 3:1;
яблочно-виноградный - 4:1;

Можно смешивать и более двух видов соков. Многокомпонентные купажированные соки удовлетворяют любой вкус. Самые распространенные из них:

яблочно-алычово-персиковый - 0,5:1,5:2;
яблочно-грушево-абрикосовый - 2:1:1;
яблочно-грушево-облепиховый - 2:2:2;
яблочно-грушево-черносмородиновый - 3:1:2;
яблочно-землянично-сливовый - 5:2:2;

1.2. Технологический процесс по производству соков включает следующие операции:

Инспекция фруктов - процесс, при котором из общей массы продукции отбирают гнилую, битую и неправильной формы продукцию. Фрукты, перед поступлением на производство проходят инспекционный контроль - по форме и размерам, удаляют механические примеси, инородные предметы, сортируют и отправляют на дальнейшие технологические операции.

Мойка фруктов.

Мойка - необходимое условие правильной переработки плодов, ягод и овощей. Она позволяет удалить с них землю, песок и частично микроорганизмы, которые находятся на поверхности плодов и совершенно чужды человеческой природе

Дробление фруктов.

Сначала сырье измельчают на мелкие плотные кусочки. Только при таком дроблении достигается правильное и полное выделение сока из растительной ткани. Дробление - наиболее подходящий способ подготовки фруктов и овощей для получения натурального сока. Раздробленные кусочки должны быть не менее 0,3 см, чтобы они не проходили через фильтры, но и не более 1 см, чтобы не остались не разрушенными в центре. Для дробления больших количеств фруктов, особенно для винограда, вишни и др., подходит дробилка. С момента дробления сырья фруктовая масса (а впоследствии и фруктовый сок) должна перерабатываться без перерыва и по возможности в полных и закрытых сосудах. Быстрота переработки здесь и дальше решает вопрос о сохранении качества сока.

Осветление концентрата.

Для получения прозрачного продукта необходимо нарушить коллоидную систему и обеспечить оседание взвешенных частиц и удаления части коллоидов, прежде всего нестойких. Однако в процессе хранения возможно взаимодействие коллоидов между собой и образование более крупных частиц, которые могут вызвать помутнение сока и выпадение осадка. Стабильность коллоидной системы сока обеспечивается следующими свойствами:

- высокая дисперсность коллоидных частиц;

- наличие у коллоидных частиц одноимённого электрического заряда;

- наличие на поверхности частиц водной оболочки, которая приближает плотность частиц к плотности жидкой фазы и препятствует их соединению. Различают физические, биохимические и физико-химические способы осветления сока. К физическим относятся: процеживание, отстаивание, сепарирование. К биохимическим - обработка ферментами. К физико-химическим: отстойка, обработка бентонитом, мгновенный подогрев.

Выпаривание.

Концентрированный сок получается путем переработки сока прямого отжима. Для этого сок прямого отжима концентрируется одним из следующих способов - выпариванием воды.

Купажирование сока.

Натуральные соки часто имеют различные недостатки аромата и вкуса. Чтобы устранить их, сок купажируют. Этим словом называют смешивание двух-трех или более видов соков с целью получения более качественного (по вкусу, аромату, цвету и другим показателям) продукта. Купажируют не только соки разных видов - например, яблочный с рябиновым, - но и соки разных сортов одного и того же вида.

Пастеризация и охлаждение сока.

Чаще всего применяют пастеризацию сока при температуре 70—72° в течение 30 минут, после предварительного осветления, так как мутные соки под воздействием высоких температур приобретают вареный вкус, что значительно реже наблюдается у осветленных соков. При пастеризации каждый сок мутнеет вновь, если предварительно не был искусственно обогащен камедью — стойким защитным коллоидом. Камедь дает возможность избавиться от дополнительной фильтрации и повторной пастеризации. После пастеризации происходит охлаждение сока, сок охлаждают до 25-35 С, с такой температурой сок разливают и упаковывают в пакеты.

Розлив сока в пакеты, запайка пакетов, простановка даты выпуска.

Технологический процесс производства соков основан на восстановлении натуральных соков из концентрата, путем смешения его в требуемой пропорции с водой, прошедшей предварительную обработку. Концентраты, используемые в технологическом процессе, производятся методом выпаривания влаги из свежего сока. Восстановленный сок проходит купажирование, пастеризацию, затем охлаждается и разливается в пакеты. Пакеты, наполненные соком, запечатываются, проставляют дату выпуска. Потом происходит складывание пакетов в тару.

Рис.1 Технологическая схема производства натуральных соков

ТРЕБОВАНИЯ К СЫРЬЮ НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НАТУРАЛЬНЫХ СОКОВ.

К сырью для производства соков предъявляют такие требования: в первую очередь оценивают вкус, аромат, содержание питательных и физиологически активных веществ, учитывают степень зрелости плодов для повышения выхода сока. Требования к сырью, предназначенному для переработки, отличаются от требований к плодам и овощам для потребления в свежем виде. Так, для переработки на сок можно использовать плоды и ягоды с повреждениями кожицы (пятна, парша, ожоги), размер и форма плодов обычно не имеют значения. Однако недопустимо сырье загнившее, небольшое количество гнилых плодов или ягод, попавшее в переработку, может дать неприятный привкус всей партии выработанного сока. Кроме того, такие сокоматериалы могут содержать микотоксин и патулин.

Один из основных показателей, учитываемых стандартом при определении пригодности плодов и ягод различных сортов для выработки соков, - содержание сухих веществ, от которого зависят экстрактивность сока и его качество [5]. Этот показатель должен составлять (%):

для голубики, клюквы, черники, калины, земляники, клубники, красной смородины, малины - 7;
для брусники, ежевики, облепихи, терна - 8;
для айвы, кизила, черешен - 9;
для яблок - 9,5;
для груш, гранатов, слив, черной смородины, шиповника-10;
для барбариса, вишен - 11;
для алычи, рябины, крыжовника- 12;
для винограда- 16.

Для получения соков лучше использовать сорта осенние и осенне-зимние с сочной и кисло-сладкой мякотью, так как плоды летних сортов созревания, как правило, дают меньший выход сока, меньше содержат сухих веществ.

Плоды и ягоды для производства соков должны быть зрелыми. Недозрелые плоды имеют слабую окраску, повышенную кислотность, плотную мякоть. Соки из незрелых и недоразвитых плодов имеют меньшее количество ароматических веществ, гораздо ниже их качество и количество при получении концентрата ароматических веществ. Сорта, имеющие окрашенную кожицу и неокрашенный сок, для выработки натуральных соков непригодны. Существенное значение имеет массовая доля сахаров и кислот, которые определяют вкус соков. При высокой кислотности и малой сахаристости сок получается невкусным. К отдельным видам плодово-ягодного сырья существуют дополнительные требования. Например, гранаты должны иметь кислотность в пределах 0,9-2,8%; крыжовник лучше использовать с желтой окраской, так как сок из красных ягод при переработке и хранении меняет цвет. Для получения соков с мякотью (нектаров) необходимо выбирать плоды с высоким содержанием мякоти. Особенностью технологии переработки цитрусовых плодов является наличие специфической кожуры и содержащихся в ней ценных эфирных масел, которые играют огромную роль в формировании вкуса сока, однако при попадании в сок могут придать ему неприятный посторонний привкус, поэтому их содержание в соках не должно превышать 0,01-0,002 %, чтобы сок был стойким при хранении и сохранял гармоничный вкус. Кожура цитрусовых является ценным компонентом производства безалкогольных напитков, кондитерских и других изделий. В связи с этим технология получения соков из цитрусовых предусматривает сначала извлечение масла из кожуры, а затем отжим сока на оборудовании, обеспечивающем переход значительной части мякоти в сок. Наличие мякоти обусловливает полноту вкуса и сохранение ценных биологически активных нерастворимых веществ в соке. Необходимо как можно тщательнее отделять сок от кожуры, поэтому плоды нельзя измельчать и прессовать в виде однородной массы. Для извлечения сока из цитрусовых разработаны устройства, в которых каждый плод обрабатывается отдельно.

В настоящее время существует два способа переработки: - плод режут пополам и из каждой половины извлекают сок при помощи вращающегося конуса; - плоды сдавливают с помощью сжимающего устройства в виде руки, одновременно снизу подводится дисковый нож, вырезающий из плода круг. Полученная масса после подработки передается на финишер (протирочную машину с ситами, имеющими разный диаметр ячеек) и сепаратор для освобождения от оставшихся грубых частиц. Фильтрацию и осветление цитрусовых соков практически не проводят, так как многие ценные составные части соков находятся во взвешенном состоянии. Пульпу, полученную на выходе из финишера, после подработки используют для получения соков с мякотью. Отделенную кожуру раздавливают и дробят для последующего получения эфирных масел и соков, содержащих тонкоизмельченную цитрусовую пульпу. Эти соки перерабатывают в напитки, содержащие определенное количество мякоти плодов. Отжим мандаринового сока вышеуказанными способами сопряжен с трудностями, обусловленными строением плодов. Мандарины имеют форму сплющенного шара с вдавленным основанием; кожура у них хрупкая, свободно отстающая от долек, дольки слабо связаны между собой. Сок получают прессованием или экстрагированием. Для изготовления соков используют апельсины по ГОСТ 4427-82, лимоны по ГОСТ4429-82, мандарины по ГОСТ 4428-82. В целях предотвращения порчи и обеспечения длительного хранения соки обрабатывают путем использования повышенной, пониженной температуры или добавлением консервирующих химических веществ. В современных условиях для консервирования фруктовых соков все шире применяются химические консерванты, добавление небольшого количества которых позволяет задержать или прекратить рост и размножение микроорганизмов. К химическим консервантам предъявляют определенные требования; они должны оказывать эффективное антимикробное действие, не изменять органолептических свойств продукта и, самое главное - быть безвредными для организма. В натуральных соках допускается применять только сорбиновую кислоту [1]. При производстве натуральных соков используются следующие нормативные документы, предъявляемые к сырью:

ГОСТ 8756.10-70 Продукты переработки плодов и овощей. Метод определения содержания мякоти. Метод основан на отделении мякоти от жидкости в процессе центрифугирования и последующем весовом определении количества мякоти по осадку.

ГОСТ Р 51442-99 Соки фруктовые и овощные. Метод определения содержания мякоти, отделяемой центрифугированием. Настоящий стандарт распространяется на фруктовые, овощные соки и подобные им продукты и устанавливает метод определения содержания мякоти, отделяемой при центрифугировании. Диапазон измерения объемной доли от 5 до 20 % [2].

Требования к качеству выходного продукта.

Готовая продукция должна соответствовать всем требованиям, предъявляемым ей. В первую очередь оценивается вкус, аромат, содержание питательных и физиологически активных веществ. Учитывается прозрачность прессованных (без мякоти) соков. Проверяют плотность экстрактов. Например, для черносмородинного экстракта плотность равна 1,200, а для остальных – 1,274. Окраска экстрактов, соков, сиропов должна соответствовать общеустановленным нормам [6].

Соки осветлённые и представляют собой жидкую фазу плодов с растворёнными в ней веществами, отжатую из плодовой ткани. Доставка, приёмка и хранение сырья осуществляются в производстве соков так же, как при изготовлении других видов фруктовых консервов. Механическое измельчение (дробление) является основным способом воздействия на растительную ткань в производстве соков. От измельчения зависит качество сока и его выход, поэтому для каждого вида плодов и ягод устанавливается наиболее выгодная степень измельчения, в результате которого плоды превращаются в мелко раздробленную массу – пульпу. Однако, чрезмерно мелкое измельчение превратит мезгу в сплошную массу, в которой не будет «каналов» для вытекания сока. Степень повреждения клеток при механическом измельчении зависит от вида плодов и конструкции измельчающего устройства. Степень повреждения клеточной структуры яблок при измельчении на шлифовальной машине порядка 30…35%. Однако, при измельчении яблок на тёрочно-ножевой дробилке доля клеток с повреждёнными мембранами может достичь 60…80%. При прессовании также происходит повреждение мембраны. В процессе нагревания растительного сырья коагулируются и обезвоживаются белки протоплазмы, что приводит к увеличению клеточной проницаемости. Тепловая обработка оказалась наиболее эффективной для плодов с низкой сокоотдачей. Нагревание не только повышает выход сока, но и оказывает другие воздействия на сырьё: инактивирует ферменты, снижает слизистость и вязкость, способствует переходу красящих веществ из кожицы и мякоти плодов в сок. Режим нагревания должен быть правильно подобран для каждого вида и сорта сырья. Розлив соков производится при температуре до 97 град. Дроблёные плоды нагревают в аппаратах непрерывного действия разного устройства [7].

Натуральные соки вырабатывают плодово-ягодные (фруктовые) и овощные. Необходимо отметить, что в каждой из указанных групп соков есть соки, для которых существуют конкретные требования к качеству – виноградный, которые вырабатываются по соответствующему нормативному документу [8]:

ГОСТ 25892-83 «Сок виноградный натуральный».

ГОСТ 656-79 «Соки плодовые и ягодные натуральные. Технические условия».

ГОСТ Р 53137-2008 «Соки и соковая продукция» [3].

Перечень и описание основного оборудования.

В процессе подбора и описания основного оборудования я руководствовалась страной изготовителем оборудования, техническими характеристиками.

4.1. Инспекционные транспортеры

Предназначены для отбраковки и сортировки продукции (фрукты, овощи и т.п.) на предприятиях пищевой промышленности.

Рабочим органом транспортера в зависимости от типа продукта и назначения служат лента полимерная, сетка из нержавеющей стали или пластиковые ролики с медленным движением перемещаемого продукта. Конвейеры изготавливаются из пищевой нержавеющей стали. На полотно продукт поступает через загрузочный бункер с заслонкой, регулирующей толщину слоя продукта. Для удаления отходов по длине конвейера с обеих сторон расположены специальные карманы.

В таблице 1 представлены технические характеристики транспортеров.

Таблица 1

Инспекционные транспортеры

Технические характеристики	ВК-КМЛ	IR600-2500	Транспортер инспекционный (роликовый)	Т1-КИ2Т	КТО
Производительность, кг/ч	8000	4000	5000	10000	3000
Мощность, кВт	1,5	0,75	1,1	1,1	0,6
Количество фракций	7 групп	-	10 групп	-	-

ВК-КМЛ - предназначена для калибрования/сортирования (разделения на фракции по размеру/диаметру) плодоовощного сырья с доминирующей сферической формой типа лука, картофеля, яблока и т.п. Машина комплектуется тканевыми улавливателями для минимизации травматизма перерабатываемой продукции [13].

Рис. 2. Инспекционный транспортер ВК-КМЛ

IR600-2500 - используется для детальной визуально инспекции и сортировки - овощи и фрукты вращаются вокруг своей оси, перемещаясь по роликам.

Рис. 3. Инспекционный транспортер IR600-2500

Транспортер инспекционный (роликовый) - предназначен для визуальной отбраковки или сортировки овощей и фруктов или для организации переходов как внутри линии, так и между линиями (оснащен подсветкой).

Рис. 4.Транспортер инспекционный роликовый

Т1-КИ2Т - предназначен для инспекции и сортировки овощей и фруктов[14].

Схема 1. Инспекционный транспортер Т1-КИ2Т

КТО - конвейер инспекционный роликовый. Предназначен для инспекции и сортировки плодов и ягод[14].

Схема 2. инспекционный роликовый конвейер КТО

1 – транспортерное полотно; 2 – загрузочный бункер; 3 – каркас; 4 – карманы; 5-привод конвейера; 6 – душевое устройство

При движении полотна ролики перекатываются по резиновым направляющим, заставляя поворачиваться находящийся на них продукт, что обеспечивает лучшие условия инспекции. Транспортерное полотно по бокам ограничивается дюралюминиевыми бортами, предотвращающими попадание продукта на цепь. На полотно продукт поступает через загрузочный бункер с заслонкой, регулирующей толщину слоя продукта. Для удаления отходов по длине конвейера с обеих сторон расположены специальные карманы. Продукт, прошедший инспекцию, ополаскивается водой из душевого устройства, установленного над наклонной частью конвейера. Выгрузка продукта производится через регулируемый по высоте лоток.

Исходя из представленных выше машин, я выбираю машину КТО. Она подходит мне по производительности, и затраты на энергию у нее минимальны.

4.2. Моечные машины

Мойка овощей и фруктов выполняется в различных по типу машинах - основная цель которых удалить почву, песок и прочие инородние элементы. При выборе типа мойки следует учитывать вид сырья, условия выращивания продукта, тип земли, если это корнеплоды, а так же производительность линии для обеспечения качества получаемого продукта после мойки.

Машины для мойки фруктов, ягод и овощей разделяются на несколько видов:

Мойка барботированием - сырье полностью погружается в приемную ванну с водой, где через отверстиях в трубках подается воздух, возникает эффект кипящей воды.