Совокупность процессов в машинах и аппаратах технологической линии есть, по существу, один большой процесс (поток). Несмотря на разнообразие технологий и машинно-аппаратурного оформления, общим для различных линий является то, что в них организован и функционирует непрерывный технологический поток преобразования исходного сырья в продукт. Такой поток имеет свои закономерности, которые необходимо знать, чтобы создавать высокоэффективные технологические линии. Конструкторское решение линии в целом должно определять конструкции отдельных машин и аппаратов. Отвлекаясь от конкретных технологий, рассмотрим строение и форму технологической операции и технологического потока, т.е. их морфологию.

Морфология технологической операции. Технологический поток состоит из различных технологических операций преобразования исходного сырья и процессов транспортирования его и промежуточных продуктов между операциями. Собственно технологические операции выполняют две функции: обработку объекта (технологический процесс) и подачу объекта обработки в рабочую зону (транспортный процесс). Комбинация технологического и транспортного процессов приводит к формированию четырех классов операций, предложенных Л.Н. Кошкиным.

В операциях I класса (рис. 5.2, а, б) технологическая обработка массы происходит только после завершения транспортной операции (подачи заготовки в рабочую зону), и наоборот, т.е. один процесс прерывается другим. Это операции дискретного действия.

Рис. 5.2. Операция I класса: а – схема операции; б – устройство для дозирования и формования массы в отливочной машине; 1 – бункер; 2 – корпус отливочной головки; 3 – золотник; 4 – мерный цилиндр; 5 – поршень; 6 – насадка; 7 – форма; 8 – ленточный конвейер

Производительность П₁ машин этого класса операций определяется длительностью Т_ц всего технологического цикла обработки объекта.

Цикл включает в себя продолжительности технологического Т_техн и транспортного Т_тр процессов:

П_I =1/Т_ц = 1/(Т_техн + Т_тр) = 1/(L_техн/v_техн + L_тр/v_тр),

где L_{техн и} L_тр – значения технологического и транспортного перемещений; v_техн и v_тр – технологическая и транспортная скорости.

Чтобы повысить производительность машин, предназначенных для выполнения операций I класса, необходимо сократить продолжительность как технологического, так и транспортного процессов, т.е. как Т_техн, так и Т_тр. Значения технологического и транспортного перемещений полностью определяются геометрическими размерами заготовок, поэтому уменьшение времени на выполнение технологического и транспортного процессов может быть достигнуто только увеличением соответствующих скоростей. Повышение же транспортной скорости ограничивается допустимыми значениями ускорений движения исполнительных органов машин, а увеличение технологической скорости – ее допустимыми значениями, определяемыми физико-механическими, теплофизическими и биохимическими свойствами, т.е. технологическими свойствами обрабатываемого материала. Эти обстоятельства и являются тормозом в повышении выпуска изделий машинами, реализующими операции I класса.

Таким образом, производительность машин, реализующих операции I класса, определяется продолжительностью Т_техн технологического процесса, продолжительностью Т_тр транспортирования обработанного продукта в машине.

Следовательно, длительность цикла Т_ц обусловлена технологическими параметрами операции и динамическими возможностями механизма перемещения продукта в зону обработки и из нее. Таким образом, производительность в каждом конкретном потоке для каждой конкретной операции задана однозначно и не может быть выбрана из условий экономической окупаемости производительности. По этой причине на базе операций I класса нецелесообразно компоновать машины и аппараты в автоматические линии (линии будущего). Другими словами, при компоновке таких линий обязательно окажется, что значение технологических L_техн и транспортных L_тр перемещений, а также технологических v_техн и транспортных v_тр скоростей разных операций в потоке будут различны. Неодинаковыми окажутся и циклы операций Т_ц, что обусловит различную производительность машин и аппаратов в потоке. Поэтому условие равной производительности, необходимое для объединения различных операций I класса в единый поток, не выполняется. Одинаковая производительность машин в таких линиях может быть лишь результатом случайного совпадения значений технологических параметров на разных операциях. Вероятность такого совпадения при более или менее значительном числе операций чрезвычайно мала. Итак, технологические операции I класса не могут служить основой для создания высокоэффективных линий.

Для операций II класса (рис. 5.3, а, б) характерно совпадение во времени транспортного и технологического процессов. Транспортный процесс становится непрерывным, а транспортная v_тр и технологическая v_техн скорости равны между собой.

Производительность П_II машин, реализующих операции II класса, определяется длительностью цикла Т_ц обработки сырья рабочими органами. Этот цикл равен отношению размера матрицы h к технологической или транспортной скорости

П_II = 1/Т_ц = 1/(h/v_техн) = 1/(h/v_тр).

Рис. 5.3. Операция II класса: а – схема операции; б – устройство для формования массы шнековым нагнетателем; 1 – ленточный конвейер; 2 – матрица; 3 – шнек; 4 – бункер

а)                                                                                                                                   б)

Чтобы повысить производительность машин, предназначенных для создания операций II класса, необходимо увеличить транспортную скорость, но поскольку транспортная скорость ограничена (а в пределе равна) технологической, то повышение производительности ограничивается допустимыми значениями технологической скорости, которая в свою очередь обусловлена технологическими свойствами обрабатываемой пищевой среды.

Таким образом, условием одинаковой производительности машин и аппаратов в линии, где реализуются только операции II класса, также является равенство продолжительности технологических циклов. Такое условие обеспечивается лишь в частных случаях. Поэтому вероятность совпадения значений производительности оборудования таких линий весьма мала. Существенным отличием операции II класса является то, что вследствие совмещения технологического и транспортного процессов во времени эти процессы не прерывают один другого и могут происходить непрерывно с постоянной скоростью. Значения скоростей технологического и транспортного процессов не ограничиваются предельными ускорениями деталей транспортирующих механизмов. Производительность операции II класса лимитируется лишь допустимым значением скорости течения технологического процесса. Поэтому высокая производительность сопряжена с жестким технологическим скоростным режимом, но в отличие от операций I класса высокая производительность уже совместима с оптимальными динамическими условиями работы механизмов. В этом заключается важное преимущество операций II класса, существенное с точки зрения коэффициента использования оборудования.

Операции III класса (рис. 5.4, а, б) отличаются от операций II класса независимостью между собой транспортного и технологического процессов. В этих операциях обработка объектов осуществляется при их непрерывном транспортировании совместно с рабочими органами через рабочую зону по какой-либо замкнутой траектории. Машины, созданные по этому принципу, получили название роторных, поскольку транспортный процесс первоначально был реализован как вращательное движение.

Рис. 5.4. Операция III класса: а – схема операции; б – устройство для дозирования массы продукта в виде жгута круглого сечения в роторной режущей машине; 1 – откидной нож; 2 – неподвижная направляющая; 3 – жгут продукта; 4 – ротор

а)                                                                                                                                                             б)

Производительность П_III машин для операций III класса, как и для операций II класса, определяется длительностью цикла Т_ц, равного отношению шага h выхода изделий к транспортной скорости v_тр:

П_III = 1/Т_ц = 1/(h/v_тр).

В отличие от операций II класса скорость транспортирования в операциях III класса не ограничивается технологической скоростью. Поэтому при создании машин, реализующих операции III класса, повышение производительности теоретически связано только с увеличением транспортной скорости. Практически же повышение производительности этих машин влечет увеличение длины технологической зоны, что необходимо для сохранения необходимой продолжительности технологической обработки объекта.

В операциях III класса, имеющих важное значение при организации автоматических линий, также важен характер соотношения между производительностью, динамическим режимом работы машин и технологическим режимом процесса. Если в операциях I класса высокая производительность несовместима с оптимальными технологическими и техническими режимами, а в операциях II класса – с оптимальными технологическими режимами, то в операциях III класса можно достичь высокой производительности без использования больших ускорений в механизмах привода и большой скорости технологического процесса. Иначе говоря, как бы ни была велика заданная производительность, она может быть достигнута в результате увеличения скорости транспортного процесса при сохранении любой достаточно малой или достаточно большой (оптимальной) скорости технологического процесса. Следовательно, возможности операций III класса с точки зрения производительности машин не ограничиваются как технологическими свойствами обрабатываемого сырья и промежуточного продукта, так и динамикой привода и рабочих органов машин. Это означает, что производительность машин, в которых осуществляются операции III класса, определяется лишь скоростью процесса транспортирования.

В автоматических линиях использование операций III класса весьма перспективно, поскольку при высокой (в пределе неограниченной) производительности могут быть сохранены оптимальные технологические и динамические режимы, которые обусловливают и технологическую, и конструктивную надежности. При этом, безусловно, обеспечиваются стабильное качество продукции, минимум простоев оборудования по разным причинам и максимальный коэффициент использования машин и аппаратов в технологической линии. Вот почему операции III класса наиболее пригодны для организации технологического потока.

Для операций IV класса (рис. 5.5, а, б) также характерна независимость скорости транспортного процесса от технологической скорости. В операциях IV класса заготовки обрабатываются при транспортировании через рабочую зону. Понятие «рабочий орган» заменяется понятием «рабочая среда», которая осуществляет технологическое воздействие непосредственно на весь поток, происходящий через рабочую зону. Более точно машины этого класса операций следует называть аппаратами.

Производительность машин П_IV для операций IV класса определяется длительностью цикла Т_ц выхода одного объекта и количеством п объектов в сечении потока:

П_IV = n(1/T_ц) = n[1/(h/v_тр)],

где h – шаг объектов в направлении вектора скорости.

а) б) Рис. 5.5. Операция IV класса: а – схема операции; б – устройство для сушки продукта; 1 – генератор инфракрасного излучения; 2 – воронка; 3 – продукт

При создании машин для операций IV класса повышение производительности может быть достигнуто как в результате увеличения транспортной скорости (при соответствующем удлинении зоны обработки), так и в результате увеличения в поперечном сечении потока количества объектов.

Таким образом, с помощью операций IV класса также можно создавать машины и аппараты любой производительности. Однако в этом случае повысить производительность оборудования можно не только интенсификацией транспортного процесса, но и увеличением числа обрабатываемых объектов в поперечном сечении потока. Следовательно, одинаковая производительность различных операций технологического потока может быть достигнута как путем соответствующего изменения скорости процесса транспортирования в этих операциях, так и путем соответствующего изменения поперечного сечения потока.

Операции IV класса, как и операции III класса, обеспечивают оптимальные условия объединения машин и аппаратов соответствующих конструкций в технологические комплексы, автоматические системы машин.

Итак, только два последних способа выполнения технологических и транспортных процессов, т.е. III и IV классы операций, могут быть в общем случае инженерной основой для создания высокоэффективных потоков в линиях. При этом только операции IV класса в наиболее полной мере соответствуют требованиям высшей формы автоматизма и непрерывности потока, т.е. поток, образованный из операции IV класса, наиболее близок к идеальному потоку.

Однако далеко не все технологические преобразования исходного продукта возможно осуществить в операциях IV класса. Прежде всего это касается формообразования, а также ориентирования, дозирования и других процессов.

Принципиальной основой для широкого осуществления комплексной автоматизации в пищевых и перерабатывающих отраслях АПК являются операции III класса. Теоретически многие технологические процессы возможно реализовать в операциях этого класса.

Вместе с тем технологии, предусматривающие операции III класса, все еще занимают скромное место даже в производствах, имеющих все предпосылки для этого. Поэтому важнейшей задачей комплексной автоматизации является ускорение создания широкого ряда машин для операции III класса и распространение их хотя бы на отдельные части линий.

Машины для операций III класса могут быть выполнены по двум конструктивным схемам – роторной и роторно-конвейерной. По роторной схеме рабочие органы закрепляют на жестких роторах, которые сообщают им необходимые транспортные перемещения, по роторно-конвейерной схеме рабочие органы монтируют на гибких замкнутых транспортных системах – конвейерах.

Необходимо подчеркнуть, что современные технологии разрабатывают без учета того, операции каких классов будут в ней реализованы. В результате этого технологический поток представляет собой набор операций разных классов. С этой точки зрения развитие такой технологии носит тупиковый характер. По-видимому, целесообразно еще на первых этапах разработки технологий предусматривать возможность ее реализации в операциях III и IV классов. Таким образом, речь идет о разработке роторных технологий или частей технологий, которые могут быть названы роторными. Признаками таких роторных технологий и роторных потоков должны быть: несложность структуры; малооперационность; стабильность свойств сырья и промежуточных продуктов, а также параметров окружающей среды; относительная простота рецептуры и формы изделия.

Можно утверждать, что роторная технология и роторный поток не содержат в своей природе противоречие, присущее всем остальным технологиям и потокам: производительность – качество. Это техническое противоречие раскрывается следующим образом: рост производительности ведет к снижению качества продукта, и наоборот. Именно в этом заключается препятствие к повышению производительности современных линий, как правило, базирующихся на операциях I и II классов.

Таковы особенности морфологии технологической операции.

Морфология технологического потока. Рассмотрим существующие и принципиально возможные технологические потоки с точки зрения наличия в них операций определенных классов (табл. 5.4).

В таблице помещена классификация технологических потоков, выполненная В.А. Панфиловым. Классификация создана на основе описанных выше классов операций.

Класс потока определяется наименьшим классом операции в нем. Достаточно даже одной такой операции, чтобы отнести поток к соответствующему классу. Например, в потоке (II) класса наименьшим является II класс операции. Тип потока определяется числом классов операций, его составляющих. Так, поток второго типа состоит только из операций двух каких-либо классов, а поток третьего типа состоит из операций любых трех классов.

Таблица 5.4. Классификация технологических потоков

Поток, содержащий операции более высокого класса, несомненно, прогрессивнее потока, который составляют операции более низкого класса.

Что же дает эта классификация технологических потоков? С ее помощью можно не только определить место конкретного потока среди всех возможных сочетаний классов операций, но и установить пути совершенствования потока при переходе из класса в класс и из типа в тип, имея в виду гипотетическую цель — поток (IV) класса первого типа, когда все операции в потоке только IV класса.

Благодаря такой классификации можно также четко различать поколения линий внутри классов и между классами, исходя из того, что всего возможно создать 15 поколений потока. И здесь важно не проходить поочередно все эти 15 поколений, а сознательно перешагивать через поколения. Таким образом, классификация позволяет принципиально выявить наиболее целесообразный путь достижения (IV) потока. Как видно, наиболее эффективные решения лежат в верхнем правом углу таблицы, а самый примитивный поток (I) в левом верхнем углу содержит все операции I класса. Преобразование потока (I) в поток (IV) практически идет через потоки второго, третьего и четвертого типов.

Современные технологии перерабатывающих производств – это преимущественно потоки, в которых наименьший I класс и частично II класс операций.

Известно, что подавляющее большинство линий работает десятки лет без существенной модернизации операций, поскольку цель развития линий не только не определена, но даже не просматривается.

Технологии пищевых и перерабатывающих производств — это комплекс операций механического, теплофизического, биохимического и химического воздействия на сельскохозяйственное сырье. Поэтому (III) и (IV) потоки не реальны. По-видимому, наиболее перспективным является поток (III…IV). Такой поток должен включать в себя все операции двух высших классов от дозирования исходного сырья до упаковки готовой продукции. Конечно, это линии далекого будущего, но их нужно себе представлять в виде идеальных целей и работать над их созданием.

Необходимо особо подчеркнуть, что развитие технологических потоков связано прежде всего со стабилизацией входов и выходов отдельных операций.

Задача эта не простая, в частности, потому, что сырье пищевых производств не обладает достаточно стабильными технологическими свойствами по самым разным причинам. И применение операций I класса в начале технологического потока позволяет в какой-то степени нивелировать свойства промежуточных продуктов путем варьирования как продолжительностью обработки, так и другими факторами, воздействующими на сырье (температура, давление и т.п.).

Часто, для того чтобы обеспечить непрерывность технологического потока в условиях нестабильности входов, операции I класса одного назначения функционируют параллельно и поочередно. Такое «запараллеливание» операций I класса применяется и в начале потока, и в середине, и в его конце. Это, конечно, усложняет как структуру потока, так и его компоненты. Таким образом, обеспечение стабильных технологических свойств исходного сырья — обязательное условие перехода к технологическим потокам высших классов.

Необходимость интенсивной работы над тем, чтобы перевести все потоки (I) класса во (II) класс, обусловлена еще и тем, что совершенствование потоков внутри (I) класса неизбежно ведет к созданию и применению робототехники, которая не может быть эффективна, поскольку, по существу, лишь модернизирует примитивные операции I класса. Применение робототехники в определенной мере задерживает создание технологических потоков (II) класса, в которых полностью отсутствуют операции I класса. Конечно, могут и должны быть исключения, но на них надо идти сознательно, рассматривая совершенствование технологии и техники внутри потоков (I) класса лишь как тактическую неизбежность, уступку обстоятельствам. Исследователь, конструктор и проектировщик должны ясно себе представить и предвидеть технологию и технику потоков (II) и (III) классов, где робот останется без работы.

Рис. 5.6. Схема строения технологических потоков с различными связями: а – жесткой; б – полужесткой; в – нежесткой

Организация технологического потока определяется не только качеством составляющих его операций, но и видом связей между его отдельными операциями и видом связи ветвей потока.

По виду связи между операциями любой технологический поток можно отнести к одному из трех типов (рис. 5.6).

Рассмотрим поток с жесткой связью. в этом потоке предусмотрена жесткая связь между выходом каждой предыдущей и входом каждой последующей операции. Естественно, что длительность цикла каждой операции должна быть одинаковой или кратной циклу ведущей операции или группы ведущих операций.

Поток с полужесткой связью содержит группы операций, имеющие жесткие связи лишь внутри группы. Между собой эти группы имеют гибкие связи в виде операции хранения. Конструктивно операция хранения реализуется в накопителях, бункерах, емкостях, ветвях контейнеров и т.д.

Рис. 5.7. Схема форм технологических потоков: а – неразветвленный; б – разветвленный сходящийся; в – разветвленный расходящийся; г – разветвленный с параллельными ветвями

Поток с нежесткой (гибкой) связью характеризуется тем, что операция хранения предполагается между каждыми двумя технологическими операциями.

По виду связи ветвей технологические потоки могут быть неразветвленные и разветвленные, причем последние содержат сходящиеся, расходящиеся и параллельные ветви (рис. 5.7).

В простейшем случае операции составляют одну цепочку – неразветвленный поток. Такой поток предназначен для преобразования преимущественно одного вида сырья в один вид продукции (выработка цельного молока, патоки из крахмала, овсяной крупы и т.д.).

Разветвленный сходящийся технологический поток формируется в процессе получения из нескольких видов сырья одного вида продукции (производство хлеба, сыра, пирожных и тортов, карамели с начинкой и т.д.).

Разветвленный расходящийся технологический поток возникает при изготовлении из одного вида сырья нескольких видов конечного продукта (получение белых столовых виноматериалов из винограда, муки первого и второго сорта при помоле пшеницы, шоколада, какао-масла и какао-порошка при переработке какао-бобов и т.д.).

Технологический поток с параллельными ветвями образуется в случае одновременного параллельного функционирования ряда идентичных операций из-за недостаточной их производительности против предшествующих, последующих или тех и других одновременно.

В разветвленном потоке можно выделить главные и вспомогательные ветви: на главной выполняются ведущие операции, а на вспомогательной – операции по изготовлению и мойке тары, дополнительных полуфабрикатов.

Таковы особенности морфологии технологического потока.

Проблемы развития технологического потока. Современные технологические потоки далеки от идеального потока по всем показателям.

Скорость потока при функционировании оборудования непостоянна на различных участках, а само функционирование периодически прерывается из-за вмешательства человека.

Плотность потока также неодинакова на всех участках и весьма мала вследствие больших расстояний между объектами обработки, а их положение не является оптимальным.

На отдельных участках производства имеются неподвижные запасы незавершенной продукции, находящиеся в неориентированном состоянии. Поэтому в состав линии входят накопители самых разных конструкций и устройства для ориентации объектов обработки.

Требования к идеальному потоку и реальное состояние оборудования технологических линий позволяют сформулировать проблемы развития пищевой технологии и пищевого машиностроения. Подчеркнем, что это – проблемы создания идеальных потоков. Но даже частичное решение этих проблем может иметь очень большое значение для совершенствования производства того или иного пищевого продукта.

Первая проблема – это осуществление одинаковой производительности на всех операциях, объединенных в технологический поток. При неодинаковой производительности каждой операции межоперационная передача объектов обработки превращается из простого перемещения их по одной и той же траектории в распределение на несколько ручьев при переходе от более производительных машин к менее производительным или, наоборот, в слияние нескольких ручьев в общий поток. Это приводит к значительному удорожанию машинно-аппаратурного оформления технологического потока. Поскольку длительность цикла каждой операции в потоке, как правило, различна, то и одинаковая производительность машин и аппаратов в линии не обеспечивается.

Не решает проблемы и выравнивание производительностей технологических машин по наименьшей производительности, так как в этом случае более производительное оборудование оказывается недогруженным и часть рабочего времени простаивает или работает с пониженной производительностью.

Решение проблемы неодинаковой производительности заключается в устранении зависимости качества продукции от скорости технологического потока. Только это позволит иметь на всех операциях одинаковую свободно выбираемую производительность. Речь идет о полном разрешении основного технического противоречия непрерывного производства: производительность – качество продукции.

Вторая проблема – сохранение коэффициента использования машин при увеличении числа объединяемых в технологический поток операций. Эта проблема состоит в том, что при объединении существующих машин и аппаратов в линию остановка каждой из них приводит к остановке всей линии и, следовательно, к снижению коэффициента ее использования. Очевидно, что начиная с некоторого числа операций нецелесообразен переход от раздельных машин к линиям.

Не является решением вопроса и создание запасов объектов обработки, позволяющим каждой машине работать независимо от остановок других машин и сохранять, таким образом, свой коэффициент использования. Применение накопителей резко удорожает стоимость передающих устройств. Кроме того, создание накопителей, не выполняющих необходимые технологические функции, не только бесполезно, но и вредно, ибо в результате этого увеличиваются производственный цикл, объем незавершенного производства и размеры площадей. Применение накопителей уже делает поток не непрерывным, что противоречит условию идеального технологического потока – постоянная скорость на всем его протяжении.

Решение проблемы состоит, с одной стороны, в сжатии технологии во времени и пространстве, а с другой – в повышении надежности оборудования.

Третья проблема – универсальность машин и аппаратов, позволяющая обрабатывать сырье с различными физико-механическими свойствами и выпускать изделия разной формы. Сущность этой проблемы состоит в том, что машины, аппараты и тем более линии обеспечивают обычно производство лишь одного конкретного изделия данной геометрической формы из одного набора сырья. Снятие с производства данного пищевого продукта и переход к выпуску нового приводят к прекращению использования линии и к необходимости создания новой или усовершенствования ранее известной. При отсутствии универсальности линий потребовалось бы бесчисленное множество специальных линий для каждого пищевого продукта. Учитывая постоянную смену самих объектов производства и тенденцию к ее ускорению, можно сделать вывод о невозможности производства пищевых продуктов на основе специальных линий.

Решение проблемы универсальности машин и аппаратов состоит в создании линий, осуществляющих одновременное изготовление различных номенклатур изделий, что обеспечивает равномерный выпуск каждой номенклатуры и полностью устраняет частые переналадки линий. Примером такой линии является линия производства конфет «Ассорти», когда одновременно вырабатываются изделия разной формы и с разной начинкой.

Четвертая проблема – непродолжительность времени выпуска конкретного продукта, обусловленная малой потребностью или необходимостью большого ассортимента. Ее решение предполагает обеспечение универсальности линий относительно исходного сырья и формы изделия. Однако только универсальность линий не может быть достаточным условием для решения этой проблемы. Ведь смена объектов производства может стать настолько частой, а периоды производства настолько короткими, что потери времени на переоснастку машин будут приводить к недопустимым снижениям коэффициента использования и фактической производительности линии.

Решение этой проблемы с учетом того, что рост частоты смены объектов производства представляет собой одну из общих тенденций развития технологии и техники, должно состоять в полном устранении потерь рабочего времени при переходе к выпуску на линии нового продукта. Реализация этого требования предполагает не только автоматическую смену рабочих органов машин без прекращения нормального движения потока, но и непрерывную адаптацию межоперационных транспортных устройств к сменяющимся объектам обработки.

Пятая проблема состоит в том, чтобы созданный идеальный технологический поток был рентабельным. Дело в том, что переход к идеальной системе машин часто технически возможен, но экономически нецелесообразен, так как затраты могут быть больше экономического эффекта от эксплуатации. Исключение необходимо делать для опасных и вредных производств, где основным критерием является не экономический эффект, а безопасность человека и его здоровье.

Как известно, для объединения технологических машин в высокоэффективную линию нужны межоперационные транспортные, управляющие, контролирующие и другие вспомогательные устройства. Все эти устройства не повышают производительности, а стоимость их примерно такая же, как самих технологических машин, что приводит к удорожанию линии и удлинению срока ее окупаемости настолько, что она изнашивается физически, а чаще морально раньше, чем окупается.

Таким образом, для обеспечения эффективности разрабатываемой системы машин и аппаратов необходимо использовать такие технологические машины, производительность которых может быть любой и определяться экономической окупаемостью.

Рассмотренные выше пять проблем развития технологического потока, в сущности, показывают направления создания новых линий. При этом методически важно сформулировать идеальные цели, а затем, исходя из реальных обстоятельств и возможностей, решать соответствующие задачи.

Этот подход значительно целесообразнее традиционного усовершенствования технологии и техники.

Условия переработки сельскохозяйственного сырья и получения продуктов питания, конструкции рабочих органов машин и аппаратов, оптимальные режимы их функционирования определяются совокупностью физико-химических и биохимических свойств пищевых сред. Можно выделить две группы свойств, общих для пищевых сред: показатели качества продуктов питания и показатели технологических свойств сырья и полуфабрикатов на всех стадиях технологического процесса.

Показатели качества продуктов питания. Эти показатели характеризуют потребительские свойства продуктов, основные из которых – пищевая ценность, доброкачественность и благоприятное воздействие на органы чувств человека.

Пищевая ценность определяется калорийностью и биологической полезностью продукта питания и зависит от содержания в нем полезных веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов, микроэлементов и др.

Доброкачественность пищевой продукции – это безусловная безвредность ее при употреблении в пищу. Доброкачественность обеспечивается либо путем отбраковки негодной продукции, либо очисткой сырья и полуфабрикатов от посторонних примесей. Если по результатам лабораторных анализов установлено, что в сырье или продукции содержатся вредные вещества, например ядовитые химические соединения, болезнетворные микроорганизмы и т.п., то такое сырье или продукция подлежат отбраковке.

В любом пищевом производстве значительная часть технологических операций связана с отделением полезных веществ обрабатываемой среды от посторонних примесей, например неорганических частиц почвы, остатков скелетных структур растений и животных. Продукция признается годной, если содержание в ней посторонних примесей не превышает установленных норм.

Во время потребления пищевой продукт оказывает воздействие на основные внешние чувства человека: зрение, обоняние, осязание, слух, а также может вызывать боль.

Эстетика пищевых продуктов – это красота формы и цвета изделий, а также их художественная отделка. При визуальном восприятии жидких пищевых продуктов особое внимание обращается на их цвет и прозрачность, а продукция в виде твердых тел характеризуется геометрическими размерами, формой, блеском, эстетичностью внешнего вида и др.

Вкусовые качества продуктов питания определяются органолептическими свойствами: сладостью, свежестью, запахом, консистенцией и др. При потреблении пищевой продукт вызывает у человека следующие ощущения: мягкость и твердость, нежность и прочность, шероховатость и зернистость, сочность и хруст и т. п. Комплекс этих ощущений и обусловливает предпочтение потребителем данного пищевого продукта или отказ от него.

Показатели технологических свойств сырья и полуфабрикатов. При функционировании линии осуществляется последовательное выполнение технологических операций, направленных на преобразование потребительских свойств исходного сырья в потребительские свойства готовой продукции. Однако в процессе преобразования этих потребительских свойств на первый план выступают показатели технологических свойств сырья и полуфабрикатов, которые определяют условия проведения каждой конкретной технологической операции. Технологические показатели свойств пищевых сред формируются под влиянием особенностей сельскохозяйственного производства сырья растительного и животного происхождения. Такими показателями, прежде всего, являются структурно-механические и теплофизические, а также биохимические характеристики этих пищевых сред.

Структурно-механические свойства пищевых сред. Эти свойства можно классифицировать по характеру приложения к продукту внешних усилий и вызываемым ими деформациям: сдвиговые свойства проявляются при воздействии касательных усилий, компрессионные – при воздействии нормальных усилий и поверхностные – при сдвиге или отрыве продукта от твердой поверхности. При этом поверхностные явления, возникающие в межфазных разделах дисперсных гетерогенных систем и характеризующие внутреннюю структуру продукта, в последней группе свойств рассматриваются только частично. В каждой группе свойств может существовать множество показателей: вязкость, пределы текучести, периоды релаксации, модули упругости, коэффициенты внешнего трения и т.п.

Рассмотрим основные признаки пищевых сред (сырья, полуфабрикатов и продукта), которые могут быть положены в основу их классификации, учитывающей в первую очередь главный фактор – реакцию объектов переработки на внешние механические воздействия.

Большинство пищевых сред представляют собой дисперсные системы. При всем разнообразии пищевых продуктов на разных стадиях их технологий они, как правило, гетерогенны, т.е. характеризуются наличием поверхности раздела между различными фазами (твердыми, жидкими и газообразными).

Преимущественное значение среди дисперсных систем, нашедших применение в пищевой промышленности, имеют системы, содержащие твердые фазы. Однако в пищевой промышленности находят применение также и дисперсные системы, образуемые сочетанием в различных соотношениях жидких и газообразных фаз. Сюда относятся, в частности, все виды эмульсий, пен, газированных жидкостей и т.п.

Особый интерес представляют такие пищевые дисперсные системы, межфазная поверхность которых сильно развита, а концентрация твердой фазы в жидкой или газовой среде достаточно велика. Такие системы находят очень широкое применение в пищевой промышленности, а процессы, связанные с их преобразованием, занимают значительное место в современных технологиях продуктов питания. К числу таких систем относятся все виды высокодисперсных порошков (сахарная пудра, мука, крахмал, порошок какао, сода, сухая патока и т.п.), высококонцетрированные двух- и трехфазные системы (пасты и суспензии, мучное тесто, шоколадные и конфетные массы, мясные фарши, сбивные кондитерские массы и тому подобные пищевые среды).

Вместе с тем большинство сырьевых пищевых материалов, полуфабрикатов и готовых продуктов также являются высококонцетрированными дисперсными системами с сильно развитой межфазной поверхностью (микрогетерогенность). Сильно развитая межфазная поверхность и высокая концентрация дисперсной фазы характерна, например, для таких резко различающихся по своим потребительским свойствам продуктов, как сыры и творожные массы, все виды овощей, мясные продукты, хлеб и мучные кондитерские изделия и т.п.

Свойства высококонцетрированных микрогетерогенных дисперсных систем определяются свойствами образующихся в них структур. Возникновение таких структур в дисперсных системах есть результат сильно развитой межфазной поверхности и высокой концентрации дисперсных фаз. Вследствие увеличения концентрации и дисперсности твердых фаз в жидких и газовых дисперсионных средах соответственно возрастает величина активной межфазной поверхности, а вместе с тем растет и свободная поверхностная энергия на границе раздела фаз и, следовательно, увеличивается роль молекулярных сил сцепления между частицами. В результате проявления молекулярных сил сцепления частиц друг с другом в высококонцентрированных микрогетерогенных системах самопроизвольно возникают агрегаты из частиц и пространственные трехмерные структуры.

Главный фактор, определяющий поведение таких структур в условиях воздействия на них внешних сил, есть соотношение между сцеплением частиц дисперсных фаз в структуре и интенсивностью внешних механических воздействий на дисперсные системы. Отсюда следует, что прочность (или энергия) связей, характеризующая величину сил сцепления между частицами, и число таких связей в единице объема структуры, с одной стороны, и интенсивность (мощность) механического воздействия на структуру, образованную сцепление частиц дисперсных фаз в жидких или газовых дисперсионных средах, с другой стороны, есть фактор, составляющий основу для строгого физического подхода к определению параметров внешних механических воздействий на структурированные пищевые дисперсные системы, обрабатываемые в машинах и аппаратах с внешним подводом механической энергии.

Прочность связей (контактов) между частицами твердых фаз зависит от физико-химической природы поверхности частиц и дисперсионной среды. В соответствии с представлениями физико-химической механики и физико-химии дисперсных систем в дисперсных системах возникают в основном структуры трех типов в зависимости от вида контактов между частицами твердых фаз:

I тип – структуры с непосредственными точечными (атомными) контактами, образующимися в высокодисперсных порошках;

II тип – структуры с так называемыми коагуляционными контактами. Они образуются между частицами твердых фаз, разделенными прослойками жидкой дисперсионной среды, равновесная фиксированная толщина которых соответствует минимуму свободной поверхностной энергии;

III тип – структуры конденсационные (кристаллизационные) с истинными фазовыми контактами, образующимися после отверждения прослойки между частицами твердых фаз (в результате кристаллизации или полимеризации), при спекании или пластической деформации частиц (при прессовании порошков).

Контакты I и II типа характеризуются полной обратимостью, т.е. восстанавливаются после разрушения практически до первоначального уровня по прочности. Структуры с контактами III типа разрушаются необратимо под действием внешних сил и возникающих от них напряжений. Обратимые по прочности структуры с контактами «точечного» и коагуляционного типа играют важнейшую роль в массообменных процессах в пищевых дисперсных системах. Дело в том, что процесс структурообразования протекает, как правило, в несколько периодов, причем начальный период характеризуется преобладанием структур с обратимыми по прочности контактами I или II типа, а завершается формирование структуры возникновением необратимо разрушающихся истинных фазовых контактов (контакты III типа). В процессах механической обработки пищевых дисперсных систем приходится иметь дело с необходимостью разрушения дисперсных структур, образуемых практически всеми типами контактов между частицами дисперсных фаз.

Таким образом, при всем огромном разнообразии пищевых сред условия их переработки с применением различных механических воздействий зависят от того, какой тип структуры является преобладающим, какова энергия (прочность) связей между частицами, каковы деформативные свойства частиц и контактов между ними, а также число связей между частицами, т.е. контактов в единице объема структуры.

Основными физическими характеристиками, определяющими реакцию пищевых дисперсных систем на механические воздействия, являются реологические свойства сырья, полуфабрикатов и готовых изделий.

При обработке (течении) неньютоновских (аномально-вязких) жидкостей, к которым относится большинство пищевых масс, преимущественно проявляются сдвиговые свойства, их вязкость не остается величиной постоянной; она зависит от напряжения сдвига и градиента скорости. Тогда пользуются понятием «эффективная вязкость», которая вычисляется для фиксированных значений напряжения и градиента скорости:

,

где m_эф – эффективная вязкость, т.е. мера сопротивления течению жидкости, Па×с;

θ – напряжение сдвига, т.е. сопротивление тела действию приложенной силы, Па,

– скорость сдвиговой деформации, т.е. первая производная от относительной деформации слоев тела при сдвиге, с ^{– 1}.

Эффективная вязкость является итоговой характеристикой среды, которая описывает равновесное состояние между процессами разрушения и восстановления структуры в установившемся потоке.

Компрессионные свойства пищевых сред проявляются в замкнутом объеме при воздействии на них нормальных усилий. При этом основное внимание следует уделить упруго-пластическим, прочностным свойствам, закономерностям изменения плотности среды от давления, процессам релаксации напряжений в среде и ее ползучести.

К этой группе технологических свойств пищевых сред следует также отнести адгезию, или прилипание. Это явление возникает при контакте двух разнородных тел, которое происходит на границе раздела фаз. Адгезия относится к поверхностным явлениям и обусловлена свойствами границы раздела фаз, в частности поверхностной энергией. Она характеризует связь между двумя телами. Адгезия возникает при контакте двух твердых тел, а также при контакте жидкостей с твердыми телами. Она определяет связь пищевых сред с поверхностями технологического оборудования (рабочие органы машин, стенки емкостей машин и аппаратов, поверхности конвейеров, входящие в контакт с пищевой средой, внутренние поверхности трубопроводов и т.д.) и выступает как сопутствующее явление по отношению практически ко всем пищевым средам (сырью, полуфабрикатам, готовому продукту).

Величина адгезии зависит от площади контакта между двумя телами и величиной связи между ними, приходящейся на единицу площади контакта.

В подавляющем большинстве (но не во всех) технологических процессов адгезия рассматривается как отрицательное явление, и инженеры разрабатывают пути снижения адгезии пищевых сред.

Пищевые среды (включая сырье, полуфабрикаты и продукт) в зависимости от состава, дисперсного строения и структуры обладают различными реологическими свойствами и текстурными отличительными признаками (табл. 5.1).

Образование и изменение структур пищевых сред, обусловленное технологическими процессами, приводит к формированию высококонцентрированных дисперсных систем, обладающих наиболее сложными реологическими свойствами (табл.5.2 и 5.3).

Теплофизические свойства пищевых сред. Пищевые среды имеют свойства коллоидных капиллярно-пористых тел (тесто, хлеб, зерно, кондитерские изделия и др.), свойства коллоидных тел, гидрофильных в виде растворов, гелей и студней, и свойства кристаллических тел (сахар, соль).

Исходное сырье при переработке в конечные продукты подвергается процессам охлаждения и нагревания, сушки и увлажнения, воздействию сильных электрических полей и различных излучений: инфракрасного, полей СВЧ, ультрафиолетового.

Теплофизические свойства пищевых сред обусловлены молекулярными взаимодействиями с окружающей средой по внешней и внутренней поверхности раздела фаз и процессами коагуляции и желирования (например, мармелад).

По величине молекулярных сил сцепления все тела делят на две группы: тела, обладающие малой молекулярной концентрацией – малыми молекулярными силами сцепления (пары и газы), и тела, обладающие значительными силами молекулярного сцепления (жидкости и твердые тела). Часто жидкости называют предельно сгущенными газами.

У жидких и твердых тел силы молекулярного сцепления примерно одинаковы, и различие между твердым телом и жидкостью определяется дальним или ближним порядком расположения структурных ячеек (атомов, ионов, молекул).

Таблица 5.1. Классификация пищевых сред по реологическим свойствам
и текстурным признакам

Таблица 5.2. Типы дисперсных систем пищевых сред

Таблица 5.3. Сложные дисперсные системы пищевых сред

Деление пищевых сред на твердые и жидкие условно, так как процессы, протекающие в них, происходят с изменением агрегатного состояния всего тела или отдельных составляющих его (переход жидкости в пар, конденсация пара в жидкость, кристаллизация, сублимация и т.д.)

Для оценки тепловых свойств пищевых сред преимущественно используют следующие величины, называемые теплофизическими характеристиками:

с – удельная теплоемкость среды, которая характеризует интенсивность изменения температуры тела при его нагревании или охлаждении, Дж/ (кг×К);

λ – коэффициент теплопроводности, который характеризует способность тела проводить тепло, Вт/(м×К);

а – коэффициент температуропроводности, который характеризует теплоинерционные свойства пищевых сред или скорость выравнивания температуры (продвижения изотермы) в различных точках температурного поля, м²/с.

Эти теплофизические характеристики связывает зависимость

с = λ / (а∙ρ),

где ρ – плотность среды, кг/м³.

Закономерности перемещения тепла и влаги в коллоидных капиллярно-пористых телах (влажных средах) должны учитывать связи влаги с материалом, так как с изменением характера связи влаги изменяются физические свойства тела. Все влажные среды можно разделить на три типа:

I тип – коллоидные тела – это эластичные гели, которые при удалении влаги значительно изменяют свои размеры (сжимаются), но сохраняют свои эластичные свойства;

II тип – капиллярно-пористые тела или, как их часто называют, хрупкие гели – это такие среды, которые при удалении влаги становятся хрупкими, мало сжимаются и могут быть превращены в порошок;

III тип – коллоидные капиллярно-пористые тела – среды, обладающие свойствами двух первых тел; стенки их капилляров эластичны и при поглощении влаги изменяются (мука, крахмал, зерно и т.п.).

Коллоидные тела обладают огромной внутренней поверхностью, поэтому отличаются большой адсорбционной способностью: они адсорбируют на своей поверхности ионы электролитов, молекулы растворителя и т.д. Вследствие адсорбции ионов коллоидная частица имеет определенный заряд. Коллоидная частица с адсорбционным слоем и зарядом называется мицеллой. Жидкость может находиться на поверхности мицеллы, а также проникать внутрь ее.

Эластичные гели поглощают наиболее близкие по полярности жидкости, при этом они увеличивают свои размеры – набухают.

По классификации П.А. Ребиндера различают следующие формы связи влаги с материалом: химически связанную влагу, адсорбционную, капиллярную и влагу набухания.

Химически связанная – это влага, наиболее прочно связанная с материалом. Она не удаляется из материала при его тепловой сушке.

Адсорбционная влага – это жидкость, удерживаемая молекулярным силовым полем по лиофильным группам у поверхности раздела частиц (мицелл) с окружающей средой. Эта жидкость входит в общее количество влаги набухания. Адсорбционная влага прочно связана с материалом, ее иногда называют связанной влагой. Адсорбционная влага перемещается в виде пара, т.е. жидкость, адсорбированная на внутренних поверхностях, испаряется и затем диффундирует в виде пара.

Капиллярная влага – это влага, находящаяся в узких порах материала – капиллярах. Влага микрокапилляров заполняет капилляры, средний радиус которых меньше 10^–7 м. Жидкость может заполнять любые микрокапилляры не только при непосредственном соприкосновении с нею, но и путем сорбции из влажного воздуха. Влага макрокапилляров находится в капиллярах, средний радиус которых больше 10^–7 м. В капиллярно-пористых телах перемещение влаги происходит в виде жидкости и в виде пара. Для пищевых сред в процессах сушки, увлажнения, выпечки и др. следует учитывать характер связи влаги с материалом, так как с изменением вида связи могут изменяться физические свойства материала.

Влага набухания – структурная влага, поглощаемая сложно построенной мицеллой. Влага набухания состоит из влаги осмотической и иммобилизованной (захваченной при формировании структуры тела).

Теплофизические свойства определенной пищевой среды зависят от ее агрегатного состояния. В процессах сублимации, испарения, нагрева, кристаллизации пищевые среды имеют свойства жидких, твердых и газообразных тел, и переход из одного агрегатного состояния в другое может сопровождаться изменением теплофизических характеристик.

Биохимические свойства пищевых сред. Вся продукция растениеводства, животноводства, а также морепродукты есть живые организмы. При их развитии и формировании белки, жиры, углеводы и микроэлементы накапливаются и распределяются по анатомическим частям согласно индивидуальным природным особенностям того или иного организма.

Биохимические свойства пищевых сред определяются не только его химическим составом и распределением химических веществ по анатомическим частям, но и активностью ферментов. В процессах хранения и переработки биохимические свойства пищевых сред могут существенно изменяться благодаря воздействию тепла и влаги. Клетка растительного или животного сырья с термодинамической точки зрения является открытой системой. Поэтому обмен с окружающей средой ведет к распаду одних и синтезу других веществ. Эти процессы регулируются ферментной системой, их интенсивность зависит от влажности, температуры и кислотности пищевой среды.

Итак, реологические свойства, текстура, теплофизические и биохимические характеристики пищевых сред определяют закономерности взаимосвязи и взаимозависимости между совокупностью воздействий (механических, гидромеханических, термических, биохимических и др.) рабочих органов и рабочих сред машин и аппаратов, составляющих линию, и реакциями на эти воздействия сырья, полуфабрикатов и готовых изделий. Именно эти закономерности определяют параметры технологических процессов и конструкцию рабочих органов машин и аппаратов.

В заключение этого параграфа необходимо сказать, что исторически создание техники пищевых производств шло по пути адаптации конструкций машин и аппаратов к технологическим свойствам пищевых сред. Сегодня становится очевидным, что возможности такой адаптации во многом исчерпаны. Наступает период адаптации технологических свойств пищевых сред путем селекционной работы и методами генной инженерии к техническим возможностям пищевых технологий. Эта адаптация должна привести к значительному упрощению как машинных технологий в целом, так и конструкций отдельных машин и аппаратов.

Таким образом, если процесс создания новой, прогрессивной техники для пищевых производств рассматривать как процесс управления конструкциями машин и аппаратов и приспособления их к технологическим свойствам обрабатываемых пищевых сред, то создание новых сортов растений и пород животных, обладающих необходимыми технологическими свойствами, есть проблема управления этими свойствами.

В настоящее время эта проблема является важнейшей и останется таковой в обозрительном будущем. Вот почему инженеры-механики совместно с технологами и специалистами по автоматизации пищевых производств должны не только создавать новую технику, но и формулировать свои требования к технологическим свойствам пищевых сред и работать в тесном контакте со специалистами сельского хозяйства.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Рыбные консервы – пищевые продукты, уложенные в герметичную тару и стерилизованные нагревом до температуры, достаточной для подавления жизнедеятельности микроорганизмов. Различают следующие виды рыбных консервов:

– натуральные консервы из рыбы в собственном соку, бульоне или желе;

– консервы в томатном соусе из обжаренной, бланшированной, подсушенной или сырой рыбы;

– консервы в масле из копченой, бланшированной, подсушенной или обжаренной рыбы;

– рыбоовощные консервы, в состав которых наряду с рыбой  входят обжаренные овощи;

– рыбные тефтели, паштеты и фарш.

Натуральные рыбные консервы изготавливают из свежей, охлажденной или мороженой рыбы. Во всех случаях рыбу разделывают на куски или используют цельные тушки, которые плотно укладывают в банки. При выработке консервов из лососевых рыб (кета, горбуша, нерпа, чавыча, голец и др.), скумбрии, палтуса, сельди и тресковой печени в банки с рыбой добавляют горький и душистый перец, лавровый лист. При изготовлении консервов из скумбрии ее бланшируют паром при температуре 90…95 °С в течение 15…20 мин, в банки добавляют бульон, сваренный из получаемых при разделке этой рыбы голов и прихвостовых кусочков. Натуральные консервы из рыб, имеющих нежное мясо (салака, сайра, угорь и др.), вырабатывают в желе для сохранения целостности кусков рыбы и придания готовой продукции хорошего товарного вида.

Для приготовления рыбных консервов используют банки, сделанные из жести, алюминия или стекла. Банки из металла делают цилиндрической, овальной, эллиптической и прямоугольной формы, а стеклянные – только цилиндрической. Для изготовления жестяной тары используется жесть толщиной 0,2…0,22 мм, покрытая оловом (белая жесть).

Особенности производства и потребления готовой продукции. На производство натуральных консервов направляют только свежее или охлажденное сырье не ниже 1-го сорта. Недостатком этих консервов считают потерю механической прочности после стерилизации, поэтому наиболее ценные консервы из лососевых рыб можно готовить только в желирующих заливках. Заливка при застывании склеивает куски и сохраняет их целостность при транспортировании.

Вся выловленная рыба проходит выдержку в специальных бункерах с пересыпкой льдом общим слоем до 0,8 м при температуре рыбы 1,5…4 °С. После выдержки рыбу разделывают, удаляя все внутренности и несъедобные части, отделяя голову и отрезая плавники. Головы рекомендуется удалять на головоотсекающих машинах, а икру извлекать вручную. У океанических рыб разрешается оставлять чешую, а у скумбрии и ставриды срезают боковые и хвостовые жучки.

Для разделки на автоматах рыба должна быть рассортирована по размеру. После разделки на автоматах во всех случаях необходима ее ручная доработка и мойка. При этом количество отходов колеблется в пределах 1,5…6,0 % в зависимости от точности работы автомата.

Подготовленную тушку режут на рыборезке на куски, соответствующие высоте банки, и их укладывают в нее с одновременным дозированием соли. Нормой считают 345 г рыбы и 5 г соли в учетную банку. При изготовлении натуральных консервов из ставриды и скумбрии в банку дополнительно вносят перец горький и душистый по одной горошине на банку и лавровый лист площадью 4 см².

Пройдя контроль массы и укладки, наполненные рыбой банки поступают для герметизации на вакуум-закаточную машину, а затем на стерилизацию. Стерилизуют натуральные консервы при температуре 112 °С в течение 80 мин или при температуре 120 °С в течение 40 мин.

Порядок приготовления натуральных консервов с добавлением бульона (в желирующих заливках) аналогичен процессу приготовления натуральных консервов без добавок. Норма закладки рыбы 240…280 г на четную банку, а остальные (до 350 г) – заливка.

Для приготовления желирующего бульона используют отходы от разделки рыбы (головы, плавники, кости). На 1000 учетных банок расходуют около 70 кг отходов. Отходы моют, заливают водой и варят до полного разваривания. Полученный бульон фильтруют и добавляют в соответствии с рецептурой компоненты (в том числе уксусную кислоту, соль, сахар и агар). Агар используется с целью увеличения клейкости и прочности желеобразного студня. Бульон с внесенными компонентами вновь нагревается и подается на заливку. Банки герметизируют и стерилизуют при температуре 112 °С в течение 65 мин.

Технология приготовления натуральных консервов с добавлением масла такая же, как и натуральных без добавок и с добавлением бульона. Рыбу нагревают в банках до температуры 100 °С, не сливая бульона, и добавляют масло. Норма закладки рыбы составляет 335 г, масла 10 г и соли 5 г на учетную банку. Банки герметизируют и стерилизуют при температуре 112 °С.

В процессе хранения консервов на складе происходит их созревание, заключающееся в равномерном распределении соли в содержимом банки и впитывании в ткани рыбы выделившегося бульона. Минимальный срок созревания – один месяц.

Стадии технологического процесса. Основными стадиями производства натуральных рыбных консервов являются:

– разделка и мойка рыбы;

– порционирование (резание на куски);

– прошпаривание банок;

– фасование рыбы и посол;

– эксгаустирование и закатка банок;

– стерилизация;

– охлаждение и хранение.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для разделки и мойки рыбы, в состав которого входят головоотсекающая машина, рыборазделочный автомат (с вакуумным всасыванием внутренностей), моющие машины (роторного, вентиляторного и конвейерного типов).

В состав линии входит комплекс оборудования для порционирования рыбы, состоящий из порционирующих машин, а также комплекс оборудования для прошпаривания банок.

Ведущим является комплекс оборудования для фасования и посола рыбы, в состав которого входят набивочные машины и соледозаторы.

Далее следует  комплекс оборудования для эксгаустирования и закатки банок, состоящий из вакуум-закаточных машин.

Завершающим является комплекс оборудования для стерилизации консервов, состоящий из автоклавов периодического или непрерывного действия.

Далее следует финишный комплекс оборудования для охлаждения и хранения готовой продукции, состоящий из инспекционного конвейера, охладителя, конвейера и склада.

На рис. 4.10 представлена машинно-аппаратурная схема линии производства рыбных консервов.

Устройство и принцип действия линии. Рыбу разделывают на этой линии в два приема. Вначале на головоотсекающей машине 1 от рыбы отделяют голову и на конвейере 2 через образовавшийся срез вынимают ястыки с икрой. Затем на рыборазделочном автомате 3 с нее срезают плавники, вскрывают брюшко и вынимают внутренности.

Из рыборазделочного автомата 3 тушки рыбы поступают на моющий транспортер 4, а затем в порционирующую машину 6 через столы 5 для зачистки рыбы. В порционирующей машине 6 тушки рыбы режут на куски, соответствующие размеру банок. Куски рыбы передаются на набивочные автоматы 8, которые засыпают солью и пряностями в предварительно прошпаренные банки в шпарительном автомате 7, а затем укладывают в них рыбу срезами кусков вверх.

При выходе из набивочных автоматов 8 банки с рыбой подаются  на предварительную закатку в клинчер 9, а затем на вакуум-закаточный автомат 10. Закатанные банки по транспортеру попадают в моечную машину 11 и затем  укладываются на однорядные сетки 12.

Рис. 4.15. Машинно-аппаратурная схема линии производства рыбных консервов

Сетки с банкоукладчиком 13 устанавливают на вагонетки 14 и по рельсовому пути 15 вкатывают в горизонтальные аппараты 16 для стерилизации. Стерилизованные консервы подвергают горячему контролю на конвейере 17, а затем охлаждают холодной водой в ванне с конвейером 18. Охлажденные консервы направляют на склад для хранения и отправки на реализацию.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Сыр – мягкая, прочная или связанная полутвердая отформованная масса, образованная в результате ферментативного свертывания молока, выделения сырной массы с последующей ее обработкой и созреванием.

Сыр – один из самых биологически полноценных продуктов питания, считающимся идеальным концентратом молока. В зависимости от вида сыров массовая доля сухих веществ в них может составлять 45…65 %, белков – 15…30 %, жиров – 9…32 %. Сыры имеют высокую энергетическую ценность – 2500…3900 ккал/кг.

Пищевая ценность сыра обусловлена высокой концентрацией в нем молочных белков и жира, наличием необходимых человеческому организму свободных аминокислот (в том числе, незаменимых), жирных и других органических кислот, витаминов, микроэлементов и минеральных веществ, особенно солей кальция и фосфора.

Многочисленный ассортимент сыров разделяют по видам микроорганизмов, участвующих в образовании сыра, технологическим режимам производства, текстурным признакам и содержанию жира.

Сыры делят на кисломолочные и сычужные. Кисломолочные сыры типа адыгейского вырабатывают при помощи заквасок, состоящих из кисломолочных бактерий, с образованием мягкой или слегка плотной консистенции продукта. Сычужные сыры производят при участии свертывающих молоко сычужных ферментов.

По технологическим режимам производства различают сычужные, сычужно-кислотные, рассольные сычужные, а также плавленые и переработанные сыры. Большинство сыров вырабатывают с применением низкой температуры второго нагревания (38…42 °С), меньше с высокой – (50…60 °С).

Некоторые сыры используют на пищевые цели после длительного созревания (не менее 2 мес.), а другие, например кисломолочные и отдельные виды мягких сыров, в свежем виде.

По текстурным признакам производят следующие виды сычужных сыров:

– твердые сыры (российский, швейцарский, костромской, голландский и др.);

– мягкие сыры (смоленский, любительский, рокфор, брынза и др.);

– плавленые колбасные, пастообразные и другие сыры (колбасный копченный, «Дружба», «Янтарь» и др.).

В зависимости от вида сыры выпускаются различной формы (брусок, цилиндр, диск), размеров и массы (от 0,8…1,5 кг до 50…100 кг). Поверхность сыра может быть в виде прочной сухой корки, покрытой парафиново-полимерными сплавами, или со слабой коркой либо без корки – это сыры созревающие в полимерных пленках.

Качество изготовленных сыров оценивают по следующим характеристикам:

– физико-химические показатели (массовые доли влаги, жира, поваренной соли; активная кислотность и др.);

– органолептические показатели (вкус и запах, консистенция, рисунок на разрезе, цвет теста и внешний вид);

– форма, геометрические размеры и масса головок или брусов сыра.

Исходным сырьем для производства сыра может быть только молоко, отвечающее особым требованиям сыропригодности – довольно широкому и комплексному понятию. Сыропригодность характеризуется нормальным физико-химическим составом с незначительным микробиологическим обсеменением свежего молока, полученного от здоровых животных в условиях правильного кормления коров и строгого соблюдения санитарно-гигиенических и ветеринарных правил при его получении, транспортировании и хранении.

Для подготовки (созревания) молока к выработке сыра применяют бактериальные закваски и препараты, а для свертывания молока – растворы сычужных ферментов. В состав микрофлоры бактериальных заквасок и препаратов включают молочнокислые бактерии в виде специально подобранных и подготовленных комбинаций.

Молочнокислые бактерии выполняют в сыре следующие функции:

– преобразуют основные компоненты молока (лактозу, белки, жир) в соединения, обуславливающие вкусовые и ароматические свойства сыра, его питательную и биологическую ценность;

– активизируют действие молокосвертывающих ферментов, стимулируют формирование структуры и эффективность обезвоживания сычужного сгустка;

– принимают участие в формировании  рисунка сыра и его консистенции;

– создают неблагоприятные условия для развития посторонней микрофлоры.

Для свертывания молока в сыроделии применяют молокосвертывающие ферменты животного происхождения: сычужный фермент и пепсин, а также ферментные препараты на их основе. Сычужный фермент получают из желудков (сычугов) молочных телят, ягнят и козлят. Он представляет собой смесь ферментов химозина (реннина) и пепсина.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Предприятия сыродельной промышленности размещаются в регионах, климатические условия которых, породы и рацион кормления животных позволяют получать молоко, отвечающее требованиям сыропригодности. Технологические линии по производству сыра обычно имеют производительности, рассчитанные на переработку 25, 50 или 100 тонн молока в смену.

Технология сыра основана на концентрации сухих веществ молока, физико-химических и биологических превращениях в молоке и сырной массе, протекающих под действием ферментных систем молока, молокосвертывающегося препарата и ферментов продуцируемых микроорганизмами молока и бактериальных заквасок.

Свежевыдоенное (парное) молоко содержит бактерицидные вещества (например, лактенин), перешедшие из крови. Они сохраняются в молоке определенное время, тормозят и подавляют развитие молочнокислых бактерий и другой микрофлоры. Поэтому при производстве сыра выполняют подготовку молока – созревания. Сущность созревания молока заключается в выдержке его при пониженной температуре для активизации (размножения) полезной молочной микрофлоры. Это создает благоприятные условия для развития микрофлоры заквасок, ускоряет свертывание молока под воздействием сычужного фермента, ускоряет технологический процесс производства и созревания сыра, а также повышает его качество.

Концентрация сухих веществ молока (белков и жира) в сыре зависит от уровня обезвоживания сгустка в процессе образования свежей сырной массы – сырного зерна. В сгустке содержится 87…89 % влаги и интенсивность ее выделения зависит от кислотности сгустка и температуры сырной массы.

Для достижения влажности свежей сырной массы 50…60 % при выработке мягких сыров основным фактором эффективного выделения сыворотки из сгустка является его кислотность. Из-за нее белковые частицы слабее удерживают влагу, и сыворотка легче выделяется из сырных зерен.

Плотная консистенция твердых сычужных сыров обусловлена сравнительно высоким содержанием сычужных веществ. Поэтому для получения твердых сыров необходима свежая сырная масса, содержащая 38…47 %. Такое значительное обезвоживание сырной массы обеспечивается не только повышением кислотности сгустка, но и тепловой обработкой продукта. Для этого кроме нагревания молочной смеси при свертывании (первое нагревание) производят второе нагревание сырной массы после предварительного выделения сыворотки из сгустка.

При производстве твердых сычужных сыров применяется два уровня температур второго нагревания сырной массы: низкая температура, соответствующая 38…42 °С, т.е. выше температуры свертывания молока на 6…8 °С, и высокая температура – 50…60 °С. Величины температур до которых нагреваются молочная смесь и сырная масса, существенно влияют на состав и количество микрофлоры сырной массы, ферментативную активность микроорганизмов и другие факторы, влияющие на процесс созревания сыра.

Сыр как готовый продукт приобретает присущие ему физико-химический состав и органолептические свойства в результате изменения составных частей свежей сырной массы в процессе ее созревания.

Сыр приобретает наряду с общим сырным вкусом и запахом специфические для каждого вида сыра привкусы и аромат, соответствующий рисунок среза (глазки), нежную эластичную консистенцию.

При созревании сыров в результате биохимических реакций происходит выделение газов (углекислый газ, водород, аммиак и др.). Эти газы, накапливаясь в пустотах между спрессованными сырными зернами, раздвигают массу, в результате чего образуется рисунок сыра – глазки.

Стадии технологического процесса. Производство сыра можно разделить на следующие стадии и основные операции:

– приемка молока, сортирование по качеству и измерение количества принятого молока;

– очистка от механических примесей, охлаждение и резервирование молока;

– сепарирование, нормализация, пастеризация и созревание молока;

– подготовка молока к свертыванию;

– свертывание молока;

– обработка сгустка и сырного зерна;

– формование сыра;

– самопрессование и прессование сыра;

– посолка сыра;

– созревание сыра;

– сортирование, маркирование и упаковывание сыра.

Характеристика комплексов оборудования. Линия производства твердого сычужного сыра начинается с комплекса оборудования для подготовки сырого молока к переработке, включающего самовсасывающие насосы, счетчики-расходомеры, фильтры, воздухоотделители, охладительную установку и резервуары для хранения молока. Далее по ходу технологического процесса предусмотрен комплекс оборудования для получения нормализованного пастеризованного молока, содержащей насосы, сепаратор-сливкоотделитель или сепаратор-нормализатор, дозаторы компонентов молочной смеси, пластинчатую пастеризационно-охладительную установку, резервуары для нормализации, созревания и хранения молока.

Следующий комплекс оборудования предназначен для получения сырной массы и обработки сырного зерна, в состав которого входят сыродельная ванна с дозаторами компонентов и препаратов, устройствами для разрезания сгустка, вымешивания и нагревания сырного зерна, а также насос сырного зерна.

Ведущим является комплекс оборудования для образования сыра, который содержит формовочные аппараты, прессы, маркировочное устройство, контейнеры для посолки и созревания сыра, машины для мойки и обсушки сыра, а также оборудование для транспортирования и хранения сыра при обработке и созревании.

В завершающий комплекс входит оборудование для нанесения на сыр защитного покрытия: парафинеры, машины для упаковывания сыра в полимерные пленки и в торговую тару, а также оборудование для транспортирования и хранения сыра при созревании на межзаводских сырохранилищах, базах и холодильниках.

Машинно-аппаратурная схема линии производства твердых брусков сыров типа голландского показана на рис. 4.9.

Устройство и принцип действия линии. После проверки качества сыропригодное молоко перекачивают самовсасывающим насосом 1 через фильтр 2 и счетчик-расходомер 3 в резервуар для хранения молока 4. Для выработки сыра молоко из резервуара 4 насосом 5 направляют в пластинчатый теплообменник 6 и нагревают до температуры 35…45 °С. Далее молоко поступает через сепаратор-молокоочиститель 7 и пластинчатый охладитель 8 в резервуар 9 для созревания при температуре 8…12 °С в течение 10…14 часов.

Нормализация и пастеризация молока выполняется в потоке. Для этого созревшее молока из резервуара 9 нагнетается насосами 5 через уравнительный бачок 10 в секцию рекуперации пастеризационно-охладительной установки 12 и нагревают до температуры 40…45 °С. Далее молоко поступает в сепаратор-нормализатор 11, в котором непрерывная нормализация молока совмещена с очисткой его от механических примесей. В сепараторе 11 молоко разделяется на две фракции: нормализованное молоко и сливки. Нормализованное молоко возвращается в другую секцию установки 12 для пастеризации при температуре 70…72 °С с выдержкой продолжительностью 20..25 с и последующим охлаждением до температуры свертывания 30…34 °С. Одновременно с пастеризацией молоко подвергают вакуумной обработке в дезодораторах для удаления из него мелкодисперсной газовой фазы и летучих веществ, обусловливающих посторонние запахи и привкусы сыра.

В тех случаях, когда на предприятие поступает молоко с повышенной бактериальной обсемененностью, его сначала нормализуют и пастеризуют, а затем направляют на созревание. Нормализованное и пастеризованное молоко через счетчик-расходомер 3 загружают в сыродельную ванну 13. Для подготовки молока к свертыванию в него дозируют хлористый кальций, калий или натрий азотнокислотный и бактериальные закваски и препараты. Внесение в молоко хлористого кальция необходимо из-за потерь солей кальция в молоке при пастеризации, так как часть солей при нагревании переходит из растворимого в нерастворимое состояние. Это сопровождается ухудшением сычужной свертываемости молока и условий обезвоживания сгустка. Калий или натрий азотнокислый применяют для подавления развития вредной газообразующей микрофлоры: бактерий группы кишечных палочек и маслянокислых бактерий.

Раствор хлористого кальция дозируют из расчета 10…40 г безводной соли на 100 кг молока, а бактериальную закваску молочнокислых бактерий в количестве 0,5…1,0 %. Молочная смесь перед свертыванием должна иметь титруемую кислотность не более 20 °Т.

Свертывание молочной смеси осуществляют раствором сычужного молокосвертывающего препарата, который допускается смешивать с биопрепаратом (гидролизатом) для ускорения созревания сыра.

Количество молокосвертывающего препарата должно обеспечить свертывание молочной смеси за 25…35 мин при температуре 30…34 °С. После дозирования препарата смесь тщательно перемешивают в течение 5…7 мин и оставляют в покое до образования сгустка. Готовность сычужного сгустка оценивают по продолжительности свертывания и плотности сгустка. При разрезании готового сгустка получается ровный раскол и выделяется прозрачная зеленая сыворотка.

Обработку сгустка и получение из него сырного зерна проводят с целью его обезвоживания, а также регулирования интенсивности и уровня молочнокислого процесса. Для этого последовательно осуществляют следующие операции: разрезку сгустка и постановку сырного зерна, вымешивание зерна, второе нагревание и вымешивание после него. Разрезку сгустка и постановку сырного зерна производят механическими ножами-мешалками, скорость движения которых регулируется для получения зерна требуемых размеров при максимально возможной однородности и минимальном образовании сырной пыли. Готовый сгусток разрезают в течение 15…25 мин до размеров зерна от 3…5 до 7…9 мм, в зависимости от вида сыра. Во время постановки 30…40 % сыворотки удаляют.

После постановки зерно вымешивают до достижения округлой формы, повышения плотности и упругости. Перед вторым нагреванием, если это требуется, дополнительно удаляют еще 15…25 % сыворотки. Кроме того, в случае излишне высокого уровня активной кислотности в начале второго нагревания сыворотку разбавляют (до 5…15 %) пастеризованной питьевой водой.

При производстве сыров с низкой температурой второго нагревания (голландский, российский) сырное зерно нагревают до 38…42 °С в течение 10…20 мин. Когда вырабатывают сыры с высокой температурой второго нагревания (швейцарский, советский), то нагревают от 52…55 °С до 55…58 °С в зависимости от вида сыра. Нагревание проводят в течение от 10…15 мин до 20…30 мин, повышая температуру не более, чем на 1 °С в минуту, при интенсивном перемешивании, не допуская комкования сырного зерна.

Для улучшения консистенции сразу же после второго нагревания проводят частичную посолку сырной массы в зерне, для чего в смесь зерна с сывороткой вносят раствор хлорида натрия из расчета 200…300 г на 100 кг молока. После второго нагревания сырную массу вымешивают до тех пор, пока зерно не приобретает достаточную упругость. Сыродельная ванна 13 и другие машины снабжены сборниками отделения сыворотки, которую насосом 5 перекачивают на переработку. Обработанное сырное зерно подают на формование двумя способами: наливом или насыпью.

При формовании сыра из пласта (голландский, российский) сырное зерно вместе с остатками сыворотки перекачивают наливом из сыродельной ванны 13 насосом 14 в формовочный аппарат 15. В нем пласт подпресовывается в течение 15…25 мин при давлении 1,0…2,0 кПа, затем разрезается на бруски, соответствующие размерам форм. Бруски сырной массы помещают в подготовленные формы, расположенные на тележках для самопрессования 17. Сначала бруски выдерживают 10…20 мин, затем их вынимают из форм, переворачивают, снова закладывают в формы, маркируют, накрывают крышками и оставляют до конца выдержки еще на 10…30 мин для завершения процесса самопрессования.

Рис. 4.9. Машинно-аппаратурная схема линии производства твердых сычужных сыров

При формовании сыра насыпью (российский, углический) сырное зерно освобождают от сыворотки в отделителе 16, а затем насыпают в подготовленные формы, которые размещают на тележке для самопрессования 17. Сырную массу в формах слегка уплотняют, после этого масса самопрессуется в формах в течение 20…50 мин с одноразовым переворачиванием, а затем сыры маркируют и подают на прессование.

Прессование сыра проводят с целью уплотнения сырной массы, удаления остатков свободной (межзерновой) сыворотки и образования замкнутого и прочного поверхностного слоя. Сначала осуществляют прессование под действием собственного веса – самопрессование, при котором сырную массу выдерживают без нагрузки в металлических формах, состоящих из перфорированного корпуса с дном или без него.

На второй стадии сыр прессуют под внешним воздействием в прессах 18. Режим прессования зависит от вида сыра. В частности, при выработке голландского сыра прессование проводится в течение 1,5…2,5 ч при постоянно возрастающем давлении от 10 до 50 кПа. При необходимости через 30…60 мин сыр перепрессовывают. Отпрессованный сыр должен иметь рН от 5,5 до 5,8. Оптимальная массовая доля влаги в сыре после прессования 43…45 %.

После взвешивания на весах 19 подъемником контейнеры с сыром 20 направляются в посолочный этажер 21 для обработки в рассоле с концентрацией хлорида натрия 20 % при температуре 8…12 °С в течение 2,5…3,5 сут. Рассол насосом циркулирует через охладитель.

Вынутые из рассола бруски обсушивают в течение 2…3 сут при температуре 8…12 °С и относительной влажности воздуха 90…95 %, после чего сыр электропогрузчиком направляется на созревание на передвижные стеллажи 22. Первые 13…15 сут сыр созревает при температуре 10…12 °С и относительной влажности воздуха 85…90 %, затем до одного месяца при 14…16 °С, а в дальнейшем до конца созревания его выдерживают при температуре 12…14 °С и относительной влажности 75…85 %. В комплект оборудования для ухода за сыром в период созревания входят машины для мойки 23 и сушки 24 сыра, а также устройства для транспортирования сыра. Сыры моют при появлении плесени и слизи теплой водой (30…40 °С) не реже чем через 10…12 сут, после этого их подсушивают в машине 24 и вновь размещают на чистых, сухих полках.

Во время созревания сыры необходимо периодически переворачивать (в целях предупреждения деформации головки и подопревания корки), первые три недели через каждые 2 или 3 дня, в дальнейшем по мере необходимости.

В возрасте от 20 до 25 суток, после образования на сырах достаточно прочной корки, сыры моют и обсушивают в машинах 23 и 24, а затем парафинируют в парафинере 25.

С целью сокращения затрат труда по уходу, а также снижения усушки за период созревания сыр на 10…14 сутки упаковывают в пакеты из полимерной пленки при помощи вакуумупаковочной машины 26. Кроме того, могут применять двухслойное комбинированное покрытия: нанесение латексного покрытия на сыр в машине 27, а затем обсушивание в машине 24 и нанесение второго слоя в парафинере 25.

После созревания сыры сортируют по качеству, обертывают в бумагу или пергамент и упаковывают в картонную или деревянную транспортную тару (ящики).

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Творог – пастообразный кисломолочный концентрированный белковый продукт, образованный в результате частичного отделения жидкой фракции от сквашенного молока. В зависимости от вида творога массовая доля сухих веществ в нем составляет 20…35 %, жира – 0,6…18 %, белков – 15…20 %.

Специфическими достоинствами творог как продукт диетического и детского питания обязан наличию сравнительно большого количества белков, благоприятному сочетанию минеральных веществ, витаминов и микроэлементов, а также незаменимой аминокислоте – метионину.

Ассортимент творожных изделий включает следующие группы:

– нежирный творог с массовой долей жира не более 0,6 %;

– полужирный и жирный творог (9 и 18 % жира);

– мягкий диетический творог (9 % жира);

– творожные пасты и сырки с различным содержанием жира, фруктовыми наполнителями и другими добавками.

Качество творога оценивают по физико-химическим, органолептическим и микробиологическими показателям. Состав творога должен соответствовать нормативным значениям массовых долей влаги, жира и белков, а также допустимой величине кислотности. В твороге не допускается содержание болезнетворных микроорганизмов и вредных химических веществ.

Основным сырьем для производства творога является натуральное коровье молоко не ниже II сорта, кислотностью не более 20 °Т либо обезжиренное молоко кислотностью не более 21 °Т. При производстве некоторых видов творога допускается применение сухих молока и сливок, полученных в результате распылительной сушки.

Для сквашивания молока применяются закваски, приготовленные на чистых культурах молочнокислых бактерий, и растворы ферментных препаратов, изготовляемых из животного сырья: сычугов или пепсина.

Особенности производства и потребления готового продукта. Существуют два способа производства творога – традиционный (обычный) и раздельный. Традиционный способ предусматривает образование творога из предварительно подготовленной нормализованной молочной смеси.

Сущность раздельного способа заключается в том, что молоко, предназначенное для выработки творога, предварительно сепарируют. Из полученного обезжиренного молока вырабатывают нежирный творог, к которому затем добавляют необходимое количество сливок, повышающих жирность творога до 9 или 18 %. Раздельный способ производства творога позволяет ускорить процесс отделения сыворотки и значительно снизить при этом потери.

По методу образования сгустка различают два способа производства творога: кислотный и сычужно-кислотный. Первый основывается только на кислотной коагуляции белков путем сквашивания молока молочнокислыми бактериями с последующим нагреванием сгустка для удаления излишней сыворотки. Таким способом изготавливают творог нежирный и пониженной жирности, так как при нагревании сгустка происходят значительные потери жира в сыворотку. Кроме того, этот способ обеспечивает выработку нежирного творога более нежной консистенции. Пространственная структура сгустков кислотной коагуляции белков менее прочная, формируется слабыми связями между мелкими частицами казеина и хуже выделяет сыворотку. Поэтому для интенсификации отделения сыворотки требуется подогрев сгустка.

При сычужно-кислотном способе свертывания молока сгусток формируется комбинированным воздействием сычужного фермента и молочной кислоты. Хлорид кальция восстанавливает способность пастеризованного молока образовывать под действием сычужного фермента плотный, хорошо отделяющий сыворотку сгусток. Под действием сычужного фермента казеин на первой стадии переходит в параказеин, на второй – из параказеина образуется сгусток. Казеин при переходе в параказеин смещает изоэлектрическую точку с рН 4,6 до 5,2. Поэтому 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. При сычужно-кислотной коагуляции кальциевые мостики, образующиеся между крупными частицами, обеспечивают высокую прочность сгустка. Такие сгустки лучше отделяют сыворотку, чем кислотные, так как в них быстрее происходит уплотнение пространственной структуры белка. Поэтому подогрев сгустка для интенсификации отделения сыворотки не требуется.

Сычужно-кислотным способом изготавливают жирный и полужирный творог, при котором уменьшается отход жира в сыворотку. При кислотном свертывании кальциевые соли отходят в сыворотку, а при сычужно-кислотном сохраняются в сгустке. Это необходимо учитывать при производстве творога для детей, которым необходим кальций для костеобразования.

Готовый фасованный творог хранят до реализации не более 36 ч при температуре не выше 8 °С и влажности 80…85 %. Если срок хранения будет превышен, в твороге начинают развиваться пороки из-за непрекращающихся ферментативных процессов.

С целью резервирования творога в весенний и летний периоды года его замораживают. Качество размороженного творога зависит от метода замораживания. Творог при медленном замораживании приобретает крупитчатую и рассыпчатую консистенцию вследствие замораживания влаги в виде крупных кристаллов льда.

При быстром замораживании влага одновременно замерзает во всей массе творога в виде мелких кристаллов, которые не разрушают его структуру и после размораживания восстанавливаются первоначальные свойства. После размораживания наблюдается даже устранения нежелательной крупитчатой консистенции вследствие разрушения крупинок творога мелкими кристаллами льда.

Замораживают творог в фасованном виде – блоками по 7…10 кг и брикетами по 0,5 кг при температуре от минус 25…30 °С в термоизолированных морозильных камерах непрерывного действия до температуры в центре блока минус 18 °С и минус 25 °С в течение 1,5…3,0 ч. Замороженные блоки укладывают в картонные ящики и хранят при этих же температурах в течение соответственно 8 и 12 мес. Размораживание творога проводят при температуре не выше 20 °С в течение 12 ч.

Стадии технологического процесса. Производство творога раздельным способом состоит из следующих стадий и основных операций:

– приемка молока, сортирование по качеству и измерение количества принятого молока;

– очистка от механических примесей и охлаждение сырого молока;

– нагревание, сепарирование и очистка молока с его разделением на сливки и обезжиренное молоко;

– раздельные пастеризация, охлаждение и резервирование сливок и обезжиренного молока;

– приготовление и дозирование закваски;

– дозирование хлористого кальция и сычужного фермента;

– заквашивание и сквашивание обезжиренного молока;

– перемешивание, нагревание и охлаждение творожного сгустка;

– отделение сыворотки и охлаждение творога;

– дозирование сливок и нормализованного творога по содержанию жира;

– фасование творога в потребительскую тару.

Характеристика комплексов оборудования. Линия производства мягкого диетического творога начинается с комплекса оборудования для подготовки сырого молока к переработке, включающего самовсасывающие насосы, счетчики-расходомеры, фильтры, охладительные установки и резервуары для хранения сырого молока.

Следующий комплекс оборудования предназначен для сепарирования молока и обработки сливок и обезжиренного молока. Он содержит сепаратор-сливко-отделитель, пластинчатые пастеризационно-охладительные установки, насосы и резервуары для хранения сливок.

Ведущим является комплекс оборудования для образования мягкого диетического творога, в состав которого входят аппарат для заквашивания и сквашивания обезжиренного молока; дозаторы закваски, раствора хлористого кальция и сычужного фермента; насосы для творожного сгустка; пластинчатая пастеризационно-охладительная установка для сгустка, фильтр и центробежный сепаратор для сгустка и охладитель обезжиренного творога.

В завершающий комплекс входят насосы-дозаторы для творога и сливок, смеситель и фасовочная машина.

Машинно-аппаратурная схема линии производства творога мягкого диетического показаны на рис 4.8.

Устройство и принцип действия линии. После проверки качества молоко с помощью центробежных самовсасывающих электронасосов 1 поступает на производство через трубопровод с установленными на нем счетчиком-расходомером 2 и фильтром 3. Очищенное сырое молоко охлаждают на пластинчатой охладительной установке 4 и загружают в резервуар 5.

Для выработки творога молоко из резервуара 5 насосом 6 подается в уравнительный бачок 7, а из него – насосом 6 в секцию рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 8 для подогрева до 34…40 °С.

Подогретое молоко поступает в сепаратор-сливкоотделитель 9, в котором разделяется на обезжиренное молоко и сливки с массовой долей жира не менее 50…55 %. Полученные сливки подают сначала в промежуточную емкость 10, а затем насосом 11 в пластинчатую пастеризационно-охладительную установку 12, где они пастеризуются при температуре 85…90 °С с выдержкой 15…20 с, охлаждаются до 2…6 °С и направляются в резервуар 13, снабженный рубашкой, на временное хранение до смешения с творогом.

Рис. 4.8. Машинно-аппаратурная схема линии производства творога мягкого диетического

Обезжиренное молоко с массовой долей жира не более 0,05 % из сепаратора 9 поступает в пластинчатую пастеризационно-охладительную установку 8, где сначала пастеризуется при температуре 75…80 °С с выдержкой 15…20 с. Температура пастеризации влияет на физико-химические свойства сгустка, что, в свою очередь, отражается на качестве и выходе готового продукта. Так, при низких температурах пастеризации сгусток получается недостаточно плотным, так как сывороточные белки практически полностью отходят в сыворотку, и выход творога снижается. С повышением температуры пастеризации увеличивается денатурация сывороточных белков, которые участвуют в образовании сгустка, повышая его прочность и усиливая влагоудерживающую способность.

Это снижает интенсивность отделения сыворотки и увеличивает выход продукта. Путем регулирования режимов пастеризации и обработки сгустка, подбором штаммов заквасок можно получать сгустки с нужными реологическими и влагоудерживающими свойствами. Пастеризованное молоко охлаждают в секции рециркуляции пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 8 до температуры сквашивания (в теплое время года до 26…30 °С, в холодное – до 28…32 °С) и направляют в аппарат 15, снабженный рубашкой и мешалкой, на заквашивание.

Закваску для производства творога готовят на чистых культурах мезофильных молочнокислых стрептококков в резервуаре 14 и дозируют насосом 11 в аппарат 15. Затем последовательно дозируют хлористый кальций и сычужный фермент. Все эти компоненты дозируют при непрерывном перемешивании молока.

Перемешивание молока после заквашивания продолжают в течение 10…15 мин, затем оставляют молоко в покое до образования сгустка требуемой кислотности. Окончание сквашивания молока определяют по активной кислотности сгустка, которая должна быть в пределах рН 4,4…4,5, или по титруемой кислотности сыворотки 60…70 °Т, или сгустка 90…110 °Т. При сепарировании сгустка с меньшей кислотностью сопла сепаратора 19 могут засориться. Продолжительность сквашивания составляет 8…10 ч. Готовый сгусток тщательно перемешивают в течение 5…10 мин, затем насосом 16 подают в пластинчатую пастеризационно-охладительную установку 17 для сгустка, где его нагревают до температуры 58…62 °С для лучшего отделения сыворотки, а затем охлаждается до 25…32 °С, благодаря чему он лучше разделяется на белковую часть и сыворотку. Из установки 17 сгусток через сетчатый фильтр 18 под давлением подается в сепаратор-творогоизготовитель 19, где разделяется на сыворотку и творог.

Во избежание интенсивного отделения сыворотки от сгустков в течение всего времени работы сепаратора 19 периодически включают мешалку в аппарате 15.

При производстве всех видов мягкого диетического творога обезжиренный творог должен иметь массовую долю влаги не более 80 %.

Полученный обезжиренный творог подают одновинтовым насосом 20 в охладитель 21 для охлаждения до температуры 12…16 °С. При выработке творога нежирного творог поступает из охладителя 21 непосредственно в приемный бункер фасовочной машины 23, минуя смеситель 22. Затем упакованный творог охлаждают до 4…8 °С. При производстве творога жирного охлажденный творог направляют в смеситель 22, куда дозирующим насосом 11 подаются пастеризованные охлажденные сливки из емкости 13 и все тщательно перемешивается. Готовый творог фасуют на машинах 23 и направляют в холодильную камеру для доохлаждения до 1…8 °С.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Кисломолочные напитки – жидкообразные продукты, образованные в результате коагуляции белков в закисшем вследствие брожения молока. Кисломолочные напитки помимо питательной ценности обладают диетическими и лечебными эффектами. В результате изменения свойств белков молока при сквашивании эти продукты усваиваются лучше и быстрее, чем питьевое молоко. Молочная кислота, содержащаяся в кисломолочных напитках, возбуждают аппетит, утоляет жажду, улучшает работу желудочно-кишечного тракта и почек человека. Кроме того, молочная кислота обладает антимикробными свойствами и оказывает благоприятное воздействие на микрофлору кишечника.

В зависимости от вида микроорганизмов, вызывающих сквашивание молока и образующихся при этом продуктов, кисломолочные напитки имеют широкий ассортимент: различные виды простокваши, кефир, йогурт, ацидофилин, большое число национальных напитков и др.

Кисломолочные напитки выпускают нежирными и с разными величинами массовой доли жира: 1; 2,5; 3,2; 4 и 6 %. В некоторые группы кисломолочных напитков вводятся различные добавки: сахар, плодово-ягодные наполнители, ароматизаторы, витамин С и др.

Кисломолочные напитки вырабатывают из молока не ниже второго сорта и кислотностью не более 19 °Т.

Закваски для кисломолочных напитков готовят на чистых культурах микроорганизмов. Для кефира закваску можно также приготовить на естественном сочетании нескольких микроорганизмов – кефирных грибках. Для приготовления заквасок используют молоко не ниже первого сорта плотностью 1028 кг/м³.

Сливки, обезжиренное и сухое молоко, добавки, наполнители и другие виды сырья и полуфабрикатов, используемые при производстве кисломолочных напитков, должны по качеству соответствовать действующей нормативной документации.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Производство кисломолочных напитков основано на различных видах брожения молочного сахара (лактозы) под действием микроорганизмов и связано с последовательно протекающими процессами образования производственной закваски, заквашивания и сквашивания нормализованной молочной смеси.

Производственную закваску готовят путем внесения лабораторных препаратов чистых культур микроорганизмов в охлажденное стерилизованное молоко, перемешивания и последующего сквашивания смеси до образования плотного сгустка кислотностью 65…75 °Т.

Заквашивание заключается в равномерном и тщательном перемешивании определенной порции молочной смеси с заданной порцией производственной закваски. Лучше использовать свежеприготовленную производственную закваску. Если используют охлажденную закваску после хранения, то для повышения активности микроорганизмов после хранения ее вносят в теплое пастеризованное молоко температурой 30…40 °С в соотношении две части молока на одну часть закваски. Смесь перемешивают, оставляют на один час и затем используют.

Сквашивание – выдержка заквашенной молочной смеси при температуре оптимальной для жизнедеятельности микроорганизмов. В результате размножения микроорганизмов их число достигает 100 млн. в 1 мл молочной смеси. Протекает сложный биотехнологический процесс, при котором в молоке под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами, расщепляется молочный сахар (лактоза) с образованием молочной и других кислот, спиртов, диоксида углерода и др. Кроме того, размножаясь и погибая в огромных количествах, микроорганизмы обогащают продукт полноценными белками и ферментами, повышая его биологическую ценность.

В зависимости от образующихся при этом продуктов различают молочно-кислое, спиртовое и смешанное (совместное спиртовое и молочнокислое) брожение. В связи с этим в производстве кисломолочных продуктов выделяют две основные группы: полученные в результате только молочнокислого брожения (простокваша, творог, сметана и др.) и полученные в результате смешанного брожения (кефир, ацидофилин, йогурт и др.)

В процессе сквашивания происходит преобразование свойств молочных белков: проявляется их способность к коагуляции – укрупнению частиц с последующим выпадением в виде хлопьевидного осадка. При производстве кисломолочных напитков коагуляция белков происходит под воздействием молочной кислоты (кислотная коагуляция). В результате в сквашенном молоке формируется структурированная дисперсная система – сгусток, имеющий вязкопластичную консистенцию.

Для выработки большинства кисломолочных напитков применяют два способа: резервуарный и термостатный. Стадии технологического процесса обоих способов в основном одинаковые, кроме места сквашивания продукта.

При резервуарном способе молочную смесь сквашивают в специальных аппаратах, снабженных мешалками, в них же происходит и созревание продукта (например, кефира). После этого продукт разливают в тару и отправляют либо на хранение, либо потребителю.

При термостатном способе после заквашивания молочную смесь разливают в потребительскую тару (пакеты, бутылки) и направляют в термостатную камеру для сквашивания. В результате сгусток образуется из дозы продукта, размещенного в упаковке. Затем продукт охлаждают в холодильной камере, после чего он готов к реализации.

Готовые кисломолочные продукты охлаждают до температуры 6…8 °С, при которой хранят не более 24 ч.

Стадии технологического процесса. Производство кисломолочных продуктов резервуарным способом состоит из следующих стадий и основных операций:

• приемка молока, сортирование по качеству и измерение количества принятого молока;
• очистка от механических примесей и охлаждение молока;
• нагревание и сепарирование молока;
• образование нормализованной молочной смеси: нормализация, очистка, пастеризация и охлаждение;
• дозирование нормализованной молочной смеси и закваски; выдержка и перемешивание смеси с закваской и молочного сгустка;
• охлаждение ледяной водой, созревание и перемешивание молочного сгустка;
• фасование готового продукта в потребительскую тару.

Характеристика комплексов оборудования. Линия производства кисломолочных продуктов начинается с комплекса оборудования для подготовки сырого молока к переработки, включающие самовсасывающие насосы, счетчики – расходомеры, фильтры, охладительные установки и резервуары для хранения молока.

Ведущими в линии являются комплексы оборудования для образования, заквашивания и сквашивания нормализованной молочной смеси, включающие насосы, теплообменные установки, сепараторы-сливкоотделители, дозаторы и резервуары для смешивания компонентов молочной смеси, сепараторы-молокоочистители и гомогенизаторы, а также аппараты для заквашивания и сквашивания молочной смеси с последующим охлаждением, перемешиванием и выдержкой молочного сгустка.

В завершающий комплекс для получения готовой продукции входят резервуары для хранения, насосы, охлаждающие установки и машины для фасования готовой продукции в потребительскую тару.

Машинно-аппаратурная схема линии производства кисломолочных напитков резервуарным способом показана на рис. 4.7.

Устройство и принцип действия линии. После проверки качества молоко с помощью центробежных самовсасывающих электронасосов 1 отбирается через трубопровод с установленным на нем счетчиком – расходомером 2 и фильтром 3. Очищенное сырое молоко охлаждают на пластинчатой охладительной установке 4 и загружают в резервуар 5.

Рис. 4.7. Машинно-аппаратурная схема линии производства кисломолочных напитков

Для получения нормализованной молочной смеси сырое молоко перекачивают центробежным насосом 6 на тепловую и механическую обработку.

В линиях производительностью 2,5 и 5 т/ч проводят нормализацию периодическим (резервуарным) способом. Для этого сырое молоко в пластинчатой теплообменной установке 7 нагревается до температуры 41…45 °С и подают в сепаратор-сливкоотделитель 8. В нем молоко разделяется на сливки и обезжиренное молоко.

Молочную смесь нормализуют путем смешивания компонентов в резервуаре 10. Для этого при помощи дозаторов 9 к определенному количеству натурального молока при тщательном перемешивании добавляют нужное количество обезжиренного молока или сливок, рассчитанное по материальному балансу. При производстве восстановленного молока используют сухое молоко распылительной сушки, которое предварительно растворяют.

Из резервуара 10 нормализованную молочную смесь перекачивают насосом 6 в производственный резервуар 11. Для выработки кисломолочных напитков молочную смесь насосами-дозаторами 12 через уравнительный бачок 13 подают в первую секцию рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладительной установки 14 и после нагревания до температуры 35…45 °С очищают в сепараторе-молокоочистителе 16.

Нормализованную молочную смесь после очистки обрабатывают в гомогенизаторе 17 при давлении в клапане 12,5…17,5 МПа и температуре 43…85 °С. Затем эту смесь пастеризуют в установке 14 при температуре 90…94 °С с выдержкой 2…8 мин. или при 85…89 °С с выдержкой 10…15 мин. Допускается выдержка молока при этих температурах от 30 до 40 мин. Установка 14 снабжена пультом управления 15 со стабилизатором потока, обеспечивающим равномерность подачи молочной смеси в пластинчатый аппарат. После пастеризации молочную смесь загружают в резервуар 18 для выдержки.

При производстве кефира резервуарным способом молочную смесь из резервуара 18 подают насосом-дозатором 12 в установку 14, где подогревают до температуры заквашивания 23…25 °С. Заквашивание и сквашивание молочной смеси выполняют в аппарате 19. Он снабжен водяной рубашкой и специальными мешалками, обеспечивающие равномерное и тщательное перемешивание молочной смеси с закваской и молочного сгустка.

Во избежание вспенивания, влияющего на отделение сыворотки при хранении кефира, смесь в аппарат 19 подают через нижний штуцер.

Производственную кефирную закваску в массе 3…5 % от массы нормализованной смеси вносят или в потоке с использованием насоса-дозатора одновременно с нормализованной смесью, или перед подачей ее в аппарат 19. Для лучшего перемешивания смеси с закваской заполнение резервуара смесью производят при включенной мешалке. Перемешивание заканчивают через 15 мин. после заполнения аппарата 19.

Смесь сквашивают при температуре 23…25 °С до образования молочно-белкового сгустка кислотностью 85…100 °Т (рН 4,65…4,50).

По окончании сквашивания включают подачу ледяной воды в рубашку аппарата 19. Через промежуток времени 60…90 мин. После начала охлаждения включают мешалку. Молочный сгусток перемешивают 10…30 мин. Перемешивание должно обеспечить однородную консистенцию молочного сгустка. При хранении кефира с неоднородной, комковатой консистенцией может отделиться сыворотка.

Перемешанный и охлажденный до температуры 18…22 °С сгусток оставляют в покое до созревания на 6 ч, не выключая подачу воды в рубашку аппарата 19. После первого перемешивания мешалку останавливают на время 1…1,5 ч. Дальнейшее перемешивание ведут периодически, включая мешалку на 2…10 мин через каждый час, пока температура не достигнет 12…16 °С. Затем сгусток оставляют в покое для созревания на промежуток времени 9…13 ч, предварительно выключив подачу воды в рубашку.

В зависимости от производительности линии завершение процесса образования кефира осуществляют двумя способами. При производительности линии 2,5 и 5,0 т/ч готовый кефир из аппарата 19 насосом 12 загружают в приемную воронку фасовочной машины 23 для упаковывания в потребительскую тару.

При производительности линии 10 и 15 т/ч готовый кефир перед подачей на фасование предварительно охлаждают до 4…8 °С в пластинчатой охлаждающей установке 20 загружают в промежуточный резервуар 21. Из последнего насосом 22 кефир загружают в приемную воронку фасовочной машины 23 для упаковывания в потребительскую тару.

С целью улучшения консистенции готового продукта упакованный кефир перед реализацией рекомендуется выдерживать в холодильной камере при температуре 4…8 °С.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Мороженое – это сладкий замороженный продукт, вырабатываемый из приготовляемых по специальным рецептам жидких смесей, содержащих в определенных соотношениях составные части молока, плодов, ягод, овощей, сахарозу, стабилизаторы, в некоторых рецептурах – яичные продукты, вкусовые и ароматические вещества. Во многих рецептурам предусматривается одновременное использование молочного и растительного сырья.

По способам выработки мороженое подразделяют на закаленное, мягкое и домашнее.

Закаленное мороженое – это продукт, изготавливаемый в производственных условиях, который после выхода из фризера, с целью повышения стойкости при хранении замораживают (закаливают) до низких температур (минус 18 °С и ниже). В таком виде его сохраняют до реализации. Закаленное мороженое отличается высокой твердостью.

Мягким называется мороженое, которое вырабатывают в основном на предприятиях общественного питания и употребляют в пищу сразу же после выхода из фризера (температурой минус 5…7 °С). По консистенции и внешнему виду оно напоминает крем.

Домашнее мороженое изготавливают в домашних условиях с использованием компрессионного холодильного шкафа.

Закаленное мороженое классифицируют по виду продукта и наполнителя (по составу) и по виду фасования. По виду продукта и наполнителя оно подразделяется на основные и любительские виды. Мороженое любительских видов вырабатывают в сравнительно меньших количествах, чем мороженое основных видов.

Разновидности мороженого основных видов получают название в зависимости от своего состава и вводимых в продукт добавок (наполнителей).

По виду фасования закаленное мороженое подразделяют на весовое, крупнофасованное и мелкофасованное.

Для мороженого характерных высокая пищевая ценность и хорошая усвояемость организмом человека. В этом продукте, выработанном на молочной основе, содержится молочный жир, белки, углеводы, минеральные вещества, витамины А, группы В, D, Е, Р. В мороженом, в состав которого входят плоды или ягоды, богатые витамином С, содержится значительное количество этого витамина.

Молочный жир, как известно, по сравнению с другими пищевыми жирами является наиболее ценным. Он отличается приятным вкусом, высокой усвояемостью, уникален по составу, включающему несколько десятков жирных кислот, в том числе много незаменимых. В рецептуры некоторых видов мороженого входят также растительные жиры (как самостоятельно, так и в сочетании с молочным жиром), полезные для организма человека.

Белки в мороженом на молочной основе представлены в основном казеином; сывороточные белки – альбумин и глобулин – частично коагулируют при пастеризации смесей мороженого. Кроме этих белков, как уже указывалось, в мороженом находятся белки оболочек жировых шариков. Белки мороженого являются полноценными белками и усваиваются лучше других пищевых белков.

Углеводы в мороженом представлены сахарозой и молочным сахаром (лактозой). В мороженом, содержащем плодово-ягодное сырье, обычно присутствуют и простые сахара – глюкоза и фруктоза. Углеводы являются существенными источниками энергии для организма человека.

Мороженое содержит такие важные минеральные вещества, как натрий, калий, кальций, фосфор, магний, железо и многие другие.

Особенности производства и потребления готового продукта. Фризерование – основной процесс производства мороженого, при осуществлении которого происходит частичное замораживание и насыщение смесей воздухом, распределяемым в продукте в виде мельчайших пузырьков. В процессе фризерования смеси образуется структура мороженого, которая окончательно формируется при последующей холодильной обработке продукта.

Структура мороженого определяется главным образом формой и размерами кристаллов льда. Чем они мельче и равномернее распределены в общей массе мороженого, тем лучше его качество.

Во фризер должна поступать смесь температурой 2…6 °С. Температура мороженого при выходе из фризера в зависимости от состава смеси, фасования и используемого фасовочного оборудования должна быть в пределах минус 3,5…5 °С.

В производстве закаленного мороженого продукт после фризерования подвергают дальнейшему замораживанию (закаливанию), стараясь по возможности приблизить температуру мороженого к температуре камеры хранения (минус 18…20 °С и ниже). Этот процесс следует проводить в максимально короткий срок, чтобы не допустить существенного увеличения размеров кристаллов льда. Для закаливания фасованного мороженого (в брикетах, стаканчиках и т.п.) в отечественной промышленности используют специальные скороморозильные аппараты.

Температура фасованного мороженого после закаливания в скороморозильных аппаратах должна быть не выше минус 10 °С. Перед помещением в камеру хранения мелкофасованное мороженое подвергают дозакаливанию в закалочных камерах или камерах хранения. Продолжительность дозакаливания мелкофасованного мороженого составляет от 24 до 36 ч.

Весовое мороженое фасуют в крупную тару с целью приготовления в дальнейшем порционного мороженого. Его используют также для приготовления коктейлей.

Мороженое непосредственно после фризера фасуют в ящики из картона с полиэтиленовыми вкладышами или в металлические гильзы. Температура его должна быть не выше минус 4,5 °С.

Используются ящики из гладкого коробочного картона марки Г, из гофрированного картона марки Т и комбинированные – с отдельными деталями из коробчатого и гофрированного картона. Масса мороженого в ящике не должна превышать 10 кг. Заполненный мороженым полиэтиленовый вкладыш запечатывают с помощью термосварки или полиэтиленовой лентой с липким слоем.

Фасованное мороженое выпускают порциями различной массы в пределах от 50 до 250 г и в более крупной упаковке массой до 2 кг. Мелкофасованное мороженое вырабатывают:

– в виде однослойных брикетов в глазури и без глазури, с вафлями и без вафель, упакованных в этикетки или пакетики;

– в виде однослойных и многослойных порций мороженого в форме, близкой к цилиндру, прямоугольному параллелепипеду, усеченному конусу или усеченной пирамиде, а также в виде различных фигур (фигурное мороженое), напоминающих по очертаниям гриб, банан и других, глазированных, с палочкой и без палочки, упакованных в этикетки, пакетики или полиэтиленовую пленку;

– в бумажных стаканчиках с крышками из бумаги или полимерных материалов, с бумажными этикетками в виде кружка, в стаканчиках из полистирола с крышками, в бумажных коробочках;

– в вафельных стаканчиках, рожках, трубочках и конусах, упакованных в этикетку или пакетик, а также без упаковки;

– в виде пирожных различной формы из пломбира, оформленного кремом, цукатами, шоколадной глазурью и т.д.

К мороженому основных видов на молочной основе относят молочное, сливочное и пломбир, отличающиеся друг от друга по содержанию молочного жира, а, следовательно, и содержанию сухих веществ. В состав этих видов мороженого входят молочные продукты, сахар, стабилизаторы. В качестве ароматизатора в мороженое добавляют ванилин или заменяющие его вещества.

Значительное расширение ассортимента мороженого достигается за счет введения в него различных вкусовых веществ, а также покрытия порций глазурью. Наполнителями принято называть вкусовые вещества, образующие со смесью или мороженым однородную массу. При несоблюдении этого условия вкусовые вещества называют добавками. К десертным добавкам относят ягоды, орехи, шоколад и другие, а также специальные гарниры: шоколадный, ореховый, клубничный и другие, которые добавляют к уже выработанному мороженому.

В рецептурах мороженого на молочной основе с наполнителями учитывают сухие вещества наполнителя, жир, яйца и заменяющих его яичных продуктов, жир какао-порошка и тертого ореха при составлении рецептур не учитывается, но он фактически увеличивает содержание жира в мороженом.

Стадии технологического процесса. Производство мороженого включает в себя следующие стадии:

– приемка молока и оценка его качества;

– очистка молока, охлаждение и резервирование;

– приготовление смеси (дозирование и смешение отдельных видов сырья);

– фильтрование смеси;

– пастеризация смеси;

– гомогенизация;

– охлаждение;

– созревание;

– фризерование;

– фасование;

– закаливание;

– дозакаливание мороженого.

Характеристика комплексов оборудования. Начальные стадии технологического процесса производства мороженого выполняются при помощи комплексов оборудования для приема, охлаждения, переработки, хранения и транспортирования сырья. Приемку сырья осуществляют при помощи весов (молокосчетчиков), сепараторов-молокоочистителей, пластинчатых охладителей, фильтров и вспомогательного оборудования.

Ведущий комплекс линии состоит из подогревателей, сепараторов-сливкоотделителей, гомогенизаторов, пастеризаторов, охладителей и емкостей для хранения полуфабрикатов.

Завершающий комплекс оборудования линии обеспечивает фасование, закаливание и хранение готовой продукции. Он содержит фасовочно-упаковочные машины и оборудование морозильных камер для готовой продукции.

Машинно-аппаратурная схема линии производства мороженого приведена на рис. 4.6.

Устройство и принцип действия линии. Цельное молоко поступает в автоцистерне и перекачивается насосом 4 на весы 5, где его взвешивают и с помощью насоса 6 направляют в вертикальный резервуар 7, где оно сохраняется при температуре не выше 6 °С.

Рис. 4.6. Машинно-аппаратурная схема линии производства мороженого

Сгущенное молоко также поступает на предприятие в автоцистерне и перекачивается насосом 1 в специальный резервуар 2. Сгущенное молоко хранится при температуре от 0 до 20 °С и относительной влажности воздуха не выше 85 % не более одного месяца со дня выработки. Монолит масла перед внесением в смесь расплавляют на маслоплавителе 3. Компоненты смешивают в смесительной ванне 8 в определенной последовательности при температуре 35…45 °С. Сначала заливают жидкие продукты и вводят сгущенное молоко. Затем вносят сухие продукты – добавки, стабилизаторы и т.д. Подогрев производится острым паром через барботер. Давление греющего пара 0,08 МПа. Для удаления из смеси нерастворившихся комков сырья и возможных механических примесей ее фильтруют, используя для этого цилиндрический фильтр 9. Насосом 10 смесь подается в пароводяной пастеризатор 11 со змеевиковой мешалкой. Давление рабочего пара 0,3 МПа. Температура пастеризации 86 °С. Время пастеризации 5 мин. Пастеризация предназначена для уничтожения в смеси болезнетворных бактерий и снижения микрофлоры. Из пастеризатора смесь под давлением 0,2…0,25 МПа подается в фильтр 12. Затем смесь обрабатывают в гомогенизаторе 13 для раздробления жировых шариков с целью улучшения структуры мороженого. Гомогенизация смеси препятствует отстаиванию жира и образованию комочков масла при фризеровании. Смесь гомогенизируется при температуре близкой к температуре пастеризации, при этом не допускается охлаждение смеси. Размер жировых шариков не должен превышать 2 мкм. После гомогенизации смесь охлаждается до температуры минус 4 °С на оросительном охладителе 14 открытого типа, с целью создания неблагоприятных условий для жизнедеятельности и развития микроорганизмов, которые могут попасть в смесь после пастеризации. Смесь охлаждают холодной водой, затем рассолом с температурой минус 5…7 °С. Рабочее давление воды и рассола 120…200 кПа. Продукт и хладоноситель движутся противотоком. При более низкой температуре рассола происходит загустение смеси и намерзание на поверхность охладителя.

Смесь для приготовления мороженого после охлаждения направляют насосом 15 с специальные теплоизолированные резервуары 16. Выдержка является обязательной стадией технологического процесса: она необходима для повышения вязкости смеси. Смесь выдерживают при температуре 2…6 °С не более 24 часов. Фризерование осуществляется в фризерах 17, в которые смесь поступает с температурой 2…6 °С.

Фризерование заканчивают при достижении температуры смеси минус 4,5…6 °С, при этом в лед превращается 45…50 % всей влаги, содержащейся в продукте. Одновременно с охлаждением смеси во фризере происходит ее взбивание – насыщение воздухом, который распределяется в виде пузырьков. При этом желательно получить более мелкие воздушные пузырьки и равномерно их распределить по объему продукта. После фризерования смесь продукта поступает в дозатор фасовочной машины 18, в которой происходит деление смеси на порции и упаковка их в брикеты. Для последующего хранения и защиты брикетов мороженого от механических воздействий их подвергают закаливанию, то есть выдерживают при температуре минус 28…35 °С в скороморозильном аппарате 19. После закаливания продукт является полностью готовым и может поступать на реализацию.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Шоколад представляет собой продукт переработки какао-бобов и сахара; какао-порошок получают из измельченных, частично обезжиренных какао-бобов. Кроме того, продукцией шоколадного производства может быть шоколадная глазурь.

В зависимости от состава и качества обработки шоколад разделяют на две группы: натуральный без добавлений и с добавлениями. Обе группы шоколада подразделяют на десертный и обыкновенный шоколад. Десертный шоколад отличается от обыкновенного большим содержанием какао-продуктов и меньшим содержанием сахара, а также более тонким измельчением.

Натуральный шоколад изготавливают из какао тертого, какао-масла и сахара. При производстве натурального шоколада на получение какао-масла расходуется примерно две трети какао-бобов и только одна треть направляется непосредственно в шоколадную массу в виде какао тертого. Поэтому важной проблемой шоколадного производства является экономия какао-масла путем введения в рецептуру различных добавлений.

К первому типу относятся крупные добавления, не содержащие свободного жира: ореховая крупка, частицы цукатов, высушенных фруктов и ягод. Крупные добавки не изменяют структурно-механических свойств шоколадной массы и могут добавляться в значительных количествах. С их помощью значительно снижается расход какао-бобов.

Добавления второго типа представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые оказывают разжижающее действие, т.е. снижают вязкость шоколадной массы при отливке в формы. Обычно в качестве такой добавки используют соевый фосфатидный концентрат.

Третий тип добавлений в своем составе содержит свободный жир, который с какао-маслом дает жировую смесь. Физико-механические характеристики (температуры плавления и затвердевания, вязкость, предельное напряжение сдвига и др.) такой смеси отличаются от тех, которые имеет какао-масло. К таким добавкам относятся молочные продукты, ореховые и другие жиросодержащие массы, а также специальные жиры-эквиваленты и заменители какао-масла. Количество вводимых добавлений такого типа определяют после предварительного определения оптимальных физико-механических характеристик получаемых жировых смесей.

Применение добавлений второго и третьего типа позволяет экономить расход какао-масла при производстве шоколада.

Кроме вышеперечисленных добавлений в рецептурах шоколада предусмотрено применение ванилина и ароматизирующих эссенций.

В зависимости от способа формования шоколад делится на плиточный, пористый и шоколад с начинками: пралиновыми, помадосливочными, фруктово-мармеладными и др.

Какао-порошок представляет собой тонко измельченный продукт, получаемый из частично обезжиренного какао тертого, и применяется для приготовления напитков. Какао-порошок вырабатывают из какао-жмыха, представляющего собой отход производства при получении какао-масла.

Шоколадная глазурь является разновидностью шоколада без добавлений, но с более высоким содержанием жира для увеличения текучести. Глазурь применяется для покрытия наружной поверхности корпусов конфет, вафель и других кондитерских изделий, а также мороженого.

Особенности производства и потребления готового продукта. Современное шоколадное производство в нашей стране оснащено в основном импортным оборудованием, обеспечивающим комплексную механизацию и автоматизацию технологических процессов. В кондитерской промышленности широко применяются комплексы оборудования для переработки какао-бобов и получения какао тертого, какао-масла и какао-порошка, для приготовления и обработки шоколадных масс, для формования и упаковывания плиточного шоколада, шоколадных батонов с начинками, пустотелых шоколадных фигур, шоколадных изделий «Ассорти» и др. Эффективность работы шоколадного производства и качество выпускаемой продукции существенно зависят от степени морального и физического износа применяемого оборудования, а также качества исходного сырья.

Особенности производства шоколада связаны с условиями формования изделий методом отливки в формы. Для хорошего заполнения формы желательно иметь массу небольшой вязкости. Вязкость жидкой шоколадной массы зависит от доли какао-масла, температуры и в меньшей степени от доли какао тертого. Поскольку, согласно унифицированной рецептуре, доля какао-масла составляет 0,35, то его свойства в основном определяют свойства шоколадной массы, а в дальнейшем – и свойства готовых изделий.

Если шоколадную массу, получаемую при температуре 45…50 °С, охладить при обычной температуре 20…25 °С, то шоколад будет иметь грубый вкус, так как твердые частицы какао тертого и сахара, содержащиеся в шоколадной массе, в состоянии покоя собираются в крупные агрегаты, сцементированные какао-маслом. Кроме того, на поверхности такого шоколада постепенно образуется серый налет. Он производит впечатление плесени, хотя такой шоколад совершенно доброкачествен и безвреден.

Образование на поверхности шоколада серого налета вызывается кристаллами какао-масла и называется жировым поседением. Оно связано со способностью какао-масла к полиморфным превращениям, т.е. способностью при неизменном химическом составе приобретать различные кристаллические структуры, имеющие разные свойства. Возникновение жирового поседения связано с постепенным переходом неустойчивых (метастабильных) кристаллических структур в устойчивую стабильную структуру (b-форму). Кроме того, кристаллы b-формы какао-масла имеют самую плотную упаковку молекул, и поэтому твердение массы в эту кристаллическую структуру сопровождается уменьшением объема до 3 % по сравнению с жидким какао-маслом. Шоколадные плитки при затвердевании могут иметь усадку до 2,4 % своего объема и легко извлекаются из форм. При нарушениях правильной кристаллизации шоколадной массы плитки плохо отделяются от стенок форм и ломаются при выборке. Поэтому в производстве шоколада одной из важных операций является темперирование шоколадной массы, обеспечивающее оптимальный режим ее охлаждения для правильной кристаллизации какао-масла.

Качество шоколада определяется его пищевой ценностью, вкусовыми качествами и внешним видом изделий. Шоколад является высокопитательным продуктом, так как содержит 55…60 % углеводов, 30…38 % жира и 6…8 % белковых веществ. Немажущаяся поверхность и легкое «таяние» шоколада во рту при отсутствии салистости, твердость и хрупкость шоколадной плитки при комнатной температуре служат неотъемлемыми показателями качества шоколада, которые обусловлены свойствами какао-масла. По внешнему виду лицевая поверхность шоколадного изделия при температуре 16…18 °С должна быть гладкой, слегка блестящей, с рисунком формы, без сероватого налета, пятен, раковин и пузырей. Излом должен быть матовым с однородной структурой.

Завертка шоколада должна защищать его поверхность от механических повреждений и увлажнения. Хранится упакованный шоколад без добавлений 6 мес.  при температуре 18±3 °С и относительной влажности воздуха не более 75 %.

Стадии технологического процесса. Производство плиточного шоколада включает следующие стадии:

– первичная переработка какао-бобов для получения какао тертого: сортировка, очистка, термическая обработка и дробление какао-бобов и отделение какаовеллы; получение какао тертого;

– получение какао-масла и какао-порошка: обработка какао тертого; прессование какао тертого, размол и просеивание какао-порошка, фасование и упаковка какао-порошка;

– приготовление шоколадных масс: дозирование и смешивание рецептурных компонентов, измельчение рецептурной смеси, разводка и конширование шоколадных масс;

– формование шоколада: темперирование шоколадных масс, отливка в формы, охлаждение отлитых заготовок;

– завертка и упаковка шоколадных плиток.

Характеристика комплексов оборудования. Выполнение начальных стадий технологического процесса осуществляется при помощи комплекса оборудования для первичной переработки какао-бобов: дозаторы, машины для очистки, сортирования и просеивания какао-бобов, обжарочные аппараты, дробильно-очистительные машины для получения какао-крупки, мельницы, емкости и системы транспортирования сыпучих и жидких продуктов.

Комплекс оборудования для производства какао-масла и какао-порошка включает дозаторы, гидравлические прессы, зубовалковую мельницу, размольный агрегат, фасовочные машины и транспортирующие устройства.

Для приготовления шоколадных масс применяется комплекс оборудования, содержащий микромельницу для сахара, рецептурно-смесительную установку, пятивалковые мельницы, конш-машины, а также дозаторы компонентов, транспортирующие устройства и расходные емкости.

Ведущий комплекс оборудования линии обеспечивает формование шоколада и содержит темперирующую машину, отливочный агрегат, вибрационный конвейер и охлаждающий аппарат.

Завершающие операции производства выполняются машинами для индивидуальной и групповой упаковки шоколадных плиток.

На рис. 4.5 показана машинно-аппаратурная схема линии производства плиточного шоколада и какао-порошка.

Устройство и принцип действия линии. Какао-бобы выгружают из расходных бункеров 1 и передают конвейером 2 на взвешивание автоматическими весами 3. Далее через бункер-питатель 4 бобы поступают в очистительно-сортировочную машину 5. В ней какао-бобы очищаются от посторонних примесей и сортируются по размерам.

В зависимости от качества исходного сырья получают в среднем 97 % полноценных какао-бобов, до 2,7 % раздробленных и сдвоенных бобов, а также 0,3…1,0 % неиспользуемых отходов (крошка, песок, пыль и др.). Отсортированные какао-бобы выгружают из машины 5 через магнитный уловитель и норией 6 подают в промежуточный бункер 7 для передачи на термическую обработку. Дробленые и сдвоенные какао-бобы накапливают в отдельных бункерах, чтобы обеспечить в дальнейшем специальные режимы их термической обработки.

В обжарочный аппарат 9 какао-бобы подаются питателем 8 из бункера 7. Термическая обработка бобов заключается в их обжаривании горячим воздухом температурой 130…180 °С, но температура самих бобов должна быть не выше 125 °С. При таком температурном режиме влажность какао-бобов уменьшается от 6…8 до 2,5…3,0 %, увеличивается хрупкость ядра и оболочки (какаовеллы), отделяется какаовелла от ядра. В результате обжаривания бобов появляются ароматообразующие вещества, удаляются неприятные летучие кислоты и происходят другие химические изменения, определяющие цвет, вкус и аромат какао-бобов. Обжаривание различных по размеру и форме какао-бобов и их частей требует разной продолжительности их обработки.

Обжаренные какао-бобы в аппарате 9 подвергаются быстрому охлаждению до температуры 25…30 °С, что увеличивает хрупкость бобов, снижает окисление какао-масла и препятствует диффузии масла в какаовеллу.

Далее бобы норией 10 загружаются в дробильно-очистительно-сортировочную машину 11, в которой они дробятся на кусочки размером от 0,75 до 8 мм. Дробленая смесь состоит из кусочков ядра – какао-крупки и какаовеллы. Дробленую смесь делят на ситах на несколько фракций для более полного отделения крупки от какаовеллы. Крупка и какаовелла одинакового размера имеют разную парусность, определяемую скоростью воздуха, при которой частицы витают. Поэтому в аспирационных каналах машины 11 при помощи воздушного потока от крупки отвеивается какаовелла. Во фракциях с мелкими размерами крупки и какаовеллы парусности близки, поэтому полного разделения трудно достигнуть. В них менее полно отделяется какаовелла. Выход какао-крупки должен составлять не менее 87 % обжаренных какао-бобов.

Из машины 11 какаовелла поступает в циклон 12, после отделения от воздуха она выгружается в мешки и отправляется на утилизацию. Какао-крупка пневмотранспортером подается через магнитный сепаратор в расходный бункер 13. Из него крупку используют для производства какао тертого.

Клетки какао-бобов содержат какао-масло, белковые вещества и крахмальные зерна. Клетки имеют размеры в пределах 23…40 мкм, толщина стенок клеток 12 мкм. Получение какао тертого заключается в таком измельчении какао-крупки, чтобы разрушить клеточные стенки и высвободить содержащееся в клетках какао-масло.

Рис. 4.5. Машинно-аппаратурная схема линии производства плиточного шоколада и какао-порошка

Какао-крупка последовательно измельчается на трех мельницах: ударно-штифтовой 14, дисковой 15 и шариковой 17. В мельнице 14 крупка подвергается предварительному измельчению и поступает на истирание между дисками мельницы 15. В ней получается грубодисперсное какао тертое, которое насосом 16 нагнетается в шариковую мельницу 17 для тонкого измельчения. Готовая тертая масса собирается в темперирующем сборнике 18, из которого может перекачиваться насосом либо в сборник 35 для получения какао-масла и какао-порошка, либо в сборник 19 для производства шоколада.

Какао тертое, предназначенное для получения какао-масла, хранится в темперирующем сборнике 35 при температуре 85…90 °С в течение не менее 8 ч. В результате многочасового вымешивания и нагревания влажность какао тертого снижается до 1,5 %, уменьшается его вязкость и облегчается отделение какао-масла.

Из сборника 35 какао тертое насосом перекачивается в дозирующую емкость 34, из которой по трубопроводам с обратными клапанами какао тертое поступает в рабочие камеры 33 гидравлического пресса 32. Прессование ведут при температуре какао тертого 90…95 °С. Продолжительность прессования от 15 до 20 мин при повышении давления в конце прессования до 35…45 МПа. Если очень быстро сжимать какао тертое, то масло не успеет стечь через капилляры между твердыми частицами до их закупоривания и его выход уменьшается.

Из рабочих камер 33 масло выдавливается через фильтрующие элементы и трубопроводы в емкость 37 с весами 36. По показаниям весов судят о количестве отжатого масла и завершении цикла прессования. Затем какао-масло перекачивают в фильтр 38, а из него в сборник 44.

Твердый остаток, образующийся после прессования и называемый какао-жмыхом, представляет собой диски массой 8…10 кг, диаметром 450…550 мм и толщиной 40…45 мм, количество которых зависит от количества рабочих камер пресса. В жмыхе остается 10,5…17 % жира. При разгрузке пресса 32 диски из жмыха падают под пресс на ленточный конвейер 31, снабженный воздушным охлаждением. Он подает диски в жмыходробилку 30, в которой их дробят на куски размером с грецкий орех. Далее куски жмыха шнеком 29 и норией 28 подаются через магнитный сепаратор в штифтовую мельницу 27. При измельчении получается горячий порошок температурой до 110 °С, который воздухом подается в теплообменный аппарат 26, представляющий собой трубу в трубе со шнеком внутри. В кольцевом пространстве между трубами течет раствор хлорида кальция температурой 14 °С. В теплообменнике порошок охлаждается до 16 °С. Далее порошок отделяется от воздуха в циклоне 25 и шнеком 24 подается в классификатор 23, и после отделения в нем крупных частиц поступает в сборник 22. Из последнего какао-порошок поступает в машину 21 для фасования в картонные коробки, которые затем оклеиваются  целлофаном в машине 20. Из нее коробки с какао-порошком транспортируются в экспедицию для упаковки в торговую тару и отправки потребителям.

Приготовление шоколадной массы начинается с формирования рецептурной смеси в соответствии с утвержденной рецептурой. Из темперирующих сборников жидкие компоненты (какао тертое, какао-масло и др.) насосами подаются в дозаторы 47 рецептурно-смесительной установки 52. В дозаторы 50 загружают сахар, сухое молоко и другие сыпучие компоненты. Сахар подается в виде предварительно приготовленной сахарной пудры с размерами частиц не более 80 мкм. Для этого сахар-песок из расходного бункера 48 транспортируется конвейером 49 в питатель мельницы 51 и после измельчения поступает в дозатор установки 52.

Загрузку компонентов в смеситель установки 52 при одновременном их перемешивании выполняют в такой последовательности: какао тертое, сахарная пудра и все добавления,  подлежащие  измельчению  (сухое  молоко,  тертый орех, кофе и др.). Разогретое какао-масло подают постепенно, чтобы масса имела температуру 40…45 °С, а общее содержание жира составляло 24…30 %. В результате смешивания компонентов необходимо получить однородную массу температурой 35…45 °С с пластичной тестообразной консистенцией. Такая масса непрерывно поступает на конвейер 46 со стальной лентой и с помощью шиберов распределяется на пятивалковые мельницы 45.

Количество параллельно установленных мельниц зависит от производительности смесителя и может достигать семи штук. Качество шоколада существенно зависит от степени измельчения рецептурной смеси: чем меньше размер твердых частиц, тем выше качество. Размер частиц не должен превышать 35 мкм, а шоколадная масса в зависимости от вида вырабатываемого шоколада должна содержать от 92 до 97 % частиц размером менее 20 мкм. Измельчение массы осуществляется путем растирания и раздавливания твердых частиц в зазоре между быстровращающимися валками, имеющими шлифованную твердую поверхность. Сопряженные валки вращаются с разными скоростями в противоположных направлениях. Степень измельчения массы зависит от величины зазора между сопряженными валками. Чем сильнее сжаты валки, тем лучше будет измельчен продукт, но с уменьшением зазора между валками снижается производительность мельницы. В процессе измельчения в мельнице 45 наблюдается изменение жидкой консистенции загружаемой рецептурной смеси в порошкообразной продукт. При измельчении увеличивается поверхность твердых частиц массы, поэтому введенного в рецептурную смесь какао-масла оказывается недостаточно для полного смачивания частиц, и масса приобретает сыпучесть.

Измельченная масса ссыпается на непрерывно движущийся конвейер 43 со стальной лентой, который направляет продукт на разведение, гомогенизацию и конширование в ротационную конш-машину 41. Процессы разведения шоколадной массы какао-маслом с добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ), гомогенизация и конширование шоколадных масс осуществляются одновременно.

Рабочие органы конш-машины: три гранитных конических ролика, совершающих планетарное движение по конусной гранитной внутренней поверхности емкости, а также лопастные мешалки и шнек подвергают  шоколадную массу интенсивной механической обработке. Продолжительность вымешивания устанавливают в зависимости от типа применяемого оборудования и вида обрабатываемой массы. Например, в ротационной конш-машине масса для обычного молочного шоколада обрабатывается в течение 8 ч при температуре 45…55 °С, а для получения десертного шоколада без добавлений требуется 24 ч перемешивания при температуре 55…75 °С.

В процессе конширования происходит частичное удаление влаги и равномерное распределение масла между твердыми частицами, которые приобретают округлую форму. При измельчении твердых частиц увеличивается их поверхность и для поддержания необходимой вязкости шоколадной массы требуется периодически добавлять какао-масло при помощи дозатора 42. Обработанная масса становится однородной и приобретает пластичную консистенцию с минимальной постоянной вязкостью. Под влиянием продолжительного механического и теплового воздействия в шоколадной массе происходит ряд физико-химических и структурно-механических изменений, которые обусловливают существенное улучшение качества шоколада, повышая его вкусовые и ароматические достоинства.

Приготовленная шоколадная масса перекачивается на хранение в темперирующие сборники, а затем в темперирующие машины 40, в которых температура постепенно снижается до 40…45 °С. Готовую шоколадную массу, поступающую на формование, подвергают фильтрации для удаления посторонних примесей. Массу пропускают через металлические фильтры с диаметром ячеек 2 мм, установленные на входе в автоматическую машину 39 для темперирования шоколадных масс.

Темперирование шоколадной массы в машине 39 протекает непрерывно в очень тонком слое при весьма интенсивном перемешивании. Массу быстро охлаждают от 45…50 °С до 33 °С, а затем медленно снижают температуру до 30…32,5 °С (при выработке шоколада без добавлений) и выдерживают массу в этом температурном интервале, не прекращая интенсивного перемешивания. Вследствие большой вязкости и значительной массы молекулы какао-масла имеют малую скорость, что затрудняет создание центров кристаллизации. При таком режиме создаются оптимальные условия для равномерного образования центров кристаллизации только устойчивой b‑формы масла-какао и исключается жировое поседение шоколада.

Оттемперированная шоколадная масса подается в агрегат для формования плиточного шоколада, состоящий из отливочной машины 57, цепного конвейера с формами и охлаждающего аппарата 55. Отливочная машина имеет две дозировочные головки, которые при помощи поршневых систем дозируют определенные порции шоколадной массы в жесткие формы. Например, первая по ходу технологического процесса дозировочная головка настроена на порцию массы 50 г, а вторая – 100 г. При этом составы шоколадных масс, подаваемых в головки, тоже могут быть различны. Производительность дозировочной головки до 24 форм/мин регулируется бесступенчато.

При формовании шоколада используют преимущественно металлические формы. Их изготовляют из специальной нержавеющей стали (сталита) или малоуглеродистой мягкой стали, покрытой с рабочей стороны тонким слоем чистого никеля (платиноля). Формы и все их ячейки должны иметь блестящую и гладкую, хорошо отшлифованную и отполированную, совершенно чистую рабочую поверхность. Формы шарнирно закреплены на цепном конвейере длиной около 200 м, их можно легко снять или поставить на конвейер в месте поворота конвейера перед дозировочной головкой. При изготовлении шоколадных плиток разной массы и состава формы устанавливаются на конвейере поочередно через одну для каждого вида изделий.

Формование шоколадных плиток происходит следующим образом. Темперированная шоколадная масса дозировочными головками заливается в формы, предварительно подогретые до температуры 30…32 °С. Заполненные формы поступают в зону вибрационной обработки 56. Их принудительно перемещают цепным конвейером по поверхности постоянных магнитов, совершающей вибрационные колебания по вертикали с частотой 33 Гц. Вибрация приводит к разрушению внутренней структуры шоколадной массы и, как следствие, к понижению предельного напряжения сдвига и вязкости. При этом шоколадная масса хорошо заполняет все углубления формы, содержащиеся в массе мелкие пузырьки воздуха удаляются из ее объема. Благодаря вибрационной обработке форм в течение 3…5 мин шоколад приобретает темный цвет и блестящую поверхность. Обработанная вибрацией шоколадная масса должна быть быстро охлаждена, так как при медленной кристаллизации образуются крупные кристаллы какао-масла и возможно жировое поседение шоколада. Поэтому формы с шоколадной массой охлаждаются в аппарате 55 сначала в течение 19 мин при температуре 6…10 °С. Чем ниже температура в охлаждающей камере, тем мельче получаются кристаллы какао-масла устойчивой b-формы, а их распределение в массе равномернее. При низкой температуре воздуха изделие имеет блестящую зеркальную поверхность. Само изделие получается хрупким, имеющим нежный, тающий вкус и однородную структуру в изломе. По окончании кристаллизации формы переворачивают на 180 °С, под действием вибрации шоколадные плитки выпадают из форм на пластинчатый конвейер, а пустые формы возвращаются цепным конвейером к отливочной машине 57. В нижней части охлаждающего аппарата 55 находится зона акклиматизации, в которой шоколадные плитки, размещенные на пластинчатом конвейере, продолжают выдерживаться при температуре 11…15 °С. Шоколадные плитки, имеющие температуру, близкую к температуре воздуха цеха, можно направлять на завертку без длительной выстойки. Если вышедшая из охлаждающего аппарата плитка шоколада имеет температуру ниже точки росы воздуха в цехе, то на ее поверхности конденсируется влага из воздуха. В конденсате растворяется сахар, содержащийся в поверхностном слое. После прогревания изделия влага испаряется, а растворенный в ней сахар выкристаллизовывается. Поверхность плитки приобретает неприятный серый налет – сахарное поседение шоколада.

Шоколадные плитки выгружаются из аппарата 55 четырьмя ленточными питателями 54 и передаются в заверточные машины 53. Завертка плиточного шоколада производится в алюминиевую фольгу, парафинированную или подпергаментную подвертку и красочную этикетку. Фольга и подвертка предохраняют шоколад от увлажнения, а, следовательно, от сахарного поседения, а также от потери аромата. Готовый шоколад обладает хрупкостью, в связи с чем предусмотрена дополнительная упаковка завернутых плиток в картонные футляры массой 2…2,5 кг. Футляры упаковывают в фанерные или тесовые ящики, картонные коробки, которые закрываются, забиваются гвоздями или заклеиваются.

Характеристика продукции, исходного сырья и полуфабрикатов. Пралиновые конфеты изготовляют из ореховой массы (пралине). Она представляет собой тонкоизмельченный полуфабрикат, полученный смешиванием сахарной пудры с тертыми обжаренными ядрами орехов и твердым жиром.

Пралиновые конфеты имеют высокую пищевую ценность и большую калорийность. По химическому составу и некоторым физико-химическим свойствам пралиновые конфеты имеют большое сходство с шоколадом. Они содержат около 30 % жира, 50…60 % углеводов, а также значительное количество растительных белков. Содержание влаги не превышает 3 %. Для улучшения питательных и вкусовых свойств пралиновых конфет, в их рецептуры включают сухие молочные продукты, какао продукты, фруктовые заготовки и пр., а также пряности и ароматические вещества. Многие виды пралиновых конфет глазируют шоколадом.

Пищевые достоинства пралиновых конфет существенно зависят от номенклатуры исходного сырья. Высококачественные виды пралиновых конфет изготавливают из сладкого миндаля и какао-масла. Обычные виды конфет вырабатывают из ядер кешью и кокосового масла или заменителей какао-масла. Для производства массовых видов пралиновых конфет (неглазированных батончиков) в основном используют ядра фундука или арахиса и кондитерский жир. Рецептуры значительной части ассортимента пралиновых конфет предусматривают применение в различных пропорциях большинства перечисленных видов сырья.

Особенности производства и потребления готовой продукции. В настоящее время для производства пралиновых конфет применяются поточные линии, обеспечивающие комплексную механизацию основных и вспомогательных технологических процессов в соответствии с современным техническим уровнем. Однако это не исключает необходимость дальнейшего совершенствования линий в части повышения точности дозирования рецептурных компонентов и улучшения подготовки рецептурных масс к формированию.

По способу производства, технологическим процессам и возможности использовать аналогичное оборудование производство пралиновых конфет имеет много общего с производством шоколада. Наряду с этим производство пралиновых конфет имеет существенные особенности технологических параметров и режимов работы оборудования, обусловленных сложным взаимодействием жиров, входящих в состав тертых ореховых масс, и твердых жиров, предусмотренных рецептурой. Эти жиры являются основными структурообразователями полуфабрикатов и изделий. От температур плавления и застывания жиров, условий их кристаллизации зависят структурно-механические свойства конфетных масс при вымешивании, формовании и транспортировании, они определяют режимы и продолжительность охлаждения отформованных заготовок, допустимые нагрузки при транспортировании и завертке изделий, условия и сроки хранения готовой продукции.

Ореховые массы при комнатной температуре имеют твердую или полутвердую консистенцию, благодаря кристаллизации твердых жиров, добавляемых по рецептуре (например, какао-масло, кондитерский жир и др.). Но так как ореховые ядра содержат жидкие жиры, то конфетные ореховые массы имеют менее твердую консистенцию, чем шоколадные.

Увеличение содержания какао масла в пралиновой массе приводит к повышению ее прочности. Кокосовое и сливочное масло в смеси с какао маслом понижают прочность, а увеличение содержания жидкого масла орехов приводит к значительному снижению прочностных характеристик пралиновой массы и изделий из нее.

В зависимости от применяемого твердого жира конфетная масса пралине в температурном интервале от 21 до 33 °С имеет пластичную тестообразную консистенцию, обладающую формоудерживающей способностью. Поэтому пралиновые массы обычно формуют методом выпрессовывания конфетных жгутов с последующей поперечной резкой.

Существенной особенностью условий хранения и потребления пралиновых конфет является ограниченная стойкость конфетных масел при хранении. Это приводит к прогорканию ореховых масел, что неблагоприятно сказывается на вкусе изделий. Прогоркание может быть вызвано окислительными процессами, которые протекают при контакте жиров с кислородом воздуха. Некоторые факторы могут ускорить процесс окисления, например повышенная температура и ультрафиолетовые лучи.

Правильной организацией хранения пралиновых конфет можно замедлить окисление жиров, а, следовательно, и прогоркание. В качестве мер борьбы с окислительными процессами масел в конфетах могут быть рекомендованы: хранение на складах при пониженной температуре и без доступа света и воздуха, применение окрашенных и непрозрачных упаковочных материалов и тары.

Можно предотвратить или замедлить окисление масла путем добавления в массу пралине антиокислителей, например, жирорастворимого витамина Е.

Стадии технологического процесса. Производство пралиновых конфет можно разделить на следующие основные стадии и операции:

– подготовка сырья и полуфабрикатов к производству: хранение, очистка, обжарка, измельчение и дозирование орехов; хранение, просеивание и измельчение сахара-песка; хранение и просеивание сыпучих компонентов; хранение, темперирование и фильтрование жиров и жидких компонентов;

– приготовление рецептурной смеси: дозирование и смешивание рецептурных компонентов; измельчение рецептурной смеси;

– приготовление конфетной массы: дозирование и смешивание рецептурных компонентов, отминка и охлаждение конфетной массы;

– получение корпусов конфет: формование, охлаждение и резка конфетных жгутов, охлаждение заготовок конфет;

– глазирование корпусов конфет: подготовка, темперирование и подача глазури, нанесение глазури на корпуса конфет, охлаждение глазированных корпусов;

– завертывание и упаковывание конфет: ориентирование конфет в продольные ряды, завертывание конфет и упаковывание в транспортную тару.

Характеристика комплексов оборудования. Начальные стадии технологического процесса производства пралиновых конфет выполняются при помощи комплекса оборудования для подготовки сырья и полуфабрикатов к производству. В его состав входит оборудование для переработки орехов: очистительно-сортировочная машина, обжарочный аппарат, дробильно-сортировочная машина, дезинтегратор с трехвалковой мельницей. Для получения сахарной пудры применяют микромельницу. В состав этого комплекса входят также емкости для хранения сыпучих и жидких компонентов, просеиватели и темперирующие машины.

Комплекс оборудования для приготовления рецептурной смеси содержит рецептурно-смесительную установку с дозаторами и смесителем, а также пятивалковые мельницы.

В комплекс оборудования для приготовления конфетных масс входят дозаторы для рецептурной смеси, жиров и других компонентов, месильная машина и трехвалковая охлаждающая машина.

Ведущий комплекс оборудования для получения корпусов конфет имеет формующую машину, охлаждающие агрегаты, режущее устройство и глазировочную машину.

Завершающие операции производства пралиновых конфет выполняются комплексом оборудования, включающим ориентирующие устройства для конфет, заверточные машины, а также весовые устройства и оборудование для упаковывания завернутых или открытых конфет в транспортную тару.

На рис. 4.4 показана машинно-аппаратурная схема линии производства глазированных пралиновых конфет.

Устройство и принцип действия линии. Орехи, очищенные от скорлупы (ореховые ядра) норией 6 подаются в очистительно-сортировочную машину 7. В ней ядра очищают от пыли, волокон и мешковины, скорлупы, посторонних примесей, а также металломагнитных примесей.

Очищенные ядра орехов поступают на обжарку, например, в цилиндрический обжарочный аппарат 8. В него загружают от 100 до 300 кг ядер в зависимости от размеров аппарата. Орехи подаются во вращающийся горизонтальный цилиндр, обогреваемый снаружи горячим воздухом или топочными газами. Орехи и теплоноситель не имеют непосредственного контакта.

При обжарке орехов температура теплоносителя составляет 130…170 °С, температура самих ядер орехов не должна превышать 120…125 °С. В результате обжаривания содержание влаги в ядрах орехов уменьшается от 4…7 до 2,5…3,0 %, что увеличивает хрупкость ядер. Кроме того, при обжарке происходят химические преобразования состава ядер, вызывающие изменения вкуса, аромата и цвета орехов. В процессе обжарки уничтожается бактериальная флора, что повышает стойкость полуфабрикатов и продукции при хранении.

Обжаренные ядра орехов подаются в дробильно-сортировочную машину 11, в которой они дробятся и охлаждаются до температуры 25…30 °С. Далее крупка ореха накапливается в расходных бункерах 12. Из последних дробленый орех поступает в дезинтегратор 13 с трехвалковой мельницей, где измельчается с образованием тертой ореховой массы, имеющей полужидкую консистенцию. Тертая масса перекачивается насосами в темперирующие сборники 10, причем каждый сборник предназначен для определенного вида орехов: фундук, миндаль, арахис и т.д.

Просеянный сахар-песок загружается в приемный бункер 1, из которого шнековым питателем он подается на измельчение в микромельницу 2. Из последней полученная сахарная пудра поступает в расходный бункер 3, в котором охлаждается до температуры 20…25 °С.

Сыпучие рецептурные компоненты: сухое молоко, какао-порошок, добавки предварительно просеиваются и загружаются в соответствующие промежуточные емкости 14, снабженные шнековыми питателями. В одну из них также загружают сахарную пудру из бункера 3.

Жидкие рецептурные компоненты: расплавленные жидкие жиры, какао тертое и др. из промежуточных темперирующих сборников перекачивают в сборники жидких компонентов 21, снабженные насосами.

Приготовление рецептурной смеси осуществляется при помощи рецептупно-смесительной установки с весовым дозированием и периодическим смешиванием компонентов. В ее состав входят приемный сборник жидких компонентов 5 и два приемных сборника сыпучих компонентов 15 и 16. Эти приемные сборники закреплены на платформе весового устройства, снабженного показывающим прибором 4 и системой автоматического управления электроприводами шнековых питателей в емкостях 14 и насосов 9 в сборниках 10 и 21.

При последовательной загрузке приемных сборников отдельными компонентами весовое устройство контролирует массу подаваемого продукта, и после накопления порции, предусмотренной рецептурой, дает импульс на отклонение электропривода соответствующего шнекового питателя или насоса. Таким образом, взвешенные порции компонентов загружаются последовательно в смеситель 17: сначала сыпучие, а затем жидкие компоненты. Жир загружают частично из расчета, чтобы его общее количество в массе составило 23…25 %. Продолжительность смешивания 15…20 мин при температуре 33…35 °С. Когда масса становится однородной, ее направляют на измельчение.

Рис. 4.4. Машинно-аппаратурная схема линии производства глазированных пралиновых конфет

Рецептурная смесь подается шнеком в приемную воронку пятивалковой мельницы 18. Процесс измельчения продукта заключается в тщательном размоле твердых частиц рецептурной смеси путем растирания и раздавливания до размеров менее 30 мкм. В результате значительного увеличения поверхности измельченных твердых частиц жира на их покрытие не хватает, и провальцованная масса приобретает сыпучую порошкообразную структуру.

Чтобы измельченную рецептурную смесь перевести в пластичное состояние, ее загружают в смеситель 19 с добавлением оставшейся по рецептуре части твердого жира. Температура перемешивания должна быть на несколько градусов выше температуры плавления смеси жиров, чтобы твердый жир находился в расплавленном состоянии. При смешивании продукта в течение 15…20 мин осуществляется процесс отминки – создание однородной, гомогенной конфетной массы. Во время смешивания разрушаются образовавшиеся при размоле массы агрегаты, и весь жир равномерно распределяется тонкой пленкой между частицами твердой фазы. Чем однороднее состав массы, тем больше в ней будет возникать центров кристаллизации при ее последующем охлаждении после формования изделий. Это является необходимым условием для получения мелкокристаллической структуры, которая придает изделиям тонкий, нежный вкус. Вкусовые и ароматические добавки вводят в смеситель 19 в конце вымешивания.

С целью создания условий для ускоренной кристаллизации твердого жира и структурообразования массы после формования изделий, перемешанную массу охлаждают в тонком слое до температуры на 4…5 °С выше температуры застывания смеси жиров, входящих в рецептуру. Для этого массу охлаждают на трехвалковой машине 20, в ее полые валки подают рассол температурой минус 6…10 °C. Величина температуры охлажденной конфетной массы зависит от вида применяемого твердого жира, в частности, при использовании какао-масла температура массы может составлять 18…26 °С, а если применяется кондитерский жир – 26…28 °С.

Охлажденную конфетную массу загружают в передвижные дежи 22, из которых одна при помощи цепного подъемника 23 подается в приемную воронку формующей машины 24. В последней конфетная масса выдавливается через отверстия матрицы на ленточный конвейер в виде непрерывных жгутов. В зависимости от ширины конвейера на его ленте может размещаться от 18 до 22 продольных конфетных жгутов с поперечным сечением 18´10 мм (иногда формируют жгуты круглого сечения).

Конвейер с конфетными жгутами проходит внутри охлаждаемых камер двухсекционного охлаждающего агрегата 25. В агрегате 25 расположены охлаждающие батареи и вентиляторы, поддерживающие циркуляцию воздуха температурой 2…8 °С. По выходе из первой секции агрегата 25 предварительно охлажденные в течение 7…8 мин конфетные жгуты разрезают гильотинным ножом 26 на отдельные заготовки корпусов конфет. Изменяя частоту возвратно-поступательных перемещений ножа 26, можно менять длину отрезаемых заготовок от 38 до 40 мм. Затем эти заготовки охлаждаются во второй секции агрегата 25 до температуры 18…22 °С и направляются на глазирование. В глазировочной машине 27 корпуса конфет покрываются шоколадной глазурью с температурой 29…32 °С, которую из сборника 35 перекачали насосом 30 в темперирующую машину 28 и загрузили в приемный сборник машины 27. Для затвердевания шоколадной оболочки конфеты проходят через охлаждающий аппарат 29 и обдуваются воздухом температурой 8…10 °С в течение 6…7 мин.

Готовые изделия поступают на ленточный конвейер 31 над которым располагаются ленточные преобразователи рядов конфет 32. Преобразователь представляет собой бесконечный ремень, приводимый в движение шкивом с вертикальной осью вращения. Несколько рядов конфет, перемещающихся на конвейере 31 и надвигающихся на ремень преобразователя 32, выстраивается вдоль него в один ряд и поступает на индивидуальный ленточный питатель 33, подающий их в заверточную машину 34. В зависимости от производительности линии устанавливают от 9 до 12 заверточных машин. Этому количеству соответствует число преобразователей рядов.

Завернутые конфеты узкими конвейерами 36 передаются на сборочный конвейер 37. Далее скребковым конвейером 38 завернутые конфеты загружаются в автоматические весы 39, из которых порция конфет высыпается в гофрированный картонный ящик 40. Закрытие клапанов ящика и оклеивание их липкой лентой производится оклеечной машиной 41. Упакованная продукция направляется на склад.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Халва – сахарное кондитерское изделие волокнисто-слоистой структуры, образованной смесью взбитой с пенообразователем карамельной массы и жиросодержащей тертой массой ядер семян, орехов или бобовых (кунжута, подсолнечника, арахиса и др.). Наиболее часто вырабатывают халву подсолнечную ванильную, тахинную (кунжутную) ванильную, тахинную с орехами, тахинную шоколадную.

Все виды халвы вкусны и питательны. В составе халвы в среднем содержится 12 % белков, 30 % растительных жиров, 40 % легкоусвояемых углеродов, 12 % крахмала и других полисахаридов. Халва содержит витамины, многие минеральные вещества, особенно железо.

Халву выпускают в мелкой фасовке (штучную) или в крупной (весовую). Штучную халву укладывают в жестяные коробки массой нетто до 1 кг или формуют в виде брикетов массой до 500 г и завертывают. Весовую халву (до 8…15 кг) фасуют в дощатую, фанерную, картонную (гофрированную или литую), полимерную тару, жестяные коробки и банки.

Основным сырьем при производстве подсолнечной халвы являются семена подсолнечника, кукурузная патока, сахар, экстракт пенообразования (мыльного или солодкового корня), ароматические и вкусовые добавки. Показатели качества сырья должны соответствовать требованиям стандарта.

Для производства халвы рекомендуется использовать крупные и средние семена подсолнечника (масса 1000 шт не менее 65 г).

Особенности производства и потребления готовой продукции. Основные процессы производства подсолнечной халвы связаны с получением массы семян подсолнечника, взбитой карамельной массы и халвы.

Тертую массу семян подсолнечника получают путем их измельчения между трущимися рабочими поверхностями пары валков или дисков. В результате жировая и нежировая части должны обеспечивать оптимальные условия для вымешивания халвы. Из грубодисперсной тертой массы обычно получается более жесткая, маловолокнистая, нежирная халва. Применение тертой массы очень тонкого помола приводит к образованию продукта мягкой структуры, несвойственной халве.

Готовая подсолнечная масса должна иметь температуру не выше 70 °С, влажность 1,0…1,3 %, содержание жира 55…62 %, степень измельчения 10…15 % от остатка обезжиренной навески на шелковом сите № 29.

Взбитая карамельная масса образуется в результате интенсивного перемешивания (взбивания) исходной карамельной массы с раствором пенообразователя в условиях насыщения смеси воздухом. Исходная карамельная масса должна иметь особые свойства: она должна долго сохранять пластичность, не затвердевать, обладать повышенной стойкостью против кристаллизации. Для такой массы карамельный сироп готовят с повышенным содержанием патоки (60…67 %) и уваривают сироп до относительно низкой концентрации сухих веществ (94…95 %). В качестве пенообразователя обычно используют отвар мыльного корня, содержащего до 5 % поверхностно-активного вещества сапонина.

В результате насыщения пузырьками воздуха плотность карамельной массы снижается от 1530 кг/м³ до 1120…1150 кг/м³. Взбитая карамельная масса приобретает белый цвет, может вытягиваться в длинную тонкую равномерную нить и плавать на поверхности тертой массы.

Получение халвы, вымешивание – это равномерное распределение взбитой карамельной массы в тертой жиросодержащей массе с образованием волокнисто-слоистой структуры. На качество готовой халвы оказывают влияние рецептура карамельной массы, ее влажность, плотность, температура, а также степень измельчения тертой массы, ее температура и содержание жира. Кроме того, качество халвы зависит от продолжительности вымешивания, массы обрабатываемой порции и количества добавляемых отходов.

В частности, к образованию большого количества непромесов и толстых карамельных волокон приводит снижение влажности и температуры карамельной массы, либо снижение доли и температуры тертой массы. Карамельные нити в халве сильно утоньшаются и рвутся, халва слеживается, уплотняется, теряет волокнистую структуру в случае использования взбитой карамельной массы с повышенными влажностью, температурой и плотностью либо тертой массы с высокой температурой, а также в результате избыточной продолжительности вымешивания.

Халва, приготовленная по рецептуре с соблюдением установленного температурного режима, должна иметь тонковолокнистое строение, резаться ножом без сильного крошения.

Стадии технологического процесса. Производство подсолнечной халвы состоит из следующих стадий и основных операций:

– получение обжаренных ядер семян подсолнечника;

– получение подсолнечной тертой массы;

– получение отвара мыльного (или солодкового) корня;

– получение карамельного сиропа и карамельной массы:

– получение взбитой карамельной массы;

– вымешивание халвы и формование брикетов;

– упаковывание халвы в потребительскую и транспортную тару.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для получения обжаренного ядра семян подсолнечника, в который входят очистные и калибровочные воздушно-ситовые сепараторы, магнитные уловители, семенорушки, семеновеечные и просеивающие машины, аппараты для обжарки и охлаждения ядер и их крупки, вальцовые станки, а также бункера и система конвейеров.

Второй комплекс оборудования для получения тертой подсолнечной массы содержит валковые мельницы, протирочные машины, темперирующие сборники и насосы.

Получение отвара мыльного (или солодкового) корня обеспечивается в третьем комплексе оборудования, включающем баки для мойки и замочки корня, корнерезки и варочные котлы.

В состав четвертого комплекса оборудования для получения карамельной массы и насыщения ее воздухом входят дозирующие устройства, сборники-смесители, варочные аппараты, котел взбивальный, расходные баки и насосы.

Ведущим является комплекс оборудования для вымешивания халвы и формования брикетов, содержащий дозаторы компонентов, месильную машину, охлаждающий конвейер и формующую машину.

В завершающий комплекс оборудования линии входят машины для завертывания или фасования брикетов халвы и последующего их упаковывания в ящики.

Машинно-аппаратурная схема линии производства подсолнечной халвы представлена на рис. 4.3.

Устройство и принцип действия линии. Подсолнечные семена норией 1 подаются в бункер 2 и по мере необходимости в соответствии с производственным циклом шнеком 3 и норией 4 – в воздушно-ситовой сепаратор 5, где очищаются от пыли и посторонних примесей. После этого семена шнеком 6 подаются на калибрование по размеру в сепараторах 7 или на 2…3 – решетных ситах с отверстиями диаметром 4,7 и 10 мм.

Калиброванные крупные, средние и мелкие семена обрушиваются в рушильных машинах 8 раздельно. Обрушенное семя (рушанка) подается норией 9 в семеновеечную машину 10 для разделения на фракции, т.е. отделения ядра от недоруша, целяка, сечки, мучки (направляемой на маслозавод), лузги.

Подсолнечные ядра обжаривают в открытых жаровнях 11 с паровым или огневым обогревом, при непрерывном перемешивании. Продолжительность процесса термообработки в жаровне 30…40 минут. Температура ядер по окончательной обжарки 110…120 °С, влажность обжаренных ядер 1,0…1,2 %.

После обжарки подсолнечное ядро следует быстро охладить до 50 °С для предотвращения ухудшения его качества под длительным воздействием высокой температуры. Ядра могут охлаждаться в охлаждающем барабане, а также шахтных охладителях 12 при подаче в них холодного воздуха. При продувании ядер воздухом частично удаляется лузга. Температура охлажденных ядер 30 °С. Далее ядро направляется для повторного обрушивания в рушильную машину 13. Полученную рушанку фракционируют во второй ситовеечной машине 14. На выходе из последней ядро ковшовым элеватором 15 загружают в вальцовый станок 16 для предварительного измельчения, при котором отделяются частицы лузги, прилипшие к ядрам семян. Крупку очищают от лузги на вибрационном сите 17.

Полученная из обезжиренного ядра, очищенная от лузги крупки размалывается на пятивалковом станке 18. При недостаточном содержании жира в крупке во время размола добавляется подсолнечное масло, с тем, чтобы содержанием жира в полученной тертой массе было 60…61 %. Для максимального освобождения от лузги тертую подсолнечную массу перекачивают шестеренным насосом 19 и пропускают через протирочную машину 18 с диаметром отверстий сит: первого – 1,5 мм, второго – 0,8 мм. Остаточное количество лузги в тертой массе не должно превышать 1,4 %.

Готовая тертая масса перекачивается насосом 21 в сборник с мешалкой 22, где хранения при температуре 45…50 °С.

Рис. 4.3. Машинно-аппаратурная схема линии производства подсолнечной халвы

Массу постоянного перемешивают, чтобы исключить ее расслоение. Для приготовления отвара мыльного или солодкового корня сухой мыльный или солодковый корень тщательно отмывают водой от земли и пыли в емкости 23 и замачивают в емкости 24 в течение 10…24 часов в чистой горячей воде температурой 60…80 °С для размягчения.

Размягченные корневища режут на куски размером 3…4 см и толщиной не более 1 см на корнерезке 25. Нарезанный корень загружают в открытый варочный котел 26, установленный под вытяжным колпаком с усиленной вытяжкой тягой и вываривают 3…4 раза в свежих порциях воды. Полученные экстракты соединяются в промежуточном сборнике 27. Наконец они увариваются в варочном котле 28 до плотности 1040…1050 кг/м³ – для мыльного корня и 1120…1130 кг/м³ – для солодкового корня.

Готовый отвар сливают в чаны или баки, облицованные внутри керамической плиткой. При сливе отвар фильтруют через сетку с диаметром отверстий 1 мм. Оставшийся в котле после трех…четырех кратного вываривания мыльный (или солодковый) корень охлаждают холодной водой и удаляют из цеха как отходы. Отвар должен быть хорошо отфильтрован, темно-коричневого цвета, без постороннего запаха. Так как отвары могут плесневеть и бродить (через несколько дней), их изготовляют по мере производственной необходимости.

Для приготовления карамельного сиропа применяется сироповарочный агрегат, в котором масса уваривается под избыточным давлением. Компоненты рецептурной смеси для приготовления карамельного сиропа в смеситель 35 дозируют плунжерным насосами-дозаторами 30 из сборников 29, 31 и 32 в следующем порядке: патока, инвертный сироп, вода. Сахар-песок из бункера 33 при помощи дозатора 34 также загружают в смеситель 35. В нем рецептурная смесь нагревается до температуры 65…70 °С. Из смесителя рецептурная смесь в виде кашицеобразной массы с влажностью 17…20 % дозируется в змеевиковый варочный аппарат 36, где происходит уваривание сиропа до влажности 14…16 %. Карамельный сироп после фильтрации подается в сборник 37. Карамельную массу получают в змеевиковом вакуум-аппарате непрерывного действия 38. Карамельный сироп уваривают в вакуум-аппарате при давлении пара 0,5…0,6 МПа и разрежении не менее 80 кПа.

Для получения взбитой карамельной массы котел 39 перед загрузкой нагревают, затем загружают порцию карамельной массы, добавляют дозу отвара пенообразователя в количестве до 2 % к массе карамельной массы и включают мешалку. Продолжительность взбивания 15..20 минут при одновременной загрузке 100…150 кг продукта и частоте вращения вала с лопастями 100 мин^‑1. Температура карамельной массы во время взбивания 105…115 °С.

Вымешивание халвы производится в месильных машинах 40. Сначала в нее загружают порцию тертой массы при температуре 45…50  °С. Затем дозируют добавки. После этого загружают из котла 39 дозу взбитой карамельной массы. Все компоненты дозируют в соответствии с рецептурой. После включения месильной лопасти вымешивание ведут непрерывно до равномерного вытягивания карамельных нитей.

Готовую халвичную массу выгружают на охлаждающий конвейер 41, передающий ее на формование и упаковывание.

Процесс формования осуществляется следующим образом. Халвичная масса с содержанием жира 32…34 %, плотностью 1080…1130 кг/м³ и температурой 63…68 °С загружается конвейером 41 в приемную воронку формующей машины 42. Халвичная масса под действием собственной силы тяжести заполняет рабочую камеру. При движении нагнетательного поршня масса из рабочей камеры поступает в мерные карманы делительной головки. Одновременно поршни мерных карманов делительной головки передвигаются до упорных болтов, после чего делительная головка проворачивается на 90° и выбрасывая все отформованные брикеты одновременно. Число циклов делительной головки до 8 в 1 мин. Точность деления ±2 %.

Отформованные брикеты проходят на ячеистом конвейере 43 через охлаждающий шкаф с принудительной подачей воздуха температурой до 8 °С. Скорость движения ячеистого конвейера 43 до 1 м/мин. Продолжительность охлаждения 15…20 мин. Температура брикетов, поступающих не упаковывание, 25…35 °С.

Халву упаковывают в термосвариваемую пленку на фасовачной машине 45. Завертывание брикетов можно осуществлять на заверточных машинах, применяемых в производстве пищевых концентратов и для упаковывания печенья в пачки. Завернутые брикеты халвы конвейером 46 направляются на упаковку в транспортную тару (ящики).

Весовую халву фасуют в дощатую, фанерную, картонную тару, жестяные коробки и банки с предварительной застилкой внутри со всех сторон пергаментом. Халву фасуют при температуре 60…70 °С.

Упакованная в тару халва сдается в экспедицию (или на склад), где хранится при относительной влажности воздуха до 70 % и температуре не выше 18 °С. При хранении халвы не допускаются резкие температурные колебания и совместное нахождение ее с продуктами, имеющими посторонний запах.