CC BY
34
гид или эфир, при прогнозировании параметров Ди12 и Ди21 использованы уточненные параметры межгруп-пового взаимодействия, приведенные в [6].
ЛИТЕРАТУРА
1. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: В 2 кн. / Под ред. В.С. Бескова: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.
2. Смирнова Н.А. Молекулярные теории растворов. - Л.: Химия, 1987. - 336 с.
3. Термодинамика равновесия жидкость-пар / А.Г. Мора-чевский, Г. Л. Куранов, И.М. Балашова и др.; Под ред. АГ. Морачев-ского. - Л.: Химия, 1989.
4. Рид РПраусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. - Л.: Химия, 1982. - 591 с.
5. Праусниц Дж. Машинный расчет парожидкостного рав -новесия многокомпонентных смесей. - М.: Химия, 1971. - 216 с.
6. Ачмиз Б.М. Совершенствование процесса брагоректи-фикации с учетом массопередачи в многокомпонентных смесях: Дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар: КубГТУ, 2000. - 158 с.
7. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. - М.; Л.: Наука, 1966. - 423 с.
8. Стабников В.Н., Ройтер И.М., Процюк Т.Б. Этило -вый спирт. - М.: Пищевая пром-сть, 1976. - 272 с.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 03.05.07 г.
637.8; 532.137
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ВОЗВРАТНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТЕЛА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА СВЕРТЫВАНИЯ МОЛОКА
И.Н. ГРАЧЕВ, А.Н. ПИРОГОВ, А.А. ЛЕОНОВ
Кемеровский технологический институт пищевой пром ышленности
Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт
Производство сыра включает два основных этапа -выработку свежего сыра и его созревание. Важнейшими процессами, происходящими при выработке сыров, являются коагуляция казеина и гелеобразование, т. е. переход коллоидной системы молока из свободнодисперсного состояния в связнодисперсное. От правильности их проведения зависит не только консистенция свежеприготовленных сыров, но и сохранение ими первоначальной структуры в процессе хранения.
На многих предприятиях молочной промышленности для контроля протекания процесса свертывания молока применяется метод органолептической оценки. Этот метод не всегда дает надежные результаты, так как зависит от субъективных факторов: сенсорной чувствительности и подготовленности оператора, что при-
Время свертывания
Рис. 1
водит к снижению качества готовой продукции и потерям сырья.
Существует метод контроля процесса свертывания молока, основанный на изменении светопропускания молока [1]. Применение этого метода позволяет получить кривую сычужного свертывания молока (рис. 1). Из рисунка видно, что процесс сычужного свертывания молока подчиняется определенной закономерности и имеет следующие характерные фазы: 1-я - подготовка молока к свертыванию, интенсивность светопропускания практически не меняется (отрезок ОА); 2-я -интенсивная коагуляция, интенсивность светопропускания быстро уменьшается (АВ); 3-я - уплотнение и образование плотного сгустка, интенсивность свето-пропускания уменьшается, но медленнее, чем в предыдущей фазе (ВС).
Существует также способ контроля процесса сычужного свертывания молока методом ротационной вискозиметрии. Однако, как показывают последние исследования, в этом случае возникает необходимость минимизации разрушения структуры сгустка для получения достоверных данных [2].
Цель настоящего исследования - разработка реометра с использованием возвратно-вращательного движения тела цилиндрической формы и методики контроля с его помощью сычужного свертывания молока.
Суть метода состоит в следующем. Рифленый изме -рительный цилиндр помещается непосредственно в рабочую ванну сыроизготовителя. В процессе измерения цилиндр поворачивается на некоторый угол, зависящий от свойств образующегося сгустка. При движении последнего, среда оказывает сопротивление движению, которое замеряется силоизмерителем. По окончании движения следует пауза, в течение которой цилиндр неподвижен, а затем он поворачивается на тот же угол, но в противоположном направлении. При этом вновь замеряется сопротивление среды, после чего
1
3
4 14
2
5
6
7
Рис. 2
следует пауза той же продолжительности, по окончании которой процесс измерения циклически повторяется.
Для осуществления предлагаемого метода контроля в КемТИПП был разработан и изготовлен реометр Сгусток-3, реализующий возвратно-врашательное движение цилиндра.
Схема реометра представлена на рис. 2. Он состоит из шагового электродвигателя 1, установленного на основании 2. Вал двигателя при помощи торсиона 3 связан с измерительным валиком 4, установленным в прецизионных шарикоподшипниках 5. На измерительном валике 4 замком 6 закреплен измерительный цилиндр 7, на поверхности которого выполнены с равным шагом по окружности продольные рифления для исключения проскальзывания цилиндра 7 относительно образующегося сычужного сгустка. Для измерения угла поворота измерительного цилиндра валик 4 связан зубчатой передачей 8 с оптическим измерителем угла поворота 9, жестко закрепленным на основании прибора 2.
Оптический измеритель угла поворота 9 для обеспечения точности измерений выполнен в виде прозрач -ного диска 10, закрепленного на зубчатом колесе 11, вал 12 которого зафиксирован в прецизионном шарикоподшипнике, установленном в корпусе 13, закрепленном на основании 2. Причем зубчатое колесо 11 входит в зацепление с закрепленным на измерительном валике 4 ведущим зубчатым колесом 14, которое
обеспечивает передаточное отношение 1 : 10. По окружности прозрачного диска 10 нанесена контрастным цветом равномерная радиальная штриховая шкала, напротив нее с одной стороны прозрачного диска установлен щелевой источник постоянного света 15, щель которого расположена параллельно штрихам прозрачного диска 10, а с другой его стороны и напротив щелевого источника постоянного света расположен счетчик импульсов 16, передающий сигнал в модуль управления.
Реометр работает следующим образом. Специальным кронштейном (на рис. 2 условно не показан) реометр крепится строго вертикально на боковой стенке технологической ванны так, чтобы измерительный цилиндр полностью погрузился в молоко. Затем включают тумблер «Пуск». При этом модуль управления подаст заданное число импульсов на шаговый электродвигатель 1, выходной вал которого повернется на заданный угол и передаст крутящий момент через сило-измеритель 3, измерительный валик 4 и рифленый измерительный цилиндр 7 на образующийся сычужный сгусток.
При повороте измерительного валика 4 зубчатое ко -лесо 14 повернет зубчатое колесо 11 с закрепленным на нем прозрачным диском 10 на угол, пропорциональный углу закручивания цилиндра 7, который будет зафиксирован при помощи счетчика импульсов. При этом соответствующий сигнал с него поступит в модуль управления. Затем через заданные промежутки времени цикл измерений будет повторяться по заданной циклограмме.
По мере упрочнения сычужного сгустка произойдет нарастающее во времени отставание угла поворота цилиндра 7 от заданного угла поворота вала электродвигателя. Это отставание будет фиксироваться датчиком угловых перемещений, который передаст сигнал в модуль управления. После образования и упрочнения сычужного сгустка до заданной прочности модуль управления сформирует сигнал для передачи в систему автоматического управления технологическим процессом для его дальнейшей обработки.
Следует отметить, что модуль управления позволя -ет варьировать угол поворота вала электродвигателя 1 и временной интервал между циклами измерений в зависимости от вида вырабатываемого сыра, т. е. от конечной прочности сычужного сгустка.
Были проведены исследования влияния жесткости силоизмерителя 3, выполненного в виде калиброванной цилиндрической пружины, на получение достоверной реограммы образования сычужного сгустка.
В качестве модели технологической ванны для исключения влияния стенок на результаты исследований была использована емкость объемом 10 л с термоста-тирующей рубашкой, в которую погружали измерительный цилиндр 7. Исследования для всех сило измерителей проведены при температуре 32°С в трех повторностях.
Количество вносимых в ванну фермента, закваски и хлористого кальция соответствовало рецептуре и технологии производства мягких кислотно-сычужных сыров и оставалось одинаковым во всех опытах.
Время свертывания, мин
Рис. 3
Были исследованы три силоизмерителя, имеющие одинаковое количество витков - по 10 - и средний диаметр 30 • 10-3 м. Диаметр использованной для изготовления силоизмерителей стальной проволоки был взят из ряда: 1,0; 1,5 и 2,0 • 10-3 м.
Реограммы сычужного свертывания молока, полученные с помощью изготовленных силоизмерителей (рис. 3), свидетельствуют, что при использовании силоизмерителя с диаметром проволоки 1,0 • 10-3 м (кривая 1) после окончания индукционного периода кривая круто поднимается вверх. Ближе к концу фазы интенсивной коагуляции сычужного сгустка угол подъема кривой начинает уменьшаться, а затем через некоторое время, достигнув максимума, плавно снижается. Изменение угла подъема кривой объясняется тем, что цилиндр 7 после отключения электродвигателя 2 из-за недостаточной жесткости силоизмерителя не возвращается в исходное нулевое положение. Кроме того, наблюдалась потеря устойчивости силоизмерителя.
При использовании силоизмерителя с диаметром проволоки 1,5 • 10-3 м (кривая 2) удалось получить рео-грамму, отражающую реальный процесс образования кислотно-сычужного сгустка. Сравнивая кривую 2 с кинетическими реограммами сычужного свертывания молока, полученными на ротационном вискозиметре Реотест-2 в координатах «эффективная вязкость -время свертывания /» [3, 4], а также с реограммой сквашивания молочно-кедровой смеси [5], можно сделать вывод, что все реограммы подобны, хотя для их
получения использованы различные реологические характеристики сгустка.
Окончание фазы упрочнения сгустка (кривая 2) и начало стадии метастабильного равновесия (точка В) определяется по установившимся значениям прочности сгустка, что свидетельствует о готовности его к дальнейшей обработке.
При использовании силоизмерителя с диаметром проволоки 2,0 • 10-3 м (кривая 3) установлено, что сило-измеритель обладает избыточной жесткостью, так как кривая 3 имеет малый угол подъема в сравнении с кривой 2 на стадии интенсивной коагуляции кислотно-сычужного сгустка. Это затрудняет определение момента готовности сгустка к дальнейшей обработке. Вид кривой 3 объясняется тем, что при избыточной жесткости силоизмерителя происходит срез сгустка по поверхности выступов рифленого измерительного цилиндра и проскальзывание его относительно образующегося сгустка. В итоге невозможно получить реограмму, адекватно описывающую процесс кислотно-сычужного свертывания молока.
На основании выполненных исследований можно сделать вывод, что методом возвратно-вращательного движения рифленого измерительного цилиндра возможно получить реограмму образования кислотно-сычужного сгустка, адекватно описывающую процесс его формирования. При этом целесообразно использовать в качестве силоизмерителя цилиндрическую калиброванную пружину с диаметром проволоки 1,5 • 10-3 м. Конструкция реометра позволяет применять его в системе автоматического управления технологическим процессом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Крусь Г.Н., Кулешова И.М., Дунченко Н.И. Техноло -гия сыра и других молочных продуктов. - М.: Колос, 1992. - 320 с.
2. Пирогов А.Н., Леонов А .А. Универсальный ротационный реометр для контроля процесса структурообразования при про -изводстве сыров // Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности. - М.: Издат. комплекс МГУПП, 2006. -С. 35-41.
3. Табачников В.П. Физико-химическая интерпретация и метод исследования процесса свертывания молока // Тр. ВНИИМС. - 1973. - Вып. 12. - С. 3-10.
4. Раманаускас Р. Закономерности кинетики сычужного свертывания молока // Молочная пром-сть. - 1994. - № 8. - С. 24-26.
5. Калякина Л.П., Забодалова Л.А. Влияние состава мо -лочно-кедровой смеси на процесс структурообразования при ее сквашивании // Молочная пром-сть. - 1995. - № 8. - С. 18-19.
Кафедра прикладной механики
Поступила 31.10.07 г.
