Коллектив ученых кафедры электрификации и автоматизации сельского хозяйства Алтайского государственного аграрного университета в составе д.т.н., заведующего кафедрой Андрея Алексеевича Багаева и ассистента Сергея Олеговича Бобровского провели исследование различных электротехнологических средств термической обработки молока и нашли самый энергоэффективный метод его пастеризации.
Результаты исследования опубликованы в статье «Энергетическая и эксергетическая оценка электротехнологических средств термической обработки молока» в отраслевом научном журнале «Техника и технология пищевых производств» (2023. Т. 53. № 2. С. 272–280), входящем в базу «Scopus».
Ученые АГАУ обращают внимание на то, что нынешние тенденции развития производства молочной продукции таковы, что предприятия по переработке молочного сырья увеличивают мощность, но сокращаются в количестве. В результате доставка сырого молока на перерабатывающие предприятия занимает больше времени, и технологии охлаждения молока часто не обеспечивает сохранность сырья при транспортировке.
Единственный надежный способ в этом случае — первичная термическая обработка молока — пастеризация. Она уничтожает патогенные микроорганизмы, например, кишечную палочку, брюшнотифозный возбудитель туберкулеза и др. Пастеризация также разрушает ферментные системы, например, фосфатазы. Отсутствие фосфатазы является маркером достаточной дезинфекции. «Поэтому термическая обработка остается единственной технологией, обеспечивающей безопасность молочной продукции в условиях патогенных микроорганизмов и ферментных систем. По сути, термическая обработка представляет собой сочетание температуры и времени воздействия, совокупно уничтожающих патогенные микроорганизмы и ферментные системы молока. При этом режимы термообработки в молочном производстве различаются температурными режимами и временем нагрева», – объясняет Андрей Алексеевич Багаев.
Сегодня на предприятиях, занимающихся переработкой молока, наиболее распространены пастеризаторы с водой или паром различной в качестве промежуточного теплоносителя. Но нагрев воды и парообразование – это обычные процессы, которые можно обеспечить и такими электротехнологическими средствами, как непрямые (например, индукционный) или прямой (электродный) нагрев. Однако эти технологии до сих пор остаются проектами НИОКР и не используются в коммерческом молочном производстве.
Обзор литературы показал, что количество существующих и эффективных технологий пастеризации молока достаточно большой, но производителям продуктов питания по-прежнему нужны объективные методы для оценки их энергоэффективности.
Ученые Алтайского ГАУ провели сравнительное исследование трех методов термической обработки молока.
Эксперимент заключался в нагреве молока от 20 до 75 °С производительностью 1000 кг/ч при расчетной мощности 58,95 кВт в разных устройствах термической обработки молока: пастеризатор «водяной пар – молоко» с использованием электротехнологических средств нагрева, пастеризатор индукционного типа и термосифонный пастеризатор с использованием прямого или косвенного электронагрева. Для анализа результатов исследования использовали методы энергетического и эксергетического анализа.
Система «пастеризатор молока «водяной пар – молоко» с использованием электрического косвенного (с помощью элементного, индукционного) или прямого (электродного) нагрева показала потери эксергии – 1,29 кВт, потребляемую мощность – 71,29 кВт, эксергетический КПД – 0,99, энергетический КПД – 0,827.
Для системы «термосифонный пастеризатор с использованием прямого или косвенного электронагрева» оказались характерны: потери эксергии – 1,29 кВт, потребляемая мощность – 60,92 кВт, эксергетический КПД – 0,99, энергетический КПД – 0,9676.
Наименее конкурентоспособными параметрами обладает пастеризатор индукционного типа: потери эксергии – 10,8 кВт, потребляемая мощность – 70,43 кВт, эксергетический КПД – 0,867, энергетический КПД – 0,837.
«Наше исследование показало, что для повышения энергоэффективности процесса пастеризации молока целесообразно использовать систему “пастеризатор термосифонного типа с использованием прямого или косвенного электронагрева”. Однако перспективным направлением дальнейших исследований следует считать совершенствование системы типа “пастеризатор индукционного типа”.Индукционный нагрев – перспективная термическая обработка технологии в производстве продуктов питания. Его энергоэффективность достигает 95–99%, но объективность этого метода еще предстоит подтвердить», — прокомментировал результаты исследования Сергей Олегович Бобровский.
Кстати, молодой ученый АГАУ занимается подробным исследованием применения индукционного нагрева в молочном производстве в рамках гранта Ученого совета Алтайского ГАУ «Повышение энергоэффективности процессов тепловой обработки молочных продуктов».
Таким образом, ученые Алтайского ГАУ в целях повышения энергоэффективности предприятий по переработки молока и производству молочной продукции рекомендуют переоснащать пастеризаторами термосифонного типа с использованием прямого или косвенного электронагрева.
