СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СВЕРТЫВАНИЯ МОЛОКА Российский патент 2024 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к способам и устройствам для исследования структурно-механических свойств молока, изменяющихся под действием молокосвертывающего агента.

При выработке полутвердых и твердых сыров используются молокосвертывающие агенты, например молокосвертывающие ферментные препараты (химозин, говяжий, свиной, куриный, овечий пепсины, ферменты микробиального происхождения и др.). При это важна правильная дозировка молокосвертывающего фермента. Недостаточное количество фермента приводит к излишнему затягиванию процесса свертывания молока, получению дряблого сгустка, потерям сухих веществ молока и, соответственно, к снижению выхода конечного продукта - сыра. Принимая во внимание тот факт, что молокосвертывающие агенты являются дорогостоящими препаратами, использование избыточного количества фермента приводит к необоснованному увеличению его расхода на единицу продукции и росту себестоимости сыра. Поэтому перед производственной выработкой сыра необходимо предварительно проводить исследования по оценке влияния дозировки молокосвертывающего агента на продолжительность свертывания молока.

Известно устройство для исследования продолжительности свертывания молока, которое представляет собой термостатируемую емкость с установленной в верхней ее части с возможностью принудительного качания в вертикальной плоскости на горизонтально закрепленной оси кюветой для исследуемого образца и измерительную систему, содержащую направленный на кювету источник лазерного излучения и приемник отраженного луча, отличающееся тем, что приемник отраженного луча выполнен в виде стержня из светорассеивающего материала, на торцах которого размещены фотоприемники, подключенные к регистрирующему устройству [см. патент РФ на полезную модель №121933, МПК G01N 11/00, заявл. 14.12.2011, опубл. 10.11.2012]. Данное устройство является энергоемким и технически сложным - устройство включает измерительную систему, состоящую из большого числа отдельных элементов, что затрудняет его оперативное использование в производственных условиях сыродельного предприятия.

Также известен способ исследования продолжительности свертывания молока, основанный на измерении перепада температур между двумя полупроводниковыми резисторами, один из которых подогревается [см. патент РФ на изобретение №2275627, МПК G01N 33/04, заявл. 08.12.2003, опубл. 27.04.2006]. Превращение молока в гель резко уменьшает конвекционный отвод тепла от подогреваемого резистора и отражается в увеличении его температуры. Данное устройство является менее энергоемким, но достаточно технически сложным, что затрудняет его использование в условиях сыродельного предприятия.

Другим широко известным способом является измерение продолжительности свертывание молока с помощью прибора (кружки) ВНИИМС [Мурунова Г.В., Муничева Т.Э., Калинина Г.Е. Управление расходом молокосвертывающих ферментов с помощью кружки ВНИИМС // Сыроделие и маслоделие. - 2010. - №3. - С. 36-37]. Кружка ВНИИМС представляет собой цилиндрическую емкость из прозрачного материала с калиброванным отверстием в нижней части (в дне) и делениями на боковой стенке. После заполнения кружки молоком с внесенным молокосвертывающим агентом (ферментным препаратом) отверстие в дне открывают и молоко изливается наружу. По мере свертывания молока под действием молокосвертывающего агента скорость истечения молока снижается и затем прекращается вовсе. По делениям на боковой стенке определяют количество истекшего молока и по тарировочной таблице определяют необходимое количество фермента для проведения производственной выработки сыра. Время с момента внесения фермента в молоко до момента прекращения его истечения из кружки ВНИИМС принимается за продолжительность свертывания. Этот способ и устройство для его осуществления являются максимально простыми, не требующими расхода энергии и широко применимыми в условиях сырзаводов.

Наиболее близким по принципу измерения в предлагаемом варианте патента является кружка ВНИИМС (прототип), где измерение продолжительности свертывания основано на измерении уровня молока в кружке.

Предлагаемый способ измерения продолжительности свертывания молока основан на погружении измерительной емкости с отверстием в дне (например, цилиндра) с одновременным измерением скорости заполнения измерительной емкости молоком с внесенным молокосвертывающим агентом и скорости опорожнения измерительной емкости при извлечении из общей емкости (например, сыродельной ванны).

Суть способа измерения продолжительности свертывания молока заключается в том, что периодически измерительная емкость с отверстием в дне погружается в исследуемое молоко, при этом измеряется время заполнения емкости. Глубина погружения при всех измерениях постоянна. Продолжительность свертывания молока определяется как время с момента внесения молокосвертывающего агента в молоко до момента прекращения изменения времени заполнения измерительной емкости.

Устройство для реализации способа состоит из измерительной емкости (например, цилиндра), в дне которой расположено отверстие. В верхней части этой емкости установлен инфракрасный датчик расстояния, измеряющий расстояние от датчика до уровня молока в измерительном цилиндре. Цилиндр имеет возможность вертикального перемещения, которое осуществляется электроприводом.

На Фиг. 1 представлено заявленное устройство для измерения продолжительности свертывания молока, где 1 - емкость с исследуемым молоком, 2 - отверстие в дне измерительного цилиндра, 3 - измерительный цилиндр, 4 - датчик уровня молока, 5 - кронштейн крепления измерительного цилиндра, 6 - привод перемещения цилиндра, 7 - датчик перемещения цилиндра, 8 - стойка, 9 - регистрирующее устройство.

При погружении цилиндра (3) вниз в молоко (1) происходит заполнение цилиндра молоком через отверстие (2), что приводит к сокращению расстояния между уровнем молока в цилиндре и датчиком расстояния (4) (датчиком уровня молока). При движении цилиндра вверх в соответствии с законом сообщающихся сосудов происходит истечение молока из цилиндра через отверстие внизу цилиндра. Расстояние между уровнем молока в цилиндре и датчиком увеличивается. При измерениях цилиндр периодически (с заданным периодом) перемещается по команде управляющего устройства вверх и вниз на расстояние 20-40 мм, погружаясь в молоко. При этом уровень заполнения емкости фиксируется инфракрасным датчиком. Сигнал с датчика регистрируется в микропроцессоре управляющего устройства. При этом измеряется уровень молока в емкости в верхнем и в нижнем положении, а также измеряется скорость изменения уровня. По измерению скорости наполнения и опорожнения емкости (изменению вязкости молока) проводится оценка свертывания молока и ее завершенность. Завершенностью процесса свертывания молока является постоянство расстояния от уровня молока (образующегося молочного сгустка) до датчика - прекращение изменений показателя уровня при последовательных перемещениях цилиндра.

Пример 1. Работа устройства для измерения продолжительности свертывания молока в режиме измерений (начало процесса) показана на Фиг. 2: а - в нижнем положении цилиндра, 6 - в верхнем положении цилиндра Н - высота цилиндра, Aw1 - глубина погружения цилиндра в верхнем положении, Aw2 - глубина погружения цилиндра в нижнем положении, Cw1 -расстояние от поверхности молока до датчика в верхнем положении, Cw2 - расстояние от поверхности молока до датчика в нижнем положении, L - величина хода цилиндра показана на Фиг. 2. Цилиндр диаметром 40 мм, установленный на подвижном кронштейне, имеет возможность перемещения вниз и вверх на 20 мм. В верхней части цилиндра расположен инфракрасный датчик расстояния, измеряющий расстояние от датчика до поверхности молока (Cw). Датчик состоит из инфракрасного излучателя (светодиод или лазер малой мощности) и инфракрасного фотоприемника, измеряющего величину отраженного инфракрасного излучения. Начальное расстояние от датчика до поверхности молока составляет (Cw₁ = 40 мм). При погружении цилиндра в молоко это расстояние сокращается до 20 мм (Cw₂). Глубина погружения фиксируется датчиком. Цилиндр периодически совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз с постоянной скоростью. Продолжительность перемещения цилиндра из верхнего положения в нижнее составляет 3,0 секунды. Периодичность таких погружений 1 минута, (может регулироваться от 20 секунд до 3 минут). В процессе перемещения фиксируется расстояние от датчика до уровня молока в цилиндре. Одновременно регистрируется время измерений в процессе хода сверху вниз, а также общее время с начала измерений.

На Фиг. 3 представлен график, иллюстрирующий динамику измерений расстояния от датчика до уровня молока в цилиндре в процессе погружения цилиндра.

При внесении в молоко молокосвертывающего агента (в данном случае фермента марки СГ-50) начинается процесс свертывания молока. Это вызывает увеличение вязкости молока и, соответственно, уменьшение скорости наполнения и опорожнения емкости цилиндра. На фиг. 3 представлены кривые зависимости расстояния от датчика до уровня молока при свертывании молока ферментом. На фиг. 3 (кривая №1) видно, что при начальных погружениях цилиндра расстояние от датчика до уровня молока изменяет свою величину от 23 мм до 58 мм. Образование сгустка приводит к изменению максимального расстояния до содержимого цилиндра (фиг. 3, кривые №2-12). В конце процесса свертывания величина Cw2 остается постоянной, поскольку молоко в цилиндре теряет текучесть и превращается в сгусток, зафиксированный в верхнем положении цилиндра (Фиг. 4 иллюстрирует завершение процесса свертывания молока). Причем значение этой величины может быть различным, это зависит от момента времени окончательного формирования структуры молочного сгустка и превращения молока в гель.

Это состояние считается завершением процесса свертывания молока (образование молочного сгустка). Скорость свертывания оценивается по разности скорости движения цилиндра и скорости изменения уровня молока в нем при наполнении (движение цилиндра вниз) и опорожнения (движения вверх). Данные измерений фиксируются микропроцессором и выводятся на экран в цифровом и графическом виде.

Фиг. 5 иллюстрирует изменение скорости наполнения измерительного цилиндра молоком в процессе его погружения. В начале процесса свертывания молока (Скорость 1) (одна минута с момента внесения фермента в молоко) на первой секунде погружения происходит увеличение скорости наполнения цилиндра, затем наступает замедление и далее вновь скорость наполнения увеличивается. Окончание заполнения цилиндра происходит на пятой секунде. В конце процесса свертывания (Скорость 10) (десять минут с момента внесения фермента в молоко) изменение скорости наблюдается на второй секунде движения цилиндра, и к исходу 4 секунды изменение скорости не наблюдается, Все последующие погружения цилиндра повторяют динамику скорости наполнения цилиндра по кривой (Скорость 10).

Таким образом, завершение процесса свертывания молока (продолжительность свертывания молока) можно определять по продолжительности времени с момента внесения молокосвертывающего агента до момента прекращения изменений скорости наполнения измерительной емкости (постоянного значения уровня молока в цилиндре).

Конструктивные особенности заявленного устройства для измерения продолжительности свертывания молока отличаются технической простотой, позволяют реализовать заявляемый способ в производственных условиях сыродельного предприятия оперативно и с высокой точностью измерений.

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к способам и устройствам для исследования структурно-механических свойств молока, изменяющихся под действием молокосвертывающего агента. Способ измерения продолжительности свертывания молока включает периодическое погружение на одинаковую глубину в общую емкость, наполненную молоком с внесенным молокосвертывающим агентом, и извлечение из общей емкости измерительной емкости с отверстием в дне с одновременным измерением скорости заполнения измерительной емкости молоком и скорости опорожнения измерительной емкости. Погружение и извлечение измерительной емкости продолжается до момента прекращения изменения скорости наполнения и скорости опорожнения измерительной емкости, что означает завершение процесса свертывания молока и позволяет рассчитать продолжительность свертывания молока как время с момента внесения молокосвертывающего агента в молоко до момента прекращения изменения скорости наполнения и скорости опорожнения измерительной емкости при ее периодическом погружении в общую емкость. Техническим результатом является возможность оперативно и с высокой точностью измерять продолжительность свертывания молока в производственных условиях сыродельного предприятия. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ измерения продолжительности свертывания молока, включающий периодическое погружение на одинаковую глубину в общую емкость, наполненную молоком с внесенным молокосвертывающим агентом, и извлечение из общей емкости измерительной емкости с отверстием в дне с одновременным измерением скорости заполнения измерительной емкости молоком и скорости опорожнения измерительной емкости, причем погружение и извлечение измерительной емкости продолжается до момента прекращения изменения скорости наполнения и скорости опорожнения измерительной емкости, что означает завершение процесса свертывания молока и позволяет рассчитать продолжительность свертывания молока как время с момента внесения молокосвертывающего агента в молоко до момента прекращения изменения скорости наполнения и скорости опорожнения измерительной емкости при ее периодическом погружении в общую емкость.

2. Устройство для измерения продолжительности свертывания молока, содержащее измерительную емкость, имеющее дно с отверстием, емкость имеет возможность вертикального перемещения, а в верхней части имеет устройство для измерения расстояния от него до уровня молока в цилиндре - датчик уровня.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что датчик уровня представляет собой инфракрасный излучатель и инфракрасный фотоприемник.