Охладители молока

Охлаждение молока
Охлаждение молока

Охлаждение молока на фермах

Сразу после дойки, парное молоко проходит первичную обработку. Правильное ее выполнение стабилизирует исходные характеристики продукта и способствует его сохранности, в т.ч., с эпидемической точки зрения. В комплекс воздействий входят: охлаждение и очистка молока на животноводческой ферме, а также его хранение.

Свежевыдоенное сырье поступает в молочный зал. Там его пропускают через фильтры из ваты или нетканого полотна. Затем доводят до температуры +4 град С, после чего продукт отправляется в хранилище. В качестве последнего обычно выступает танк-термос, оборудованный компрессорно-конденсаторным агрегатом. Процесс охлаждения молока на ферме должен начинаться не позднее, чем через 16 мин. (максимум – 20 мин.) после дойки.

Не менее популярным является и охлаждение молока на производстве. Поскольку завод не может сразу пустить на переработку весь объем привезенного сырья, то его приходится доохлаждать и хранить, согласно нормативным требованиям, в условиях пониженной температуры.

Охлаждение молока
рис. 1

Белая вкусная жидкость попадает на переработку не только с ферм. Кроме них, продукт сдают частные хозяйства. Предприятию экономически не выгодно устраивать у себя приемку для большого числа клиентов. Да и владельцам коров намного удобнее сдавать продукцию на месте. Поэтому, кроме охлаждения молока на заводе, организован такой же процесс в приемных пунктах. Они могут быть мобильными и стационарными, небольшими и покрупнее (рис. 1). Все зависит от местоположения сдатчиков и количества сырья, в зависимости от которого выбирается емкость для хранения.

Цель охлаждения молока

Методы охлаждения молока

На фермах, молокозаводах и приемных пунктах применяются различные способы охлаждения молока. Все их можно разделить на две категории: естественные и искусственные.

В первом случае, обходятся без холодильных установок. Например, на небольших фермах практикуется охлаждение молока водой. Этот способ предусматривает погружение бидонов с продуктом в бассейны со льдом, через который пускают проточную воду. Лед берется в чистых водоемах, из расчета 1 куб. м. на 1 тонну молока. Зимой можно нагнетать вентилятором холодный воздух снаружи. При правильной постановке дела и небольших сроках хранения, данные технологии оказываются весьма эффективными. Например, в бассейне, через час после погружения бидонов, температура молока понижается до +5 град С.

На средних и крупных фермах, молокозаводах и в приемных пунктах пользуются специальными аппаратами. Они бывают трех видов. К первым относятся пластинчатые (рис. 1) и трубчатые теплообменники для охлаждения молока в потоке. За счет специальной конструкции, обеспечивается быстрое понижение температуры сырья. Эти установки обычно ставятся на предварительном этапе, потому что молоко можно охладить только до температуры, на три градуса больше, чем температура охлаждающей жидкости.

Вторая группа агрегатов обеспечивает мгновенное охлаждение молока за счет того, что емкость с продуктом орошается водой при температуре около 0 град С. Такие устройства называются льдогенераторы или льдоаккумуляторы. Их отличительно особенностью является наличие хладоносителя. В качестве последнего выступает вода или рассол. Хладагент (фреон) намораживает лед, который охлаждает воду. Эта вода потом подается к цистерне с молоком и понижает температуру сырья.

Охлаждение молока
рис. 2
Охлаждение молока
рис. 3

К третьей группе относятся молочные ванны и танки (рис. 3). Подобные установки, как и льдогенераторы, обеспечивают любые режимы охлаждения молока, вплоть до оптимального, когда содержимое доводится до +4 град С и хранится в таком виде в течение 72 часов. Но температура продукта понижается не «мгновенно», а в течение 3-х часов, чего вполне достаточно, чтобы сырье полностью сохранило свои кондиции.

Назначение охлаждения молока

Все выше изложенное неизбежно приводит к вопросу: зачем нужны такие ухищрения? Ведь очистка и охлаждение молока удовольствие не из дешевых. На него расходуются время и трудовые ресурсы. Для эффективности процесса, надо закупить специальное оборудование и обеспечить его электроэнергией. А в некоторых случаях – и проточной водой. И, если с очисткой все понятно, то зачем еще и охлаждать?

Ответ простой. Молоко относится к скоропортящимся продуктам потому, что это идеальная среда для размножения патогенных микробов. (Как известно, бактерии лучше всего развиваются при температуре от +25 до +40 град С и показателе кислотности среды рН = 6,8-7,4. У молока первый параметр равен 35-37 град С, а второй лежит в пределах 6,4-6,8). Из-за этих самых микробов подарок от буренки в течение нескольких часов становится непригодным для переработки. Если рассмотреть подробнее те процессы, которые происходят в нем после дойки и очистки, то получится следующая картина.

Парное молоко содержит в себе микроорганизмы двух категорий. Первые, о которых говорилось ранее, это молочнокислые и другие вредные бактерии. Они содержатся в сырье изначально, а также попадают в него с рук доярки, стаканов аппарата, вымени коровы и даже из воздуха. Из-за них молоко прокисает и портится. Другие – антибиотики. К ним относятся антитела, ферменты, молозиво, лизоцим, белки-имунноглобулины. Эти вещества не дают размножаться бактериям. Поэтому сырье, полученное от коровы, в течение 2-х часов бактерицидное. Это значит, что в течение данного времени число вредных бактерий в нем остается неизменным, или незначительно растет, или даже вообще несколько понижается.

Длительность первой фазы изменения микрофлоры в молоке, которая так и называется, бактерицидной или статической, зависит от его температуры (Т):

  • Если Т сырья остается на уровне 37 град С, то бактерицидная фаза длится всего 2 часа.
  • При быстром понижении Т до 10 град С, рост числа бактерий задерживается до 36 часов.
  • Если Т молока будет равно 5 град С, то временной период 1-й фазы составляет 48 часов.
  • При Т = 0 град С, продолжительность статической фазы увеличится до 72 часов.

На практике, добиваются снижения температуры молока до +2 ,,, +4 град С. В этом случае, развитие молочнокислых бактерий полностью прекращается и срок хранения сырья также составляет 72 часа.

Каждый миллилитр парного молока обычно содержит порядка 11,5 тысяч микроорганизмов. В охлажденном до 5 град С сырье через 24 часа количество таких «невидимых вредителей» поднимается до 62 тысяч. Если температура остается на уровне 37 град С, то, за тот же период, их окажется 1 300 тысяч.

Кроме температуры, на длительность первой фазы влияет также исходное число вредных бактерий. Если, например, их количество окажется на несколько тысяч больше среднего значения, то продолжительность статической фазы, при той же температуре охлаждения молока, сократится приблизительно в 2 раза.  

Антибактериальные вещества, которые изначально присутствуют в парном молоке, постепенно разрушаются. Наступает вторая фаза – смешанная микрофлора. По времени она длится в пределах 12-18 часов. В этот период одни вредные микроорганизмы уже активно размножаются. А другие все еще ингибируются «полезными» бактериями. Микробы, портящие коровье сырье, по температуре развития в фазе смешанной микрофлоры, можно разделить на несколько групп:

  • Криофлора. Данные существа появляются в больших количествах в молоке, хранимом при Т не более +8 град С.
  • Мезофлора. Сюда входят многочисленные типы бактерий, активно размножающихся при Т в диапазоне от +10 до +35 град С.
  • Термофлора. Это микробы, которые «любят» Т более 40 град С – только в таких условиях возможна их нормальная жизнедеятельность.

Окончание фазы смешанной микрофлоры характеризуется тем, что молочнокислые бактерии начинают преобладать над всеми остальными видами микроорганизмов.

Третья фаза – молочнокислая. Ее наступление обусловлено хранением при Т более 10 град С. В этот период появившиеся в сырье в большом количестве молочнокислые бактерии подавляют жизнедеятельность прочих микроорганизмов. Если попытаться обработать молоко в начале данной фазы, то, вполне возможно, оно еще окажется пригодным для дальнейшего употребления. Если же продолжить его хранение при указанной температуре, то молоко сквашивается. Теперь это уже не жидкость, а кисломолочный продукт.

Четвертая фаза, заключительная – дрожжевых грибков и плесени. Молочнокислые бактерии погибают от действия своих же продуктов жизнедеятельности. Изменяется кислотность. Белки разлагаются, сгусток исчезает. Развиваются только дрожжи и плесень. Создаются оптимальные условия для появления гнилостных бактерий.

Таким образом, вывод можно сделать однозначный. Процесс охлаждения молока является необходимым этапом производства, без которого хранения сырья в течение 3-х суток просто невозможно.

Охлаждение молока
рис. 4

Но здесь возникает еще один вопрос. Хорошо, с парным разобрались. А зачем нужно охлаждение пастеризованного молока? Интерес не праздный. Пастеризация, как известно, представляет собой термообработку напитка без его кипячения. Там есть несколько режимов, они отличаются один от другого температурой нагрева и временем выдержки. Но суть одна – в итоге патогенные бактерии устраняются, полезные микроорганизмы остаются, органолептические характеристики не изменяются (рис. 4). Но, если вредные микробы умерли, то зачем тогда тратиться еще и на охлаждение молока?

Ответ и здесь лежит на поверхности. Пастеризация и охлаждение молока представляют собой два технологических этапа, без проведения которых никто не может дать гарантии в том, что напиток не содержит патогенные микроорганизмы в недопустимых количествах.

С одной стороны, охлаждение после дойки всего лишь позволяет хранить молоко в течение трех суток до его переработки. То есть, это во многом технологический и экономический фактор, потому что немедленная отправка сырья на завод сложна и невыгодна. Но потом подарок от буренки надо пастеризовать, потому что, при повышении температуры на разных этапах производства, микробы опять активизируются.

С другой стороны, пастеризация не уничтожает патогенную микрофлору на 100%. В молоке остаются вегетативные организмы, отличающиеся повышенной устойчивостью против нагрева. Без охлаждения они будут размножаться, что приведет к порче продукта или, как минимум, нарушению санитарно-гигиенических норм. Поэтому пастеризованное молоко охлаждают до Т менее 10 град С. Причем, делают это при помощи специальных устройств, потому что естественные методы (лед, холодная вода) не подходят, т.к. нагретое до 90 град молоко в таких условиях остывает недопустимо медленно. Сохранившиеся микроорганизмы успеют развиться до недопустимо большого количества.

Технология охлаждения молока

Системы охлаждения молока с компрессорно-конденсаторными агрегатами работают по одному и тому же принципу. Охлаждающее вещество (хладагент) подается в испаритель, где контактирует с продуктом (непосредственно или через промежуточную субстанцию - хладоноситель).  Температура сырья понижается за счет того, что хладагент изменяет свое агрегатное состояние, переходит из жидкости в газ (испаряется). Этот процесс сопровождается поглощением тепла, которое «отнимается» у молока. После хладагент перегоняется компрессором в конденсатор, где происходит обратное явление. Вещество переходит из газообразного состояния в жидкое (конденсируется), с выделением большого количества тепла. Последнее уходит в атмосферу либо используется на технологические нужды. К таким установкам относятся ванны с открывающимися крышками и танки, которые представляют собой установки охлаждения молока закрытого типа.

Агрегаты первой группы – это устройства непосредственного охлаждения. Они наиболее популярны, но не лишены некоторых недостатков. Главный из них – температура молока понижается до +4 град С не сразу, а через 3 часа. Поэтому на производстве нередко встречаются аппараты другого типа, использующие промежуточную субстанцию.

Установки для охлаждения молока с теплоносителем работают по тому же принципу, что и танки. Только здесь хладагент намораживает лед и действует не на молоко, а на воду, доводя ее почти до 0 град С (если вместо воды применить рассол, то можно добиться даже отрицательных значений). Ледяная вода орошает емкость с молоком и быстро понижает его температуру. Представители данной группы – льдогенераторы (льдоаккумуляторы)

Системы охлаждения молока в потоке работают проще. В эту категорию входят теплообменники. В них никакого изменения агрегатного состояния не происходит. Здесь продукт охлаждается за счет обычного обмена теплом, который происходит при контакте через тонкую перегородку между двумя жидкостями с разной температурой.

Все танки, ванны, льдоаккумуляторы и теплообменники для охлаждения молока объединяет то, что им требуется источник холода. В этом качестве на данный момент применяются следующие вещества.

Искусственные. Это фреоны (хладоны), синтезированные на базе насыщенных углеводородов (в основном, этана либо метана). Они безвредные для людей и безопасные в пожарном отношении, не образуют взрывчатых соединений. Главный минус, из-за которого некоторые из них (R-12, R-22) попали под запрет – разрушение озонового слоя.

Природные. К ним относятся вода, аммиак, углекислота, углеводороды. Аммиак признан вредным для человека, поэтому сейчас почти не применяется. Зато вода широко используется в качестве хладагента в теплообменниках и хладоносителя в льдогенераторах.

Оборудование для охлаждения молока

Оборудование для охлаждения и хранения молока в небольших хозяйствах – это, чаще всего, открытые ванны (рис. 5, 6). Они делаются вертикальными цилиндрическими или горизонтальными полукруглыми. Объем первых, в общем случае, поменьше, где-то до 2 тыс. л. молока, обычно не больше. Вторые могут быть покрупнее, до 5 тыс. л. И те, и другие оборудованы компрессорно-конденсаторными агрегатами. Их отличительная особенность – наличие верхних открывающихся крышек. Из-за этого, на охлаждение уходит больше энергии, по сравнению с герметичными аппаратами. Но на относительно малых объемах это практически не заметно. Зато такие устройства недорогие и не сложные в эксплуатации. Моются они вручную.

Охлаждение молока
рис. 5
Охлаждение молока
рис. 6
Охлаждение молока
рис. 7
Охлаждение молока
рис. 8

В крупных комплексах и фермах средней величины для охлаждения и хранения молока применяется оборудование несколько иное. Здесь предпочитают горизонтальные и вертикальные герметичные танки (рис. 7, 8). Это закрытые цистерны разных объемов, от небольших до 20 куб. м. и выше. Вертикальные резервуары для охлаждения молока, устанавливаемые под открытым небом, могут быть и на 50 куб. м.

Конструкция герметичной емкости для охлаждения молока показана на рис. 9. и 10.

Охлаждение молока
рис. 9
Охлаждение молока
рис. 10

Льдогенератор (рис. 11) – это установка, в которой с помощью фреона на решетке испарителя намораживается лед. Охлажденная этим льдом почти до 0 град С вода орошает емкость с молоком, за счет чего температура продукта понижается очень быстро. Нагревшаяся вода стекает на решетку со льдом, отдает ему свое тепло и снова возвращается в рабочее состояние. После этого процесс повторяется. Один из вариантов системы с льдогенератором показан на рис. 12. Нетрудно заметить, что в нем предусматривается наличие предварительного проточного теплообменника и молочного танка.

Охлаждение молока
рис. 11
Охлаждение молока
рис. 12

Самые популярные теплообменники для охлаждения в потоке – пластинчатые (рис. 13, 14). Холодная вода и теплое молоко подаются противотоком по смежным каналам между тонкими металлическими пластинами. Часто используются трубчатые (рис. 15, 16). Среди них распространены две конструкции. В первом случае, аппарат представляет собой две концентрические трубы. По одной течет продукт, по другой – холодная вода. Во втором – в трубе большого диаметра (или прямоугольной) набирается кассета из множества мелких трубок, концы которых выведены на опорную плиту и развальцованы. По трубкам течет молоко, между ними – вода. Система проточного охлаждения показана на рис. 17.

Охлаждение молока
рис. 13
Охлаждение молока
рис. 14
Охлаждение молока
рис. 15
Охлаждение молока
рис. 16
Охлаждение молока
рис. 17

Объем холодной воды, необходимой для охлаждения определенного количества молока за один проход, рассчитывается по формуле:

QВ = QМ * CМ * (TМН – TМК) / (CВ * (TВК – TВН))

Здесь Q с индексами В и М значит расход, соответственно, воды и молока. С – теплоемкость, Т – температура этих же веществ. Н и К – начальное и конечное значение.

На некоторых предприятиях используется чиллер для охлаждения молока. Он может применяться, как в агрегатах прямого действия, так и в установках с теплоносителем. Схема работы подобного устройства и его внешний вид показаны на рис. 18. и 19.

Охлаждение молока
рис. 18
Охлаждение молока
рис. 19

Хранение молока

В молочно-товарном производстве есть правило, которое гласит, что охлаждение и хранение молока должно проводиться в одной и той же емкости. Например, если температуру продукта понижали путем погружения заполненных фляг в бассейн со льдом и проточной водой, то, значит, надо оставить сырье на хранение в тех же флягах. Смысл заключается в том, что, во время переливания, в молоко могут попасть патогенные бактерии из воздуха, что не желательно.

Исходя из данного соображения, молочные танки, ввиду своей универсальности, являются наилучшим оборудованием, как для охлаждения молока, так и для его хранения. С их помощью можно в течение трех часов понизить температуру сырья с +36 град С до +4 град С. А затем, изменив программные настройки, поддерживать продукт в данном состоянии до 72 часов. Если температура молока повысится на 1 градус, блок управления автоматически включит в работу компрессорно-конденсаторный агрегат.

В настоящее время охлаждение молока, как и его хранение до отправки на переработку, не представляет большой проблемы. Все вопросы решены, за счет наличия на рынке широкого ассортимента специального оборудования, с помощью которого можно реализовать различные схемы, подходящие к конкретным условиям.