автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Технология производства сухого адыгейского сыра в порошке и аппаратурное оформление процесса

•Л"

Санкт-Петербургский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности

На правах рукописи УДК 637.3

ХУТИЕВА Елена Сергеевна

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СУХОГО АДЫГЕЙСКОГО СЫРА В ПОРОШКЕ И. АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА

Специальность 05.18.04 - технология мясных,

молочных и рыбных продуктов 05.18.12 - процессы,машины и агрегаты пищевой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте холодильной промыш-• ленности

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор В.Е. КУЛАКОВА

Официальные оппоненты -доктор медицинских наук, профессор В.И. ШАРОБАЙКО

кандидат технических наук, член-корреспондент Санкт-Петербургской / Инженерной Академии Наук

В.Ф. ПОЛЯКОВ

Ведущее предприятие - Акционерное общество "Петромолк-5"

■ бургском ордена Трудового Красного Знамени" технологическом институте холодильной промышленности.

Отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью учерекдения просим направлять по адресу: 191002 С.- Петербург, ул. Ломоносова, 9, Ученому секретарю специализированного Совета N2 (шифр К 083.02.02).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "у " ^и^-РЛсУ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного / "Совета, доктор технических наук Л/ / B.C. Колодязная

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В питании человека особое место занимает сыр. Пищевая и биологическая ценность сира обусловлены концентрацией в нем наиболее важных (жировой и белковой) частей, молока, наличием незаменимых аминокислот, витаминов, высоким содержанием кальция.

Усилиями специалистов разных стран в молочно-консервной отрасли промышленности разработан ряд технологий хранения и переработки сыра, целью которых является гарантированное увеличение сроков его хранения. Часть этих технологий оснсЕана на удалении из продукта влаги. Полученный таким образом сухой сыр, концентрирующий в себе все питательны» свойства свежего . сира, является незаменимым продуктом питания для геологов, полярников,' космонавтов, а также людей, жиеущих в труднодоступных районах.

Способность к длительному хранению в обычных условиях, удобство фасовки и транспортировки, возможность более рационального использования помещений для хранения - все это относится к достоинствам сухих сыров в порошке. Применение технологии изготовления сухого сыра на сыродельных предприятиях будет несомненно выгодным, поскольку позволит перерабатывать сыры с физическими пороками.

Внедрение этой технологии дзет возможность распирить ассортимент молочных продуктов, а также получить ряд продуктов на с-нове сыра (смеси, соусы, суфле). Применение сухого сыра в качестве белковой (сбалансированной по аминокислотному составу) добавки к продуктах! с низким содержанием белка позволит повысить их биологическую ценность, а также придаст продуктам специфический сырный вкус и аромат.

Производство сухого сыра требует довольно сложного и дорогого оборудования, больших производственных площадей. Анализ научно-технической информации показал , что существующее на сегодняшний день оборудование для сушки сыра отличае'. высокая металлоемкость, энергоемкость.

Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы является разработка технологии производства сухого адыгейского сыра в порошке, аппаратурное оформление и выбор рациональных режимов проведения процесса сушки для получения продукта высокого качества.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи: .

- усовершенствовать аппарат для получения сухого сыра в порошке;

- изучить и описать процессы сушки и измельчения, происходящие в аппарате;

- разработать методику инженерного расчета комбинированного аппарата;

- изучить изменение качественных показателей продукта на отдельных стадиях технологического процесса;

- определить влияние технологических режимов получения сухого сыра на его качество;

- разработать схему технологического процесса получения сухого адыгейского сыра в порошке.

Научная новизна

Получены закономерности изменения показателей, характеризующих качество молочного жира, выделенного из сухого адыгейского сыра, в зависимости от режимов сушки.

Для изучения изменений, происходящих в сыре, па отдельных стадиях технологического процесса, применен метод многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО). Получены инфракрасные спектры свежего, замороженного и сухого сыра.

Проведены исследования по атакуемости белков сухого сыра ферментами желудочно-кишечного тракта In vitro.

Разработана математическая модель процессов сушки и измельчения сыра, получено критериальное уравнение, описывающее эти процессы.

Сопоставлением расчётных данных и результатов экспериментов определены рациональные технологические режимы процесса получения сухого сыра в порошке в комбинированном аппарате.

Разработана методика инженерного расчета комбинированного аппарата.

Практическая ценность работы

На основе анализа результатов разработано аппаратурное оформление процесса, а также предложен способ сушки сыра в комбинированном аппарате. Испытания способа подтвердили возможность получения стандартного продукта. Создана опытная установка для производства сухого сыра.

Разработана технология производства сухого адыгейского сыра в порошке, а также проект технологической инструкции по производству сухого сыра.

Ожидаемая прибыль с одной тонны продукции составит 184429 рублей.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены на научно-технической конференции СПбТИХП (Санкт-Петербург, 1993), на IV Всесоюзной научно-технической конференции "Раэра-

ботка комбинирован»« продуктов питания (медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация)" (Кемерово, 1991).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 3 печатных работы.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографичекого списка, включающего 114 наименований, и двух приложений.

Основной материал диссертации изложен на 113 страницах основного текста, содержит 8 таблиц и 30 рисунков.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Сушку и ипмрльчение сыра осуществляли па специальном стенде, конструкция которого позволяла наменять режимы работы измельчителя и температуру теплоносителя на входе в аппарат от 100 до 200 °С.

Длительное хранение сыров осуществляли в низкотемпературных морозильных камерах при температуре воздуха минус 18 °С.

Комплексная схема проведения исследований представлена на рис. 1.

Объекты исследований

Объектами исследований являлись:

- комбинированный аппарат для сушки и измельчения сыра;

- сыр адыгейский, выработанный по традиционной технологии на 2-м ГМЗ Санкт-Петербурга. Затем сыр перерабатывали по предложенной технологии и определяли физико-химические показатели свежего, замороженного и хранившегося в замороженном состоянии, а также сухого сыра.

Методы исследований

Для исследования режимов работы аппарата определяли следующие параметры: расход воздуха на входе в аппарат; температуру материала на входе и выходе из аппарата; температуру теплоносителя; продолжительность пребывания материала в аппарате; степень заполнения аппарата материалом; частоту вращения вала двигателя; начальное и конечное влагосодержание материала; производительность аппарата. В дальнейшем обработка полученных экспериментальных данных проводилась методами теории подобия.

Измененения, происходящие в сыре на отдельных стадиях технологического процесса, анализировали по следующим показателям: массовую долю влаги, жира, белка, титруемую и активную

кислотность определяли по стандартным методикам; переваривае-мость - методом Покровского-Ертанова; ИК-спектры сыра и жира, выделенного из него, снимали на спекорде; органолептические показатели сухого сыра оценивались дегустационной комиссией.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ АДЫГЕЙСКОГО СЫРА

Качество продукта и технологические режимы его производства зависят от используемого оборудования. Основными операциями при получении сухого сыра в порошке, определяющими его качество, являются сушка и измельчение.

Для исследования процессов сушки и измельчения была создана установка, представляющая собой камеру переменного сечения с щелевым подводом теплоносителя и размещенным в нижней ее части роторным измельчающим устройством. Схема лабораторного стенда, включающего установку, показана на рис 2.

Для функционирования данной установки необходимо создать гидродинамические условия, обеспечивающие унос частиц при достижении ими определенных влажности и размеров.

Для достижения поставленной задачи определялись условия взаимодействия гранул продукта со струями теплоносителя и исследовались кинетические закономерности процессов. Необходимо было рассчитать среднюю высоту подъема частицы заданной формы и размера.

На рис. 3 представлено сечение камеры вихревого аппарата и профиль газовой струи в ней. После прохождения через щель струи меняют свое направление на 90°, двигаясь по аакруглению в зоне переменного сечения камеры, расширяясь с углом раскрытия е.

Движение частицы в газовой струе характеризуется наличием двух участков: разгона и торможения. На участке разгона Иг > ИВ1ГГ частицы. Уравнение движения частицы на атом участке имеет вид

сМч (Иг-Ич)2 т- » -— - те. (1)

Л 2

•

Скорость витания определяется при условиях

Мч • О; йИч/сИ " 0 при этом " Ивит. (2)

следовательно, можно записать

6.Р те

В результате подстановки (3) в (1) с учетом (2) получаем

сМч

п®

И^ВИТ

- 7 -(WГ-Wч)'

гпк,

или с учетом того, что

Ич

dWч

К

dWч dz

dz <Л

(4)

(5)

(6)

аг И*вит

Чтобы решить это уравнение, необходимо знать зависимость скорости газа от высоты, которая определяется условием расширения струи, а именно углом ее раскрытия. При этом рассматриваем полуограниченную струю , и представляем ее исходя из фиктивной точки истечения 0, определяемой пересечением стешси аппарата и границы струи в свободном пространстве (рис 3). Тогда зависимость скорости газа в струе от высоты г: Ягой

Иг (2) » -— . (7)

Щ

dWч г

№гвит

^ г . ~ г •

После подстановки и разделения переменных имеем

Б

Игос1

(^вит - ьев)

- 1

dz

(8)

(9)

После интегрирования получили зависимость изменения скорости движения гранулы сыра в потоке теплоносителя:

Игос1 2 а d 1 ЬбЗ '2

Ивит tso

- г +

№

Решение этого уравнения позволяет определить Еысоту установки измельчителя. Остальные параметры измельчителя определялись исходя из условий измельчения и структурно-механических характеристик материала.

Условия удаления частицы из камеры определяются

Мвит.ч.иэм." ^г, (И)

а высота 21 в верхней зоне струи газа

Wгod

г! = - . (12)

Ирит^ ЕВ

При изучении кинетики процессов сушки и измельчения выявлена зависимость влагосодержания выгружаемого материала ( в виде симплекса влагосодержаний) от ряда факторов, определяющих процесс. В результате анализа математической модели процесса и

проведенных экспериментов получено кинетическое уравнение суш ки и измельчения частиц сыра в вихревом аппарате

Е-0.000301Аг° • 4Ко"° • 9Fo° •6 (G/L) •5 (WB/V„)_0 • 5tg° • Z5cí. (13)

Из анализа данных следует, что готовый продукт соответствует техническим условиям при минимальной температуре теплоносителя 100 °С.

Для разработки методики инженерного расчета использовали кинетическое уравнение (13).

ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АДЫГЕЙСКОГО СЫРА НА ОТДЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В табл. 1 показаны изменения показателей сыра в зависимости от продолжительности хранения.

Таблица 1

Объект Массовая доля, X Переваривае-мость, 7.

влаги белка жира

Свежий сыр 55,1 ±0,4 21,4 ±0,9 20,3 ±0,7 94,1 ±0,9

Замороженный сыр, продолжительность хранения 24 часа 53,7 ±0,5 21,9 ±0,8 20,9 ±0,5 94,0 ±0,9

Замороженный сыр, продолжительность хранения 5 месяцев 50,1 ±0,4 23,7 ±0,8 22,6 ±0,5 94,1 ±0,9

В процессе сушки при повышении температуры теплоносителя наблюдается снижение количества влаги в сыре, однако при этом происходит и снижение содержания жира. Это явление объясняется его вытопкой под воздействием высоких температур. Значительней потеря жира происходит при температуре теплоносителя выше 160 °С, его содержание (по сравнению со свежим сыром) уменьшается в 1,9 раза.

При сушке изменяется не только количественное содержание жира, но происходят и качественные его изменения, главным из которых является окисление жира. Качественные изменения приводят к увеличению титруемой и активной кислотности (по сравнению со свежим сыром) (рис. 4).

Аналогичные изменения происходят и в замороженном сыре, но с меньшей интенсивностью.

Одним из показателей качества белка является переваривав-мость его протеолитическими ферментами. Высокая температурная

обработка несколько снижает значение показателя переваривае-мости. Действительно, казеин обладает максимальной переварива-емостью в нативном состоянии и любые денатурационные воздействия не изменяют или уменьшают скорость протеолиза.

Рассматривая динамику перевариваемости установили, что наибольшее значение показателя достигается при температуре теплоносителя 160 °С (рис. 5).

Результаты проведенных экспериментов показывают, что содержание свободных жирных кислот имеет тенденцию к' повышению, возможно это объясняется разрывом оболочек жировых шариков при замораживании.

В процессе замораживания и последующего хранения в сыре происходят медленные изменения, влияющие на качество продукта. В частности наблюдается увеличение кислотного и перекисного чисел с одновременным уменьшением йодного числа (рис. 6). Од-Ш1К0 изменения эти столь незначительны, что можно сделать вывод о возможности замораживания и хранения сыра в течение б месяцев.

Качество жира после кратковременной тепловой обработки теплоносителем температурой 100...200 °С практически не изменяется (рис. 7, 8).

Технологическая схема получения сухого сыра в порошке

На основании полученных данных предложена новая технология производства сухого адыгейского сыра в порошке.

Технологический процесс производства сухого адыгейского сыра в порошке состоит из следующих основных стадий: приемки сырья, предварительной' его обработки, сушки и измельчения продукта, хранения сухого сыра (рис. 9).

Предварительная обработка сырья может осуществляться двумя способами. Особенностью первого способа является гранулирование свежего сыра перед сушкой. Если по каким-либо причинам сыр невозможно перерабатывать непосредственно после приемки, то используется второй способ. В этом случае свежий сыр замораживают при температуре воздуха минус 18 °С и хранят при этой же температуре в . течение 5 месяцев, а после размораживания гранулируют.

Суика и окончательное измельчение продукта осуществляются одновременно. В работе рекомендовано проводить сушку при температуре теплоносителя 120...160 °С. Сухой сыр хранится упакованным в течение одного года при температуре воздуха минус 4...20 °С и относительной влажности воздуха не более 85 7..

Органолептические показатели

Анализ дегустационных оценок экспериментальных сиров в баллах показал, что режимы тепловой обработки в различной

пени снижают органолептическую оценку сыров. Сыр, выработанный при температуре теплоносителя 160 °С, получил высшую балльную оценку.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенного анализа конструкций сушильного оборудования й способов производства сухого сыра в порошке дано обоснование необходимости создания малогабаритных сушильных установок для переработки продуктов с высоким содержанием белка.

2. "Экспериментально установлено, что одним из эффективных методов обезвоживания сыра является вихревая сушка с измельчением. Выявлены преимущества этого вида сушки, позволяющие интенсифицировать процесс за счет применения высоких температур.

3. Предложен комбинированный аппарат для одновременной сушки и измельчения сыра. Интенсификация процесса сушки осуществляется за счет применения роторного измельчителя, установленного в нижней части вихревой сушильной камеры.

4. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель процессов сушки и измельчения сыра, позволяющая выбрать наилучшие параметры указанных процессов для получения требуемых выходных характеристик продукта.

5. На основании математической модели процессов сушки и измельчения и гидродинамических характеристик движения частиц в потоке теплоносителя разработана методика инженерного расчета аппарата, позволяющая определить конструктивные параметры вихревой камеры1 и измельчителя, а также выбрать соответствую-шие данной конструкции аппарата реяимы сушки и измельчения.

6. Определена взаимосвязь температурных режимов сушки, начального и конечного влагосодержания продукта на основании решения критериального уравнения.

7. Разработана технология производства сухого адыгейского сыра в порошке, обоснованы основные этапы технологического процесса.

8. Определены основные физико-химические показатели продукта на отдельных стадиях технологического процесса. Показано влияние низких и высоких температур на качество молочного жира, содержащегося в сыре. На основании полученных данных предложен рациональный технологический режим сушки.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Куцакова В.Е., Марков Н.Б., Хутиева Е.С. Влияние температурных режимов сушки измельченного сыра на конечное влагосодержание продукта // Тез. докл. IV Всесоюзной науч-

но-технической конференции "Разработка комбинированных продуктов питания (медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация)". - Кемерово, 1991. - С. 110.

2. Куцакова В.Е., ХутиеваЕ.С. Влияние технологических режимов переработки адыгейского сыра на его физико-химические показатели // В кн.: Повышение эффективности холодильной обработки и хранения пищевых продуктов. - Санкт-Петербург: СПбТИХП, 1992. - С. 25.

3. Куцакова В.Е., Хутиева Е.С., Капустин Л. А: Выбор режима процесса сушки сыра с целью получения продукта высокого качества. // Молочная промышленность.- 1S93.- N 3. - С. 27.

Список условных обозначений Лг - критерий Архимеда; Е - симплекс влагосодержаний; О - температурный симплекс; Ко - критерий Коссовича; Fo - критерий Фурье;

Gc - производительность аппарата по сухому продукту, кг/с;

L - массовый расход воздуха, itr/c;

WB - скорость теплоносителя, м/с;

Vy - окружная скорость на концах зубцов диска, м/с;

а - угол раскрытия диффузора вихревого аппарата,

п - частота вращения вала двигателя, об/с;

рм - плотность материала, кг/м3;

а2 - высота зубца, м;

h2 - саг зубцов, м;

Zd - количество дисков на валу;

к - коэффициент, учитывающий неравномерность питания; bd.ld. D " основные геометрические размеры измельчителя, м.

Рис. 1. Комплексная схема проведения .исследований

4

ч

й

Г7

IЛ и

№Мт

ФЗ

Рлс.2. Схема лабораторной установки для сушки и измельчения сыра. I - камера; 2 - гранулятор; 3 - теплогенератор;

г

Р /

¡V

0'

Рио.З. Профиль газовой струи в оечешга камерц вихревого аппарата

рН

к;т

£90 280 270 260 2Щ т п у

/

/ \

Г-

о т т ■№ т мо 200

t 'С

п

Рис.4. Изменение активной и титруемой ■ кислотности в зависимости от температуря теплоносителя

Рис.5. Динамика изменения переварияаемости

2 3 4 Я? пес

Рис.6. Изменение йодного, перекпсного, кислотного чисел б зависимости от продолжительности хранения

<=Г>

^ 38 36

4 &

X-

0

5 б?

V 0,20 0/5 0,Ю 005

\

и \ \ X

N N

14

\

О

100 1Ю 1Ю 160 150 200 t "С.

Рис.7. Изменение йодного, перекисного чисел в зависимости от температуры теплоносителя. 1,4 - продолжительность храпения 0 мес.: 2,5 - продолжительность хранения 0,03 мес.; 3,6 - продолжительность хранения 5 мес.

100 120 КО 160 180 г00

Рис.8. Изменение килпотного числе в зависимости от температуры теплоносителя. I - продолжительность хранения 0 мес.; 2 - продолжительность хранения 0,03 мес.: 3 - продолжительность хранения 5 мое.

ПРИЕМКА СЫРЬЯ

ЗАМОРАЖИВАНИЕ Ь * -18 °С ; X « 4 часа

ХРАНЕНИЕ -18 ■ 1...150 сут

ГРАНУЛИРОВАНИЕ ПРОДУКТА с1э Б ш

СУШКА И ОКОНЧАТЕЛЬНОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ПРОДУКТА ^х=160 °С; с1э«1 мм

УПАКОВКА т ■ 60 г

ХРАНЕНИЕ ..20 °С; X - 380 оут

Рис. 9. Технологическая схема процесса производства сухого адыгейского сыра в пооошкв

Подписано к печати 28.06.93. Формат 60x84 1/16. Бум.газетная. Печать офсетная. Печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ » 529.

Малое предприятие "ТеплоКон" Санкт-Петербургского ордена Трудового Красного Знамени технологического института холодильной промышленности. 191002, Санкт-Петербург, ул.Ломоносова,9