CC BY
34
УДК 663.674
Фризер
для мягких сортов мороженого
Л.В. Голубева, д-р техн. наук, проф., А.Н. Остриков, д-р техн. наук, проф., Л.И. Василенко, канд. техн. наук, Е.А. Пожидаева, асп. Воронежская государственная технологическая академия
В последнее время заметна тенденция увеличения производства мягкого мороженого, кремообразная воздушная структура которого по своим вкусовым качествам превосходит закаленное мороженое. В связи с этим разработана конструкция фризера для мягкого мороженого.
Фризеры - основное оборудование в производстве мороженого, они предназначены для частичного замораживания воды в подготовленных молочных смесях и насыщения их мелкодис-пергированным воздухом. В зависимости от вида мороженого и конструкции фризера в лед переходит 25,0-60,0 % воды, а объем молочной смеси вследствие аэрации увеличивается примерно в 2 раза.
При разработке фризера ставились основные задачи: рациональное ведение процесса термомеханического воздействия на исходную смесь за счет оптимизации характера движения продукта и обеспечения поддержания заданного температурного режима в
каждой из трех рабочих камер; максимальная универсализация конструкции механизмов перемешивания с учетом особенностей физико-механических свойств исходных компонентов; получение мягких сортов мороженого функционального назначения.
На рисунке приведено объемное изображение общего вида фризера для мягких сортов мороженого.
Фризер для мягких сортов мороженого содержит корпус 1 с тремя последовательно расположенными камерами 7, 8 и 9, загрузочный патрубок 2, внутри которого установлен конусообразный нагнетающий шнек 3.
Корпус 1 фризера имеет цилиндро-коническую форму и включает три последовательно расположенные камеры 7, 8 и 9. Первая 7 и вторая 8 камеры находятся в цилиндрической части корпуса 1, а третья камера 9 - в конусообразной части корпуса 1. Внутри корпуса 1 соосно установлены быстроходный 4 и тихоходный 5 валы, причем тихоходный вал 5 расположен
Гор. Исходное сырье жидкие компоненты вода / т I-:-
Фризер для мягких сортов мороженого: 1 - корпус; 2 - загрузочный патрубок; 3 - нагнетающий шнек; 4 - быстроходный вал; 5 - тихоходный вал; 6 - привод; 7, 8, 9- камеры; 10 - лопасти; 11 -пластина; 12 - опора; 13 - первая часть двутельного корпуса; 14 - вторая часть двутельного корпуса; 15, 16, 17, 18 - патрубок; 19, 20 - спираль; 21 - распылительная форсунка; 22 - двутельный корпус; 23, 24 - патрубок; 25 - ножеобразные пластины; 26 - шнек; 27 - разгрузочное отверстие
Ключевые слова: мягкое мороженое; фризер; жировые шарики; воздушные пузырьки; смесь компонентов.
внутри быстроходного вала 4 и проходит через все три камеры 7, 8 и 9. Быстроходный вал 4 расположен только в первой камере 7. Валы 4 и 5 приводятся во вращение от привода 6.
На входе и выходе из первой камеры 7 и на входе в третью камеру 9 установлены опоры 12 для тихоходного вала 5.
Половина первой камеры 7 имеет двутельный корпус, состоящий из двух отдельных частей 13 и 14. Первая часть 13 двутельного корпуса первой камеры 7 снабжена патрубками для подвода 15 и отвода 16 горячей воды, а вторая часть 14- патрубками для подвода 17 и отвода 18 холодной воды. В первой камере 7 установлен быстроходный вал 4, на котором вначале в зоне расположения первой 13 и второй частей 14 двутельного корпуса расположены лопасти 10, выполненные в виде изогнутых лемехообразных пластин, контактирующих с внутренней поверхностью первой камеры 7. Конфигурация и форма лемехообразных лопастей 10 выбрана с учетом состояния перемешиваемой массы, ее объема, толщины слоя, производительности, соотношения смешиваемых компонентов, степени однородности, способа загрузки компонентов и выгрузки смеси и требований технологии. Лопасти 10 отделены друг от друга перфорированными кольцеобразными пластинами 11, жестко прикрепленными к днищу корпуса первой камеры 7.
На второй половине первой камеры 7, на которой отсутствует двутельный корпус, на быстроходном валу 4 закреплены две ленточные спирали 19 и 20 разного диаметра с противоположной навивкой, а над ними в верхней части первой камеры 7 расположены распылительные форсунки 21 для подачи жидких компонентов и насыщения исходного сырья мелкодисперги-рованным воздухом.
Вторая 8 и третья 9 камеры имеют общий двутельный корпус 22 с патрубками для подвода 23 и отвода 24 аммиака. Во второй камере 8 на тихоходном валу 5 с определенным шагом установлены но-жеобразные пластины 25 для перемешивания и перемещения продукта.
В третьей камере 9 на тихоходном валу 5 смонтированы витки шнека 26 переменного шага и диаметра, а на выходе из третьей камеры 9 - разгрузочное отверстие 27.
TECHNICAL SUPPLY OF INDUSTRY
Смеси мороженого представляют собой сложные системы. В водной среде, составляющей 60-75 % от массы смеси, находятся другие составные компоненты, которые отличаются не только размерами частиц и их агрегатным состоянием, но и химическим составом. Например, смеси на молочной основе содержат соли неорганических и органических кислот (около 20 наименований), органические кислоты, сахарозу, лактозу, мочевину (размер частиц менее 103 мкм), молочные белки и стабилизаторы (размер частиц от 10-1 до 10-3 мкм), жировые включения, а в смесях мороженого с наполнителями - еще и частицы последних.
Мягкое мороженое - продукт нежной, кремообразной консистенции, температурой -5...-7 °С и взбитостью обычно 40-60 %. Это мороженое готово сразу после выхода его из фризера. Оно не подвергается дальнейшему замораживанию и содержит 45-55 % воды в замороженном состоянии.
Мягкое мороженое вырабатывают из специальных сухих смесей, содержащих все составные части мороженого в заданном соотношении.
Процесс фризерования смесей заключается в частичном вымораживании воды (температура поступающей во фризер смеси 12-16 °С, а на выходе она составляет -3,5 °С) и взбивании (насыщении смеси воздухом). При этом не только изменяются размеры частиц дисперсной фазы, но и формируются ее новые компоненты - воздушные пузырьки, кристаллы льда и лактозы. Таким образом, при фризеровании смесь, а затем и мороженое подвергаются сложной технологической обработке. При фризеровании размеры жировых частиц увеличиваются, укрупняются кристаллы льда и лактозы, не остаются постоянными и размеры воздушных пузырьков. Размеры жировых шариков, воздушных пузырьков, кристаллов льда и лактозы, частичек наполнителей в смесях и мороженом в основном превышают 1 мкм. От размеров и формы кристаллов льда в значительной мере зависят структура, консистенция мороженого, а также его вкусовые качества.
Фризер для мягких сортов мороженого работает следующим образом. Исходное сырье загружается во фризер через загрузочный патрубок 2 с помощью вращающегося конусообразного нагнетающего шнека 3. Включается привод 6, и быстроходный 4 и тихоходный 5 валы приводятся во вращение. Быстроходный вал 4 при помощи лемехообразных лопастей 10 начинает захватывать и перемешивать компоненты получаемой смеси. На эффективность смешивания влияют плотность компонентов исходного сырья, гранулометрический состав (форма,
размеры, дисперсионное распределение по крупности для неоднородных компонентов) частиц компонентов смеси, влажность компонентов, состояние поверхности частиц, силы трения и адгезии поверхностей частиц и т. д. Лемехообразные лопасти 10 при вращении продавливают получаемую вязкую массу через перфорированные кольцеобразные пластины 11, обеспечивая тем самым дополнительную тур-булизацию перемешиваемого потока смеси.
Одновременно через патрубок 15 в первую часть 13 двутельного корпуса первой камеры 7 подается горячая вода, которая нагревает внутреннюю поверхность корпуса 1 и отводится через патрубок 16.
Нагрев исходной смеси в первой части 13 камеры 7 обусловлен необходимостью расплава и последующего диспергирования при интенсивном перемешивании молочных и других жиров, входящих в состав исходной смеси, и их равномерного распределения по всему объему смеси. Перфорированные кольцеобразные пластины 11, жестко прикрепленные к внутренней поверхности корпуса в первой камере, нагреваются и служат источником нагрева исходной смеси, проходящей через отверстия в них. Конструкция лемехообразных лопастей 10 обеспечивает не только равномерное перемешивание, но и эффективное продавливание получаемой массы через отверстия в пластинах 11, диспергируя при этом все компоненты исходной смеси.
Одновременно через патрубок 17 во вторую часть 14 двутельного корпуса первой камеры 7 подается холодная вода, которая охлаждает внутреннюю поверхность корпуса 1 и отводится через патрубок 18.
Последующее охлаждение исходной смеси во второй части 14 камеры 7 обусловлено необходимостью охлаждения исходной смеси для эффективного набухания белков, входящих в состав смеси, и протекания других физико-химических изменений компонентов смеси. Перфорированные кольцеобразные пластины 11, жестко прикрепленные к внутренней поверхности корпуса в первой камере, охлаждаются и служат источником охлаждения исходной смеси, проходящей через отверстия в них. Конструкция лемехообраз-ных лопастей 10 обеспечивает эффективное продавливание получаемой массы через отверстия в пластинах 11.
Затем продукт поступает во вторую половину первой камеры 7, где с помощью двух вращающихся ленточных спиралей 19 и 20 разного диаметра с противоположной навивкой, закрепленных на быстроходном валу 4, осуществляется интенсивное взбивание
смеси компонентов, т. е. насыщение ее мельчайшими пузырьками воздуха. Ленточные спирали 19 и 20 обеспечивают перекрестное движение потоков смеси навстречу друг другу в направлении от стенок к центру фризера и наоборот. Таким образом, направление перемещения смеси во второй половине первой камеры 7 фризера имеет вид перекрестного противотока.
Из распылительных форсунок 12, расположенных в верхней части первой камеры 7, подаются жидкие компоненты и мелкодиспергированный воздух. Предлагаемая конструкция ленточных спиралей 19 и 20 обеспечивает интенсивное перемешивание и взбивание смеси компонентов, доводя их до необходимой степени однородности в соответствии с требованиями технологии. Воздух, которым насыщается смесь, распределяется в ней в виде мельчайших пузырьков; объем смеси существенно увеличивается; при замораживании образуется «пенистая» структура мороженого. Воздух в мороженом препятствует быстрому таянию продукта во время его употребления, предохраняет полость рта от излишнего охлаждения, способствует формированию мелкокристаллической структуры мороженого и улучшению его консистенции. О количественном содержании воздуха в мороженом судят на основании специального показателя - взбитости, который представляет собой отношение приращения объема смеси после фризерования к ее первоначальному объему. Размер воздушных пузырьков в мороженом находится в пределах 30-150 мкм при среднем размере 60 мкм. Средний диаметр воздушных пузырьков в мороженом тем меньше, чем больше его вязкость, и зависит от вида используемого стабилизатора. В процессе фризерования диаметр воздушных пузырьков уменьшается. Вначале расстояния между ними доходят до 100 мкм, к концу фризерования составляют 20-30 мкм. С увеличением размеров воздушных пузырьков консистенция и вкусовые достоинства продукта ухудшаются, а с уменьшением - улучшаются. Увеличение взбитости способствует образованию более нежной и однородной консистенции мороженого. Однако чрезмерно большая взбитость способствует появлению порока структуры «снежис-тость».
Затем взбитая смесь компонентов последовательно перемещается во вторую камеру 8 фризера. Одновременно через патрубок 23 в общий двутельный корпус 22 второй 8 и третьей 9 камеры подается жидкий аммиак (или другой какой-либо хладоагент, например, фреон К502), который охлаждает внутреннюю поверхность корпуса 1 этих ка-
мер и отводится через патрубок 24. В общем двутельном корпусе 22 второй 8 и третьей 9 камеры, который является испарителем, кипит жидкий аммиак. Смесь охлаждается и постоянно перемешивается ножеобразными пластинами 25 во второй камере 8 и витками шнека 26 переменного шага и диаметра в третьей камере 9.
Вращающиеся ножеобразные пластины 25 обеспечивают интенсивное перемешивание и перемещение продукта по длине второй камеры 8. Затем охлажденная смесь выходит из второй камеры 8 и направляется в третью камеру 9, в которой при помощи шнека 26 переменного шага и диаметра она перемешивается и через отверстие 27 заданного размера выводится из фризера.
Смесь компонентов подвергается интенсивному и оптимальному термомеханическому воздействию за счет оптимизации характера движения продукта и обеспечения поддержания заданного температурного режима. Этим достигается придание необходимой однородности и гомогенности структуры мороженого.
В процессе фризерования в связи с понижением температуры и вымерзанием части влаги, а также насыщением
воздухом в мороженом происходят физико-химические изменения. Пере-сыщенность растворов лактозы резко возрастает. В результате уже при температуре -1 °С начинается образование кристаллов, в основном размером до 3 мкм, а к концу фризерования (-5 °С) отмечается не только увеличение числа кристаллов, но и возрастание их среднего размера.
Белки в мороженом играют важную роль - выполняя функции эмульгатора жировой фазы во время перемешивания и пенообразования - в процессе фризерования. Во время фризерования смеси (-2...-6 °С) белок адсорбируется с поверхности жировых шариков, становится более гидратирован-ным и вместе с введенным стабилизатором увеличивает вязкость смеси, улучшая в дальнейшем взбитость и консистенцию готового продукта. Содержание белка в смеси мороженого должно быть 3,0-6,7 %.
В мороженом молочный жир находится в виде мельчайших жировых шариков, окруженных липротеиновы-ми оболочками. Вкусовые достоинства, структура и консистенция мороженого на молочной основе во многом определяются размером жировых
шариков в смесях и готовом продукте. Жировые шарики располагаются частично вокруг воздушных ячеек в виде цепочек в незамороженной части мороженого. Стабильность смесей мороженого зависит от стабильности жировой эмульсии и стабильности белков. Жировые шарики в гомогенизированной смеси окружены белково-липоидными оболочками. Чем больше массовая доля молочного жира в смеси, тем ниже дисперсность воздуха в мороженом и его взбиваемость. Стабилизация воздушной фазы мороженого обусловлена наличием слоя кристаллов жира вокруг пузырьков воздуха и тонких пластин замороженной жидкости между пузырьками воздуха. В результате этого не только изменяются размеры частиц дисперсной фазы, но и формируются ее новые компоненты - воздушные пузырьки, кристаллы льда и лактозы.
Выходящее из третьей камеры 9 мягкое мороженое направляется на упаковку.
Использование данного фризера позволит оптимизировать процесс термомеханического воздействия на исходное сырье, различное по своим физико-механическим свойствам.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
КАЛЕНДАРЬ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА СЕНТЯБРЬ - ОКТЯБРЬ 2009 г.
23 сентября 2009 года <ср)
7-8 октября 2009 года (ср-чт)
28-29 октября 2009 года (ср-чт)
Первая научно-практическая конференция с международным участием «БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»
VII международная научно-практическая конференция и выставка «ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ»
Конференция молодых ученых
«ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ»
Работа Технического комитета по стандартизации 036 «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ»
Первая международная научно-практическая конференция «ИДЕНТИФИКАЦИЯ ФАЛЬСИФИЦИРОВАННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. КОНТРОЛЬ СОДЕРЖАНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ НАНОЧАСТИЦ В ПРОДУКЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ»
Первый научно-технический коллоквиум
«ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»
Первая научно-практическая конференция молодых ученых «ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ»
Информационная поддержка: Официальная поддержка:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ АССОЦИАЦИЯ МОСКОВСКИХ ВУЗОВ
Аналитический информационный центр «МГУПП-Медиа»
125080, Россия, г. Москва, ул. Врубеля, д. 12, В-9-7 media@mgupp.ru (499) 158-70-22
www.mgupp.rum9upp-media@maii.ru (499) 158-72-35
