CC BY
95
Технологический процесс — эффективный учет движения сухих веществ
I А.В.Силаев, Е.В.Элькина
ООО «Дёлер НФ и БИ» (г. Москва)
Тема учета движения сухих веществ (СВ) в производственном цикле выбрана нами не случайно.
В последнее время многие предприятия пивобезалкогольной отрасли стремятся расширить ассортимент выпускаемой продукции новой линией напитков, приготовленных на сахарном сиропе.
Технологический процесс приготовления таких напитков более сложный, трудоемкий, в нем используется дорогостоящее сырье. С целью рационального ведения технологического процесса динамично развивающиеся предприятия должны вести строгий учет входного сырья и сухих веществ на каждом этапе технологического процесса, что, в свою очередь, приведет к экономии денежных средств, контролю за выходом готовой продукции при условии соответствия ее требованиям действующей технической документации и, как следствие, доведению до потребителя ее в том виде, в каком она была разработана и нравится покупателю.
Движение сухих веществ в производстве начинается от стадии растворения сухих ингредиентов и заканчивается стадией передачи готовой продукции на склад.
В идеальных условиях количество сухих веществ, заданное на стадии растворения отдельных ингредиентов (например, сахара), должно соответствовать количеству сухих веществ в готовом напитке. Это будет означать 100%-ный выход готовой продукции. Однако в производстве реальная картина совершенно другая. Количество сухих веществ ОСВсырья, кг, содержащихся в сырье, пошедшее на производство напитка, будет соответствовать количеству сухих веществ, находящихся в готовой продукции, за исключением потерь на каждом этапе технологического процесса:
Ог
где —
Ос
Ос
(1)
масса сухих веществ, содержащихся в готовой продукции, кг; ОСВпот — потери сухих веществ на всех этапах технологического процесса, кг.
С целью достижения идеального варианта необходимо контролировать производственные зоны, связанные с воз-
можными потерями СВ, и регулярно вести таблицу баланса сухих веществ при производстве напитков. Ведение баланса позволит проанализировать сложившуюся на производстве ситуацию и определить критические участки, требующие особого внимания в плане снижения потерь сухих веществ. Подведение баланса означает необходимость отслеживания движения количества сухих веществ, начиная с внесения их в купаж до подсчета массы СВ в готовом напитке, переданном на склад. На начальном этапе технологического процесса сухие вещества привносятся в купаж с сахаром, концентратом (вкусоароматичес-кой основой), лимонной кислотой, бен-зоатом натрия и другими ингредиентами, содержащими СВ. При этом общее количество сухих веществ, привнесенных в купаж, будет складываться из величины СВ по каждому отдельно взятому ингредиенту.
Технология приготовления напитков на сахаре предусматривает следующие стадии: получение сахарного сиропа, купажирование, розлив и передачу готовой продукции на склад.
Производственные потери сухих веществ происходят на каждой из вышеперечисленных стадий технологического процесса и будут зависеть от типа используемого сырья, технологического оборудования, протяженности и конфигурации трубопроводов.
Составление баланса сухих веществ и ведение учета производственных потерь возможно только при проведении на предприятии входного контроля сырья: сахара, лимонной кислоты и др. (т.е. сырья с непостоянными физико-химическими характеристиками). Кроме того, обязательным условием является контроль количества сухих веществ на каждом этапе технологического процесса.
Основным инструментом, позволяющим отследить количество сухих веществ в продукте, служит показатель Брикс, который характеризует массовую долю СВ в продукции, т.е. количество сухих веществ сахара в граммах на 100 г сахарного раствора. Условно можно принять, что значение показателя Брикс выражает общее количество СВ напитка, выраженное в массовых процентах (мас.%) в расчете на 100 г раствора (напитка).
Баланс СВ в производстве начинается с контроля сухих веществ сахара, так как сахароза служит основным источником поступления их в напиток.
При помощи анализатора влажности определяется наличие влаги в сахарном песке. Реальное количество сухих веществ сахара, которое перейдет в купаж, соответствует товарной закладке сахара за минусом его влажности. Данный показатель определяют в каждой вновь поступившей на предприятие партии сахара-песка.
Например, при влажности сахара 0,14 % массовая доля сухих веществ сахара — 99,86 % и соответственно закладка товарного сахара (От. сах, кг) для приготовления сахарного сиропа составит:
От.
(О
СВ сах /Мсв сах)100
= (Осв сах /99,86)-100, (2)
где ОСВ сах — масса сухих веществ сахара в сахарном сиропе, рассчитанная на основе рецептурных данных, кг; МСВ сах — массовая доля сухих веществ сахара, %.
Таблица 1
Температура, °С Множитель Температура, °С Множитель Температура, °С Множитель
10 1,004 17 1,001 24 0,998
11 1,003 18 1,001 25 0,998
12 1,003 19 1,000 26 0,998
13 1,003 20 1,000 27 0,997
14 1,002 21 1,000 28 0,997
15 1,002 22 0,999 29 0,997
16 1,001 23 0,999 30 0,996
Таблица 2
Плотность Показатели сахаромера при 20 °С — Количество
20°/4° 20°/20° массовая доля сахара, г на 100 г раствора, % сахара, г/дм3
1,002897 1,0047 1,2 12,03
1,316334 1,3190 65,0 855,61
ПИВО и НАПИТКИ
4•2003
нап
сырья
пот
54
Для приготовления сахарного сиропа заданной концентрации рассчитывают необходимое количество сахара на одну варку. Например, требуется приготовить 200 дм3 сахарного сиропа концентрацией 65 мас.%. По табл. 2 количество сахара, содержащегося в 1 дм3 сахарного сиропа, соответствует 0,85561 кг. Тогда масса сухих веществ сахара (0СВ сах ) в 200 дм3 сиропа составит:
ОСВ сах = (200,00-0,85561)/1,00 =
= 171,12 кг. (3)
Следовательно, фактическая закладка товарного сахара с учетом влажности составит:
ОСВ сах = (171,12/99,86) 100 = (4) = 171,36 кг.
После приготовления сахарного сиропа по мерному стеклу устанавливают объем и проводят определение температуры сахарного сиропа.
Изменение температуры сахарного раствора влияет на его объем. В связи с этим необходимо проводить корректировку объема сахарного раствора с учетом его температуры на объем при 20 °С по формуле
К=У К,
20 сах. р-ра '
(5)
где V20 — объем сахарного сиропа, скорректированный на температуру 20 °С, дм3; V — объем сахарного сиропа
сах. р-ра
при соответствующей температуре, дм3; К — коэффициент пересчета (множитель) объема сахарного сиропа.
Значение коэффициента К приведено в табл. 1.
После того как был рассчитан объем сиропа при 20 °С с помощью рефрактометра, денситометра или сахаромера без проведения в образце инверсии сахарозы, проводят определение массы сухих веществ в сахарном сиропе. По величине значения Брикс и используя данные табл. 2 (показаны выдержки из «сахарной таблицы») , устанавливают содержание СВ (ОСВ сах. сир, кг) в 1 л сахарного раствора, затем рассчитывают массу сухих веществ сахара, перешедшего в сахарный сироп, умножая величину объема сахарного сиропа (скорректированный на 20 °С) на значение количества СВ, содержащихся в 1 л сахарного раствора:
0,
СВ сах. сир
0
СВ сах. сир в дм3
(6)
где 0св сах. сир в дм3 — масса сухих веществ в 1 дм3 сахарного сиропа, кг; V— объем сахарного сиропа, скорректированный на температуру 20 °С, дм3.
Необходимо помнить, что фактические значения показателя Брикс и объема сахарного сиропа могут отличаться от тех значений, которые указаны в технологической инструкции. В таких случаях про-
водят корректировку закладываемых в купаж ингредиентов напитка. Для уменьшения потерь на стадии приготовления сахарного сиропа по окончании стадий расстворения, фильтрации и передачи сиропа в купажную емкость расчетным объемом подготовленной воды ополаскивают резервуар и промывают ею оборудование и трубопроводы, задействованные при приготовлении сиропа. Промывные воды направляют в купажный резервуар или используют при последующих варках сахарного сиропа. В случае, если была проведена корректировка закладки ингредиентов, проводят повторный контроль Брикс сиропа и вычисляют массу сухих веществ сахара в сахарном растворе по вышеприведенной формуле.
Массу потерь сухих веществ (0СВ пот, кг) на стадии приготовления сахарного сиропа рассчитывают по формуле
0СВ пот 0СВ сах 0СВ сах. сир,
(7)
% потерь = (0Св пот . в с
= (0СВ сар — 0СВ сах. сир)/ 0
СВ пот /0СВ сах) '100 =
СВ сах'100, (8)
ром едкого натра в присутствии фенолфталеина. Полученный результат обрабатывают с помощью следующей формулы
X = (0,07^100)/ т,
(9)
где X — массовая доля лимонной кислоты в пересчете на моногидрат, %; 0,07 — масса лимонной кислоты (моногидрата), соответствующая 1 мл 1 н. раствора гид-роксида натрия, г; V — объем 1 н. раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование, мл; т — масса навески лимонной кислоты, г.
Закладку товарной лимонной кислоты пересчитывают с учетом фактического содержания сухих веществ в поступившей на производство лимонной кислоте. При этом массовую долю безводной лимонной кислоты (М, %) (т.е. сухих веществ лимонной кислоты) рассчитывают по формуле
М = Х/1,09375,
(10)
где 0СВ сах — масса сухих веществ сахара, кг; 0СВ сах. сир — масса сухих веществ в сахарном сиропе, кг.
Тогда процент потерь сухих веществ на стадии приготовления сахарного сиропа определяют по формуле
где 0СВ сах — масса сухих веществ сахара, кг; 0СВ сах. сир — масса сухих веществ сахарного сиропа, кг.
Эта формула применима и для других стадий технологического процесса приготовления напитка, меняться будут только значения сухих веществ на входе и выходе. Процент потерь СВ на каждой стадии технологического процесса будет складываться из количества сухих веществ на входе технологического процесса за вычетом количества их на его выходе, деленного на количество сухих веществ на входе.
При расчете баланса сухих веществ, закладываемых в купаж с сырьем, особое внимание необходимо обратить на проверку (входной контроль) сухих веществ лимонной кислоты, иначе ошибка в закладке приведет не только к появлению ошибки в общем балансе сухих веществ, но и к изменению значений титруемой кислотности. При расчете рецептур содержание сухих веществ лимонной кислоты принимают за 90,97 %. В реальных производственных условиях количество СВ лимонной кислоты может быть другим. В связи с этим необходимо проводить входной контроль лимонной кислоты для каждой вновь поступившей на производство партии. При этом массовую долю лимонной кислоты в пересчете на моногидрат определяют по ГОСТ 908-79 «Кислота лимонная пищевая. Технические условия». Метод основан на нейтрализации лимонной кислоты 1 н. раство-
где X — массовая доля лимонной кислоты в пересчете на моногидрат, %, определенная по формуле (9); 1,09375 — коэффициент пересчета.
Зная реальное количество сухих веществ в товарной лимонной кислоте, пересчитывают закладку товарной лимонной кислоты (0, кг) для приготовления одной единицы напитка по следующей формуле:
0 = (0рц св/М)- 100, (11)
где 0РЦ СВ — масса сухих веществ лимонной кислоты, указанная в рецептуре, кг; М — массовая доля сухих веществ безводной лимонной кислоты, %.
После окончания приготовления ку-пажного сиропа проводят пересчет его объема к температуре 20 °С и определяют содержание сухих веществ на соответствие рецептурным значениям. С этой целью непосредственно перед розливом отбирают из купажной емкости пробу ку-пажного сиропа, в которой проверяют Брикс свежеприготовленного сиропа. Одновременно с определением Брикс купаж-ного сиропа устанавливают Брикс в контрольном напитке. Для этого в лаборатории смешивают купажный сироп, предназначенный для розлива, с подготовленной водой в соотношении 1+5 (или в другом соотношении, установленном для конкретного предприятия) по объему при 20 °С. Контрольный напиток перемешивают, проверяют на соответствие требованиям рецептуры Брикс в свежеприготовленном и инвертированном напитках. Для определения Брикс инвертированного напитка в лабораторных условиях проводят 100%-ную принудительную инверсию (гидролиз) сахарозы, которая проходит под действием температуры и в присутствии кислоты. В процессе инверсии к молекуле сахарозы присоединяется молеку-
4•2003
|ПИ
НАПИТКИ
55
Таблица 3
Дата и смена Наименование продукции Сахар Сахарный сироп Купажный сироп Готовый напиток
в, кг Ж, % вСВ- кг V, дм3 Т, °С По Брикс, % вСВ, кг % потерь V, дм3 Т, °С По БРИКСИНВ' % вСВ, кг Кислотность % потерь V, - бут дм3 бут. шт. БрикСинв' % вСВ- кг Кислотность % потерь
ла воды, что обусловливает увеличение массы инвертного сахара:
С12Н22°П + Н2° : сахароза 342,296
: С6Н1206 + С6Н1206 глюкоза фруктоза |-360,312-1
При этом потенциал инверсии (Финв) составит
Ф = М /М =
инв инв. сах ' сах
= 360,312/342,296= 1,0526, (12)
где М — масса инвертного сахара,
инв. сах
кг; М — масса сахарозы, кг.
сах
Таким образом, в результате прироста сухих веществ за счет проведения в лабораторных условиях принудительной инверсии количество сухих веществ в инвертированном напитке увеличивается в 1,0526 раза. При 100%-ной инверсии сахарозы прирост сухих вществ составит 5,26 %.
В производственных условиях прирост СВ в инвертированном напитке рассчитывают по формуле
Ос.
= Ос
х Фи
(13)
где ОСВ инв. сах— масса инвертного сахара, кг; Финв — потенциал инверсии.
Например, по рецептурным данным, количество сухих веществ сахарозы для приготовления 1000 л напитка составляет 90 кг, тогда
ОСВ инв. сах = 90,00-1,0526 = 94,73 кг.
Соответственно в данном случае прирост сухих веществ составит 4,73 кг.
После определения количества сухих веществ в контрольном напитке рассчитывают массу сухих веществ в инвертированном сиропе (ОСВ инв. сир, кг) по формуле
Ос
Ос
6, (14)
где ОСВ инв. нап — масса сухих веществ в инвертированном напитке, кг; 6 — раз-
ведение, используемое для приготовления контрольного напитка, т.е. 1 + 5.
Затем, пользуясь данными табл. 1 и 2, вычисляют скорректированный объем, Брикс инвертированного сиропа и потери сухих веществ на стадии купажирования [как пример вычисления см. формулу (8)].
Непосредственно перед розливом напитка купажный сироп медленно перемешивают в течение 10 мин и передают в цех розлива, предварительно проверив на герметичность все трубопроводы, запорную и регулирующую арматуру.
Во время розлива продукции каждые 30 мин проводят определение Брикс и кислотности напитка. Брикс напитка (неинвертированного) на линии розлива вычисляют следующим образом: зная величины Брикс инвертированного и не-инвертированного контрольных напитков, определяем разницу этих показателей (8):
8 = БриКсинв. контр. нап
Брикснеинв. контр. на^ ( )
где Бриксинв. контр. нап — массовая доля сухих веществ инвертированного контрольного напитка, %; Брикснеинв. контр. нап — массовая доля сухих веществ неинвер-тированного контрольного напитка, %.
В соответствии с этим значение Брикс неинвертированного напитка, которое необходимо будет поддерживать во время розлива, будет составлять:
Брикс
нап. линия
: Бриксш
■ 8, (16)
где Брикснап. линия — массовая доля сухих веществ напитка с линии, %; Бриксинв. нап. РЦ— массовая доля сухих веществ напитка по рецептуре, %.
При использовании вышеописанного метода Брикс готового напитка, переданного на склад, всегда будет соответствовать рецептурному значению.
Количество потерь сухих веществ (О СВ пот, кг) на стадии розлива напитка определяется по следующей формуле:
Ос
. = О
СВ купаж
- Ос
(17)
где Осв купаж— масса сухих веществ ку-пажного сиропа, кг; Осв гот. нап — масса сухих веществ готового напитка, кг.
Количество сухих веществ, привнесенное в готовый напиток при смешивании сиропа с водой на стадии розлива, зависит от точного соотношения смешивания сиропа с подготовленной водой, полноты налива напитка в бутылку и количества произведенной продукции.
Масса сухих веществ готового напитка (Осв гот. нап, кг) вычисляется по следующей формуле:
с = с
^СВ гот. нап ^СВ в бут
V й N ,
' 1 бут. нап ^* бут'
(18)
где Осв в бут — масса сухих веществ в готовом напитке, рассчитанная на основании среднего значения Брикс продукции, кг; V1 бут. нап — средний объем напитка в бутылке, л; Ы6ут — количество бутылок, переданных на склад, шт.
Расчет процента потерь на стадии розлива проводят по вышеописанным формулам [см. в качестве примера формулы (7) и (8)].
Данные технологических и контрольных журналов сводят в баланс, представленный в табл. 3.
Анализ данных таблицы баланса сухих веществ позволит предприятию разработать программу по снижению производственных потерь в критических точках, а следовательно, повысить рентабельность производства.
При наличии вопросов или желании получить более детальную информацию по представленной тематике просим обращаться в отдел технического сервиса компании «Дёлер НФ и БИ».
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
ПРОВОДИТ КОНФЕРЕНЦИИ, посвященные 300-летию Санкт-Петербурга
12-14 ноября «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке»
24-25 ноября «Моделирование технологий замораживания грунтов искусственным холодом»
Телефон для справок: (812) 314-78-61
ПИВО и ||А||т ки
4•2003
56
