In un'ondata di consumo sempre più crescente, la domanda dei consumatori di prodotti lattiero-caseari personalizzati e differenziati è in costante aumento.L'aggiunta di purea e marmellata granulare ai prodotti lattiero-caseari fermentati per ottenere una sensazione diretta di mangiare bene e masticare viene gradualmente favorita e riconosciuta dai consumatori, diventando una nuova forza trainante e una nuova direzione per la crescita degli alimenti liquidi.l'aggiunta di materie prime a base di marmellata nei prodotti lattiero-caseari fermentati si ottiene principalmente attraverso il metodo a doppia linea sterileGli sterilizzatori per tubi indipendenti vengono utilizzati per trattare separatamente le materie prime di base e le materie prime di marmellata.e poi vengono mescolati online in modo asettico per garantire l'efficienza di sterilizzazione ottimale del prodottoLe materie prime di marmellata appartengono a fluidi non newtoniani e la caduta di pressione nella condotta durante il trattamento ad altissima temperatura è principalmente la somma della caduta di pressione di attrito della condotta.caduta di pressione della velocitàLa viscosità del materiale, la portata dello sterilizzatore, il diametro del tubo, i gomiti e altri fattori hanno un impatto significativo sulla pressione del sistema.a causa di significative differenze di viscosità tra i diversi tipi di marmellata, nel processo di progettazione del prodotto e di trasformazione industriale,scegliendo il blocco ad alta viscosità è propenso a causare la rottura della macchina di sterilizzazione a causa dell'aumento della pressione del sistema e della potenza insufficiente della pompa di alimentazione, mentre scegliere la marmellata a bassa viscosità è difficile per garantire l'uniformità delle particelle nel processo di produzione.la corrispondenza tra la caduta di pressione del sistema della macchina di sterilizzazione e la viscosità del materiale della marmellata è diventata un fattore chiave che influenza il lancio del prodotto e i costi di produzione successivi.
Le macchine di sterilizzazione moderne non sono progettate solo per la sterilizzazione di una singola varietà di materiali, ma spesso hanno usi multipli,il che significa che più prodotti possono essere sterilizzati sulla stessa macchina di sterilizzazioneCiò richiede un processo di sterilizzazione più complesso nella progettazione delle macchine di sterilizzazione.tenendo conto di molteplici varietà di produzione per soddisfare le esigenze di diversi consumatori per diversi saporiPertanto, nel processo di lancio di nuovi prodotti, è spesso necessario modificare lo sterilizzatore tubolare per soddisfare le esigenze di produzione di marmellata con diverse viscosità.Per soddisfare la passabilità dello yogurt ad alta viscosità all'interno dello sterilizzatore a tubo, secondo la formula di calcolo della caduta di pressione, può essere ottenuta riducendo la lunghezza del condotto o riducendo il flusso di produzione.La regolazione del tubo della macchina di sterilizzazione e della portata influenzerà la temperatura di riscaldamento e il tempo di riscaldamento all'interno della macchina di sterilizzazione, influenzando così l'effetto di inattivazione microbica nella marmellata.la valutazione della condizione di riscaldamento della marmellata si basa sulla garanzia della sicurezza del prodotto e sulla riduzione dei rischi per la qualità causati dai microrganismi.
Questo studio costruisce un modello di calcolo della caduta di pressione e dell'intensità di sterilizzazione per il sistema di sterilizzatori a tubo a marmellata basato sulla struttura dello sterilizzatore a tubo e sulle formule fisiche di base.Rilevando la viscosità dinamica di 9 diversi tipi di marmellata, l'intensità teorica di sterilizzazione e il calo di pressione sono stati calcolati utilizzando il modello.Valutare il reale calo di pressione di funzionamento e la resistenza alla sterilizzazione della marmellata nello sterilizzatore a tubo, e completare la valutazione dell'idoneità e la modifica dello sterilizzatore a tubo.Questo studio costituisce la base teorica e scientifica per la valutazione della corrispondenza tra lo sterilizzatore a marmellata e quello a tubo.
Strumenti e attrezzature
Macchine per la sterilizzazione della marmellata
metodo
Preparazione per la costruzione del modello
Selezionare marmellata con diverse viscosità e utilizzare uno sterilizzatore UHT per la sterilizzazione.e tempo di riscaldamento dello sterilizzatore durante il processo di sterilizzazione per la costruzione di modelli.
Determinazione della viscosità dinamica della marmellata
Il reometro di rotazione misura la viscosità della marmellata misurando la coppia di rotazione e la velocità.è necessario misurare la viscosità dinamica della marmellata e selezionare un modello di regressione della viscosità appropriato per l'analisi. dopo aver raffreddato la marmellata refrigerata a temperatura ambiente, selezionare il dispositivo di misura CC27 e utilizzare il rotore a quattro lame 79312che sia adatto per misurare campioni con tendenza alla sedimentazione contenenti particolato (> 0.1 mm). Prendere uniformemente un campione di marmellata, trasferirlo in una tazza di misurazione del dispositivo di misurazione e aggiungerlo alla linea di scala interna. Impostare il pre-taglio per 1 minuto, impostare la velocità di taglio a 100s-1,e leggere i dati ogni 15 secondiMisurare la curva di viscosità dinamica della marmellata durante il processo di riscaldamento da 15 °C a 90 °C.
Calcolo della caduta di pressione del sistema di sterilizzazione della marmellata
La caduta di pressione del sistema della marmellata dopo il passaggio attraverso il condotto della macchina di sterilizzazione è composta da tre parti, vale a dire la caduta di pressione statica Δ Pa,caduta della pressione di rotazione Δ PN e caduta della pressione di attrito Δ Pf. caduta di pressione totale Δ P = Δ Pa + Δ PN + Δ Il metodo di calcolo per le diverse cadute di pressione di Pf è il seguente:
Nell'equazione:
Z1- Altezza dell'inizio della condotta, m;
Z2- elevazione del terminale, m;
U1- velocità di flusso di blocco all'inizio, m/s;
U2 - portata di blocco terminale, m/s;
U - velocità media di flusso del blocco nella condotta, m/s;
ρ Densità della marmellata, kg/m3;
λ ′ coefficiente di attrito;
L - lunghezza del condotto, m;
D - diametro interno del condotto esterno, m;
K - Coefficiente di resistenza dei raccordi per tubi, delle valvole, ecc.
Valore del coefficiente di resistenza per gli accessori comuni delle condotte degli sterilizzatori a tubo a marmellata
Calcolo dell'intensità di sterilizzazione della marmellata
Durante il processo di sterilizzazione dello sterilizzatore, il materiale della marmellata viene continuamente lavorato e la marmellata subisce tre processi principali: riscaldamento, temperatura costante e raffreddamento nella condotta.Analisi e visualizzazione dei dati
Il modello di calcolo della caduta di pressione e dell'intensità di sterilizzazione della sterilizzazione della marmellata è stato compilato utilizzando il linguaggio R (versione 4.2.0), e la visualizzazione dei dati è stata eseguita utilizzando il pacchetto R Tidyverse.
Risultati e discussione
Stabilizione di un modello di calcolo della caduta di pressione per lo sterilizzatore a tubo a marmellata
Al fine di valutare il valore di caduta di pressione di marmellata ad alta viscosità nelle macchine di sterilizzazione esistenti, il presente studio ha costruito un modello di calcolo della caduta di pressione per le macchine di sterilizzazione a marmellata.Le informazioni di base sulla condotta della macchina di sterilizzazione utilizzata nella costruzione del modello sono riportate nella tabella 2Rispetto alla macchina di sterilizzazione ad altissima temperatura del latte puro, la struttura di questa macchina di sterilizzazione è relativamente semplice, con un totale di 5 condotte.che può ottenere la sterilizzazione delle materie prime di marmellata da 8 °C all'ingresso a 115 °CInoltre, la differenza rispetto alle macchine per la sterilizzazione del latte puro è che tutte le strutture delle condotte sono maniche, cioèc'è solo un tubo interno all'interno del tubo esternoQuesta struttura è principalmente per soddisfare la passabilità della marmellata granulare all'interno della macchina di sterilizzazione.
Informazioni di base della macchina di sterilizzazione tubolare ad alta temperatura per marmellata
Questo studio ha utilizzato marmellata di avena di mango per costruire un modello di calcolo della caduta di pressione.Quando la temperatura della marmellata sale a 90 °C, la viscosità diminuisce a circa 3000 mPa · s, indicando un effetto significativo della temperatura sulla viscosità della marmellata di mango.è stato calcolato il calo di pressione di ciascuna sezione del condotto dello sterilizzatore e è stato disegnato uno schema di aumento della caduta di pressionePer verificare l'accuratezza dei risultati del calcolo del modello, è stato effettuato un calcolo del livello di pressione totale all'interno dello sterilizzatore tubolare per la marmellata di avena di mango, pari a 58 bar.lo studio ha condotto prove su linea di produzione su marmellata di avena di mango, e la pressione totale dei manometri PT10 e PT31 all'interno del condotto della macchina di sterilizzazione raggiungeva i 59 bar.La pressione teorica di calcolo e la pressione effettiva del processo di funzionamento sono rispettivamente di 58 bar e 59 barIn sintesi, il modello di calcolo della caduta di pressione costruito in questo studio può prevedere con precisione la caduta di pressione della marmellata all'interno dello sterilizzatore tubolare.
Costruzione e convalida di un modello di caduta di pressione per lo sterilizzatore a tubo rigido
a. Curva di viscosità dinamica della marmellata di avena di mango; b. Funzionamento effettivo e teoria dell'avena di mango negli sterilizzatori a tubo di marmellata; c. Calcolo della caduta di pressione; d.Confronto della caduta di pressione teorica e effettiva
Stabilizione di un modello di calcolo dell'intensità di sterilizzazione per gli sterilizzatori a tubo a marmellata
La tecnologia di produzione della marmellata utilizzata per la trasformazione delle materie prime di frutta può essere un punto di controllo fondamentale che influisce sulla qualità del prodotto finale.Il concetto di sicurezza alimentare è che se preparati e/o consumati secondo scopi appropriatiGli scambiatori di calore tubolari hanno un costo inferiore rispetto agli scambiatori di calore a piastre, ma i primi hanno una superficie di scambio di calore inferiore per unità di lunghezza dei tubi.Pertanto,, la lunghezza degli scambiatori di calore per tubi è una condizione necessaria per garantire il trasferimento di calore.Il calcolo del processo di trattamento termico dipende dall'inattivazione dei microrganismi entro un determinato intervallo di tempo e temperatura.Il tempo necessario per ridurre la popolazione microbica di 10 volte a temperatura costante si chiama valore D del processo.che fornisce un indicatore quantitativo della resistenza al calore delle cellule o delle spore microbiche. Il processo di quantificazione della resistenza alla sterilizzazione delle materie prime alimentari basato sul multiplo del valore D alla temperatura di riferimento, noto anche come valore F alle condizioni di riferimento.Abbiamo calcolato l'area di trasferimento di calore dello sterilizzatore del tubo di marmellataPer valutare la sicurezza microbica della macchina di sterilizzazione durante la lavorazione della marmellata,in questo studio è stato utilizzato il modello di calcolo dell'intensità di sterilizzazione costruito in precedenza per calcolare l'intensità di sterilizzazione della macchina di sterilizzazione del tubo di marmellataQuando la temperatura di sterilizzazione è di 107 °C, la temperatura di riferimento è di 90 °C, il flusso della macchina di sterilizzazione è di 2 metri cubi all'ora,e l'intensità complessiva di sterilizzazione è di 170 minuti.
Valutazione della viscosità dinamica e della caduta teorica di pressione della marmellata
La convalida di un modello è solitamente definita come il processo di determinazione della misura in cui il modello è una rappresentazione accurata dei dati reali dal punto di vista del suo uso previsto.Per valutare l'accuratezza dei modelli di calcolo teorici per la caduta di pressione e la resistenza alla sterilizzazione, questo studio ha testato la viscosità della marmellata aggiunta a 9 tipi di prodotti lattiero-caseari liquidi a temperatura ambiente.contenenti/non contenenti particelle (o ad alta viscosità/bassa viscosità)Il coefficiente di correlazione tra viscosità e temperatura per 9 tipi di marmellata è di -0,75~-1, indicando che la temperatura ha un impatto significativo sulla viscosità della marmellata.il coefficiente di liscezza e di correlazione della curva di viscosità dinamica della marmellata contenente particelle è relativamente basso, a causa della forza di compressione irregolare delle particelle irregolari nell'apparecchiatura del viscometro durante il processo di prova della viscosità.con viscosità inferiore a 100 m Pa · s a 20 °C, e la viscosità massima del campione 4 # è di 10000 m Pa · s a 20 °C.La significativa differenza di viscosità tra due tipi di marmellata può portare a differenze di caduta di pressione durante il processo di sterilizzazioneSi può vedere che la caduta di pressione teorica di nove tipi di marmellata durante lo stesso processo di flusso di tempo all'interno della macchina di sterilizzazione è di 8,0 bar a 83,0 bar.Considerando che la capacità massima di pressione della macchina di sterilizzazione non deve superare 50 bar, è necessario ridurre la viscosità della marmellata o modificare la macchina di sterilizzazione del tubo di marmellata.
Viscosità dinamica e valore teorico della caduta di pressione della marmellata
- 9 tipi di viscosità dinamica della marmellata; - 9 tipi di viscosità dinamica della marmellata;
Produzione sperimentale e trasformazione delle attrezzature di marmellata ad alta viscosità
Questo studio ha modificato lo sterilizzatore a tubo di marmellata per ridurre la caduta di pressione durante il processo di sterilizzazione della marmellata.la caduta di pressione statica Δ Pa deriva principalmente dalla differenza di altezza tra l'entrata e l'uscita della macchina di sterilizzazione, che è progettato per soddisfare la connettività delle apparecchiature a monte e a valle e non ha la possibilità di trasformazione.A causa del flusso costante all'ingresso e all'uscita della macchina di sterilizzazione, la caduta di velocità e pressione.
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