En la creciente ola de consumo, la demanda de productos lácteos personalizados y diferenciados aumenta constantemente.Añadir puré y mermelada granular a los productos lácteos fermentados para obtener una sensación directa de comer bien y masticar está siendo gradualmente favorecido y reconocido por los consumidores, convirtiéndose en una nueva fuerza impulsora y dirección para el crecimiento de los alimentos líquidos.la adición de materias primas de mermelada a los productos lácteos fermentados se logra principalmente mediante el método de doble línea estérilLos esterilizadores de tubos independientes se utilizan para procesar el material base y las materias primas de mermelada por separado.y luego se mezclan en línea asépticamente para garantizar la eficiencia óptima de esterilización del productoLas materias primas de confitura pertenecen a los fluidos no newtonianos, y la caída de presión en la tubería durante el tratamiento a altas temperaturas es principalmente la suma de la caída de presión de fricción de la tubería,caída de presión de velocidadLa viscosidad del material, el caudal del esterilizador, el diámetro del tubo, los codos y otros factores tienen un impacto significativo en la presión del sistema.debido a las diferencias significativas de viscosidad entre los diferentes tipos de mermelada, en el proceso de diseño de productos y transformación industrial,la elección de atascos de alta viscosidad es propensa a causar que la máquina de esterilización se rompa debido al aumento de la presión del sistema y la potencia insuficiente de la bomba de alimentación, mientras que la elección de mermelada de baja viscosidad es difícil para garantizar la uniformidad de las partículas en el proceso de producción.La coincidencia entre la caída de presión del sistema de la máquina de esterilización y la viscosidad del material de la mermelada se ha convertido en un factor clave que afecta el lanzamiento del producto y los costos de producción posteriores..
Las máquinas de esterilización modernas no solo están diseñadas para esterilizar una sola variedad de materiales, sino que a menudo tienen múltiples usos,lo que significa que varios productos pueden ser esterilizados en la misma máquina de esterilizaciónEsto requiere un proceso de esterilización más complejo en el diseño de máquinas de esterilización.teniendo en cuenta múltiples variedades de producción para satisfacer las necesidades de diferentes consumidores de diferentes saboresPor lo tanto, en el proceso de lanzamiento de nuevos productos, a menudo es necesario modificar el esterilizador tubular para satisfacer las necesidades de producción de mermelada con diferentes viscosidades.Para satisfacer la pasibilidad del yogur de alta viscosidad dentro del esterilizador de tubo, según la fórmula de cálculo de la caída de presión, puede lograrse reduciendo la longitud de la tubería o reduciendo el caudal de producción.El ajuste de la tubería de la máquina de esterilización y el caudal afectará a la temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento dentro de la máquina de esterilización, afectando así al efecto de inactivación microbiana en la mermelada.la evaluación de la condición de calentamiento de la mermelada se basa en garantizar la seguridad del producto y reducir los riesgos de calidad causados por microorganismos..
En este estudio se construye un modelo de cálculo de la caída de presión y la intensidad de esterilización para el sistema de esterilizadores de tubo de confitación basado en la estructura del esterilizador de tubo y las fórmulas básicas de física.Al detectar la viscosidad dinámica de 9 tipos diferentes de mermelada, la intensidad teórica de esterilización y la caída de presión se calcularon utilizando el modelo.evaluar la caída de presión de funcionamiento real y la resistencia de esterilización de la confitura en el esterilizador de tubos, y completar la evaluación de la idoneidad y la modificación del esterilizador de tubo.Este estudio establece la base teórica y la base científica para la evaluación de la compatibilidad de los esterilizadores de mermelada y tubo..
Instrumentos y equipo
Máquina de esterilización de mermeladas
método
Preparación para la construcción de modelos
Seleccione la mermelada con diferentes viscosidades y utilice un esterilizador UHT para la esterilización.y tiempo de calentamiento del esterilizador durante el proceso de esterilización para la construcción de modelos.
Determinación de la viscosidad dinámica de la mermelada
El reómetro de rotación mide la viscosidad de la mermelada midiendo el par de rotación y la velocidad.Es necesario medir la viscosidad dinámica de la mermelada y seleccionar un modelo de regresión de viscosidad adecuado para el análisis.Después de enfriar la mermelada refrigerada a temperatura ambiente, seleccione el dispositivo de medición CC27 y utilice el rotor de paleta anti-deposición de cuatro palas 79312.que sea adecuado para medir muestras con tendencia a la sedimentación que contengan partículas (> 0.1 mm). Tomar uniformemente una muestra de mermelada, transferirla a una copa de medición del dispositivo de medición, y añadirla a la línea de escala interna.y leer los datos cada 15 segundosSe mide la curva de viscosidad dinámica de la mermelada durante el proceso de calentamiento de 15 °C a 90 °C.
Cálculo de la caída de presión del sistema de esterilización de mermeladas
La caída de presión del sistema de la mermelada después de pasar por la tubería de la máquina de esterilización consta de tres partes, a saber, la caída de presión estática Δ Pa,caída de la presión de velocidad Δ PN y caída de la presión de fricción Δ Pf. La caída de presión total Δ P= Δ Pa+ Δ PN+ Δ El método de cálculo para las diferentes caídas de presión de Pf es el siguiente:
En la ecuación:
Z1- Elevación del comienzo de la tubería, m;
Z2- elevación del terminal, m;
U1- velocidad de flujo de atasco al principio, m/s;
U2- velocidad de flujo de atasco terminal, m/s;
U - Velocidad media de flujo del atasco en la tubería, m/s;
ρ La densidad de la mermelada, kg/m3;
λ ′ coeficiente de fricción
L - longitud de la tubería, m;
D - Diámetro interno de la tubería exterior, m;
K - coeficiente de resistencia de los accesorios de tuberías, válvulas, etc.
Valor del coeficiente de resistencia para los accesorios comunes de tuberías de esterilizadores de tubos de confitación
Cálculo de la intensidad de esterilización de la mermelada
Durante el proceso de esterilización del esterilizador, el material de la mermelada se procesa continuamente, y la mermelada se somete a tres procesos principales: calentamiento, temperatura constante y enfriamiento en la tubería.Análisis y visualización de datos
El modelo de cálculo de la caída de presión y la intensidad de esterilización de la esterilización de mermelada se compiló utilizando el lenguaje R (versión 4.2.0), y la visualización de datos se ejecutó utilizando el paquete Tidyverse del lenguaje R.
Resultados y discusión
Establecimiento de un modelo de cálculo de la caída de presión para un esterilizador de tubos de jam
Con el fin de evaluar el valor de la caída de presión del atasco de alta viscosidad en las máquinas de esterilización existentes, este estudio construyó un modelo de cálculo de la caída de presión para las máquinas de esterilización de tubos de atasco.La información básica de la tubería de la máquina de esterilización utilizada en la construcción del modelo se muestra en el cuadro 2En comparación con la máquina de esterilización de la leche pura a altas temperaturas, la estructura de esta máquina de esterilización es relativamente simple, con un total de 5 tuberías.que puede lograr la esterilización de las materias primas de mermelada desde 8 °C de entrada hasta 115 °CAdemás, la diferencia con respecto a las máquinas de esterilización de leche pura es que todas las estructuras de tuberías son mangas, es decir,sólo hay un tubo interno dentro del tubo exteriorEsta estructura es principalmente para satisfacer la pasibilidad de la mermelada granular dentro de la máquina de esterilización.
Información básica de la máquina de esterilización tubular de alta temperatura para la confitura
Este estudio utilizó mermelada de mango para construir un modelo de cálculo de la caída de presión. Primero, se probó la viscosidad dinámica de la mermelada de mango. A 15 ° C, la viscosidad de la mermelada de mango es de 8000 mPa · s.Cuando la temperatura de la mermelada sube a 90 °C, la viscosidad disminuye a alrededor de 3000 mPa · s, lo que indica un efecto significativo de la temperatura en la viscosidad de la mermelada de mango.Se calculó la caída de presión de cada sección de tubería del esterilizador y se dibujó un diagrama esquemático del aumento de la caída de presión.La caída de presión total dentro del esterilizador tubular para la mermelada de avena de mango fue de 58 bar.En este estudio se realizaron ensayos en la línea de producción de mermelada de avena de mango., y la presión total de los manómetros PT10 y PT31 dentro de la tubería de la máquina de esterilización alcanzó los 59 bar.La presión de cálculo teórica y la presión de proceso de operación real son 58 bar y 59 bar, respectivamente.En resumen, el modelo de cálculo de la caída de presión construido en este estudio puede predecir con precisión la caída de presión de la mermelada dentro del esterilizador tubular.
Construcción y validación de un modelo de caída de presión para un esterilizador de tubo de jam
a. Curva de viscosidad dinámica de la mermelada de avena de mango; b. El funcionamiento real y la teoría de la mermelada de avena de mango en esterilizadores de tubos de mermelada; c. Cálculo de la caída de presión; d.Comparación de la caída de presión teórica y real
Establecimiento de un modelo de cálculo de la intensidad de esterilización de los esterilizadores de tubo de confitura
La tecnología de producción de la mermelada utilizada para procesar las materias primas de la fruta puede ser un punto de control clave que afecte a la calidad del producto final.El concepto de seguridad alimentaria es que si se prepara y/o consume de acuerdo con los propósitos apropiados,Los intercambiadores de calor tubulares tienen un coste más bajo que los intercambiadores de calor de placa, pero el primero tiene una superficie de intercambio de calor menor por unidad de longitud de los tubos.Por lo tanto, la longitud de los intercambiadores de calor de tubo es una condición necesaria para garantizar la transferencia de calor.El cálculo del proceso de tratamiento térmico depende de la inactivación de los microorganismos dentro de un rango de tiempo y temperatura específico.El tiempo necesario para reducir la población microbiana en 10 veces a una temperatura constante se llama el valor D del proceso.que proporciona un indicador cuantitativo de la resistencia al calor de las células o esporas microbianasProceso de cuantificación de la resistencia a la esterilización de las materias primas alimentarias basado en el múltiplo del valor D a temperatura de referencia, también conocido como valor F en condiciones de referencia.Hemos calculado el área de transferencia de calor del esterilizador tubo de mermeladaPara evaluar la seguridad microbiana de la máquina de esterilización durante el procesamiento de mermelada,Este estudio utilizó el modelo de cálculo de la intensidad de esterilización construido anteriormente para calcular la intensidad de esterilización de la máquina de esterilización de tubo de mermeladaCuando la temperatura de esterilización es de 107 °C, la temperatura de referencia es de 90 °C, el caudal de la máquina de esterilización es de 2 metros cúbicos por hora,y la intensidad total de esterilización es de 170 minutos.
Evaluación de la viscosidad dinámica y de la caída de presión teórica de la mermelada
La validación de un modelo se define generalmente como el proceso de determinar en qué medida el modelo es una representación precisa de datos reales desde la perspectiva de su uso previsto.Para evaluar la exactitud de los modelos de cálculo teóricos para la caída de presión y la resistencia a la esterilizaciónEn este estudio se probó la viscosidad de la mermelada añadida a 9 tipos de productos lácteos líquidos a temperatura ambiente.que contienen partículas o no (o de alta viscosidad o baja viscosidad)El intervalo de coeficientes de correlación entre viscosidad y temperatura para 9 tipos de mermelada es de -0,75~-1, lo que indica que la temperatura tiene un impacto significativo en la viscosidad de la mermelada.la suavidad y el coeficiente de correlación de la curva de viscosidad dinámica de la mermelada que contiene partículas son relativamente bajos, debido a la fuerza de compresión desigual de las partículas irregulares en el dispositivo del viscometro durante el proceso de ensayo de viscosidad.con una viscosidad inferior a 100 m Pa · s a 20 °C, y la viscosidad más alta de la muestra 4 # es de 10000 m Pa · s a 20 °C.La diferencia significativa de viscosidad entre dos tipos de mermelada puede dar lugar a diferencias de caída de presión durante el proceso de esterilizaciónSe puede ver que el rango teórico de caída de presión de nueve tipos de confitación durante el mismo proceso de flujo de tiempo dentro de la máquina de esterilización es de 8,0 bar a 83,0 bar.Considerando que la capacidad máxima de carga de la máquina de esterilización no excede de 50 bar, es necesario reducir la viscosidad de la mermelada o modificar la máquina de esterilización del tubo de mermelada.
Valor de la viscosidad dinámica y de la caída de presión teórica de la mermelada
- 9 tipos de viscosidad dinámica de la mermelada; - 9 tipos de reducción teórica de la presión de funcionamiento para 9 tipos de mermelada.
Producción de ensayo y transformación de equipos de mermelada de alta viscosidad
Este estudio modificó el esterilizador de tubo de mermelada para reducir la caída de presión durante el proceso de esterilización de mermelada.la caída de presión estática Δ Pa proviene principalmente de la diferencia de altura entre la entrada y la salida de la máquina de esterilización, que está diseñado para satisfacer la conectividad de los equipos ascendentes y descendentes y no tiene posibilidad de transformación.Debido al caudal constante en la entrada y salida de la máquina de esterilización, la velocidad y la caída de presión.
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