Аппарат для онлайн мониторинга процесса коагуляции молока

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен аппарат для онлайн мониторинга процесса коагуляции молока. Аппарат содержит контрольный и снабженный подогревателем измерительный датчики температуры молока, устройство сравнения температур датчиков, нормирующий преобразователь и регистратор. Причём устройство сравнения выполнено с возможностью вычисления разности значений температур датчиков, где разностный сигнал устройства сравнения температур датчиков по цепи отрицательной обратной связи обеспечивает управление работой блока питания подогревателя так, чтобы разность температур датчиков оставалась постоянной, а величина тока подогревателя служила измерительным сигналом. Изобретение обеспечивает повышение точности проводимых измерений. 2 ил.

 

Изобретение относится к технологическим аспектам переработки молока, связанным с процессом его коагуляции, и может быть использовано в сыроделии для мониторинга процесса формирования молочного сгустка непосредственно в сыродельной ванне и определения момента времени его готовности к разрезке.

Известны статические, прямые, разрушающие устройства контроля процесса коагуляции молока, в частности пенетрометры, которые определяют силу или глубину единичного проникновения индентора определенной геометрической формы в объем образующегося геля и обеспечивают относительные измерения вследствие их зависимости от тестовой геометрии индентора [1].

Недостатком устройств этого типа является то, что они обеспечивают измерение реологичеких свойств формирующегося геля только в статичном состоянии, т.е. невозможно контролировать динамику коагуляции молока, а измерение сопровождается необратимым разрушением геля и непригодно для использования непосредственно в сыродельной ванне.

Известны также динамические, прямые, разрушающие устройства контроля процесса коагуляции молока, которые для измерений используют вращающиеся или колеблющиеся коаксиальные цилиндры, диски и конусы, испытывающие вязкое сопротивление исследуемого объекта, а результат измерений определяют из анализа амплитудно-фазо-частотных характеристик системы в процессе их взаимодействия с гелем [2].

Недостатками указанных устройств является их техническая сложность и низкая надежность, зависимость результата измерений от частоты колебаний или вращения рабочих органов, а также частичное или полное разрушение структуры исследуемого образца в процессе измерений, что, очевидно, искажает получаемые результаты и не позволяет их использовать для онлайн контроля при коагуляции молока.

Известны, получившие наибольшее распространение в онлайн мониторинге коагуляции молока, динамические, косвенные, неразрушающие устройства, с помощью которых о реологических свойствах геля судят по результатам взаимодействия с ним ультразвукового или электромагнитного излучения исходя из соответствующих физических и математических моделей [3, 4, 5].

Недостатками этих устройств являются невысокая точность результатов измерений, вызываемая методическими погрешностями используемых при этом математических моделей, и необходимость тщательной очистки поверхностей излучателя и приемника, контактирующих с молоком, от адсорбирующихся на них белково-жировых частиц (эффект Пальмана) перед проведением каждого измерения.

Наиболее близким предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство по патенту [6], принцип действия которого основан на корреляции между вязкостью формирующегося геля и его теплопроводностью, предложенному в работе [7]. В прототипе измерение изменений реологических свойств молочного геля в процессе коагуляции осуществляется по изменению разности температур между подогреваемой током проволокой, служащей частью первичного измерительного преобразователя, и контрольным термодатчиком, находящимися в резервуаре с молоком на небольшом расстоянии друг от друга. Образование пространственной структуры молочного геля из отдельных мицелл казеина снижает скорость отвода тепла от нагретой проволоки, что сопровождается повышением ее температуры и, соответственно, повышением регистрируемой разности температур между измерительным и контрольным датчиками, коррелирующей с теплопроводностью и вязкостью геля.

Недостатком прототипа является то, что подогреваемая током в процессе измерения проволока, а следовательно, и окружающее ее молоко, имеет температуру на 5-10 градусов выше температуры основной массы коагулирующего молока [8], что искажает результаты измерений, так как процессы коагуляции молока в значительной мере зависят от его температуры [9], а значит, процессы коагуляции молока в ванне и около поверхности датчика проходят по-разному. Технологические инструкции по производству разных видов сыров непосредственно указывают, при каких значениях температуры должен происходить процесс коагуляции молока, при этом, как правило, допустимое отклонение температуры коагуляции от установленного значения не превышает ±1°С [10]. Если при использовании прототипа для онлайн мониторинга коагуляции молока можно достаточно точно определить положение гель-точки, что обусловлено небольшим перегревом измерительного преобразователя (проволоки), то установление момента готовности молочного сгустка к разрезке (важнейшей технологической операции, определяющей качество продукта) практически невозможно из-за его значительного перегрева и искажения структуры геля в зоне перегрева.

Задачей настоящего изобретения является создание аппарата для онлайн мониторинга процесса коагуляции молока, обладающего повышенной точностью.

Поставленная задача решается тем, что перегрев первичного измерительного преобразователя (проволоки) предлагаемого аппарата устанавливается минимально допустимым и постоянным на протяжении всего процесса измерения, что обеспечивается введением отрицательной обратной связи по току, протекающему через него, а об изменениях модуля упругости (вязкости) формирующегося геля судят по изменениям величины этого тока. Поскольку температура молока в сыродельной ванне в процессе коагуляции изменяется, величина перегрева первичного измерительного преобразователя (проволоки) поддерживается постоянной относительно температуры молока в ванне, измеряемой контрольным датчиком.

На фигуре 1 представлена структурная схема аппарата, поясняющая принцип его действия.

Описание работы аппарата для онлайн мониторинга процесса коагуляции молока.

В сыродельную ванну (1) с коагулирующим молоком (2) помещены два датчика температуры - контрольный (3) и измерительный (4), снабженный подогревателем (5). Значения температур этих датчиков поступают на устройство сравнения (6), где вычисляется их разность, которая управляет работой блока питания подогревателя (7) датчика температуры (4), регулируя ее так, чтобы разность температур между датчиками оставалась строго постоянной и соответствовала предварительно установленному значению. В процессе коагуляции молока (2) его теплопроводность уменьшается, что приводит к увеличению температуры подогреваемого датчика (4) и увеличению сигнала разности температур между датчиками, управляющей по цепи отрицательной обратной связи блоком питания (7) и уменьшающей ток через подогреватель (5) измерительного датчика (4) так, чтобы разность температур между датчиками оставалась строго постоянной. Значение тока, протекающего через подогреватель (5), поступает на нормирующий преобразователь (8), где преобразуется в величину, пропорциональную вязкости или модулю упругости формирующегося молочного геля, которая фиксируется регистратором (9).

Технический результат этого решения состоит в том, что введение в заявляемый аппарат цепи отрицательной обратной связи по току обеспечивает снижение возмущающего влияния подогреваемого измерительного преобразователя на объект измерения, что повышает точность проводимых измерений.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с его прототипом показывает, что основным отличительным признаком от прототипа является введение в измерительную цепь аппарата отрицательной обратной связи по току, обеспечивающей постоянство температуры перегрева измерительного преобразователя относительно температуры молока.

Объясняется получение положительного эффекта значительным снижением температуры перегрева первичного измерительного преобразователя аппарата, уменьшающим возмущающее влияние повышенной температуры на процесс гелеобразования.

Результаты, полученные при испытаниях заявляемого аппарата для онлайн мониторинга изменений модуля упругости в процессе коагуляции молока в сыродельной ванне, поясняются примером и приведены на фигурах 1 и 2.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 представлена схема, поясняющая принцип действия заявляемого аппарата, где: 1 - сыродельная ванна; 2 - коагулирующее молоко; 3 - контрольный датчик температуры; 4 - подогреваемый датчик температуры; 5 - подогреватель датчика температуры; 6 - устройство сравнения температур контрольного и подогреваемого датчиков; 7 - регулируемый блок питания подогревателя; 8 - нормирующий преобразователь; 9 - регистратор.

На фигуре 2 показаны результаты онлайн мониторинга динамики изменения выходных сигналов датчиков в процессе коагуляции молока с использованием устройств по схемам прототипа и заявляемого аппарата, где: 10 - ток датчика прототипа; 11 - ток датчика заявляемого аппарата; 12 - температура датчика прототипа; 13 - температура датчика заявляемого аппарата.

Пример

Проводили параллельный онлайн мониторинг процесса коагуляции молока в сыродельной ванне с использованием устройств по схеме прототипа и схеме заявляемого аппарата. При проведении мониторинга измеряли токи, протекающие через датчики и их температуру. Получаемые результаты, в цифровой форме, поступали в персональный компьютер, где регистрировались и отображались в графической форме. На фигуре 2 представлены результаты проведения этих сравнительных исследований.

Из приведенных графиков видно, что ток подогрева в датчике (10) устройства по схеме прототипа остается постоянным (в пределах погрешностей измерения) на протяжении всего времени мониторинга, а перегрев температуры перегрева датчика (12) увеличивается на 8,5°С. Ток подогрева в датчике (11) по схеме заявляемого аппарата уменьшается по мере коагуляции молока, а температура его перегрева (13) остается постоянной - около 2°С.

Из полученных результатов видно, что перегрев датчика заявляемого аппарата не превышает 2°С, что практически не влияет на протекание процесса коагуляции молока, в то время как значительно больший перегрев датчика (8,5°С) по схеме прототипа нарушает процесс коагуляции вблизи его поверхности и искажает результаты измерений.

Проведенные исследования показали, что создан аппарат мониторинга процесса коагуляции молока в сыродельной ванне, который по схеме заявляемого аппарата обеспечивает постоянство температуры перегрева измерительного преобразователя относительно температуры молока, что уменьшает возмущающее влияние повышенной температуры измерительного датчика на процесс гелеобразования и позволяет снизить погрешность определения момента готовности молочного сгустка к разрезке при производстве сыра, что, в свою очередь, позволяет повысить его качество и снизить себестоимость готового продукта за счет повышения коэффициента использования молочного сырья.

1. Kowalchyk A.W., Olson N.F. Firmness of enzymatically-formed milk gels measured by resistance of oscillatory deformation. // J. of Dairy Sci. - 1978. - V. 61. - p. 1375-1379.

2. Lucey J.A. Formation and physical properties of milk protein gels. // J. of Dairy Sci. - 2002. - V. 85. - p. 281-294.

3. Laporte M.-F., Martel R., Paquin P. // The near-infrared optic probe for monitoring rennet coagulation in cows' milk. // Int. Dairy J. - 1998. - V. 8. - p. 659-666.

4. Dalgleish D.G., Verespej E., Alexander M., Corredig M. The ultrasonic properties of skim milk related to the release of calcium from casein micelles during acidification. // Int. Dairy J. - 2005. - V. 15. - p. 1105-1112.

5. O'Callaghan D.J., O'Donnell C.P., Payne F.A. On-line sensing techniques for coagulum setting in renneted milks. // J. of Food Eng. - 2000. - V. 43. - p. 155-165.

6. Патент RU 2275627. Устройство для определения момента свертывания молока, опубл. 27.04.2006.

7. Hori Т. Objective measurements of the process of curd formation during rennet treatment of milks by the hot wire method. // J. of Food Science. - 1985. - V. 50. - p. 911-917.

8. Osintsev A.M. Theoretical and practical aspects of the thermographic method for milk coagulation research. // Foods and Raw Mat. - 2014. - V. 2. - No. 2. - p. 147-155.

9. Esteves C.L.C., Lucey J.A., Hyslop D.B., Pires E.M.V. Effect of gelation temperature on the properties of skim milk gels made from plant coagulants and chymosin // Int. Dairy J. - 2003. - V. 13. - p. 877-885.

10. Гудков А.В. Сыроделие: технологические, биологические и физико-химические аспекты. - М.: ДеЛи принт, 2004, - 804 с.

Аппарат для онлайн мониторинга процесса коагуляции молока, содержащий выполненные с возможностью помещения в сыродельную ванну с коагулирующим молоком два датчика температуры молока, отличающийся тем, что два датчика представляют собой контрольный и измерительный датчики температуры молока, причем измерительный датчик температуры снабжен подогревателем, подогрев которого обеспечивается электрическим током с помощью блока питания, устройство сравнения температур датчиков, нормирующий преобразователь и регистратор, где указанное устройство сравнения выполнено с возможностью вычисления разности значений температур датчиков, причем разностный сигнал устройства сравнения температур датчиков по цепи отрицательной обратной связи обеспечивает управление работой блока питания подогревателя так, чтобы разность температур датчиков оставалась постоянной, кроме того, нормирующий преобразователь обеспечивает преобразование значения тока в величину, пропорциональную вязкости или модулю упругости формирующегося молочного геля, фиксирующуюся регистратором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам идентификации корицы цейлонской, китайской, индонезийской и вьетнамской. Для этого образцы корицы анализируют методом изотопной масс-спектрометрии, при этом определяют изотопный состав углерода (δ13С), азота (δ15N) и кислорода (δ18О).

Изобретение относится к молочной промышленности и предназначено для количественного определения содержания пальмового жира в молоке. Способ определения содержания пальмового масла в молоке включает в себя формирование эмульсии молока в органическом растворителе, измерение методом динамического рассеяния лазерного излучения размеров коллоидных частиц R и определение количественного содержания пальмового жира в молоке по формуле:Cпалм(%)=0.12+(0.414+6.835(R(нм)-722.7))1/2, где Спалм(%) - содержание пальмового жира в процентах относительно полной жирности молока, R - измеренный средний размер коллоидной частицы в нанометрах.

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть использовано для установления фальсификации молока водой. Способ предусматривает использование детектирующего устройства типа «электронный нос», матрицу которого формируют на основе четырех пьезосенсоров резонансного типа.

Изобретение относится к устройствам для непрерывного контроля процесса структурообразования молочно-белкового сгустка при производстве сыров и другой молочной продукции.

Изобретение относится к биологии, в частности к биохимии и молекулярной биологии, и может найти применение при разделении белков сыворотки крови и молока на фракции в полиакриламидном геле.

Изобретение относится к способу определения горького вкуса в сырах. Способ предусматривает проведение количественного анализа массовой доли общего белка методом Кьельдаля и массовой доли общего растворимого белка сыра с последующим вычислением степени протеолиза (СП) по формуле: , где Браст - массовая доля общего растворимого белка, %, Боб - массовая доля общего белка, %; сравнение полученного значения степени протеолиза с разработанной шкалой оценки, представленной на чертеже, в соответствии с которой в сырах, независимо от продолжительности хранения, при значении степени протеолиза до 21% горький вкус отсутствует, при значениях степени протеолиза от 21 до 22,5% и более сыры имеют горький вкус.
Изобретение относится к области молочной промышленности и касается способа определения содержания жира и белка в молоке, характеризующегося тем, что у пробы молока измеряют динамическое поверхностное натяжение на тензиометре, работающем по принципу максимального давления в пузырьке, по полученным значениям динамического поверхностного натяжения определяют содержание белка и жира в молоке с использованием формул регрессионно-корреляционного анализа, определяющих взаимосвязь между содержанием жира и белка в молоке с его динамическим поверхностным натяжением.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно анализу молочных продуктов, и может быть использовано для определения удельной активности стронция-90 (Sr-90) в молоке или молочной сыворотке с концентрацией радионуклида на уровне ПДК и ниже.

Изобретение относится к молочной промышленности. Отбирают пробу НФ-концентрата, измеряют активную кислотность (рН), вносят пробное количество раствора щелочи, определяют величину изменения кислотности и пересчитывают расход щелочи на необходимую величину изменения кислотности по следующей формуле: , где: Vщ - количество раствора щелочи для нейтрализации НФ-концентрата объемом Vк, дм3; Vк - объем НФ-концентрата творожной сыворотки, подлежащий нейтрализации, дм3; pHзад - заданное значение активной кислотности НФ-концентрата; рН0 - исходное значение активной кислотности НФ-концентрата; рН1 - значение активной кислотности пробы НФ-концентрата объемом 1 дм3 после внесения раствора щелочи объемом Vпр; Vпр - количество раствора щелочи, добавленное в пробу НФ-концентрата, дм3.
Изобретение относится к ветеринарно-санитарной экспертизе, а именно к контролю качества молока и молочных продуктов. Для этого определяют содержание каррагинана в молоке и молочных продуктах.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может найти применение для определения тепловых свойств пластов горных пород, окружающих скважины. Технический результат заключается в обеспечении возможности одновременного определения теплопроводности пород и радиуса скважины, используя результаты измерения температуры в скважине во время гидратации цемента.

Изобретение относится к строительству, в частности к способу определения приведенного термического сопротивления неоднородных ограждающих конструкций или их фрагментов в климатической камере.

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к устройствам для определения теплопроводности материалов, и может быть применено для определения теплотехнических свойств материалов, например, при проектировании режимов термообработки металлоизделий.

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплопроводности материалов. Предложен способ измерения теплопроводности твердых материалов, который включает изготовление образца из исследуемого материала в виде стержня постоянного сечения, создание заданного перепада температур на концах образца путем регулирования мощности нагревателей и определение искомой величины с использованием математической зависимости по результатам измерения разности температур на концах образца и мощности нагревателей по достижении стационарного режима теплопередачи.

Изобретение относится к способу количественного анализа состава газовой смеси, в частности атмосферы гермооболочки (4) ядерной установки. Согласно предложенному изобретению предусмотрено измерительное устройство (2), содержащее детектор (16) теплопроводности с первым измерительным мостом, детектор (14) тепловыделения реакции со вторым измерительным мостом и общий блок (26) обработки результатов.
Изобретение относится к тепловым испытаниям и может быть использовано для в процессе испытаний ограждающих конструкций. Предложен комплекс контроля теплотехнических параметров наружной стены при длительных режимах испытаний в натурных условиях, который включает датчики температуры (ДТП) и датчики влажности (ДТГ), установленные одновременно в нескольких помещениях в наружных стенах на равных расстояниях друг от друга с наружной и внутренней стороны, а также внутри стены, соединенные кабелем связи с центром управления, с помощью которого программируется длительность, периодичность и другие параметры сбора данных, с возможностью просмотра результатов измерений в режиме реального времени, а также после завершения обработки данных, с которых вся информация считывается одновременно с последующей обработкой в ПК.

Изобретение относится к области измерения параметров материалов, в частности термоЭДС. Устройство для измерения термоэлектродвижущей силы материалов содержит исследуемую и измерительную термопары, делитель напряжения и источник питания к нему в виде одной из термопар.

Изобретение относится к нестационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий.

Использование в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях. Сущность способа определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи, включает измерение температуры наружного и внутреннего воздуха, температуры внутренней и наружной поверхности стены, температуры в 5 точках путем размещения датчиков на равных расстояниях в толще стены.

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения параметров стационарного и нестационарного теплообмена в системе «человек-одежда-окружающая среда».
Изобретение относится к молочной пищевой композиции, к способу её получения и применению молочной пищевой композиции. Молочная композиция содержит витамин K2, кальций и магний, где массовое соотношение кальций/магний составляет от по меньшей мере 0,5 до не более 3,0 и витамин К2 присутствует в количестве от 5 до 200 мкг от суточной дозы потребления.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен аппарат для онлайн мониторинга процесса коагуляции молока. Аппарат содержит контрольный и снабженный подогревателем измерительный датчики температуры молока, устройство сравнения температур датчиков, нормирующий преобразователь и регистратор. Причём устройство сравнения выполнено с возможностью вычисления разности значений температур датчиков, где разностный сигнал устройства сравнения температур датчиков по цепи отрицательной обратной связи обеспечивает управление работой блока питания подогревателя так, чтобы разность температур датчиков оставалась постоянной, а величина тока подогревателя служила измерительным сигналом. Изобретение обеспечивает повышение точности проводимых измерений. 2 ил.

Наверх