Охлаждение молока в потоке

Охлаждение молока в потоке

Тимошенко В.Н. – доктор с.-х. наук, профессор;

Музыка А.А. – кандидат с.-х. наук, доцент;

Песоцкий Н.И. – кандидат с.-х. наук.

(РУП «НПЦ НАН Беларуси по животноводству, г. Жодино)

 

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ МОЛОКА В ПОТОКЕ

Качество молока сегодня — это не констатация соответствия или несоответствия показателя требованиям стандарта. Это четкая система мероприятий, предупреждающих причину и определяющих пути устранения возможных отклонений от нормы.

Охлаждение молока на ферме имеет две основные цели:

— замедлить развитие бактерий в молоке;

— продлить срок нахождения молока на ферме, чтобы снизить затраты на его транспортировку.

При высокой температуре бактерии в молоке размножаются очень быстро, и даже молоко с изначально низким содержанием бактерий быстро скисает. В целом, рост бактерий в молоке и молочных продуктах намного уменьшается при охлаждении ниже 10°C, а при температуре 3-4°C полностью прекращается практически вся деятельность.

Чтобы получить высококачественное молоко, необходимо строго соблюдать правила санитарной гигиены. Очень важным является замедление роста бактерий во время хранения. При температуре тела бактерии в молоке размножаются очень быстро и молоко, даже произведенное в определенных гигиеничных условиях, сохранит хорошее качество в течение 15–20 часов.

В тканях вымени продуцируются вещества, обладающие выраженным бактерицидным действием. Под влиянием этих бактерицидных веществ большинство микроорганизмов, проникших в вымя, погибает, однако отдельные устойчивые виды сохраняют жизнеспособность. К таким устойчивым видам относят микрококки и, в частности, стафилококки. Таким образом, микрококки могут рассматриваться как постоянная микрофлора вымени. Бактерицидными свойствами обладает только свежевыдоенное молоко, в котором свою активность бактерицидные вещества сохраняют в течение некоторого времени. Период активного действия в молоке бактерицидных веществ называется бактерицидной фазой.

Продолжительность бактерицидной фазы молока

Температура хранения, оС

Продолжительность

бактерицидной фазы, ч

37 2
30 3
25 6
10 9
5 15

Длительность бактерицидной фазы зависит от начального количества бактерий в молоке, скорости охлаждения и температуры хранения. По её окончании бактерии размножаются в геометрической прогрессии. Продлить бактерицидную фазу можно путем соблюдения санитарных норм и правил, но главное — быстрое охлаждение молока до + 4…6 оС.   Удлинение бактерицидной фазы даёт возможность дольше хранить молоко свежим, снизить материальные потери из-за ухудшения качества молока при хранении, а также на транспортировку молока на молокоперерабатывающее предприятие (вывозить молоко на переработку не после каждой дойки, а раз в сутки)

Рост числа бактерий в качественном молоке

Температура

хранения, оС

Через 24 часа

Через 48 часов

Через 72 часа

4,4 4000 5000 8000
10 15000 125000 6000000
15 1600000 33000000 326000000

Однако существенна не только температура хранения. Время, необходимое для достижения температуры хранения, также крайне важно.  Первой условно критической точкой охлаждения молока является температура +10°C, при достижении которой все процессы, связанные с ростом и развитием бактерий, существенно замедляются. При достижении температуры +4°C все негативные процессы в молоке практически полностью прекращаются на период до 48 часов. Этого времени вполне достаточно для осуществления плановых мероприятий по сбору молока и его последующей транспортировки переработчику.

Мгновенное охлаждение молока в потоке, еще до его поступления в танк-охладитель, позволяет сохранить качество продукта и его структуру, избежав «травмирования» при смешивании от разных доек.

Поэтому основным залогом качества продукции на молочных комплексах является наличие высококачественного холодильного оборудования. Как правило, для этой цели используются емкостные танки-охладители, которые позволяют эффективно охладить молоко до температуры +4 °С и тем самым предупредить развитие микрофлоры до момента его переработки. Однако, процесс охлаждения в танках-охладителях начинается только после их заполнения примерно на 10–30% от общего объема, что может продолжаться до 3,5 ч.  Все это время молоко, уже находящееся в танке-охладителе, не охлаждается, в результате чего бакобсемененность стремительно растет, существенно снижая сортность молока.

Увеличение количества молока и продолжительности дойки, а также высокий уровень молокоотдачи усложняют использование «стандартных» танков-охладителей.

Именно поэтому все большее применение находит оборудование, способное предельно быстро охлаждать молоко сразу после дойки, – установки мгновенного охлаждения молока в потоке.

Установки мгновенного охлаждения молока обеспечивают снижение температуры выдаиваемого молока с +34-36°С до +4°С за очень короткий промежуток времени (несколько минут), что позволяет сохранить исходное качество молока без увеличения содержания психротрофной и спорообразующей микрофлоры.

При смешивании молока одной температуры от разных доек качество молока не снижается. Такие установки не «травмируют» молоко длительным непрерывным перемешиванием, кроме того, мгновенное охлаждение не допускает изменения жировой фазы и накопления свободных жирных кислот.

Родоначальниками подобных систем принято считать американских производителей, так как именно в США производятся большие объемы молока.  В дальнейшем установки мгновенного охлаждения стали активно распространяться по всему миру.

Наиболее распространенная система мгновенного охлаждения в своей основе имеет пластинчатые теплообменники. Она используется в агрегатах, получивших название «чиллер» (англ. сhiller). Это холодильная машина, представляющая собой замкнутый контур, по которому с помощью компрессора осуществляется циркуляция вещества с очень низкой температурой кипения (фреоны R-22, R-404а). Этим фреоном и происходит охлаждение действующего хладоносителя, в качестве которого выступает, как правило, пропиленгликоль (смесь пропиленгликоля с водой). Возможны и другие варианты.

Непосредственный обмен теплом между молоком и пропиленгликолем происходит в пластинчатом теплообменнике (промежуточное и самое главное звено между чиллером и танком), представляющем собой набор пластин с многочисленными каналами из нержавеющей стали, соединенными между собой.  Процесс теплообмена происходит через эти пластины при встречном движении молока и хладоносителя. В зависимости от мощности чиллера и количества молока, проходящего в единицу времени, таких пластин может быть от 18 до 150, реже более.

По одной стороне такой пластины течет охлажденный пропиленгликоль, а по другой – молоко, которое, выходя из молокопровода, попадает через фильтр в пластинчатый охладитель.  В некоторых системах молоко и хладоноситель двигаются в разных направлениях, но охлаждение происходит гораздо эффективнее, когда направление потоков воды и хладоносителя совпадают.

После прохождения теплообменника температура молока снижается до +4°С, далее молоко перекачивается насосом в танк для хранения.

Существуют установки, также называемые чиллерами, где в качестве хладоносителя выступает ледяная вода с температурой, близкой к замерзанию. Здесь основным источником хладоносителя является так называемый льдогенератор.

В период между дойками в емкости генератора ледяной воды на трубках испарителя холодильной машины накапливается лед. Во время приема молока вода непрерывно прокачивается насосом по кругу через теплообменник, где, охлаждаясь, молоко отдает свое тепло воде. Далее по замкнутому кругу вода поступает в емкость со льдом, лед тает, и вода снова охлаждается. Молоко из молокопровода поступает в приемную емкость, оттуда насос перекачивает молоко через щелевой фильтр в теплообменник, там встречным потоком ледяной воды омываются наружные поверхности плоских спиральных каналов, по которым оно прокачивается и охлаждается до нужной температуры.  Причем происходит все это за считаные минуты. После завершения приемки молока в генераторе ледяной воды вновь начинает накапливаться лед, и цикл замыкается.

Одним из минусов систем, где в качестве хладоносителя используется ледяная вода, является ограничение по температуре замерзания: вода течет при температуре +1°С, и направить ее в теплообменник с температурой ниже нельзя. Кроме того, при большом потоке молока нужен большой объем ледяной воды. Так, для нормального теплообмена поток охлаждающей жидкости должен в два раза превышать объем молока. А вот пропиленгликоль при работе чиллера охлаждается до нужной температуры непрерывно, соответственно и нужно его значительно меньше. В итоге разница в габаритах систем не в пользу льдогенераторов.

Есть и еще один важный нюанс при использовании льдогенераторов – лед, намороженный между дойками, имеет ограниченные объемы, и если в начале дойки вода поступает нужной температуры (около 0°С), так как льда много, то к концу лед тает, и вода, охлаждающая последнюю партию молока, уже не такая холодная.  Это снижает эффективность охлаждения молока в начале и в конце дойки. Для комплексов с большими объемами производства такие системы подходят меньше, чем те, где в качестве хладоносителя служит пропиленгликоль, температура которого всегда близка к 0°С .

Как показывает практика, льдогенераторы при трехразовом доении не всегда успевают наморозить достаточное количество льда между дойками. Кроме того, чиллеры с пропиленгликолем не работают между дойками и выключаются, как только прекращается поток молока, что с точки зрения экономии электроэнергии еще выгоднее. К тому же помимо ледяной воды можно использовать в чиллерах и артезианскую воду. В этом случае есть возможность значительно понизить начальную температуру молока и тем самым сократить энергозатраты на охлаждение и проектную стоимость охладительного оборудования. А вода из скважины после теплообменника может использоваться для выпойки и прочих технических нужд.

Альтернативой чиллерам служит другой тип системы охлаждения молока, где используется не пластинчатый, а коаксиальный теплообменник. Это примерно 12 м трубопровода из нержавеющей стали, закрученного в спираль и выполненного по принципу «труба в трубе».  При этом молочный поток движется по внутренней трубе диаметром 40 см, а хладоноситель – по внешней диаметром 52 см. Хладоносителем в такой системе выступает вода: либо ледяная, вырабатываемая льдогенератором, либо обычная проточная, подаваемая насосом из артезианской скважины. Как только начинается дойка, во внешнюю трубу поступает вода и охлаждает молоко. На систему, как правило, устанавливают реле времени, позволяющее после остановки молочного насоса еще какое-то время прогонять холодную воду, чтобы следующая партия молока попала на охлажденную поверхность трубы. Кроме того, в коаксиальном теплообменнике для более длительного контакта молока с водой на молочный насос можно установить инвертор – электронное устройство, позволяющее регулировать скорость вращения молочного насоса и соответственно скорость прохождения молока через устройство охлаждения.

Минусом такого теплообменника выступает более медленное и менее эффективное, чем в пластинчатом, охлаждение молока. В этом случае молоко поступает в танк-охладитель, предварительно охладившись до температуры +5-8 °С в зависимости от хладоносителя.

Однако несмотря на то, что площадь теплообмена в коаксиальном теплообменнике существенно меньше, чем в пластинчатом, полное время охлаждения молока в танке-охладителе до +4°С с использованием коаксиального теплообменника не превышает 15 минут. Кроме того, с коаксиальным теплообменником также возможно сбросить температуру молока до +4°С к моменту попадания в танк, если установить параллельно или последовательно не одну, а две такие трубопроводные системы.

Коаксиальные системы мгновенного охлаждения молока существенно дешевле чиллерных. Так,  стоимость самого коаксиального теплообменника не превышает 2 тыс. евро. Если используется генератор ледяной воды, то к этой сумме добавляется еще около двух десятков тыс. евро. При использовании проточной воды затраты идут только на нее. В то время как чиллеры с пластинчатыми теплообменниками стоят на порядок дороже – десятки тысяч евро.

Но главным преимуществом коаксиальных теплообменников является простота конструкции, которая обуславливает не только легкость монтажа, но и эффективность промывки такого оборудования.

Основной недостаток пластинчатых теплообменников в том, что они в силу своей конструкции являются естественным дросселем на линии промывки и промываются сложно.   Для соблюдения требований к качеству молока их приходиться время от времени разбирать для промывки. После трех-четырех лет эксплуатации при постоянных сборках-разборках такие теплообменники уже невозможно собрать без протечек. Коаксиальные же до крайности просты: диаметр молочной трубы, как правило, в них совпадает с диаметром самого молокопровода, поэтому промывается коаксиальный теплообменник в составе доильного оборудования и не требует никакого вмешательства в конструкцию при обслуживании. Таким образом, срок эксплуатации «коаксиалок» гораздо выше.

Минусом же коаксиальных теплообменников является больший по сравнению с пластинчатыми расход воды. И если в схемах с использованием льдогенератора этот объем фиксирован, и вода циркулирует по замкнутому кругу, то там, где в качестве хладоносителя служит проточная, взятая из скважины вода, появляется проблема ее расхода и сброса.

Такой минус можно превратить в плюс, если отработанную воду использовать, например, для поения животных. Необходимо только предусмотреть накопительные емкости, куда будет сбрасываться такая вода.

Что касается выбора систем мгновенного охлаждения молока, то среди зарубежных поставщиков наиболее активны на рынке GEA Farm Technologies (Германия), DeLaval (Швеция), Bou-Matic (США), «САК» (Дания), Wedholms (Швеция), Frigomilk (Италия), «Pаско» (Бельгия) и Serap (Франция). В основном все они предлагают чиллерное оборудование для охлаждения молока в потоке, и только последние две компании имеют в своем ассортименте коаксиальные системы.

 

Оставьте комментарий

Ваш email адрес не будет опубликован.Required fields are marked *