Стерилизация при сверхвысокой температуре и пастеризация — широко используемые процессы стерилизации в молочной продукции. Молоко, стерилизованное по технологии UHT, пользуется спросом у бесчисленного числа потребителей и производителей по всему миру благодаря длительному сроку хранения, отсутствию необходимости в охлаждении и хорошему сохранению питательных веществ. В середине и конце XX века технология асептического розлива начала коммерциализироваться и широко применялась и продвигалась в асептической упаковке жидких молочных продуктов и жидких соковых напитков. Оборудование асептических танков, служащее промежуточной емкостью для стерильных жидких продуктов, широко используется в линиях асептического розлива благодаря своей способности продлевать непрерывное время работы фасовочной машины, избегать циклического нагрева сырого молока и стабилизировать давление розлива. Особенно при производстве продуктов с фруктовыми включениями использование асептических танков является обязательным. В этой статье асептические емкости рассматриваются как пример: описываются их конструкция и применение, а также обобщаются преимущества их использования и ключевые точки контроля качества в переработке молока.

Введение в стерильные емкости
Оборудование стерильного танка может использоваться как накопительная емкость для стерильных жидких продуктов, подключается к оборудованию для стерилизации и розлива продукции (рис. 1) и применяется для промежуточного хранения молочной продукции, прошедшей обработку UHT. Это одно из ключевых устройств в линии стерильного розлива. Даже если одна из машин проходит плановое техническое обслуживание или очистку, производство может продолжаться с использованием другой части линии.

Появление стерильных емкостей сыграло хорошую стимулирующую роль в развитии технологии стерильного розлива. Чтобы обеспечить сохранение асептического состояния продукта во время хранения, к асептическим характеристикам оборудования предъявляются строгие требования. У части оборудования существуют такие проблемы, как короткое время асептичности, нестабильные асептические характеристики, низкий уровень автоматизации и низкий выход продукции.

2.1 Конструкция асептического танка
Стерильный танк в основном состоит из трех частей: корпуса резервуара, группы клапанов и шкафа управления. На рисунке 2 представлен общий вид стерильных емкостей и оборудования, используемого для обработки продукта. Стерильный танк имеет модульную конструкцию и в основном включает следующие 7 модулей.
(1) Стерильные емкости. Хранят продукт в стерильном состоянии. Весовой датчик взвешивает корпус резервуара, верхний датчик уровня управляет впускным клапаном, предотвращая переполнение, нижний датчик уровня определяет, осталась ли жидкость в стерильном танке, а мешалка в верхней части резервуара обеспечивает текучее состояние продукта и предотвращает оседание.
(2) Подача продукта. Устройство контролирует подачу продукта из стерилизатора в стерильный танк; управление осуществляется несколькими пневматическими клапанами, а защита от загрязнения обеспечивается паровыми барьерами. Когда уровень жидкости в резервуаре достигает 1 л, нижестоящую продукцию можно разливать и отправлять на производство; когда уровень жидкости в резервуаре достигает высокого уровня, транспортировка UHT-стерилизованного молока в резервуар прекращается.
(3) Подача охлаждающей воды. После стерилизации температура корпуса резервуара снижается путем заполнения охлаждающей прослойки охлаждающей водой, после чего вода сливается. Объем используемой охлаждающей воды составляет 800 л за цикл, и для каждого охлаждения требуется 2 операции заполнения и слива.
(4) Подача пара и CIP. Пар обеспечивает подачу пара в процессе стерилизации, используется для стерилизации различных трубопроводов и резервуаров, а также для подачи паровых барьеров в процессе производства; подача CIP обеспечивает подачу CIP-раствора в ходе CIP-процесса.
(5) Отвод пара и CIP. Пар будет отводиться в режиме стерилизации, а CIP — в режиме мойки.
(6) Выход продукта. Эта часть обеспечивает подачу продукта из емкости в разливочную машину; в нижнем выходном патрубке емкости установлен датчик температуры для контроля температуры продукта. Для обеспечения стабильной подачи в разливочную машину давление в нижней части емкости остается постоянным и регулируется датчиком давления в нижней части емкости и группой клапанов подачи стерильного воздуха.
(7) Подача стерильного воздуха. Используется для подачи и отвода стерильного воздуха; на верхней части емкости установлен датчик давления, контролирующий давление стерильного воздуха сверху.
2.2 Обмен сигналами стерильных емкостей
(1) Сигналы от стерилизационной машины и стерильной емкости. CIP (мойка на месте); PAM (сигнал продукта); PDS (сигнал розлива); RFP (сигнал запроса на производство); RFW (сигнал запроса на подачу воды); SPS (сигнал остановки производства); SST (стерилизация стерилизационной машины); WAM (сигнал подачи воды); CSB (барьер чистого пара); RSB (барьер промывочного пара).

(2) Сигналы между стерильными емкостями и разливочной машиной. CIP (мойка на месте); FST (стерилизация разливочной машины); PAM (сигнал продукта); PFM (сигнал производственного розлива); RFP (сигнал запроса на производство); RFW (сигнал запроса на подачу воды); TST (стерилизация стерильной емкости); WAM (сигнал подачи воды).

3. Использование стерильных емкостей
3.1 Режим стерилизации
Весь продуктовый контур заполняется паром, а оборудование и подключенные продуктовые трубопроводы нагреваются и стерилизуются насыщенным паром, включая фильтр стерильного воздуха. Температура достигает 140 ℃ и поддерживается в течение 1200 с. Датчик температуры на нижнем выходе емкости измеряет и контролирует температуру стерилизации. После запуска программы стерилизации система автоматически выполняет следующие этапы: предварительный нагрев, повышение давления, удаление стерильного воздуха, отсчет времени стерилизации, охлаждение стерильным воздухом в емкость, охлаждение охлаждающей водой в межслойном пространстве и ручной выбор программы промывки стерильной водой для охлаждения емкости и удаления стерильной воды. После завершения режима стерилизации машина становится стерильной и готовой к производству.
3.2 Режим производства
Стерильная емкость получает сигнал PAM от UHT, открывает клапан подачи продукта, и продукт поступает из UHT в направляемую стерильную емкость. После того как разливочная машина подает сигнал запроса продукта, открывается клапан подачи продукта, и продукт подается к входному клапану продукта разливочной машины. От нижнего продуктового трубопровода разливочной машины к стерильной емкости идет возвратный трубопровод, а группа клапанов на конце этого трубопровода защищена от загрязнения паровыми барьерами.
3.3 Режим стерильной промывки
После выработки одного вида продукта перед переходом на другой весь комплекс промывается стерильной водой, подаваемой UHT, для удаления остатков продукта; стерильная вода также может подаваться в разливочную машину для стерильной промывки. Когда разливочная машина подает сигнал RFW, стерильная емкость запрашивает стерильную воду у стерилизационной машины; когда уровень жидкости в емкости достигает уровня стерильной промывки, в разливочную машину отправляется сигнал WAM.
3.4 Режим CIP
Щелочные и кислотные моющие средства подаются в оборудование по линии CIP, и весь контур очищается в замкнутом цикле согласно процессу CIP. Отсчет времени начинается только после достижения заданной температуры и проводимости. Контур мойки включает два пути: корпус емкости и продуктовый трубопровод питающего клапана. Моющий раствор CIP поступает в емкость через верхний распыляющий шар и очищает внутреннюю стенку и подающий трубопровод емкости. После запуска программы CIP система автоматически выполняет следующие этапы: откачка, повышение давления, предварительная промывка, щелочная мойка, откачка, водная промывка, кислотная мойка, откачка, заключительная водная промывка, откачка и сброс давления на выпуске.
3.5 Режим ожидания
Оборудование находится в открытом состоянии, слито и очищено, и программа запуска не активирована. Перед началом производства необходимо активировать режим стерилизации.
Характеристики применения 4 стерильных емкостей в молочной переработке
4.1 Обеспечивает длительную непрерывную работу разливочной машины
В общем процессе производства молока, стерилизованного UHT, оборудование UHT-стерилизации часто является основным фактором, ограничивающим непрерывную производительность. Если установить стерильную емкость, то в период, когда вышестоящее оборудование UHT нуждается в CIP-мойке, продукт уже хранится в стерильной емкости, и расположенная ниже разливочная машина может продолжать розлив. Когда после CIP-мойки UHT снова стерилизуется, стерильный продукт можно подавать в стерильные емкости, а разливочная машина сможет продолжать работу, тем самым увеличивая время непрерывного производства, снижая затраты на мойку и повышая выпуск продукции.
4.2 Низкое содержание фурфурола при производстве нейтрального молока, такого как цельное молоко
Фурозин в молочных продуктах является одним из соединений, образующихся в результате реакции Майяра белка и лактозы при высоких температурах. Чем ниже содержание фурозина, тем выше питательная ценность молочных продуктов. В 1992 году страны ЕС приняли фурозин в качестве важного показателя для оценки качества молочных продуктов. В 2004 году Международная организация по стандартизации (ISO) выпустила стандарт ISO 18329-2004 для определения содержания фурозина в молочных продуктах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии и для выявления восстановленного молока путем определения содержания фурозина. В 2005 году бывшее Министерство сельского хозяйства разработало документ «Идентификация восстановленного молока в пастеризованном молоке и UHT-стерилизованном молоке» (NY/T 939-2005), а в 2016 году в пересмотренной версии «Идентификация восстановленного молока в пастеризованном молоке и UHT-стерилизованном молоке» (NY/T 939-2016) фурфурол также был включен как важный показатель для обнаружения восстановленного молока: установлено, что если в 100 г белка UHT-стерилизованного молока содержится более 190 мг фурфурола, или если при содержании фурозина в UHT-стерилизованном молоке 140–190 мг на 100 г белка отношение содержания лактулозы (мг·л⁻¹) к содержанию фурозина (мг белка/100 г) меньше 2, то продукт считается содержащим восстановленное молоко.
В процессе прямого подключения разливочной машины на линии UHT при производстве цельного молока и других нейтральных молочных продуктов, если расположенная ниже разливочная машина выходит из строя и останавливается, молоко возвращается в систему UHT для циклического нагрева. Когда время циклического нагрева превышает определенный предел, по мере углубления реакции Майяра цвет и вкус продукта заметно изменяются. Если ниже UHT установлена стерильная емкость, такой ситуации можно в значительной степени избежать, поскольку независимо от того, работает разливочная машина или вышла из строя, продукт всегда подается в стерильную емкость и не возвращается в систему UHT для повторного нагрева. Поэтому при использовании стерильных емкостей содержание фурильной кислоты в продукте, как правило, ниже, чем у продукции без стерильных емкостей.
4.3 Отсутствие потерь при возврате молока
Когда молоко не удается разливать длительное время, оно проходит через многократные циклы нагрева, что приводит к значительным изменениям цвета и вкуса продукта. В промышленной практике обычно в ходе такого цикла молоко сливают, а свежее молоко повторно подают в систему UHT, что может привести к потерям нескольких сотен килограммов молока. Если ниже UHT установлена стерильная емкость, такой ситуации можно избежать и снизить потери сырого молока.
4.4 Можно производить продукты с фруктовыми гранулами
Добавление фруктовых гранул в молочные продукты сочетает богатые витаминами фрукты и молоко, что помогает достичь сбалансированного питания, повысить добавленную стоимость и улучшить потребительский опыт молочной продукции. Поэтому UHT-молочные продукты с фруктовыми гранулами являются одной из категорий, которые многие молочные компании исследуют и развивают в последние годы, однако они также сталкиваются с такими проблемами, как неравномерное распределение фруктовых гранул и их легкое разрушение. В настоящее время существует два возможных технологических процесса производства молочных продуктов с добавлением фруктовых гранул: предварительное смешивание и последующее добавление. Оба процесса требуют использования стерильных емкостей для временного хранения стерилизованного продукта. Мешалка в верхней части стерильной емкости обеспечивает движение продукта, предотвращая оседание фруктовых частиц и, как следствие, их неравномерное распределение.
4.5 Нет необходимости в частом обслуживании
По сравнению с разливочными машинами и оборудованием UHT, стерильные емкости практически не имеют движущихся или изнашивающихся деталей, кроме мешалок, поэтому обычно требуется лишь регулярно заменять уплотнительные кольца клапанов трубопроводов и т. п., без необходимости в крупных периодических программах технического обслуживания.
4.6 Высокая степень автоматизации
За исключением необходимости разборки коленного соединения при переключении между режимом производства и режимом мойки, операторы в основном выполняют управление через человеко-машинную панель. После выбора требуемого режима работы все этапы программы выполняются автоматически, с минимальным вмешательством персонала.
Контроль качества 5 стерильных емкостей в молочной переработке
5.1 Пар должен быть чистым
Из-за использования большого количества пара в процессе стерилизации для стерилизации корпуса емкости, а также необходимости подавать пар для поддержания парового барьера в процессе производства, необходимо обеспечить, чтобы пар не контактировал с продуктом или его поверхностью, чтобы он соответствовал пищевым стандартам. Помимо установки паровых фильтров, можно также рассмотреть применение устройства генерации чистого пара для обеспечения чистоты пара.
5.2 Замена уплотнительного кольца вала мешалки
В процессе производства в механическое уплотнение вала мешалки непрерывно подается высокотемпературный пар, чтобы предотвратить загрязнение продукта через вал мешалки. Однако уплотнительные элементы вала мешалки при высоких температурах часто подвержены старению, что повышает риск загрязнения продукта в емкости.
5.3 Замена фильтрующей сетки стерильного воздуха
Стерильный воздух — это сжатый воздух, прошедший обезвоживание и обезжиривание, который формируется через две фильтрующие сетки стерильного воздуха класса 0,01 мкм и редукционный клапан; фильтр стерильного воздуха должен быть стерилизован паром до начала производства. Для обеспечения эффективности фильтрации необходима регулярная замена. Рекомендуется использовать его 100 раз при условиях стерилизации 140 ℃ и 30 минут.
5.4 Обеспечить хороший эффект CIP-мойки
Мойка CIP должна тщательно очищать емкость и трубопроводы, при этом необходимо применять рациональную моющую программу. Одновременно следует использовать соответствующие параметры — концентрацию моющего средства, температуру, время, скорость потока и т. п., чтобы обеспечить качество мойки, особенно при отсутствии мертвых зон в мешалках.
5.5 Давление стерильного воздуха
В процессе производства стерильный воздух в верхней части резервуара должен поддерживаться под определённым избыточным давлением, чтобы предотвратить загрязнение продукта наружным воздухом. Если давление стерильного воздуха в верхней части резервуара ниже безопасного предела, это может привести к риску загрязнения продукта внутри резервуара.
5.6 Прочее

Стерильный резервуар находится на последующем стерильном этапе процесса UHT, и поддержание его стерильности имеет решающее значение. Кроме того, необходимо учитывать множество факторов, таких как стерилизация оборудования, температура парового барьера, утечки в группе клапанов трубопровода, время хранения и т. д. Необходимо оценить соответствующие риски и разработать меры контроля, чтобы обеспечить стерильность продукта.

6 Заключение

В последние годы, с быстрым развитием молочной и напитковой отраслей, технология асептического розлива становится всё более зрелой, а использование асептических резервуаров — всё более распространённым. В настоящее время на китайском рынке существует большой спрос на оборудование для асептических резервуаров, и некоторые отечественные производители также разрабатывают такие резервуары. Однако по показателям асептики и уровню автоматизации отечественные асептические резервуары всё ещё в определённой степени уступают импортным. Молочным предприятиям следует подбирать асептические резервуары с учётом характеристик своей продукции, технологии переработки и компоновки производственной линии, а также разрабатывать разумные меры контроля качества, чтобы обеспечить асептическое состояние продукции и тем самым достичь цели увеличения непрерывного времени производства.

Мы специализируемся на проектировании и производстве молочных линий «под ключ», и наши клиенты добились успеха в разных странах мира. Свяжитесь с нами прямо сейчас, чтобы получить актуальный проект линии переработки молока и коммерческое предложение!