4 Материальные расчеты в производстве творога

Согласно №88-ФЗ, творог – кисломолочный продукт, произведенный с использованием заквасочных микроорганизмов – молочнокислых лактококков или смеси лактококков и термофильного стрептококка и методов кислотной или кислотно-сычужной коагуляции белков с последующим удалением сыворотки путем самопрессования, прессования, центрифугирования и (или) ультрафильтрации [2].

Выбор методики расчета учитывает способ производства творога:

• традиционный – выработка творога заданного состава путем сквашивания молока, нормализованного по жиру и белку, с последующей обработкой сгустка и отделением сыворотки.

• раздельный – выработка обезжиренного творога из обезжиренного молока и последующее смешивание его с высокожирными сливками с массовой долей жира 50-55% [1].

Нормализация сырья

Молоко нормализуют по массовой доле жира с учетом содержания белка, так как соотношение массовых долей жира и белка в нормализованном молоке должно обеспечивать стандартный состав готового продукта [1].

Массовая доля жира в нормализованном молоке, Ж_н.м, %, для творога с массовой долей жира 18%:

, (2.58)

где Б_м – массовая доля белка в исходном молоке, %;

К=(0,15-0,35)– коэффициент, зависящий от вида творога, способа

производства и сезона года [6-10].

Для творога с массовой долей жира 5% и 9%:

, (2.59)

где К=(0,27-0,33) – коэффициент для творога 5% [6-10];

К=(0,45-0,55) – коэффициент для творога 9% [6-10];

Массовая доля белка в молоке Б_м, %:

, (2.60)

где Ж_м – массовая доля жира в исходном молоке, %.

При использовании бактериальной закваски, приготовленной на обезжиренном молоке, массовая доля жира в нормализованном молоке уточняется по формуле (2.44).

Продуктовый расчет в производстве творога

Методика расчета – по формулам баланса жира с учетом предельно-допустимых потерь сырья и жира [1,4-11].

Задача расчета – корректируется в зависимости от исходных данных.

Традиционный способ

Схема переработки молока представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема переработки молока при выработке творога

традиционным способом

Последовательность расчета от готового продукта

1. Масса творога перед фасованием, М_тв, кг, с учетом предельно допустимых потерь на расфасовку:

, (2.61)

где М_г.п – заданная масса готового продукта, кг;

Н_ф – норма расхода творога при фасовании на 1 т готового продукта, кг [5-10].

2. Масса нормализованного молока, М_н.м, кг, на выработку рассчитанной массы творога:

, (2.62)

где Н_н.м – норма расхода нормализованного молока на 1 т творога, кг [5-10].

3. Расчет компонентов нормализации зависит от способа нормализации и аналогичен расчету пастеризованного молока.

4. Масса закваски, приготовленной на обезжиренном молоке, определяется по формуле (2.52).

5. Масса сыворотки определяется в процентах от массы нормализованного молока по утвержденным нормам [5-10]. Ориентировочно масса сыворотки составляет 80% от массы нормализованного молока.

Последовательность расчета творога от сырья аналогична расчету пастеризованного молока, но учитывает вышеобозначенные особенности.

Раздельный способ

Схема переработки молока представлена на рисунке 3.

Последовательность расчета от готового продукта

1. Масса творога перед фасованием, М_тв, кг, с учетом предельно допустимых потерь на расфасовку:

, (2.63)

где Н_{тв.об+сл} – норма расхода творога нежирного и сливок на 1 т готового

продукта раздельным способом, кг [5].

Рисунок 3 – Схема переработки молока при выработке творога

раздельным способом

2. Расчет компонентов нормализации творога.

Уравнение материального баланса:

, (2.64)

Масса сливок для смешивания с обезжиренным творогом, М_сл, кг:

, (2.65)

где Ж_тв, Ж_тв.об – массовая доля жира готового и обезжиренного творога, % [5-11].

Тогда из уравнения (2.64) масса творога обезжиренного, М_тв.об, кг:

.

3. Масса обезжиренного молока, М_об.м, кг, на выработку творога обезжиренного:

, (2.66)

где Н_об.м – норма расхода обрата на 1 т обезжиренного творога, кг [5-8,10].

4. Расчет сепарирования молока.

Масса молока, М_м, кг, направляемая на сепарирование для получения рассчитанной массы обезжиренного молока определяется по формуле (2.23). При этом массовая доля жира сливок принимается равной 50-55%.

Масса сливок от сепарирования массовой долей жира 50-55%, , кг:

(2.67)

где n_ж=0,59% – норма потерь на выработку 50-55%-ных сливок, кг [5].

5. Масса сыворотки определяется в процентах от массы обезжиренного молока по утвержденным нормам [5-11].

Последовательность расчета от сырья:

1. Расчет массы сливок (50-55%) и обезжиренного молока, полученных при сепарировании исходного молока по формулам (2.48), (2.49).

2. Масса творога обезжиренного, выработанного из обезжиренного молока:

3. Масса сливок для смешивания с обезжиренным творогом, М_сл, кг:

(2.68)

4. Масса творога перед фасованием определяется по формуле (2.64), масса готового продукта – на основании формулы (2.63).

5. Масса сыворотки определяется в процентах от массы обезжиренного молока по утвержденным нормам [5-11].

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ МОРОЖЕНОГО

Согласно №88-ФЗ, мороженое – взбитый замороженный и потребляемый в замороженном виде сладкий молочный, молочный составной или молокосодержащий продукт [2]. Мороженое имеет сложный сырьевой состав. Для его производства используют молоко цельное и обезжиренное, сливки, сухие и сгущенные молочные консервы, сливочное масло, сахаристые продукты, вкусовые вещества и пищевые добавки (стабилизаторы, эмульгаторы, ароматизаторы, красители и др.), плодово-ягодное сырье и продукты из него [1].

Технологический процесс производства мороженого включает следующие стадии: приемка и подготовка сырья, составление смеси, пастеризация, фильтрация, гомогенизация, охлаждение, созревание, фризерование смеси, фасование, закаливание и хранение готовой продукции [1].

Смесь для мороженого составляют по рецептурам, приведенным в технологических инструкциях по производству мороженого, либо исходя из имеющегося сырья.

Методика расчета – по рецептуре.

Рецептуры на составление смесей для мороженого рассчитываются алгебраическим методом, исходя из состава сырья и готового продукта [1].

Если состав компонентов смеси совпадает с указанным в типовой рецептуре, то нормативный расход сырья определяют, умножая количество вырабатываемого продукта на норму расхода сырья. Если состав компонентов смеси не совпадает с указанным в типовой рецептуре, то составляют рабочую рецептуру. Компоненты смеси должны быть рассчитаны на основании результатов анализа состава сырья. Расчет обычно ведут на 100 кг или 1000 кг готового продукта.

Пример расчета

Задача. Пересчитать рецептуру на 1000 кг сливочного мороженого в вафельном стаканчике, если норма расхода смеси на 1 т мороженого составляет 1013,3 кг, массовая доля жира в мороженом – 10%, СОМО – 10%, сахара 14%, сухих веществ – 34%. При этом необходимо заменить масло крестьянское на сладкосливочное (массовая доля жира 82,5%, сухих веществ – 84%, СОМО – 1,5%). Сухое вещество регулируется сухим нежирным молоком.

Решение

Типовая рецептура на 1000 кг сливочного мороженого представлена в таблице 1 [12].

Исходя из имеющегося сырья, составляют рабочую рецептуру на 1000 кг сливочного мороженого – таблица 2 [13].

Таблица 1 – Типовая рецептура на мороженое сливочное (без учета потерь)

Сырье	Состав, %				Расход на 1 т, кг
	жир	СОМО	сухое вещество	сахар
Молоко цельное	3,6	8,1	11,7	–	650
Масло крестьянское	72,5	2,5	75	–	99,8
Молоко сгущенное нежирное с сахаром	–	26	70	44	47
Молоко сухое цельное	25	68	93	–	18
Молоко сухое нежирное	–	93	93	–	21,8
Сахар	–	–	100	100	119,3
Стабилизаторы	–	–	100	–	3
Ванилин	–	–	100	–	0,1
Вода питьевая	–	–	–	–	41
ВСЕГО					1000,0

Таблица 2 – Рабочая рецептура на мороженое сливочное

Сырье	Состав, %				Расход на 1 т без учета потерь, кг	Расход на 1 т с учетом потерь, кг
	жир	СОМО	сухое вещество	сахар
1	2	3	4	5	6	7
Молоко цельное	3,6	8,1	11,7	–	650	658,6
Масло сладкосливочное	82,5	1,5	84	–	87,39	88,6
Молоко сгущенное нежирное с сахаром	–	26	70	44	47	47,6

Продолжение таблицы 2

1	2	3	4	5	6	7
Молоко сухое цельное	25	68	93	–	18	18,2
Молоко сухое нежирное	–	93	93	–	19,89	20,2
Сахар	–	–	100	100	119,3	120,9
Стабилизаторы	–	–	–	–	3	3
Ванилин	–	–	–	–	0,1	0,1
Вода питьевая	–	–	–	–	55,32	56,1
ВСЕГО					1000,0	1013,3

Далее вычисляют массы неизвестных компонентов. Для этого рассчитывают количество жира и сухих веществ в смеси и в каждом виде сырья, определяя, в итоге, недостающее количество жира и сухих веществ.

Общее количество жира в смеси, согласно норме, Ж_см, кг:

кг, (3.1)

где М_см – масса смеси, кг;

Х_ж – массовая доля жира в смеси, %.

Количество жира в каждом виде сырья, Ж_i, кг:

, (3.2)

где М_i – масса i-го компонента в смеси, кг;

Х_i – массовая доля жира в i-м компоненте смеси, %.

Тогда, количество жира в молоке цельном:

кг

Аналогично, количество жира в молоке сухом цельном – 4,5 кг.

Недостающее количество жира, вносимое с маслом сладкосливочным:

кг

Требуемое количество масла сладкосливочного из формулы (3.2):

кг

Аналогично, общее количество сухих веществ в смеси – 340 кг, в масле сладкосливочном – 73,4 кг, в сгущенном нежирном молоке с сахаром – 32,9 кг, в сухом цельном молоке – 16,74 кг, в сахаре 119,3 кг, в стабилизаторе – 3 кг, в ванилине – 0,1 кг. Недостающее количество сухих веществ, вносимое с сухим нежирным молоком – 18,5 кг, требуемое количество сухого нежирного молока – 19,89 кг.

Недостающее количество воды, М_в, кг определяется как разность между общим количеством воды в смеси, требуемым по норме, и влагой, внесенной с компонентами смеси:

кг

Полученные результаты вносят в таблицу 2.2. Сумма всех компонентов смеси должна быть равна 1013,3 кг.

В норму расхода сырья на выработку мороженого в вафельных стаканчиках входит масса вафельных стаканчиков. Тогда масса смеси для 1000 кг мороженого, М_см, кг :

, (3.3)

где М_пр =1000 кг – масса готового продукта;

М_ваф – масса вафель, кг;

Принимают, что масса вафель в 100 г порции мороженого составляет 5-7 г. Тогда в 1000 кг мороженого (10000 порций) масса вафель составит 50 кг, а масса смеси по формуле (3.3) – 950 кг. Далее пересчитывают расход компонентов по таблице 2 на 950 кг смеси с учетом потерь.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

В МОЛОЧНОКОНСЕРВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Согласно ФЗ-№88, молочные консервы – сухие или концентрированные упакованные в тару молочные продукты [2]. Молочные консервы представляют собой продукты, выработанные из натурального молока и пищевых добавок с применением тепловой обработки (сгущение, стерилизация, сушка) с добавлением (или без добавления) сахара, что обеспечивает стойкость при длительном хранении в упакованном виде и хорошую транспортабельность [1].

Основное сырье для производства молочных консервов – сырое молоко кислотностью не более 20Т. Оно должно быть термоустойчивым. Кроме того, для выработки молочных консервов используют обезжиренное молоко, сливки, пахту, полученную при производстве сладкосливочного масла. В качестве вкусовых наполнителей и пищевых добавок применяют сахар-песок, молочно-белковые концентраты (казеинат натрия), кофе, какао-порошок, растительные масла, аскорбиновую, лимонную кислоты, кверцетин, низин и др. В качестве затравки в производстве сгущенного молока с сахаром используют мелкокристаллическую лактозу. Для повышения термоустойчивости молока вносят соли-стабилизаторы – цитраты и гидрофосфаты натрия и калия [14].

В основе консервирования молока лежат приемы подавления жизнедеятельности микроорганизмов: тепловая стерилизация, удаление воды и повышение осмотического давления. По способу производства молочные консервы делят на стерилизованные, сгущенные с сахаром и сухие [1].

Материальный баланс в молочноконсервном производстве

При производстве молочных консервов из нормализованного молока получают сгущенное или сухое молоко (готовый продукт) и воду (побочный продукт). При расчетах пользуются уравнениями материального баланса (4.1) и (4.2), составленными по сухому молочному остатку:

, (4.1)

где М_н.м, М_{сг.м/сх.м}, М_в – масса нормализованного, сгущенного (сухого)

молока и воды, соответственно, кг;

n – норма предельно допустимых потерь сухих веществ при произ-

водстве молочных консервов, %.

(4.2)

где С_н.м, С_сг.м – массовая доля сухих веществ в нормализованном и

сгущенном молоке, соответственно, %;

n_с.в – норма предельно-допустимых потерь сухих веществ при произ-

водстве сгущенного молока, %.

Расчет показателей состава сырья

Для расчета компонентов нормализации необходимы сведения об их составе. Массовая доля сухого молочного остатка (СМО) молока цельного, обезжиренного и сливок:

, (4.3)

, (4.4)

, (4.5)

где СМО_м, СМО_об.м, СМО_сл – массовая доля СМО молока цельного, обез-

жиренного и сливок, соответственно, %;

Ж_м, Ж_об.м, Ж_сл – массовая доля жира в молоке цельном, обезжиренном,

в сливках, %;

Д_м, Д_об.м – плотность молока цельного и обезжиренного, А.

Массовая доля СОМО компонента:

,

Отношение массовой доли жира молока, Ж_м, %, к массовой доле сухого обезжиренного остатка молока, СОМО_м, %:

.

Нормализация сырья

Нормализация состава молока основана на материальном балансе концентрирования (4.6):

, (4.6)

где М_см, М_пр – масса исходной смеси и готового продукта, соответственно, кг;

А_см, А_пр – массовая доля всего сухого вещества или любой его состав-

ной части в исходной смеси и готовом продукте, соответственно, %;

К_А – коэффициент потерь А.

В нормализованном молоке для выработки молочных консервов соотношение между массовой долей жира и сухого обезжиренного молочного остатка должно обеспечивать стандартное соотношение этих частей молока в готовом продукте. В цельном молоке это отношение составляет 0,39-0,69, в сухих и сгущенных молочных консервах 3,3-0,193 [14].

Таким образом, сущность нормализации в производстве молочных консервов состоит в изменении фактического соотношения массовой доли жира и СОМО в цельном молоке до заданного в продукте. Нормализацию сырья при производстве молочных консервов проводят по жиру с учетом СОМО в следующей последовательности:

1. Определение массовой доли жира в нормализованном молоке [14].

Обозначим

,

где Ж_пр – массовая доля жира в продукте, %;

СОМО_пр – массовая доля СОМО в продукте, %.

Величина О_пр постоянна и зависит от вида продукта.

Массовая доля жира в нормализованном молоке:

. (4.7)

Учитывая, что относительные потери жира и сухого вещества непропорциональны, величину О_пр корректируют с помощью коэффициента К:

,

где n_ж, n_с.в – норма предельно-допустимых потерь жира и сухих веществ

при производстве сгущенного молока, %.

Скорректированный показатель О_пр обозначим О_р:

.

2. Выбор компонентов нормализации.

В производстве молочных консервов предусмотрено два способа нормализации молока: смешением и в потоке [14]. При нормализации смешением нормализуемого молока с одним из продуктов сепарирования, в зависимости от соотношения О_м и О_р существует три варианта:

1. если О_м>О_р, для нормализации используют обезжиренное молоко (или пахту):

,

где М_м, М_об.м – масса цельного и обезжиренного молока, кг.

2. если О_м<О_р, для нормализации используют сливки:

,

где М_сл – масса сливок, кг.

3. если О_м = О_р, нормализация не требуется:

.

Нормализацию в потоке осуществляют путем поточного смешивания продуктов сепарирования нормализуемого молока в определенном соотношении. При этом в зависимости от соотношения О_м и О_р также возможны три варианта:

1. если О_м>О_р, нормализацию проводят путем отбора избытка сливок:

,

где – масса сливок для смешивания с обезжиренным молоком, кг.

2. если О_м < О_р, нормализацию проводят путем отбора части обезжиренного молока:

,

где – масса обезжиренного молока для смешивания со сливками, кг.

Данный способ, как правило, применяется только в производстве сухих детских молочных продуктов.

3. если О_м=О_р, нормализация не требуется:

.

3. Определение масс компонентов нормализованной смеси.

При нормализации смешением в емкостях массу обезжиренного молока или сливок определяют по формулам (4.8), (4.9), соответственно:

(4.8)

(4.9)

При нормализации в потоке вначале определяют массу сливок и обезжиренного молока, полученных при сепарировании всего количества молока, по формулам (4.10), (4.11) без учета потерь

(4.10)

. (4.11)

В случае, если О_м>О_р, масса сливок, направляемых на смешивание со всей массой обезжиренного молока, полученного при сепарировании

. (4.12)

В случае, если О_м<О_р, масса обезжиренного молока, направляемого на смешивание со всей массой сливок, полученных при сепарировании

(4.13)

4. Расчет массы сахара [14].

Расчет массы сахара производят на основе материального баланса концентрирования (4.6). В зависимости от вида молочных консервов существуют следующие варианты расчета:

1. для сгущенных молочных консервов с сахаром массу сахара, М_сах, кг, рассчитывают согласно условию

,

по формуле (4.12) с учетом потерь

, (4.14)

где САХ_см, САХ_пр – массовая доля сахара в исходной смеси и в продукте, %.

К_САХ – коэффициент потерь сахара.

2. для сгущенного нежирного молока с сахаром массу сахара, М_сах, кг, рассчитывают согласно условию

по формуле (4.13) с учетом потерь

. (4.15)

5. Расчет массы наполнителя [14].

При производстве многокомпонентных молочных консервов массу наполнителя рассчитывают на массу молочной смеси согласно условию

,

по формуле (1.19) с учетом потерь

, (4.16)

где НАП_см, НАП_пр – массовая доля наполнителя в смеси и продукте, %.

К_НАП – коэффициент потерь наполнителя.

6. Определение массы готового продукта.

Масса сгущенного или сухого продукта, М_пр, кг

, (4.17)

где К_ж – коэффициент потерь жира.

Масса сгущенного продукта в условных весовых единицах – тубах (1 туб = 400 кг), М_пр, туб:

.

Технологический расчет выпаривания

Задача расчета – определение массы смеси на варку и продолжительности варки.

Методика технологического расчета выпаривания в циркуляционном объемном вакуум-выпарном аппарате на примере выработки сгущенного молока с сахаром периодическим способом:

1. Масса смеси на варку, М_см.в, кг:

, (4.18)

где V – рабочий объем вакуум-выпарного аппарата, м³;

ρ – плотность сгущенного продукта, кг/м³.

k – кратность сгущения.

При этом кратность сгущения k:

,

где С_пр, С_см – массовая доля сухих веществ в продукте и нормализованной смеси, соответственно, %.

Массовая доля сухих веществ в продукте регламентирована нормами, а в нормализованной смеси – рассчитывается, в зависимости от необходимого компонента нормализации:

,

.

где М_сир – масса сахарного сиропа, кг;

С_сир – массовая доля сухих веществ в сахарном сиропе, %.

2. Масса сгущенного продукта одной варки, на выходе из вакуум-выпарного аппарата, М_пр.в, кг:

(4.19)

3. Масса воды, выпаренной в течение одной варки, М_вода, кг

(4.20)

4. Продолжительность варки, τ, ч

(4.21)

где W – производительность вакуум-выпарного аппарата по испаренной влаге, кг/ч.

Технологический расчет выпаривания и сушки

Задача расчета – подбор вакуум-выпарного аппарата и сушилки по производительности.

Методика технологического расчета выпаривания в пленочном вакуум-выпарном аппарате и сушки на распылительной сушилке на примере выработки сухого цельного молока:

1. Масса влаги, удаляемой в процессе сгущения, М_в.сг, кг:

, (4.22)

где СМО_см, СМО_сг.см – массовая доля СМО в нормализованной смеси и сгущенной смеси, подаваемой на сушку, соответственно, %

СМО_сг.см принимается согласно технологическим инструкциям, а СМО_см – определяется расчетным путем, в зависимости от необходимого компонента нормализации:

или

.

2. Ориентировочная производительность вакуум-выпарного аппарата, W_ВВА, кг/ч:

, (4.23)

где τ_сг – рекомендуемое время работы вакуум-выпарного аппарата, ч.

3. Масса влаги, удаляемой в процессе сушки, М_в.суш., кг:

(4.24)

4. Ориентировочная производительность сушилки, W_суш, кг/ч:

(4.25)

где τ_суш – рекомендуемое время работы сушилки, ч.

На основании рассчитанных ориентировочных производительностей вакуум-выпарного аппарата и сушилки осуществляется их выбор по каталогам технологического оборудования.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ В СЫРОДЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ