Технология молока и молочных продуктов

Технологический процесс производства сухой лактулозы, (разработано во ВНИМИ В. Д. Харитонов, В. В. Ким с сотр.), включает следующие операции: приемку концентрата лактулозы с определением его качественных показателей, подготовку концентрата, нагревание раствора, сушку, охлаждение сухой лактулозы, расфасовку продукта. Сироп лактулозы, после определения его качества, разбавляется чистой водой до содержания сухих веществ 20-45% и при необходимости раскисляется. Раствор нагревается до 80-85єС и подается в распылительную сушилку. Режим сушки: температура воздуха на входе 100-150єС, на выходе - 50-70єС. Учитывая высокую гигроскопичность порошков сухой лактулозы (индекс гигроскопичности составляет 22,8%, для примера СОМ - 10,5%), его необходимо охладить осушенным воздухом и немедленно расфасовать в герметичную, влагонепроницаемую тару. На основе сухой лактулозы и лизоцима разработана технология оригинального препарата "Лаэль".

Следует подчеркнуть проблематичность получения сухой лактулозы в чистом виде, поэтому ведется поиск ее сушки с наполнителями - соевым изолятом, молочным белком и другими компонентами

Этанол. Лактоза может трансформироваться этиловый спирт (этанол) при ее сбраживании специальными рассами дрожжей. Общая схема сбраживания представлена ниже:

С12Н22О11 + Н2О----->2С6Н12О6 ----> 4С2Н5ОН + 4СО2

лактозамонозыэтанол

Теоретически из 1 т молочной сыворотки (45 кг лактозы) возможно получение 68,2 дал этанола и до 25 кг диоксида углерода. На практике эти величины ниже за счет потерь. Наиболее благодатной средой для брожения считается УФ-фильтраты, т. к. молочную сыворотку приходится очищать от жира и белков. Способностью сбраживать лактозу с образованием этилового спирта и диоксида углерода обладают лишь немногочисленные представители дрожжей. Например, по данным проф В. М. Богданова 15 штаммов, испытанных им, продуцировали из лактозы от 0,36 до 2,42% этанола. Для практического использования в настоящее время рекомендуются дрожжи Kluyveromyces fragilis или Candida pseudotropikalis для нативной сыворотки и специально подобранные и штаммы дрожжей Klyveromyces marxianus Пр-8 для подсгущенной сыворогтки.

Производство этанола на основе сбраживания лактозы возможно путем использования:

нативной (неконцентрированной) молочной сыворотки;

концентратов молочной сывортки с содержанием лактозы 15-20%;

молочной сыворотки с гидролизованной до моноз лактозой;

молочной сыворотки с иммобилизацией дрожжевых клеток на носителе.

Схема технологического процесса получения этилового спирта молочной сыворотки включает следующие операции: приемку и подготовку исходного сырья - молочной сыворотки, дрожжей и вспомогательных материалов; очистку молочной сыворотки от казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков; охлаждение до температуры брожения 28-34С; внесение дрожжевой закваски; сбраживание лактозы; отделение осадка дрожжей; перегонка бражки и ректификация спирта; расфасовка, упаковка, хранение и маркетинг готовой продукции.

Схема технологической линии производства этилового спирта из подсырной сыворотки, разработанная ВНИИМС, приведена на рис .

Для производства используют свежую подсырную сыворотку с кислотностью не выше 20єТ, очищенную от казеиновой пыли, молочного жира и сывороточных белков способами, аналогично производству молочного сахара. Осветленную сыворотку охлаждают до 28-34єС и вносят дрожжевую закваску. При работе с концентрированной сывороткой ее сгущают 3-5 раз в вакуум-выпарных аппаратах.

Дрожжевая закваска готовится вначале лабораторная, затем производственная. Для активизации роста дрожжей в закваску рекомендуется вносить минеральные соли (сульфат аммония, соли калия и кальция). Рост биомассы проводится при температуре 28-30єС, pH 4,5 ед. и обязательном аэрировании воздухом с перемешиванием смеси. Размножение дрожжей проводят до достижения их концентрации 1,5-1,7 млрд в 1 мл. Полученная суспензия дрожжей "бродящего типа" используется в качестве посевного материала (закваски). Доза закваски составляет 8-10% от объема исходной сыворотки.

Брожение осуществляется в резервуарах (бродильных чанах - ферментерах) с автоматическим поддержанием температуры на уровне 29±1єС с аэрацией воздухом и перемешиванием. Конец брожения определяют по плотности (остается постоянной в течении 24 ч) и остаточной лактозе - не более 0,3%. В питательной среде (бражке) накапливается этанола: при сбраживании нативной сыворотки - 2-3%, концентрированной - до 8%.

Для выделения, концентрирования до 96% и очистки этанола используют брагоперегонные и ректификационные колонны. Перед перегонкой бражки дрожжи рекомендуется отсепарировать и использовать вновь в качестве закваски. Получаемая от перегонки барда содержит азотистые соединения, 3-4% минеральных солей, молочную кислоту и является ценным кормовым средством (добавкой) в жидком, сгущенном или сухом видах.

Практический опыт показывает, что из одной тонны подсырной сыворотки на линии можно получить 25 л спирта этилового пищевого крепостью 96% с незначительным количеством сивушных масел, 30 кг альбуминного творога, подсырные сливки и белковую массу казеиновой пыли, а также до 40 кг кормовых дрожжей и до 60 кг диоксида углерода. По расчетам при этом высвобождается для пищевых целей 117 кг зерна или 300 кг картофеля. Описанный выше процесс позволяет получать молочную сыворотку, практически полностью освобожденную от лактозы. Спиртовое брожение при этом рассматривается как процесс, позволяющий получать пищевую или кормовую дрожжевую массу (белок) и в качестве побочного продукта этиловый спирт. По нашему мнению именно этот вариант является предпочтительным для отрасли. Производство этанола из концентрированной молочной сыворотки любого вида реализовано в Белоруссии (М.В.Залашко, К.В.Объедков с сотр.). В зарубежных схемах рекомендуется использование ультрафильтрации для очистки сыворотки от белков и обратного осмоса для сгущения ультрафильтрата. При этом экономически оправданным объемом переработки сыворотки в этанол считается 400 т/сутки.

Контрольные вопросы и задания к разделу: 1. Назовите химический состав, физические свойства обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. 2. Укажите виды и ассортимент продуктов из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. 3. Какова сущность технологии и оптимальные параметры производства молочного белка, казеина и казеинатов? 4. Сформулируйте научно-технические основы технологии и рецептуры ЗЦМ в жидком, сгущенном и сухом видах. 5. Сформулируйте физико-химические основы технологии молочного сахара-сырца, пищевого и рафинированного. 6. Какова сущность технологии производных молочного сахара - глюкозо-галактозные сиропы, лактулоза, этанол?

Equation Chapter 1 Section 1



Раздел 10. Производственные расчеты в молочной промышленности

10.1 Материальный баланс в производстве молочных продуктов

ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Материальный баланс служит для контроля производства, регулирования состава продукции, установления производственных потерь. С помощью материального баланса можно определить экономические показатели технологических процессов и способов производства (производственные потери, степень использования составных частей молока, расход сырья, выход готового продукта)

В основе материального баланса лежит закон сохранения вещества, записанный математически в виде двух уравнений.

Первое уравнение - это баланс сырья и вырабатываемых из него продуктов

(1)

где mс, mг, mп - масса соответственно сырья, готового и побочного продуктов, кг, П - производственные потери, кг.

После переработки масса получаемых продуктов меньше массы переработанного сырья. Разницу между ними составляют производственные потери. Производственные потери выражают также в процентах от количества переработанного сырья:

откуда

Тогда уравнение (1) примет вид

(2)

Второе уравнение материального баланса составляют по массе сухих веществ молока или отдельных составных частей

Если составные части молока не претерпевают химических изменений в ходе технологических процессов, то количество их в сырье должно быть равно количеству в готовом и побочном продуктах. Баланс составных частей молока при его переработке можно составить так:

(3)

или

где чс, чг, чп - массовая доля составных частей молока соответственно в сырье, в готовом и побочном продуктах, %; Пч, - потери составных частей молока, кг.

Потери выражают в процентах от составных частей молока, cодержащихся в сырье:

где nч - потери составных частей молока, %.

После подстановки Пч в уравнение (3) второе уравнение материального баланса примет вид

или (4)

Потери составных частей молока nч и потери сырья n, выраженные в процентах, численно равны.

Баланс можно составить по любой части молока - жиру Ж, сухому остатку молока С, сухому обезжиренному молочному остатку (СОМО) О. Так, баланс по жиру при сепарировании молока

где Жм, Жсл, Жоб, - массовая доля жира соответственно в молоке, сливках и обезжиренном молоке, %; nж - потери жира при сепарировании, %

Для производства сухого и сгущенного молока баланс можно составить по сухому молочному остатку:

(5)

где mсг - масса сгущенного молока, кг, Сн.м, Ссг - массовая доля сухого молочного остатка соответственно в нормализованном и сгущенном молоке, %; nc.в - потери сухих веществ при производстве сгущенного молока, %.

В уравнении (5) отсутствует одно слагаемое, так как при сгущении и сушке побочный продукт (вода) не содержит сухих веществ молока.

Решая совместно первое (2) и второе (4) уравнения материального баланса, можно определить массу сырья по готовому продукту при известном составе сырья, готового и побочных продуктов или установить массу готового продукта по массе сырья:

(6)

(7)

(8)

Материальные расчеты обычно проводят с учетом производственных потерь. При ориентировочных расчетах ими пренебрегают. Массу сырья готового и побочных продуктов без учета потерь определяют по формулам

(9)

(10)

(11)

Необходимо определить массу сливок для производства 500 кг масла, если массовая доля жира в масле составляет 78 %, в сливках - 38, в пахте - 0,7%. Нормативные потери при производстве масла составляют 0,6 %.

Для решения задачи воспользуемся формулой (7):

Массу готового продукта по сырью или массу сырья по готовому продукту можно определить как алгебраическим методом (по формулам), так и графическим (по расчетному треугольнику).

Сущность способа расчета с помощью треугольника состоит в следующем. В вершинах треугольника записывают массовую долю одной из составных частей молока, содержащихся в сырье чс, в готовом чг и побочном чп продукта.

В соответствии с правилом расчетного треугольника составляют пропорцию: отношение внутренних сторон к внешним - величина постоянная для данного треугольника:

Из этого соотношения определяют необходимые величины.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПОТЕРИ

При производстве различных молочных продуктов на молокопроводах, в емкостях, аппаратах и другом оборудовании задерживаются остатки сырья, готового и побочного продуктов. Часть сырья и продуктов расходуется на анализы. Все эти остатки сырья, готового и побочного продуктов составляют неизбежные технологические потери.

В целях контроля за производством разработаны нормы потерь, включающие только технологические потери. При этом не учитываются непроизводственные потери (потери от брака, неисправности оборудования и т. п.).

Нормативные потери устанавливают на основании экспериментальных замеров остатков сырья и жира на технологическом оборудовании.

Фактические потери в производстве рассчитывают по балансу жира или сухих веществ.

Потери представляют собой разность между массой жира или сухих веществ в сырье и массой их в готовом и побочном продуктах:

где Пж, Пс.в - потери жира и сухих веществ, кг.

Потери выражают также и в процентах от переработанного жира, сухих веществ или сырья:

где пж, nс.в - потери жира, сухих веществ, % от массы жира или сухих веществ в переработанном сырье.

СТЕПЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ МОЛОКА

Вещества молока в процессе переработки полностью или частично переходят в готовый продукт. Некоторое их количество остается в побочном продукте. Этот процесс характеризуется показателем степени перехода составных частей молока, который обозначается буквой а с индексом, соответствующим составной части молока, и выражается в процентах или единицах.

Степень перехода ач определяет долю или процент составных частей молока, перешедших в готовый продукт, от количества их в переработанном сырье, т. е.

(12)

Если выразить массу продукта по формуле (7) и подставить это значение вместо mг в формулу (12), то получим формулу для определения степени перехода составных частей молока по содержанию их в сырье, готовом и побочном продуктах, выраженную в единицах

или процентах

Степень использования Иг составных частей молока меньше степени перехода их в готовый продукт, и определяют ее по фактическим данным либо с учетом производственных потерь:

где Ич - фактические и предельно допустимые потери составных частей молока, % количества в переработанном сырье.

Таким образом, степень использования составных частей молока зависит как от содержания их в побочном продукте, так и от производственных потерь.

Например, необходимо определить степень перехода и степень использования жира при производстве масла, если массовая доля жира в сливках составляет 35%, в масле - 82,5, в пахте - 0,4, потери - 0,4 %.

Степень перехода жира:

Степень использования жира

РАСХОД СЫРЬЯ И ВЫХОД ГОТОВОГО ПРОДУКТА

Норма расхода сырья представляет собой массу сырья в килограммах, затраченного на выработку 1 т готового продукта.

С учетом формулы (7) массу сырья, затраченного на получение 1 т готового продукта, рассчитывают по формуле

где Рс - норма расхода сырья, кг на 1 т продукта; n - предельно допустимые потери, %.

По фактическим данным можно установить фактический расход сырья:

(13)

где Рф - фактический расход сырья, кг на 1т продукта; mс, mг - масса соответственно фактически затраченного сырья и полученного продукта, т.

Теоретический расход сырья вычисляют без учета потерь:

(14)

В настоящее время в промышленности при расчете норм расхода для отдельных продуктов приняты следующие формулы.

Норма расхода нормализованного молока на 1 т пастеризованного молока:

где nж - предельно допустимые потери жира при выработке сливок, % массы жира в переработанном молоке.

Норма расхода молока на 1 т сливок

где Жоб - нормативная массовая доля жира в обезжиренном молоке, %; Норма расхода нормализованного молока на 1 т жирного творога

где Иж - степень использования жира, %.

Норма расхода обезжиренного молока на 1 т нежирного творога

где 237,4 - количество белка, необходимое для выработки 1т нежирного творога с массовой долей влаги 77,5%, кг; Боб - фактическая массовая доля белка в обезжиренном молоке, %; К - коэффициент, учитывающий потери обезжиренного молока на приемку, пастеризацию, хранение и фасование.

При годовом объеме переработки молока до 10000 и от 10001 до 25000 т K = 1,0028 от 25001 до 50000 т - K = 1,0021, от 50001 т и выше К = 1,0017.

Норма расхода молока на 1 т сливочного масла

где Жcл, Жм - массовая доля жира соответственно в сливках (при которой установлена нормативная массовая доля жира в пахте) и в молоке, %; Жоб, Жмс, Жпх - нормативная массовая доля жира соответственно в обезжиренном молоке, масле, пахте, %; nж1 - предельно допустимые потери жира при выработке сливок, % массы жира в переработанном на масло молоке; пж2 - предельно допустимые потери жира при переработке сливок в масло, % массы жира в сливках.

Норма расхода нормализованного молока на 1 т зрелого сыра

где Жс.в - нормативная массовая доля жира в сухом веществе зрелого сыра, %; Вс - нормативная массовая доля влаги в сыре; %; К - поправочный коэффициент на результат анализа пробы сыра, взятой щупом (для твердых корковых сыров 1,036, для бескоркового сыра 1,025, для мягких сыров 1); От - норма отхода сырной массы, % массы выработанного сыра; пж - предельно допустимые потери жира при производстве сыра, % массы жира в нормализованном молоке; Ож - норма отхода жира в сыворотку, %.

Норма расхода обезжиренного молока и пахты на 1 т нежирного сыра и брынзы

где Вл, С - массовая доля соответственно влаги в зрелом сыре, сухих веществ в обезжиренном молоке или пахте, %; Ис - степень использования сухих веществ сырья.

Норма расхода нормализованного молока на 1 т сухого цельного молока

где Ссух.м, Сн.м - массовая доля сухих веществ соответственно в готовом продукте, нормализованном молоке, %; nс.в - предельно допустимые потерн сухих веществ, % массы сухих веществ в переработанном нормализованном молоке.

Выходом готового продукта В (в %) называют массу готового продукта, полученную из ста единиц сырья. Выход продукта вычисляют по формуле

Для оценки товарных свойств перерабатываемого молока целесообразно рассчитывать выход без учета производственных потерь, так как они зависят от объема перерабатываемого сырья.

Выход молочных продуктов можно определить по одной из составных частей молока с учетом степени ее использования;

где чн.м - массовая доля составных частей молока в нормализованном молоке, %

Выход молочных продуктов зависит от содержания в исходном сырье жира, белка, лактозы и других составных частей молока, образующих основную массу продукта, от степени перехода их в готовый продукт и от массы влаги в продукте с растворенными в ней составными частями молока.

Например, определить при сепарировании молока выход сливок и норму расхода молока, если массовая доля жира в молоке 4%, в сливках - 35%, в обезжиренном молоке - 0,05%. Производственные потери составляют 0,15 %.

Выход сливок будет таким

Норма расхода цельного молока на 1 т сливок

10.2 Расчеты по нормализации сырья

ЦЕЛЬНОМОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ

В производстве таких видов продуктов, как питьевое молоко, простокваша, кефир и др., молоко нормализуют по жиру, а для некоторых продуктов и по сухим веществам. Содержание жира в готовом продукте, заданное стандартом, равно содержанию жира в нормализованном молоке, так как в производстве этих продуктов отходы отсутствуют.

По жиру молоко нормализуют смешением: периодическим способом либо непрерывным в потоке с использованием сепараторов-нормализаторов.

При нормализации молока смешением периодическим способом нормализованное молоко получают путем смешения исходного цельного молока тм со сливками mсл, если жирность нормализованного молока выше жирности исходного молока (тн.м = тм + тсл), или путем смешения с обезжиренным молоком, если жирность нормализованного молока ниже жирности исходного молока

(тн.м = тм + тоб).

Массу сливок или обезжиренного молока, необходимых для нормализации, можно определить по уравнениям материального баланса.

Если Жн.м< Жм то в соответствии с уравнениями материального баланса имеем

Решая эту систему уравнений, найдем массу обезжиренного молока, необходимого для нормализации,

и массу цельного молока

Для получения необходимой массы обезжиренного молока необходимо просепарировать определенную массу цельного молока mсеп. В соответствии с уравнениями материального баланса

Решая эту систему уравнений, выведем формулу для определения массы молока, которую необходимо просепарировать:

Если Жн м > Жм, то



Решая эту систему уравнений, найдем массу сливок, необходимых для нормализации молока,

и массу цельного молока

Если в производстве отсутствуют сливки для нормализации, то в этом случае необходимо их получить путем сепарирования определенной массы молока mсеп.

В соответствии с уравнениями материального баланса имеем

Решая эту систему уравнений, получим формулу для, определения массы молока для сепарирования

При нормализации молока в потоке непрерывным способом имеют место два случая: когда жирность нормализованного молока больше, чем цельного, и наоборот.

Если Жн.м < Жм то тм = тн.м + тсл.

В этом случае масса нормализованного молока рассчитывается по формуле

а масса сливок, которую необходимо выделить при нормализации, составляет

Если Жн. м > Жм то тм = тн.м + тоб.

В этом случае масса нормализованного молока определяется по формуле

а масса обезжиренного молока составляет

Все эти вычисления можно выполнить графическим методом по расчетному треугольнику.

По сухим веществам молоко нормализуют, добавляя к исходному цельному молоку сухое или сгущенное обезжиренное молоко в соответствии с уравнением материального баланса.

При определении массы сухого молока учитывают его растворимость и содержание влаги. Массу сухого молока для нормализации рассчитывают по формуле

где т1 - масса сухого молока по рецептуре, кг; Р - растворимость сухого молока, %.

ТВОРОГ И СЫР

При производстве творога и сыра отношение жира к белку Жн м / Бн.м в нормализованном молоке должно быть таким, чтобы обеспечить стандартное отношение этих частей молока в готовом продукте Величина этого отношения в нормализованном молоке зависит от состава готового продукта и степени перехода жира и белка из молока в продукт

Для изменения соотношения между жиром и белком увеличивают или уменьшают содержание жира, добавляя слизки или обезжиренное молоко. Сначала определяют содержание жира в нормализованном молоке, обеспечивающее необходимое отношение между жиром и белком.

Составляют баланс по жиру и белку в нормализованном молоке и готовом продукте

(15)

(16)

где Бн.м и Бг - массовая доля белка соответственно в нормализованном молоке и готовом продукте, %, Иж, Иб - степень использования соответственно жира и белка в производстве творога или сыра

Разделив (15) на (16), найдем

(17)

При расчете жирности нормализованного молока в производстве творога, массовая доля жира в котором 18, 9 и 5 %, формула (17) примет вид

где Жтв, Бтв - массовая доля соответственно жира и белка в твороге, %.

Заменим ; Бн.м = K2•Бм, получим Жн.м =K1 •K2 •Бм.

Обозначим K1•K2 = K, получим формулу для определения жирности нормализованного молока в производстве творога

где Бм - массовая доля белка в молоке, %

Для творога с массовой долей жира 18 % можно принять K=1, с массовой долей жира 9% - K = 0,5, с массовой долей жира 5 % - К=0,29.

Коэффициент K периодически уточняют на основании трех-четырех контрольных выработок творога.

Например, необходимо определить массовую долю жира в нормализованном молоке при производстве творога с массовой долей жира 5 %. Массовая доля белка в цельном молоке - 3,1 %.

При расчете массовой доли жира нормализованного молока в производстве сыра формула (17) принимает вид

где Жс, Бс - массовая доля соответственно жира и белка в сыре, %. Если заменим и обозначим

K1 • K2 • K3 = K то получим, что

(18)

где Сс - массовая доля сухих веществ в сыре, %

Между массовой долей жира в сыре Жс и сухом веществе сыра Жс.в существует зависимость

(19)

Подставим (19) в (18), получим формулу для определения массовой доли жира в нормализованном молоке при производстве сыра

где К - коэффициент, определяемый опытным путем (для сыров с массовой долей жира в сухом веществе сыра 50% K=2,15; 45% - K=2,02; 40% - К=1,9); Жс.в - нормативная массовая доля жира в сухом веществе сыра, %.

Если обозначить , то расчетная формула примет вид

где Кр - расчетный коэффициент.

Этот формула применяется в практике сыроделия, при этом расчетный коэффициент определяют опытным путем. Для этого проводят несколько выработок сыра, устанавливая ориентировочную жирность нормализованного молока при помощи таблицы, имеющейся в технологической инструкции по производству сыра. В исходном молоке определяют массовую долю белка, а в сыре после прессования - массовую долю жира в сухом веществе. Последняя должна быть на 1-1,5 % выше стандартной ( с учетом того, что в результате посолки величина массовой доли жира в сухом веществе сыра уменьшается). При несоответствии фактической массовой доли жира в сухом веществе сыра после прессования заданному значению рассчитывают поправочный коэффициент:

где Жт - требуемая массовая доля жира в сухом веществе сыра после прессования, %; Жф - фактическая массовая доля жира в сухом веществе сыра после прессования, %.

При последующих выработках сыра ориентировочную жирность нормализованного молока корректируют по формуле

где Жн.м.у - масслвая доля жира в нормализованном молоке, уточненная при опытных выработках сыра, %; Жн.м.ор - массовая доля жира в нормализованном молоке ориентировочная, %.

Из нормализованной смеси с уточненной массовой долей жира вырабатывают сыр. В случае несоответствия массовой доли жира в сухом веществе сыра после прессования заданному значению жирность смеси уточняют еще раз, добиваясь получения в двух-трех выработках подряд требуемой массовой доли жира в сухом веществе сыра после прессования.

Затем находят расчетный коэффициент

Расчетный коэффициент следует уточнять по мере необходимости не реже 1 раза в месяц.

МОЛОЧНЫЕ КОНСЕРВЫ

При выработке молочных консервов в нормализованном молоке отношение между жиром и сухим обезжиренным остатком Жн.м / СОМОн.м должно быть таким, чтобы обеспечить стандартное отношение этих частей молока в готовом продукте.

В цельном молоке отношение Жм / СОМОм колеблется от 0,39 до 0,69, а в сухих и сгущенных молочных продуктах Жг / СОМОг - от 3,3 до 0,193. Таким образом, в производстве молочных консервов необходимо изменять соотношение между жиром и сухим обезжиренным остатком в молоке от 0,39-0,69 до 3,3-0,193.

Кроме того, следует учитывать непропорциональность относительных потерь жира и сухого вещества, которая обозначается коэффициентом К.

Если Жм / СОМОм = (Жг / СОМОг) •К, то молоко не требует нормализации.

Если Жм / СОМОм < (Жг / СОМОг) •К, то при нормализации молока используют сливки.

Обозначим Жг / СОМОг = Опр, массу сливок найдем по формуле



где СОМОсл - массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка в сливках, %.

Массу нормализованного молока определяют как mн.м=mм+mсл.

Массовую долю жира в нормализованном молоке определяют по формуле

Если Жм / СОМОм > (Жг / СОМОг)•К, то для нормализации используют обезжиренное молоко или пахту.

Массу обезжиренного молока и пахты определяют по формулам

где СОМОоб и СОМОпах - массовая доля сухого обезжиренного молочного остатка соответственно в обезжиренном молоке и пахте, %.

Тогда тн.м = тм + тоб, или mн м = mм + mпах

Для группы молочных консервов, в которых нормировано содержание сахарозы, массу сахара можно рассчитать по формулам



или

где САХпр - массовая доля сахара в продукте, %, Kсах - коэффициент, учитывающий потери сахара; Сн.м и Сг - массовая доля сухого молочного остатка соответственно в нормализованном молоке и продукте, %.

Аналогично можно рассчитать массу любого наполнителя

или

где НАПпр - массовая доля наполнителя в продукте, %; Кнап - коэффициент, учитывающий потери наполнителя..

РАСЧЕТ РЕЦЕПТУР В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ СО СЛОЖНЫМ СЫРЬЕВЫМ СОСТАВОМ

В производстве продуктов со сложным компонентным составом рассчитывается рецептура на составление смеси, исходя из состава сырья и готового продукта.

Алгебраический метод расчета. При расчете рецептур составляют столько уравнений, сколько неизвестных видов сырья. Первое уравнение составляется по массе готового продукта и сырья, а остальные - по балансу составных частей.

Выбирая неизвестные виды сырья, необходимо для получения баланса по какому-либо компоненту придерживаться следующего правила: один из неизвестных видов сырья должен содержать этого компонента меньше, а другой больше, чем в готовом продукте, иначе могут быть получены отрицательные значения массы неизвестных видов сырья. Расчет ведут обычно на 100 или 1000 кг готового продукта.

Пусть m1, m2, m3 - неизвестные массы первого, второго и третьего видов сырья, кг;

Ж1, Ж2, Ж3 -массовая доля жира в соответствующих видах сырья, %;

О1, О2, О3 -массовая доля сухого обезжиренного остатка в соответствующих видах сырья, %;

Жсм и Осм - соответственно массовая доля жира и сухого обезжиренного остатка в смеси, %;

? mи - сумма масс известных видов сырья, кг;

? mи •Жи - суммарная масса жира в известных видах сырья, кг;

? mи •Ои -суммарная масса сухого обезжиренного остатка в известных видах сырья, кг.

Сначала составляют материальный баланс по общей массе смеси (mсм = 100 кг)

.

Затем составляют баланс по жиру

и баланс по сухому обезжиренному остатку

.

Решая эти уравнения совместно, находят m1, m2, m3.

Пример. Составить 100 кг смеси сливочного мороженого с массовой долей жира 10%, СОМО - 10%, сахара - 16%, агара - 0,3%.

Для приготовления смеси имеется следующее сырье:

- молоко коровье жирностью 3,5%, СОМО - 9%;

- сливки жирностью 35%, СОМО - 7,2%;

- молоко сгущенное с сахаром с массовой долей жира 8,5%; СОМО - 20%, сахара - 43,5%.

Расчет. Предварительно определяют количество смеси за вычетом сахара и агара

100 - (16 + 0,3) = 83,7 кг.

Обозначим требуемую массу молока m1, массу сливок m2, а массу сгущенного молока с сахаром m3.

Для решения задачи с тремя неизвестными составим три уравнения

- общий баланс:

;

- баланс по жиру:

;

- баланс по СОМО:

.

Решая совместно эти три уравнения, находим массу молока, равную 37,3 кг, массу сливок 34,7 кг и массу молока сгущенного с сахаром 20,7 кг. Далее рассчитываем недостающую массу сахара. В 100 кг смеси мороженого должно содержаться 16 кг сахара. В рассчитанном количестве сгущенного молока с сахаром содержится сахара (20,7. 43,5) / 100 = 9,0 кг.

Следовательно, недостающее количество сахара составляет

16,0 - 9,0 = 7,0 кг.

Результаты расчетов записывают в табл. и подсчитываем количество жира и СОМО в каждом из продуктов.

Таблица

Сырье	Масса сырья, кг	Масса, кг
		Жира	СОМО	сахара
1. Молоко	37,3	1,30	3,36	-
2. Сливки	34,7	6,94	2,50	-
3. Молоко сгущенное с сахаром	20,7	1,76	4,14	9,0
4. Сахар свекловичный	7,0	-	-	7,0
5. Агар	0,3	-	-	-
ИТОГО:	100,0	10,0	10,0	16,0
%	100	10	10	16

Экономико-математический метод расчета рецептур продуктов со сложным компонентным составом основан на решении основной задачи линейного программирования, т.е. системы уравнений и неравенств (их принято называть ограничениями), поиск решения которой выполняется исходя из требования минимизации целевой функции, являющейся линейной формой арифметического вектора, представляющего собой совокупность массовых долей компонентов рецептуры. Как правило, целевая функция несет смысловую нагрузку какого-либо технико-экономического показателя рецептуры, например, ее стоимости. Математическая запись системы ограничений и целевой функции имеет следующий вид.

Целевая функция (стоимость рецептуры)

(20)

где Цi, mi - цена (стоимость) единицы массы (руб/кг) и масса i-го компонента (кг), входящего в смесь; n - количество компонентов смеси.

Система ограничений состоит из следующих групп:

- материальный баланс по общей массе и составным частям смеси, массовые доли которых в готовом продукте регламентированы нормативной технической документацией. Это ограничения типа «уравнение»;

- индивидуальные двусторонние ограничения по каждой переменной. Это ограничения типа «неравенство».

Материальный баланс.

а) материальный баланс по общей массе смеси:

(21)

гдеmi - масса i-го компонента смеси, кг; mг.п - масса готового продукта, кг; P - нормативный расход смеси на 1т готового продукта, кг; n - количество компонентов смеси.

б) материальный баланс по составным частям:

(22)

гдеmi - масса i-го компонента смеси, кг; чij - массовая доля j-ой составной части в i-ом компоненте смеси, %; Чj - массовая доля j-ой составной части в смеси (готовом продукте), %; mг.п - масса готового продукта, кг; P - нормативный расход смеси на 1т готового продукта, кг; n - количество компонентов смеси.

Обычно в эту группу входят материальный баланс по жиру, влаге, со содержанию сахарозы, ванилина, наполнителей, стабилизаторов и т.п. В этой группе должны быть только линейно-независимые ограничения, поэтому нет необходимости составлять баланс по СОМО или сухим веществам молока, если ограничения по жиру и влаге уже составлены. Кроме неоправданного увеличения размерности системы ограничений, это может привести к внутренней противоречивости при расчете за счет ошибок округления и, как следствие - к получению недопустимого решения.

Индивидуальные двусторонние ограничения.

Каждое из этих ограничений записываются в виде двойного неравенства.

(23)

гдеmi - масса i-го компонента смеси, кг; mimin - минимальный объем использования i-го компонента, кг; mimax- максимальный объем использования i-го компонента, кг. Такие ограничения необходимы чаще всего для учета наличия ресурсов компонентов. Кроме того, с помощью этих ограничений можно управлять расходом компонентов при составлении смеси.

Совокупность соотношений (20)-(23) образует математическую запись задачи расчета рецептуры продукта со сложным компонентным составом. Решение задачи сводится к нахождению набора неотрицательных значений масс компонентов смеси mi, удовлетворяющего условиям (20)-(23). Для решения таких задач используется симплекс-метод. Целесообразно выполнять такие расчеты с помощью программы для персонального компьютера. Одним из наиболее популярных инструментов для решения задач оптимизации является надстройка «Поиск решения» процессора электронных таблиц «MS Excel». Эта надстройка позволяет эффективно и быстро находить решения подобных задач, а внутренняя логика электронных таблиц обеспечивает представление задачи в удобной для восприятия табличной форме и упрощает процесс ввода данных.

Таблица исходных данных

№ п/п	Наименование сырья	Ресурс, кг	Цена, руб	Массовая доля, %
				Жира	Влаги	Хлорида натрия	Соли-плавителя
1.	Сыр сычужный крупный	100	100,00	29	42	2	0
2.	Сыр сычужный мелкий	250	90,00	25,2	44	3	0
3.	Сыр свежий Несолёный	1000	80,00	24,75	45	0	0
4.	Молоко сухое обезжиренное	100	65,00	0	4	0	0
5.	Сливки	300	80,00	35	58,9	0	0
6.	Масло Крестьянское	100	120,00	72,5	25	0	0
7.	Поваренная соль	100	2,00	0	0	100	0
8.	Соль-плавитель (раствор)	200	150,00	0	80	0	20
9.	Вода	1000	0,50	0	100	0	0

* Примечание: приведены условные цены на сырье.

Пример. Рассчитать состав смеси для производства 200 кг плавленого сыра с массовой долей жира в сухом веществе 60%, влаги - 52%, хлорида натрия - 1,8 %, соли-плавителя - 2%. Норма расхода смеси на 1 т плавленого сыра составляет 1020 кг. Перечень и химический состав компонентов для составления смеси приведен в табл. . При этом в составе смеси должно быть не менее 10 % сычужных сыров (крупных и мелких).

Расчет. Предварительно рассчитаем абсолютную массовую долю жира в плавленом сыре (смеси).

Масса смеси для производства 200 кг плавленого сыра с учетом нормы расхода 1020 кг/т составит 204 кг. Для выполнения условий расчета примем, что сычужных сыров крупных в смеси должно быть не менее 5% , т.е 10,2 кг, мелких - не менее 5 %, т.е 10,2 кг.

Обозначим неизвестные массы компонентов смеси: m1 - масса сыра сычужного крупного , m2 - масса сыра сычужного мелкого, m3 - масса сыра свежего несоленого, m4 - масса сухого обезжиренного молока, m5 - масса сливок, m6 - масса масла, m7 - масса поваренной соли, m8 - масса раствора соли-стабилизатора , m9 - масса воды.

Целевая функция (стоимость смеси) :

Ограничения материального баланса:

- по общей массе смеси

- материальный баланс по жиру

- материальный баланс по влаге

- материальный баланс по хлориду натрия

- материальный баланс по соли-плавителю



Индивидуальные двусторонние ограничения.

В соответствии с данными табл. индивидуальные ограничения можно записать следующим образом

Для нахождения решения задачи воспользуемся процессором электронных таблиц «MS Excel» и его надстройкой «Поиск решения» (в англоязычном варианте «Solver»). Перенесем данные из табл. На рабочий лист Excel'а, дополнив ее колонкой для записи решения задачи (Рис. ).

В верхнюю таблицу на рабочем листе добавим также колонку с информацией о минимальном использовании сырья. Ниже на листе разместим формулу для расчета значения целевой функции и общей массы смеси. В нижней таблице расположим информацию об ограничениях материального баланса. Во вторую колонку нижней таблицы введем формулы для расчета левых частей ограничений материального баланса, а в третью - для правых частей. В четвертой колонке расположим данные о требованиях стандарта к составу готового продукта и смеси.

Изначально в правой колонке верхней таблицы находятся нули. Начальные значение целевой функции и общей массы смеси также равны нулю.

Установив указатель активной ячейки в поле со значением целевой функции, запускаем «Поиск решения». При этом на экране появляется диалоговое окно, с помощью которого вводим адреса ячеек с искомыми переменными m1 - m9, ячейки, содержащей формулу для расчета целевой функции, а также ячеек правых и левых частей ограничений материального баланса и двусторонних индивидуальных ограничений.

По окончании ввода запускаем расчет и в случае получения допустимого решения на экране будут отображены результаты расчета значений m1 - m9 и значение целевой функции. На рис. эти числовые значения выделены более крупным и полужирным шрифтом.

Использование надстройки «Поиск решения» позволяет быстро выполнять большой объем вычислений. При этом возможно моделирование различных ситуаций, связанных с изменением ресурсов сырья, его стоимости и других условий расчета.

Литература

1. Тихомирова Н. А. Технология продуктов лечебно-профилактического питания. Учебное пособие. М.: 2001. - 242 с.

2. Зобкова З.С. Пороки молока и молочных продуктов и меры их предупреждения. - М.: Молочная промышленность. 1998. - 76 с.

3. Зобкова З. С. Соя и продукты на ее основе. - М.: 2001. - 142 с.

4. Зобкова З.С., Шатнюк Л.Н., Спиричев В.Б. Обогащение молока и кисломолочных напитков витаминами. ГУП ВНИИ молочной промышленности. ГУ НИИ питания РАМН. - М.: 2002. - 32 с.

5. Вышемирский Ф. А. Маслоделие в России (история, состояние перспективы). Углич.: 1998. - 589 с.

6. Храмцов А. Г., Евдокимов И. А., Рябцева С.А. и др. Российская лактулоза - XXI век. Научные основы, производство и использование. - М.: МИИТ; 2000. - 110 с.

7. Оленев Ю. А. Технология и оборудование для производства мороженого. - М.: Изд-во «Де Ли», 1999, - 263 с.

8. Кладий А. Г. Производство мороженого и вафельных изделий. - М.: Галактика - ИГМ, /Под общ. ред. А.Г. Кладия. - М.: 1993. - 263 с.

9. Крусь Г. Н., Шалыгина А. М., Волокитина З. В. Методы исследования молока и молочных продуктов. / Под общ. ред. А. М. Шалыгиной. - М.: Колос, 2000. - 368 с.

10. Петров А. Н., Григоров Ю. Г., Козловская С. Г., Ганина В. И. Геродиетические продукты функционального питания. М.: Колос-Пресс, 2001. - 96 с.

11. Промышленная переработка нежирного молочного сырья / Храмцов А. Г., Полянский К. К., Нестеренко П. Г., Василисин С. В. /. - Воронеж, Изд-во Воронежского университета, 1992. - 192 с.

12. Храмцов А. Г. Нестеренко П. Г. Безотходная технология в молочной промышленности. - М.: Агропромиздат, 1989. - 279 с.

13. Гордезиани В. С. Производство заменителей цельного молока. - М.: Агропромиздат, 1990, 272 с.

14. Соколова З. С., Лакомова Л. И., Тиняков В. Г. Технология сыра и продуктов переработки сыворотки. Учебное пособие. - М.: Агропромиздат, 1992. - 335 с.

15. Получение, свойства и применение молочно-белковых и растительных концентратов. Сборник научных трудов ВНИМИ.- М.: Агропромиздат, 1991. - 187 с.

16. Полянский К. К., Шестов А. Т. Кристаллизация лактозы: физико-химические основы. - Воронеж, Изд-во Воронежского университета, 1995. - 184 с.

17. Жидков В. Е. Научно-технические основы биотехнологии альтернативных вариантов напитков из молочной сыворотки. - Ростов-на-Дону, Изд. СКНЦ ВШ, 2000. - 135 с.

18. Полное и рациональное использование молочной сыворотки на принципах безотходной технологии. Учебное пособие. / Храмцов А. Г., Жаринов А. И., Кунижев С. М. и др./.- Ставрополь, 1997. - 120 с.

19. Залашко М. В. Биотехнология переработки молочной сыворотки. - М.: Агропромиздат, 1990. - 122 с.

20. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды. Справочник под общ. ред. академика РАСХН Е.И. Сизенко.-М.: ППИ, 1999. - 468 с.

21. Тихомирова Н. А. Природный и рекомбинированный ангиогенин. Свойства и количественный анализ. - М.: Пищепромиздат, 1999.-137 с.

22. Рябцева С. А. Физико-химические основы технологии лактулозы. Ставрополь, Изд-во Сев-КавГТУ, 2001. - 138 с.

23. Технология переработки жиров / Н.С. Арутюнян, Е.П. Корнева, А.И. Янова и др. Под ред. проф. Н.С. Арутюняна. - 3-е изд. - М.: Пищепромиздат, 1999. - 452 с. (учебник)

24. Нечаев А.П., Траутенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Под ред. А.П. Нечаева. Пищевая химия - СПб.: ГИОРД, 2001. - 592 с. (учебник для вузов).

25. Голубева Л.В., Пономарева А.Н., Полянский К.К. Современная технология молкоа пастеризованного. - Воронеж.: Изд-во ВГУ, 2001. - 104 с.

26. Чекулаева Л.В., Полянский К.К., Голубева Технология продуктов консервирования молока и молочного сырья. - М.: ДеЛи принт, 2002. - 249 с. (учебное пособие для вузов)

27. Лоу К. Все о витаминах / Пер. с англ. Е. Незлобиной.- М.: КРОН-ПРЕСС, 2000. - 352 с.

28. Гудков А.В. Сыроделие: технологические, биотехнологические и физико-химические аспекты.

29. Арсеньева Т.П. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Т.4. Мороженое. - СПб.: ГИОРД, 2002. - 184 с.

30. Степенова Л.И. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Т.2. Масло коровье и комбинированное. - СПб.: ГИОРД, 2002. - 336 с.

31. Степенова Л.И. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Т.1. Цельномолочыные продукты.- 2-е изд. - СПб.: ГИОРД, 2003. - 384 с.

32. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Т.3. Сыры.// Кузнецов В.В., Шилер Г.Г.: Под общей ред. Г.Г.Шилер - СПб.: ГИОРД, 2003. - 512 с.

33. Гудков А.В. Сыроделие: технологические, биологические и физико-химический аспекты/ Под ред. С.А.Гудкова - М.: ДеЛи принт, 2003. - 800с.

34. Горбатова К.К. Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов. - СПб.: ГИОРД, 2002. - 352 с.

35. Храмцов А.Г. Экспертиза вторичного молочного сырья и получаемых из него продуктов: Методические указания. - СПб.: ГИОРД, 2002. - 120 с.

36. Тихомирова Н.А. Технология продуктов функционального питания. - М.: ООО «Франтера». 2002, - 213 с.

37. Ганина В.И. Пробиотики. Назначение, свойства и основы биотехнологии. - М.: МГУПБ, 2001. - 169 с.

Размещено на Allbest.ru

...