«РОЗРОБЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРЕРОБКИ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ НОВИХ ТИПІВ ГОМОГЕНІЗАТОРІВ»
Керівник НТР докт. техн. наук , професор САМОЙЧУК Кирило Олегович
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ТАВРІЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ДМИТРА МОТОРНОГО
ЗВІТ
Про виконання науково-технічної роботи
за договором № ДЗ/132 - 2022 від 29 вересня 2022 р.
додатковою угодою №1 від 28.02.2023 та додатковою угодою № 2 від 26.09.2023.
Термін виконання: вересень 2022 – грудень 2023 р.
УДК 637.134
№ держреєстрації 0122U200992
Пріоритетний напрям розвитку науки і техніки - Раціональне природокористування
Державний замовник – МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЗАВДАННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ЗГІДНО ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
2
№ | Завдання | Результат |
1 | Розроблення аналітичної моделі гомогенізації молока в струминному та пульсаційному гомогенізаторах. Розроблення ескізної конструкторської документації на експериментальні зразки струминного та пульсаційного гомогенізаторів. | Аналітична модель гідродинамічного диспергування жирової фази молока в струминному та пульсаційному гомогенізаторах. Ескізна конструкторська документація на експериментальний зразок струминного гомогенізатора. Ескізна конструкторська документація на експериментальний зразок пульсаційного гомогенізатора. |
2 | Виготовлення експериментальних зразків струминного та пульсаційного гомогенізаторів молока. Проведення випробувань експериментальних зразків струминного та пульсаційного гомогенізаторів молока в лабораторних умовах. | Акти про виготовлення експериментальних зразків струминного та пульсаційного гомогенізаторів молока.
Протоколи лабораторних випробувань експериментальних зразків струминного та пульсаційного гомогенізаторів молока.
|
ЗАВДАННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ЗГІДНО ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
3
№ | Завдання | Результат |
| Уточнення аналітичної моделі гомогенізації молока в струминному та пульсаційному гомогенізаторах молока. Розроблення методик розрахунку раціональних параметрів струминного та пульсаційного гомогенізаторів молока. | Уточнена аналітична модель гомогенізації молока в струминному та пульсаційному гомогенізаторах молока.
Методики розрахунку раціональних параметрів струминного та пульсаційного гомогенізаторів молока. |
3 | Розроблення технології переробки молока з використанням розроблених гомогенізаторів. Випробування виробленої за новою технологією молочної продукції. | Технологічні схеми виробництва молока питного, вершків питних та йогурту з використанням розроблених гомогенізаторів. Акти випробувань якості отриманої молочної продукції. |
ВИМОГИ ТЗ ДО ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЗРАЗКА СТРУМИННОГО ГОМОГЕНІЗАТОРА
4
Технічні характеристики експериментального зразка струминного гомогенізатора молока:
- ступінь зниження питомих енерговитрат не менше ніж 60% у порівнянні з клапанними гомогенізаторами типу Rannie/Gaulin відповідної продуктивності, що повинно бути підтверджено протоколами випробувань експериментальних зразків;
- середній діаметр жирових кульок молока після гомогенізації – не більше 1,0 мкм;
- габаритні розміри та маса – не більше ніж у клапанниих гомогенізаторів типу Rannie/Gaulin відповідної продуктивності;
- продуктивність 0,5 - 5 т/год;
- діаметр камери у місці подачі вершків 2 – 5 мм;
- діаметр каналу подачі вершків 1 – 3 мм;
- питомі енерговитрати – не більше 2 кВт·год/т.
ВИМОГИ ТЗ ДО ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЗРАЗКА ПУЛЬСАЦІЙНОГО ГОМОГЕНІЗАТОРА ТА ВИПРОБУВАНЬ
5
Технічні характеристики експериментального зразка пульсаційного гомогенізатора молока:
- ступінь зниження питомих енерговитрат не менше ніж 60% у порівнянні з клапанними гомогенізаторами типу Rannie/Gaulin відповідної продуктивності;
- середній діаметр жирових кульок молока після гомогенізації – не більше 1,0 мкм;
- габаритні розміри та маса – не більше ніж у клапанниих гомогенізаторів типу Rannie/Gaulin відповідної продуктивності;
- продуктивність 0,5 - 5 т/год;
- питомі енерговитрати – не більше 2,0 кВт·год/т.
Ескізна конструкторська документація - відповідно до вимог ДСТУ 3321:2003 «Система конструкторської документації».
Технологічні схеми виготовлення молочних продуктів (молока питного, вершків питних та йогурту) - визначати режими роботи при використанні струминного й пульсаційного гомогенізаторів.
Акти випробувань якості отриманої молочної продукції: молока питного - ДСТУ 2661:2010 Молоко коров`яче питне. Загальні технічні умови; вершків питних - ДСТУ 7519:2014 Вершки питні. Технічні умови; йогурту - ДСТУ 4343:2004 Йогурти. Загальні технічні умови.
Випробування повинно проходити у сертифікованих лабораторіях визначення якості харчової (молочної) продукції.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА СТРУМИННОГО ГОМОГЕНІЗАТОРА МОЛОКА
6
1 – електричні вимикачі; 2 – електродвигун приводу насосу подачі знежиреного молока; 3 – трубопровід високого тиску подачі знежиреного молока; 4 – вентиль подачі знежиреного молока; 5 – ємність знежиреного молока; 6 – струминна камера гомогенізатора; 7 – вентиль регулювання подачі вершків; 8 – трубопровід зливу готового продукту; 9 – редукційний клапан; 10 – манометр; 11 – вентиль регулювання подачі знежиреного молока; 12 – насос подачі знежиреного молока; 13 – трубопровід низького тиску подачі знежиреного молока; 14 – станина; 15 – ємність для вершків; 16 – трубопровід низького тиску подачі вершків; 17 – насос подачі вершків; 18 – трубопровід високого тиску подачі вершків; 19 – електродвигун приводу насосу подачі вершків
7
ЛАБОРАТОРНА УСТАНОВКА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ПУЛЬСАЦІЙНОЇ ГОМОГЕНІЗАЦІЇ МОЛОКА
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1 – приймальна ємність;
2 – патрубок подачі продукта в камеру;
3 – випускний вентиль;
4 – перепускний вентиль;
5 – робоча камера;
6 – кривошипний механізм;
7 – електродвигун приводу обертання кривошипу;
8 – перепускний вентиль;
9 – насос;
10 – електричний вимикач;
11 – пульт керування;
12 – станина
ПАРАМЕТРИ РОЗРОБЛЕНИХ ПРОМИСЛОВИХ ЗРАЗКІВ ГОМОГЕНІЗАТОРІВ
8
Продуктивність, Q , т/год | Частота вібрації поршня n, хв-1 | Амплітуда коливання s, мм | Діаметр поршня D, мм | Потужність, кВт | Питоме енергоспожи-вання, кВт·год/т |
1 | 6000 | 12,5 | 41 | 0,72 | 0,72 |
2,5 | 6000 | 16,7 | 56 | 2,45 | 0,98 |
5 | 6000 | 20,1 | 73 | 6,8 | 1,36 |
10 | 6000 | 25,1 | 92 | 14,2 | 1,42 |
Продуктивність, т/год | Діаметр камери мм | Діаметр каналу вершків, мм | Кількість каналів N | Потужність насосу вершків, Вт | Потужність насосу знежир. молока, Вт | Сумарна потужність, Вт | Питоме енерго-споживання, кВт·год/т |
1 | 2,2 | 1,4 | 2 | 0,10 | 0,7 | 0,8 | 0,8 |
2,5 | 3,6 | 2,2 | 2 | 0,18 | 1,8 | 2,0 | 0,8 |
5 | 5,0 | 3 | 2 | 0,35 | 3,6 | 4,0 | 0,8 |
10 | 4,4 | 2,8 | 2 | 0,72 | 7,2 | 7,9 | 0,8 |
Струминні гомогенізатори
Пульсаційні апарати
9
ХАРАКТЕРИСТИКА ВИГОТОВЛЕНИХ ЗРАЗКІВ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ
Найменування | 1 партія | 2 партія | 3 партія | Всього |
Об’єм молока, л | 18 | 18 | 19 | 55 |
Дата виготовлення продукту | 21.вер | 22.вер | 23.вер | |
Обєм виготовленого продукту, л | 18 | 19 | 18 | 55 |
Кількість зразків | 3 | 3 | 3 | 9 |
Обєм одного зразка, л | 5,5 | 5,5 | 5,5 | |
Обєм переданого продукту, л | 16,5 | 16,5 | 16,5 | 49,5 |
Обєм аналізованого продукту, л | 16,5 | 16,5 | 16,5 | 49,5 |
Характеристика виробленого питного молока
10
ХАРАКТЕРИСТИКА ВИГОТОВЛЕНИХ ЗРАЗКІВ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ
Характеристика вироблених вершків питних
Найменування | 1 партія | 2 партія | 3 партія | Всього |
Обєм молока, л | 50 | 50 | 50 | 150 |
Дата виготовлення продукту | 26.вер | 28.вер | 01.жов | |
Обєм виготовленого продукту, л | 17,5 | 17,5 | 17,5 | |
Кількість зразків | 3 | 3 | 3 | 9 |
Обєм одного зразка, л | 5,5 | 5,5 | 5,5 | |
Обєм переданого продукту, л | 16,5 | 16,5 | 16,5 | 49,5 |
Обєм аналізованого продукту, л | 16,5 | 16,5 | 16,5 | 49,5 |
Характеристика виробленого йогурту
Найменування | 1 партія | 2 партія | 3 партія | Всього |
Обєм молока, л | 15 | 15 | 15 | 45 |
Дата виготовлення продукту | 02.жов | 05.жов | 09.жов | |
Обєм виготовленого продукту, л | 15 | 15 | 15 | 45 |
Кількість зразків | 3 | 3 | 3 | 9 |
Обєм одного зразка, л | 4,4 | 4,4 | 4,4 | |
Обєм переданого продукту, л | 13,2 | 13,2 | 13,2 | 39,6 |
Обєм аналізованого продукту, л | 13,2 | 13,2 | 13,2 | 39,6 |
11
ВИПРОБУВАННЯ ЯКОСТІ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ
1.Зовнішній вигляд та консистенція 2.Смак і запах 3.Колір 4.Масова частка загального жиру, % 5.Масова частка загального білка, % 6.Титрована кислотність, °Т 7.Густина, кг/м3 8.Кількість мезофільних аеробних та факультативно- анаеробних мікроорганізмів (кМАФАнМ) 9.Бактерії групи кишкових паличок (БГКП), колі форми 10. Патогенні мікроорганізми,зокрема Salmonella 11. Staphylococcus aureus | ДСТУ 2661:2010 ДСТУ 2661:2010 ДСТУ 2661:2010 ДСТУ ISO 1211:2002 (ISO 1211:1999, IDТ) ДСТУ ISO 8968:2005-2 ГОСТ 3624 ДСТУ 6082:2009
ДСТУ 7357:2013
ДСТУ 7357:2013, ГОСТ 30518-97 ДСТУ IDF 93A:2003 ГОСТ 30347-97 |
Показники випробування якості виготовленого питного молока
Показник | Значення за зразками | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
Жир, % | 3,48 | 3,50 | 3,52 | 3,55 | 3,50 | 3,47 | 3,45 | 3,47 | 3,43 |
Білок, % | 3,20 | 3,22 | 3,19 | 3,23 | 3,19 | 3,20 | 3,03 | 3,1 | 3,07 |
Кислотність, °Т | 16 | 16 | 17 | 16 | 16 | 17 | 18 | 18 | 18 |
Густина, кг/м3 | 1028 | 1027 | 1027 | 1027 | 1027 | 1028 | 1028 | 1028 | 1028 |
Мезофільні мікроорганізми (кМАФАнМ) | 5∙102 | 5∙102 | 5∙102 | 5∙102 | 1∙103 | 1∙103 | 7∙102 | 7∙102 | 7∙102 |
12
ВИПРОБУВАННЯ ЯКОСТІ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ
Показники випробування якості виготовлених питних вершків
1.Зовнішній вигляд та консистенція 2.Смак і запах 3.Колір 4.Масова частка загального жиру, % 5.Титрована кислотність, °Т 6.Густина, кг/м3 7.Кількість мезофільних аеробних та факультативно- анаеробних мікроорганізмів (кМАФАнМ) 8.Бактерії групи кишкових паличок (БГКП), колі форми 9. Патогенні мікроорганізми,зокрема Salmonella 10. Staphylococcus aureus | ДСТУ 7519:2014 ДСТУ 7519:2014 ДСТУ 7519:2014 ДСТУ ISO 2450:2007 ГОСТ 3624 ДСТУ 6082:2009
ДСТУ 7357:2013
ДСТУ 7357:2013, ДСТУ IDF 73A:2003 ДСТУ IDF 93A:2003 ГОСТ 30347-97 |
Показник | Значення за зразками | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
Жир, % | 9,95 | 10,03 | 9,97 | 10,05 | 10,12 | 10,17 | 9,95 | 9,9 | 10,01 |
Кислотність, °Т | 19 | 19 | 19 | 19 | 19 | 19 | 18 | 18 | 19 |
Густина, кг/м3 | 1015 | 1015 | 1014 | 1014 | 1014 | 1013 | 1015 | 1014 | 1015 |
Мезофільні мікроорганізми (кМАФАнМ) | 2∙103 | 2∙103 | 2∙103 | 1∙103 | 1∙103 | 1∙103 | 2∙103 | 2∙103 | 2∙103 |
13
ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА РОЗРОБЛЕНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Розрахунок питомих енерговитрат типового обладнання для виконання технологічних операцій з виробництва продукції для розробленої технологічної схеми з використанням струминного і пульсаційного гомогенізатора та класичної технологічної схеми
Операція | Приведена потужність кВт∙год/т | ||
Класичної технологічної схеми | Розробленої технологічної схеми з використанням струминного гомогенізатора | Розробленої технологічної схеми з використанням пульсаційного гомогенізатора* | |
Питного молока | 12 | 4,8 | 6 |
Питних вершків | 12,2 | 7 | 8,2 |
Йогурту | 12,8 | 7,6 | 8,8 |
14
ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
Розроблені експериментальні зразки та придбане устаткування планується використати для проведення подальших досліджень з метою підвищення ефективності процесів гомогенізації та диспергування емульсій, а саме:
1. Розробки промислових зразків пульсаційного та струминного гомогенізаторів молока (експериментальні зразки гомогенізаторів);
2. Розроблення енергоефективних технології виробництва молочних продуктів: молока з наповнювачами, кефіру, ацидофіліну, сметани, м’якого сиру, сумішей для морозива, дитячих молочних продуктів, молочних консервів та замінників молока;
3. Розроблення енергоефективних технології гомогенізації соків та напоїв з м’якоттю та соковмісних напоїв;
4. Вдосконалення конструкцій: пульсаційного та струминного гомогенізаторів молочних продуктів та рідких продуктів, які мають дисперсну фазу (соки та соковмісні напої, тощо);
5. Дослідження процесів руйнування жирових кульок молока та часток дисперсної фази емульсії під час гомогенізації з метою удосконалення або створення теорій гомогенізації мікро- та макроемульсій;
15
ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
6. підвищення ефективності роботи роторного гомогенізатора-диспергатора з метою зниження питомих енерговитрат ;
7. розроблення технологій виробництва продукції з використанням гомогенізації з метою підвищення харчових і споживчих властивостей харчових продуктів та продукції переробки сільського господарства;
8. розробки нових енергоефективних технологій та обладнання для змішування та диспергування емульсій в сільському господарстві (розчини гербіцидів та пестицидів), харчовій промисловості (емульсії для змащування форм при випіканні), фармацевтичній та хімічній промисловості тощо;
9. розроблення методики експрес-методів визначення якості диспергування (дисперсних характеристик) мікроемульсій.
Проведення вищевказаних науково-дослідних робіт дозволить розробити високоефективні гомогенізатори та диспергатори для обробки мікроемульсій в харчовій. сільськогосподарській, хімічній, фармацевтичній та інших видах галузей промисловості України, розробити енергоефективні технології виробництва та переробки продукції, які особливо актуальні в умовах післявійськового відновлення нашої країни та в умовах світового зростання вартості енергоносіїв.
16
ВПРОВАДЖЕННЯ В СУСПІЛЬНУ ПРАКТИКУ
РЕЗУЛЬТАТ:
Впровадження нової технології та економія енергоресурсів (зниження собівартості молочної продукції, підвищення конкурентноздатності та інш.)
УМОВА 3:
Поява на ринку промислових зразків струминного та пульсаційного гомогенізаторів
УМОВА 2:
Реклама струминного та пульсаційного гомогенізаторів
УМОВА 1:
Розробка технологій молочних продуктів з використанням розроблених гомогенізаторів
Для впровадження нових технологій у виробництв необхідно виконання 3 умов (етапів)
ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!
17