Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии с Федеральным законом о качестве и безопасности пищевых продуктов (с изменениями от 30 декабря 2001 г., 10 января, 30 июня 2003 г.) и документом "Технический регламент на молоко и молочную продукцию" задачей предприятий молочной отрасли является выпуск безопасной и качественной молочной продукции. Выполнение этих требований обеспечивается за счет соблюдения санитарно-эпидемиологических правил и норм (СанПиН 2.3.4.551-96), немаловажную роль при этом играет применение рациональных технологических режимов мойки и дезинфекции оборудования. Важность этого этапа заключается в том, что остаточные количества молочного продукта являются питательной средой для размножения любой микрофлоры, в том числе и патогенной. В связи с этим насколько качественно проведена санитарная обработка оборудования, настолько качественной будет получена на нём молочная продукция. Обеспечение этих параметров достигается применением современных моющих и дезинфицирующих средств. Ассортимент молочной продукции, специфика её технологических параметров требует и специфического подхода к мойке и дезинфекции оборудования. Разнообразие видов ёмкостного оборудования, их технического назначения и условий эксплуатации предполагает различие составов отложений на их поверхностях и, соответственно, индивидуального подхода к режимам санитарной обработки. До последнего времени на большинстве молочных предприятий традиционно используют гидроксид натрия (каустическую соду), карбонат натрия (кальцинированную соду) и кислоты: азотную и сульфаминовую. Моющая и очищающая способность этих средств недостаточно эффективна, в связи с чем возникает необходимость проведения повторных процессов мойки. Обеспечение требуемого качества мойки такого вида оборудования (пастеризаторы, стерилизаторы и вакуум-аппараты), в процессе работы которого на их греющих поверхностях образуются молочные пригары с высокой степенью адгезии, возможно только с применением средств, обладающих смачивающей, эмульгирующей и грязенесущей способностями, которые ранее в отечественной практике не применялись. Поэтому на практике используют механическую обработку внутренних поверхностей оборудования скребками и специальными металлическими щетками. Так как высокотемпературной обработке подвергается не только молоко, но и молочные смеси многокомпонентного состава, содержащие, как минимум, сухое молоко, какао-порошок и растительные жиры, удаление образующихся отложений представляет собой сложную задачу. Низкий уровень внедрения мембранной технологии переработки молочного сырья, позволяющей повысить степень использования белка на пищевые цели, частично также связан с проблемой очистки мембран, отсутствием специальных отечественных моющих средств для их регенерации и восстановления.
Цель и задачи исследований. Теоретически обосновать и экспериментально установить основные закономерности удаления сложных белково-жировых отложений и разработать эффективные инновационные технологии санитарной обработки оборудования в молочной промышленности.
Для реализации поставленной цели при выполнении работы последовательно решены следующие задачи:
- провести анализ результатов ранее проведенных исследований и практических приёмов в области санитарии молочного производства и определить концепцию научной и технической программы по усовершенствованию процессов санитарной обработки оборудования в молочной промышленности;
- установить закономерность процесса растворения белково-жировых отложений (БЖО) от вида и концентраций щелочных электролитов и поверхностно-активных веществ (ПАВ);
- создать новые эффективные моющие средства (МС) для усовершенствования технологии мойки ёмкостного оборудования и трубопроводов;
- теоретически и экспериментально обосновать и разработать энергосберегающую технологию одновременной мойки и дезинфекции ёмкостного и специализированного оборудования по производству цельномолочной, маслодельной и сыродельной продукции;
- исследовать составы молочных отложений на внутренних поверхностях пастеризаторов, стерилизаторов, вакуум-аппаратов, сушильных установок и усовершенствовать технологию их мойки;
- научно обосновать и разработать рациональные составы моющих средств, обеспечивающих очистку различных видов мембран ультрафильтрационных установок (УФ-установок) от белково-жировых и минеральных отложений;
- усовершенствовать способ утилизации отработанных моющих растворов перед сбросом их в канализационные системы;
- осуществить реализацию научных и практических решений по технологии санитарной обработки оборудования в молочной отрасли.
Научная новизна работы.
Разработаны инновационные решения по технологии санитарной обработки оборудования в молочной промышленности, обеспечивающие энергосберегающий эффект, импортозамещаемость и соответствие мировому уровню.
Установлены количественные закономерности степени растворения молочных отложений, образующихся на поверхности ёмкостного оборудования и трубопроводов от вида, концентрации и соотношения химических веществ и композиций на их основе.
Выявлено рациональное сочетание смесей щелочных солей натрия и поверхностно-активных веществ (ПАВ), предотвращающее образование на поверхности ёмкостного оборудования и трубопроводов минерализовавшегося загрязнения (молочного камня и солей жесткости воды).
Установлено рациональное соотношение комплекса натриевых солей и дезинфицирующих агентов, обеспечивающее одновременно мойку и дезинфекцию оборудования и трубопроводов в одном процессе, сокращение продолжительности санитарной обработки и энергозатрат.
Уточнены химические составы отложений на поверхностях теплообменного оборудования, позволившие осуществить научный подход к проведению экспериментов по усовершенствованию технологии мойки пастеризаторов, стерилизаторов, вакуум-аппаратов и сушильного оборудования.
Установлена зависимость степени растворения молочного пригара от природы щелочных компонентов и их соотношения с поверхностно-активными веществами (ПАВ), обеспечивающих гидролиз, эмульгирование и удаление белково-жировых фракций молочного отложения с поверхности теплообменного оборудования при различных условиях их применения (концентрации, температуры, времени воздействия).
Выявлена зависимость продолжительности растворения молочного камня от природы кислоты, вида ПАВ и их соотношений, а также условий применения (концентрации и температуры), способствующих полному растворению и удалению минеральной части молочного отложения с поверхностей теплообменного оборудования.
Установлены основные закономерности растворения белково-жировых отложений на поверхности ультрафильтрационных мембран в процессах переработки молочного сырья и восстановления их проницаемости.
Практическая значимость работы и внедрение.
Усовершенствованы и разработаны новые технологии санитарной обработки оборудования на предприятиях молочной промышленности. Для реализации указанных технологий были разработаны рецептуры порошкообразных щелочных (10) и кислотных (3) моющих средств и утверждена в установленном порядке действующая отраслевая техническая документация с передачей её химическим предприятиям (ЗАО "Экохиммаш" (Костромская область), ООО "Алтайхимпром" (Бийск), ЗАО "Синтез" (Костромская область) на производство в виде ТУ. Общий объём производства разработанных моющих средств составляет 120 т/год, который реализован более чем на 250 предприятиях молочной промышленности и в других отраслях агропромышленного комплекса (мясной, кондитерской, хлебопекарной, пивобезалкогольной и рыбной) России, Республики Беларусь, Украины, Казахстана и Молдовы (одно из них - "РОМ-АЦ-1" удостоено серебряной медали ВДНХ, а средство МД-1" (Катрил-МД-1) вошло в список лучших 100 продуктов 2009 г.).
Для предприятий различной технологической направленности разработаны и утверждены в соответствующем порядке 14 инструкций по санитарной обработке различных видов оборудования, реализованы на всех действующих предприятиях, производящих молочную продукцию, в том числе и продукты детского питания. Разработана новая методика тонкослойной хроматографии для раздельного определения неионогенных и катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ), обеспечивающая контроль их концентрации в растворах моющих средств и определение полноты смывания остатков ПАВ с поверхности оборудования (по контролю их в смывной воде);
Преимуществом порошкообразных моющих средств является возможность транспортирования и хранения их в условиях низких температур России: Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока.
Разработана установка для нейтрализации отработанных моющих растворов, отличительным признаком которой является упрощение её конструкции, обеспечение надежности работы установки, возможность проведения процесса нейтрализации одновременно с мойкой оборудования и сброса в канализационные стоки полностью нейтрализованных отработанных моющих растворов.
Проведенные расчеты показали высокую экономическую эффективность внедрения усовершенствованных технологических режимов санитарной обработки оборудования с применением разработанных моющих средств.
Разработки защищены 14 авторскими свидетельствами и патентами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы, были доложены и опубликованы на конференциях и симпозиумах, проводимых в системе Минмясомолпрома СССР (1987-1992г); 24-ом Международном молочном Конгрессе (Австралия, 1994г.); Международной научно-технической конференции "Прикладная биотехнология на пороге XXI века" (Москва, 1995г.); Международной конференции "Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов детского и геродиетического питания" (Истра, 1997г.), 1V Специализированном конгрессе "Молочная промышленность Сибири" (Барнаул, 2004г.); Научно – практической конференции "Развитие масложировой, маслодельной и сыродельной промышленности" (Москва, 2005г.); Международной научно – практической конференции "Молочная промышленность" (Москва, 2006 г.); Всероссийской научно – практической конференции "Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве" (Уфа, 2007г.); Симпозиуме Международной Молочной Федерации "Лактоза и ее производные" (Москва, 2007 г.); Международной конференции "Неделя молочной промышленности" (Ереван, 2007), Научно-практическом семинаре "Санитарная обработка и гигиена на молочных предприятиях согласно требований Федерального закона №88-ФЗ от 12.06.09" (Краснодар, 2009); Региональной конференции "Теоретические и практические аспекты санитарной обработки оборудования на предприятиях молочной промышленности" (Киров, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 86 работ, в том числе 24 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и международных конгрессах и симпозиумах, 4 обзорные информации, 14 авторских свидетельств и патентов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методов и результатов исследований, изложенных в девяти главах, выводов, списка литературы и основных обозначений и приложений.
