Разработка технологии иммобилизации B-галктозидазы и оценка её биологического действия на молоко и некоторые молочные продукты

Индекс, группа продуктов

КМАФанМ, КОЕ/г, не более

Масса продукта(г/см³), в которой не допускается

Патогенные, в БГКП (колиформы) том числе сальмонеллы

1.2.3.2. Сгущенка, сгущенка с наполнителями, "Семь гномов" в Потребительской таре

2-10⁴

1,0

2,5

Наименование показателя

Содержание в %

Массовая доля влаги, %, не более

23

Массовая доля сахарозы, %, не более

45

Общая массовая доля сухих веществ, %, не менее В том числе жира, %, не менее

77  6

Кислотность, ° Т, не более

48

допускаемые размеры кристаллов молочного сахара, мкм, не более

15

Наименование сырья

Содержание, кг

Молоко коровье сухое обезжиренное

230

Масло крестьянское, с массовой долей сухого вещества 75%, жира -72,5%

81

Сахар-песок

450

Вода питьевая

240

Фермент в-галактозидаза

0,2

Итого

1000

Наименование продукта

Вид упаковки

Срок годности, не более (мес)

“Семь гномов”

Стаканчики и коробочки из полимерных материалов (термичная упаковка)

8

Наименование продукта

Жир, г

Белок, г

Углеводы, г

Энергетическая ценность, ккал

“Семь гномов”

6

22

45

313

Объем, мл

Концентрация лактозы, %

Реактив А

Дистиллированная вода

1

99

20

2

98

40

3

97

60

4

96

80

5

95

100

10

90

200

15

85

300

20

80

400

25

75

500

30

70

600

35

65

700

40

60

800

Каждое измерение выполняли в 6 повторах. Для каждого опыта проводится статистическая обработка результатов анализа. Результаты приводятся в следующем виде: M±m, где

M=,

=,

К - средняя квадратичная ошибка,- число измерений.

Методика измерения оптической плотности на фотоэлектроколориметре.

Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2 предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности жидкостных растворов и твердых тел, а также для определения концентрации веществ в растворах методом построения градуировочного графика.

Измерение оптической плотности. В световой пучок поместить кювету с растворителем или контрольным раствором, по отношению к которому производятся измерения.

1.       Закрыть крышку кюветного отделения.

2.      Установить отсчет 100 по шкале. Поворотом ручки кювету с контрольным раствором заменить кюветой с исследуемым раствором.

.        Снять отсчет по шкале Д в единицах оптической плотности.

.        Измерение провести 3-5 раз и определить окончательное значение как среднее арифметическое этих измерений.

Рефрактометрический метод. Основан на способности молочной сыворотки по-разному преломлять проходящий через нее свет в зависимости от концентрации лактозы. Показатель преломления молочной сыворотки устанавливают по углу отклонения светового луча сывороткой, заключенной между призмами рефрактометра.

Предварительно готовят молочную сыворотку. В пробирку отмеривают 5мл свежего молока и добавляют 5 капель 4% хлорида кальция. Пробирку плотно закрывают пробкой и для полного осаждения белков ставят ее на кипящую водяную баню. Через 10мин пробирку вынимают из бани и охлаждают. Затем берут пипетку с ватным тампонов в нижней части и набирают сыворотку, фильтруя ее, таким образом, через вату.

Далее каплю прозрачной сыворотки наносят на поверхность нижней призмы рефрактометра. Производят отсчет и находят процентное содержание лактозы.

.5.2 Результаты собственных исследований

Первая серия экспериментов:

1. Цельное молоко. Для проведения опыта брали свежее коровье молоко 2,5% жирности. Добавляли фермент в-галактозидазу в 3-х концентрациях: 0,01; 0,02 и 0,03% и отмечали изменение концентрации лактозы через 3, 6 и 24 часа. Данные результатов исследования занесли в таблицу:

Таблица 2.7 Изменение содержания лактозы в коровьем молоке под влиянием в-галактозидазы

Примечания:

Контроль - концентрация лактозы в коровьем молоке.

- концентрация лактозы в коровьем молоке с 0,01%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в коровьем молоке с 0,02%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в коровьем молоке с 0,03%-ной в-галактозидазой.

Р - достоверность относительно контроля

Р - достоверность относительно первого часа наблюдения.

% - процент падения лактозы относительно контрольной пробы.

% - процент падения лактозы относительно первого часа наблюдения.

Выводы. Концентрация лактозы в коровьем молоке находится в пределах норм. В контрольной группе - коровьем молоке свежем без добавления фермента - изменение содержания лактозы с течением времени незначительное (4,87±0,18-4,49±0,09). При добавлении минимальной концентрации фермента (0,01%) через сутки концентрация лактозы снизилась до 3,39±0,17 и составила 78,65% от первоначальной. По сравнению с контролем процент падения равен 88,50% в начале опыта и 77,22% через сутки.

При добавлении 0,02% в-галактозидазы по сравнению с контролем процент падения увеличился (72,43% после окончания опыта), т.е. эта концентрация фермента более эффективна, чем 0,01%.

При добавлении 0,03% в-галактозидазы содержание лактозы резко падает по сравнению с контрольной группой (77,20% в начале опыта и 67,65% через 24 часа).

Можно сказать, что наиболее эффективная концентрация лактозы в коровьем молоке - 0,03%, с ее введением удалось добиться снижения концентрации лактозы на 32,35%.

. Сухое молоко. Количество сухих веществ в коровьем молоке составляет 10-14%. Необходимо определить, в каком соотношении разводить сухое молоко, чтобы добиться консистенции коровьего.

а) берем 3 тигля, нумеруем и взвешиваем.

Масса тигля № 1 = 17,8г.

Масса тигля №2 = 18,4г.

Масса тигля №3 = 17,1г.

б) прибавляем в тигли по 10г сухого молока:

Масса тигля №1 = 27,8г.

Масса тигля №2 = 28,4г.

Масса тигля №3 = 27,1г.

в) ставим тигли в термостат (100-110єC) и высушиваем до постоянной массы. После охлаждения в эксикаторе проводим повторное взвешивание:

Масса тигля №1 после сушки = 27,0г.

Масса тигля №2 после сушки = 27,5г.

Масса тигля №3 после сушки = 26,4г.

г) определим постоянную массу сухого молока (разность массы тигля после сушки и массы пустого тигля):

Тигель №1 = 9,2г.

Тигель №2 = 9,1г.

Тигель №3 = 9,3г.

Масса сухого молока = 9,2г.

Количество сухих веществ в сухом молоке чуть меньше, чем в свежем коровьем. Для разведения брали 15г сухого молока и 85мл дистиллированной воды.

Повторили все операции пункта 1 для сухого молока. Данные результатов исследования занесли в таблицу.

Таблица 2.8 Изменение содержания лактозы в сухом молоке под влиянием в-галактозидазы

Примечания:

Контроль - концентрация лактозы в коровьем молоке.

- концентрация лактозы в сухом молоке с 0,01%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в сухом молоке с 0,02%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в сухом молоке с 0,03%-ной в-галактозидазой.

Р - достоверность относительно контроля.

Р - достоверность относительно первого часа наблюдения.

% - процент падения лактозы относительно контрольной пробы.

% - процент падения лактозы относительно первого часа наблюдения.

Выводы: В контрольной группе - сухом молоке - изменение содержания лактозы не столь значительно (за 24 часа упала с 4,69% до 4,22%).

При внесении в сухое молоко 0,01% концентрации в-галактозидазы содержание лактозы падает более значительно (с 4,65 до 3,32%) и по окончании опыта составляет 71,39% от первоначального.

При добавлении 0,02% концентрации в-галактозидазы содержание лактозы в сухом молоке снизилось еще более значительно ( за сутки с 4,03 до 2,59%) и составляет 64,26% от начального значения. По отношению к контролю процент падения за сутки равен 61,37.

Максимального результата удалось добиться при внесении в-галактозидазы в концентрации 0,03%. За сутки концентрация лактозы снизилась с 3,72 до 2,29%. По отношению к контрольной группе после окончания опыта содержание лактозы составило 54,56%, т.е. уменьшилось почти вдвое. Итак, 0,03%-я концентрация в-галактозидазы наиболее эффективна для снижения содержания лактозы в сухом молоке.

. Сравнение содержания лактозы в сгущенном молоке вареном с ферментом и без фермента. Для исследования брали вареное сгущенное молоко по ГОСТ 2903-78, определяли изменение концентрации лактозы в течение суток. Затем прибавляли в-гактозидазу в концентрациях 0,01%; 0,02% и 0,03% и проводили измерения, аналогичные предыдущим опытам. Результаты измерений представлены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 Изменение содержания лактозы в вареном сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78

Примечания:

Контроль - концентрация лактозы в сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78 .

- концентрация лактозы в сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78 с 0,01%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78с 0,02%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78с 0,03%-ной в-галактозидазой.

Р - достоверность относительно контроля.

Р - достоверность относительно первого часа наблюдения.

% - процент падения лактозы относительно контрольной пробы.

% - процент падения лактозы относительно первого часа наблюдения.

Выводы: Содержание молочного сахара в сгущенном молоке вареном по ГОСТ 2903-78 находится в пределах норм и с течением времени изменяется незначительно (с 4,60% до 4,55%). При добавлении в-галактозидазы в концентрациях 0,01; 0,02 и 0,03% отмечается снижение содержания лактозы как с увеличением концентрации, так и с течением времени. При добавлении 0,01% фермента концентрация составила 89,13% от контрольной, а при 0,03% - уже 80,65%. Через 24 часа эта разница стала еще более отчетливо выраженной: при добавлении 0,01% фермента концентрация лактозы составила 61,76% от контрольной, а при 0,03% - 55,60%. Наиболее эффективной является концентрация в-галактозидазы 0,03%, при ней максимальное количество лактозы переходит в смесь моносахаров.

. Невареное сгущенное молоко. Для исследования брали невареное сгущенное молоко по ГОСТ 2903-78, добавляли фермент в─галактазидазу в трех концентрациях и определяли изменение содержания лактозы через 3, 6 и 24 часа. Результаты исследования представлены в таблице.

Таблица 2.10 Изменение содержания лактозы в невареном сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78

Примечания:

Контроль - концентрация лактозы в сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78.

- концентрация лактозы в невареном сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78 с 0,01%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в невареном сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78с 0,02%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в невареном сгущенном молоке по ГОСТ 2903-78с 0,03%-ной в-галактозидазой.

Р - достоверность относительно контроля.

Р - достоверность относительно первого часа наблюдения.

% - процент падения лактозы относительно контрольной пробы.

% - процент падения лактозы относительно первого часа наблюдения.

Выводы: В невареном сгущенном молоке изменение содержания лактозы после 24 часов с начала опыта выражено более значительно (с 4,91±0,17 упала до 4,23±0,09) и составила 86,15% от первоначального. Это может быть объяснено тем, что произошло образование кристаллов лактозы крупных размеров.

При внесении 0,01%-ного раствора в−галактзидазы содержание лактозы снизилось с 4,87±0,11 до 3,68±0,08 за сутки с составило 76,56% от начальной концентрации.

,02%-ный раствор в−галактозидазы является более эффективным, чем 0,01%. При внесении 0,02%-ного раствора фермента содержание лактозы через сутки с начала опыта составило 70,06% от первоначального (с 4,8±0,12 снизилась до 3,37±0,08). При добавлении 0,03% раствора в−галактозидазы процент падения содержания лактозы в невареном сгущенном молоке наибольший и через сутки составляет 67,94% с начала опыта. Таким образом, удалось добиться снижения концентрации лактозы в невареном сгущенном молоке на 31,92% при внесении максимальной концентрации фермента.

. Добавить в исследуемое вареное сгущенное молоко “Семь гномов ” раствора фермента в−галактозидазы в 3-х концентрациях и определить изменение содержания лактозы через 3, 6 и 24 часа. Данные результатов исследования заносим в таблицу.

Таблица 2.11 Изменение содержания лактозы в сгущенном молоке “Семь гномов” под влиянием в−галактозидазы

Примечания:

Контроль - концентрация лактозы в сгущенном молоке “Семь гномов”.

- концентрация лактозы в сгущенном молоке “Семь гномов” с 0,01%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в сгущенном молоке “Семь гномов” с 0,02%-ной в-галактозидазой.

- концентрация лактозы в сгущенном молоке “Семь гномов” с 0,03%-ной в-галактозидазой.

Р - достоверность относительно контроля.

Р - достоверность относительно первого часа наблюдения.

% - процент падения лактозы относительно контрольной пробы.

% - процент падения лактозы относительно первого часа наблюдения.

Выводы: Содержание лактозы в исследуемом продукте - сгущенном вареном молоке “Семь гномов” находится в пределах норм и с течением времени практически не изменяется. За сутки показатели изменились с 4,00±0,13 до 3,78±0,06, что составляет 94,5% от первоначального. При внесении же фермента содержание лактозы резко уменьшается как с течением времени, так и с увеличением концентрации. При добавлении 0,01%-го раствора в−галактозидазы через сутки содержание лактозы упало с 2,31±0,09 до 1,71±0,10, и составила 45,24% от концентрации лактозы в сгущенном молоке без фермента. Наиболее заметных результатов удалось достигнуть, прибавляя 0,03%-й раствор в−галактозидазы. Через 24 часа после внесения фермента содержание лактозы снизилось с 1,90±0,18 до 1,14±0,24. Таким образом, концентрация лактозы в этой группе составила 30,16% от контрольной, а с течением времени снизилась на 40%.

Очевидно, что 0,01% и 0,02%-ные растворы в−галактозидазы менее эффективны, чем 0,03%-й раствор. Однако все три концентрации фермента дают значительное снижение содержания лактозы по сравнению со сгущенным молоком без внесенного фермента.

Вторая серия экспериментов. Подготовка носителей для иммобилизации. Первоначально для иммобилизации в-галактозидазы были выбраны следующие носители: силикагель, акриламид, крахмал, асбестовое волокно, лавсановое волокно, древесные опилки.

Акриламид широко используется для иммобилизации. Однако из-за отсутсвия ’ N,N-метиленбисакриламида (или бис-акриламида) <#"519426.files/image007.gif">. Он химически неактивен, имеет хорошие адсорбционные свойства. Преставляет собой частицы округлой формы с диаметром 0,03-0,4см.

Крахмал отличается значительной гидрофильностью, образует достаточно плотные гели, и сам по себе не вступает в реакции с ферментом. Однако 3% и 5% крахмальные гели растворились при попытке иммобилизации в растворе фермента, а 10% гель не показал желаемых результатов.

Древесные опилки - достаточно редкий носитель для иммобилизации. Однако опилки обладают большой удельной поверхностью, гидрофильностью, они дешевы, поэтому представляют интерес для исследования.

Асбест (3МgО·2SiO2·2H2O) - гидросиликат магния, по химическому составу близкий хорошо известному всем минералу тальку (3МgО·4SiO2·H20), т.е. с химической точки зрения он абсолютно безвреден для организма. Представляет собой тончайшие полые трубочки-фибриллы диаметром 2,6·10-5мм, кристаллы напоминают мягкие целлюлозные волокна хлопковой ваты. Будучи материалом неорганическим, волокна асбеста не горят и выдерживают высокие температуры. Лишь при нагреве до 700 °С они теряют химически связанную воду и делаются хрупкими. Удельная поверхность асбеста 20м/г.

Асбест - это собирательное товарное название группы минералов, которые встречаются в природе в виде пучков волокон. Выделяются две группы минералов, отличающихся друг от друга по химическому составу, технологическим свойствам и степени влияния на организм человека - серпентиниты и амфиболы, в коммерческом использовании именующихся общим названием "асбест". Научные исследования, проведенные экологическими организациями, привели к нескольким основным выводам:

- влияние различных видов асбеста на организм человека различно. Наибольшую опасность представляли амфиболы (амозит, крокидолит, антофиллит, тремолит). В настоящее время добыча и использование этого вида асбеста запрещена во всем мире;

хризотил представляет наименьшую опасность, даже по сравнению с искусственными заменителями и натуральными волокнам (целлюлоза), так как быстрее других волокон выводится из легких;

наибольшую опасность представляла технология напыления асбеста с налипанием (рыхлый асбест) на металлические конструкции зданий, судов и т.п. для целей пожаро- и теплоизоляции. Эта технология также запрещена к использованию. Таким образом, в настоящее время единственным видом асбеста, используемым на мировом рынке, является хризотил. Производители применяют политику контролируемого ответственного использования хризотила, направленную на снижение риска негативного воздействия на здоровье людей, прежде всего рабочих, занятых на производстве.

Лавсан - химическое синтетическое полиэфирное волокно. По своему составу - сложный эфир терефталевой кислоты и этиленгликоля. Лавсан химически инертен, устойчив к действию щелочей, кислот, микроорганизмов; обладает высокой прочностью, упругостью, термостойкостью. Недостаток - менее гидрофилен, чем другие носители.

Крахмал и лавсан, как химические чистые носители, использовались в первоначальном состоянии без подготовки. Асбест, опилки силикагель подготавливают следующим образом. Силикагель был просеян, промыт водой, прокипячен 10 мин в воде. Асбест и опилки не кипятили. Затем носители промывают в 1Н растворе NaOH, заново промывают водой, потом промывают в 1Н HCl , снова водой и отмачивают 1 час в дистиллированной воде. Данную процедуру повторяют два раза, после этого носители хранят в закрытом сосуде в дистиллированной воде, покрывающей поверхность носителя. Такая процедура необходима для достижения максимального очищения адсорбционной поверхности носителя от органических и неорганических веществ.

Оценка активности иммобилизованного фермента. Выявление неэффективных носителей. Опыт иммобилизации в-галактозидазы на носителях с выдержкой носителя в 0,01 и 0,03% растворах фермента 1 сутки.

В колбах приготавливается по 100мл 0,01 и 0,03% растворы в-галактозидазы, затем вносилось по 10г асбеста, силикагеля, крахмала 10%-го, опилок и лавсана. После этого колбы оставляли при периодическом встряхивании на сутки. После данной процедуры носители с иммобилизованным ферментом промывались дистиллированной водой. В колбах приготавливался 100мл 5% раствора лактозы и вносились носители с иммобилизованной в-галактозидазой. Колбы помещали в термостат с температурой гидролиза 38єC. Степень снижения концентрации лактозы определяли через 1,2 и 3 суток рефрактометрическим методом. Дальнейшее выдерживание невозможно из-за испарения раствора. На 10% геле крахмала не удалось иммобилизовать фермент. Эффективность действия фермента в 2-х концентрациях, иммобилизованного на других носителях, представлена в таблицах 2.12 и 2.13.

Таблица 2.12 Эффективность действия 0,01% в-галактозидазы на снижение концентрации лактозы (исходный раствор лактозы - 5%-й)

Нативный фермент %

Р3,61±0,17

,91

<0,053,56±0,13

,62

<0,053,53±0,05

,31

Фермент, иммобилизованный на носителях:          лавсан %

Р3,56±0,04

,91

<0,0013,34±0,008

,20

<0,0013,12±0,037

,77

  силикагель %

Р4,78±0,012

,21

<0,0014,71±0,13

,76

<0,014,66±0,21

,82

  асбест %

Р3,20±0,14

,74

<0,053,01±0,042

,56

<0,0012,98±0,025

,95

  опилки %

Р2,85±0,016

,77

<0,0012,73±0,18

,92

<0,012,58±0,546

,91

% - процент падения лактозы относительно контроля;

Р - достоверность относительно контроля.

Таблица 2.13 Эффективность действия 0,03% в-галактозидазы на снижение концентрации лактозы (исходный раствор лактозы - 5%-й)

Нативный фермент %

Р2,99±0,008

,51

<0,0012,95±0,016

,30

<0,0012,95±0,021

,30

Фермент, иммобилизованный на носителях:          лавсан %

Р2,81±0,012

,91

<0,0012,51±0,004

,50

<0,0012,42±0,025

,7748,90

  силикагель %

Р4,67±0,01

,02

<0,0014,62±0,21

,90

<0,054,52±0,04

,30

  асбест %

Р2,91±0,029

,90

<0,012,76±0,037

,50

<0,012,68±0,016

,10

  опилки %

Р2,03±0,012

,40

<0,0011,82±0,042

,60

<0,0011,70±0,012

,30

% - процент падения лактозы относительно контроля;

Выводы. На эффективность действия были исследованы: нативная в-галактозидаза в концентрациях 0,01% и 0,03%, а также фермент, иммобилизованный на лавсане, силикагеле, асбесте и древесных опилках. При гидролизе нативным ферментом концентрация лактозы за 1 сутки резко снизилась (при 0,01% ферменте - на 29%, при 0,03% - на 40,5%), а затем изменялась незначительно, т.е. за сутки он практически инактивировался. При гидролизе иммобилизованная на лавсане, асбесте и опилках в-галактозидаза эффективно действовала даже на 3 сутки: при 0,01% ферменте концентрация по сравнению с контролем составила 37,2; 40,05 и 48%, а при 0,03% ферменте - 51,1; 46 и 65% соответственно на лавсане, асбесте и опилках. Фермент, иммобилизованный на силикагеле, не показал желаемого снижения концентрации лактозы. Оценка продолжительности действия иммобилизованного фермента на снижение концентрации лактозы. Следующим этапом исследования необходимо было выяснить продолжительность действия и срок хранения фермента.

Повторялась процедура иммобилизации фермента на лавсане, асбесте и опилках. 10г каждого носителя с ферментом вносили в 100мл 5% раствора лактозы. После выдерживания в термостате 1 сутки рефрактометрическим методом определяли снижение лактозы в растворе. После этого носитель извлекали из раствора, промывали дистиллированной водой и помещали на 1 сутки в холодильник при температуре 4єC. Затем вынимали стаканчики с иммобилизованным на носителях ферментом, нагревали до комнатной температуры и помещали в свежеприготовленный 5% раствор лактозы. Через сутки снова определяли концентрацию лактозы. Данную процедуру повторяли через 3,5,7,10 и 15 суток до достижения практически полной инактивации фермента. Статистически обработанные данные этой серии экспериментов представлены в таблицах 2.14 и 2.15.

Таблица 2.14 Продолжительность действия 0,01% иммобилизованной в-галактозидазы на снижение концентрации лактозы (исходный раствор лактозы - 5%)

1             M±m %

Р3,57±0,008

,11

<0,0013,18±0,008

,34

<0,0012,88±0,012

,37

2             M±m %

Р3,48±0,012

,92

<0,0013,29±0,016

,53

<0,0013,02±0,021

,15

3             M±m %

Р3,59±0,01

,51

<0,0013,36±0,021

,93

<0,0013,07±0,04

,15

5             M±m %

Р4,02±0,21

,07

<0,0013,62±0,012

,11

<0,0013,87±0,025

,09

7             M±m %

Р4,42±0,004

,04

<0,0013,95±0,004

,68

<0,0014,72±0,029

,02

10           M±m %

Р4,90±0,012

,60

<0,014,27±0,037

,05

15           M±m %

Р---4,57±0,037

,03

% - процент падения относительно контроля (5,02% раствор лактозы);

Р - достоверность относительно контроля.

Выводы. При иммобилизации в-галактозидазы на лавсане фермент дает максимальное снижение лактозы в первые трое суток (концентрация лактозы снизилась на 28,9; 36 и 28,5% соответственно через 1,2 и 3 суток). Затем активность фермента снижается, и через 10 суток концентрация лактозы после ферментативного гидролиза снизилась на 2,5%. Можно отметить, что снижение активности составляет в среднем 8,17% за сутки. в-галактозидаза, иммобилизованная на асбесте, дала большее снижение лактозы, чем иммобилизованная на лавсане. За первые трое суток концентрация снизилась на 36,7; 34,5 и 33% соответственно. Фермент, иммобилизованный на асбесте, дольше сохраняет свою активность: через 15 суток с начала опыта концентрация лактозы составляет 91% от контроля (с 5,02 упала до 4,57%). Снижение активности составляет 4,28% в сутки.

Иммобилизованный на опилках фермент показал максимальное снижение концентрации лактозы: через 1 сутки - на 42,6; через 2-е - 39,9; через 3-е - 38,9%. Однако галактаза сохраняет свою активность меньше времени, чем иммобилизованная на других носителях. Через 7 суток фермент показал снижение лактозы на 6%. Среднесуточное снижение активности - 9,16%. Итак, иммобилизованный на асбесте фермент показал не только значительное снижение лактозы, но и сохранил свою активность дольше, чем на других носителях.

Таблица 2.15 Продолжительность действия 0,03% иммобилизованной в-галактозидазы на снижение концентрации лактозы

1             M±m %

Р2,81±0,012

,95

<0,0012,91±0,037

,96

<0,0012,03±0,025

,43

2             M±m %

Р2,28±0,016

,41

<0,0012,82±0,033

,17

<0,0012,11±0,008

,03

3             M±m %

Р2,69±0,021

,58

<0,0013,01±0,012

,96

<0,0012,12±0,428

,23

5             M±m %

Р3,17±0,025

,14

<0,0013,13±0,462

,35

<0,052,75±0,029

,78

7             M±m %

Р3,64±0,033

,69

<0,0013,32±0,016

,13

<0,0013,60±0,021

,71

10           M±m %

Р4,15±0,012

,66

<0,0013,75±0,504

,70

>0,054,64±0,025

,43

15           M±m %

Р4,77±0,042

,01

<0,054,57±0,037

,03

% - процент падения относительно контроля (5,02% раствор лактозы);

Р - достоверность относительно контроля.

Рисунок 2.2 Продолжительность действия 0,03% иммобилизованной в-галактозидазы на снижение концентрации лактозы (исходный раствор лактозы - 5%)

Выводы. 0,03% раствор в-галактозидазы, иммобилизованный на различных носителях, более эффективно снижает концентрацию лактозы, чем 0,01%. в-галактозидаза, иммобилизованная на лавсане, дала снижение концентрации в ее растворе на 44% за 1-е сутки; на 44,6% - за 2-е сутки и на 46,4% за 3-и сутки. Затем активность фермента стала уменьшаться примерно на 8,23% в сутки; и через 15 суток концентрация лактозы после гидролиза составила 95% от контроля (4,77 от 5,02%).

При гидролизе ферментом, иммобилизованным на асбесте, концентрация лактозы через 1 сутки снизилась на 42% по сравнению с контролем; через 2 суток - на 43,83%, а через 3 суток - на 40%. После активность фермента снижается в среднем на 5,24%. Через 15 суток концентрация лактозы снизилась с 5,02 до 4,31% и составила 85,85% от контроля.

Фермент, иммобилизованный на древесных опилках, при гидролизе проявил наибольшую эффективность: через 1 сутки концентрация лактозы упала на 69%, через 2 суток - на 58%, через 3 суток - на 57,8%. Однако активность иммобилизованной на опилках в-галактозидазы ниже, чем на других носителях. Активность снижается в среднем на 10,4% в сутки. Через 10 дней концентрация лактозы снижается лишь на 8% (с 5,02 до 4,64%).

Определить снижение содержание лактозы после ферментативного гидролиза иммобилизованным ферментом в 2-х концентрациях:

а) для цельного молока;

В 4 колбы вносили по 100мл свежего коровьего молока 2,5% жирности производства ОАО “Энгельсский Молочный Комбинат”. 1 колба - контроль - молоко без добавления фермента, а в остальные вносили по 10г носителя с предварительно иммобилизованным ферментом. Концентрация лактозы определялась рефрактометрическим методом через 3,6 и 24 часа. Результаты эксперимента представлены в таблицах 2.16 и 2.17.

Таблица 2.16 Изменение содержания лактозы в коровьем молоке под влиянием 0,01% иммобилизованной в-галактозидазы

3             M±m %

Р4,72±0,13

,91±0,008

,88

<0,0013,65±0,037

,70

<0,053,52±0,008

,11

6             M±m %

Р4,56±0,49

,59±0,037

,51

<0,053,43±0,004

,32

<0,053,30±0,023

,73

24           M±m %

Р4,49±0,09

,27±0,025

,13

<0,053,21±0,031

,94

<0,053,15±0,420

,74

% - процент падения относительно контроля (свежее коровье молоко без добавления фермента);

Р - достоверность относительно контроля.

Таблица 2.17 Изменение содержания лактозы в коровьем молоке под влиянием 0,03% иммобилизованной в-галактозидазы

3                M±m %

Р4,72±0,13

,72±0,037

,10

<0,053,44±0,004

,52

<0,053,28±0,546

,33

6                M±m %

Р4,56±0,11

,43±0,004

,32

<0,053,27±0,504

,13

>0,053,05±0,029

,75

24             M±m %

Р4,49±0,09

,01±0,021

,99

<0,053,21±0,031

,75

<0,052,72±0,037

,18

% - процент падения относительно контроля (свежее коровье молоко без добавления фермента);

Р - достоверность относительно контроля.

Рисунок 2.3 Изменение содержания лактозы в коровьем молоке под влиянием 0,03% раствора в−галактозидазы

Выводы. В свежем коровьем молоке содержание лактозы находится в пределах норм и с течением времени изменяется незначительно (с 4,77 до 4,49%). При добавлении 0,01% в-галактозидазы, иммобилизованной на лавсане, концентрация лактозы снизилась за сутки на 34,9%, на асбесте - на 36%, а на опилках - на 37,2%. При добавлении 0,03% в-галактозидазы, иммобилизованной на различных носителях, концентрация снизилась более значительно. При ферментативном гидролизе иммобилизованном на лавсане ферментом концентрация снизилась через 3 часа на 25,9; 6 часов - 31,7; 24 часа - на 40%. При иммобилизации на асбесте на 31,5; 34,5 и 39,3% через 3,6 и 24 часа соответственно. Максимального снижения концентрации удалось добиться путем гидролиза с помощью в-галактозидазы, иммобилизованной на опилках: через 3 часа концентрация снизилась на 34,7; через 6сачов - на 39,3, а через 24 часа - на 45,6%.

б) для сухого молока.

Аналогичный опыт повторяли с сухим молоком. Данные результатов опыта по введению иммобилизованной в-галактозидазы в сухое молоко представлены в таблицах 2.18 и 2.19.

Таблица 2.18 Изменение содержания лактозы в сухом молоке под влиянием 0,01% иммобилизованной в-галактозидазы

3             M±m %

Р4,68±0,04

,12±0,042

,07

>0,054,03±0,012

,27

<0,053,97±0,008

,08

6             M±m %

Р4,55±0,14

,66±0,008

,90

<0,053,54±0,042

,51

<0,053,45±0,029

,72

24           M±m %

Р4,42±0,21

,28±0,016

,33

<0,013,22±0,025

,14

<0,013,09±0,033

,55

% - процент падения относительно контроля (сухое молоко без добавления фермента);

Р - достоверность относительно контроля.

Таблица 2.19 Изменение содержания лактозы в сухом молоке под влиянием 0,03% иммобилизованной в-галактозидазы

3             M±m %

Р4,68±0,04

,50±0,042

,72

<0,013,42±0,042

,12

<0,053,35±0,016

,73

6             M±m %

Р4,55±0,14

,01±0,462

,96

<0,052,83±0,021

,37

<0,0012,68±0,546

,38

24           M±m %

Р4,42±0,21

,48±0,037

,40

<0,0012,41±0,029

,00

<0,0012,27±0,012

,21

% - процент падения относительно контроля (сухое молоко без добавления фермента);

Р - достоверность относительно контроля.

Выводы. В сухом молоке без проведенного гидролиза концентрация лактозы за 24 часа изменяется незначительно: с 4,69 до 4,42%. При внесении в сухое молоко 0,01% в-галактозидазы, иммобилизованной на лавсане, концентрация лактозы падает по сравнению с контролем: за 3 часа - на 18%; 6 часов - на 21%, а за 24 часа - на 34,7%. При добавлении такой же концентрации фермента, иммобилизованного на асбесте, концентрация лактозы снижается почти аналогично: на 19,8; 29,5 и 35,9% соответственно за 3,6 и 24 часа. Иммобилизованный на опилках фермент снижает концентрацию лактозы в сухом молоке на 21; 31,3 и 28,5%. Добавление в сухое молоко 0,03% иммобилизованной в-галактозидахы дает более выраженное снижение концентрации лактозы. При внесении иммобилизованного на лавсане фермента содержание лактозы снизилось на 30,3; 40,0 и 50,6% за 3,6 и 24 часа; на асбесте - на 31,9; 43,7 и 52,0%. Наибольшую эффективность показал фермент, иммобилизованный на опилках: за 3,6 и 24 часа концентрация лактозы упала на 33,3; 46,6 и 54,8%. Внесение иммобилизованной в-галактозидазы в сгущенное молоко:

а) на стадии полуфабриката внести иммобилизованный фермент; провести ферментативный гидролиз и определить содержание лактозы в вареном сгущенном молоке. Подготовить иммобилизованный фермент. В колбы вносили по 100мл сгущенного молока “Семь гномов” (молоко взяли во время производства на ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” до проведения гидролиза). В колбы прибавили по 10г в-галактозидазы, иммобилизованной на лавсане, асбесте и опилках. Провели ферментативный гидролиз с выдержкой в термостате 3ч при температуре 38єC. Для извлечения иммобилизованного фермента к сгущенному молоку приливали воду в соотношении 1:1, извлекали из жидкого сгущенного молока носитель с ферментом. После этого проводили варку сгущенного молока до готовности, постоянно перемешивая.

Определение концентрации лактозы в сгущенном молоке после гидролиза иммобилизованным ферментом осуществляли фотоколориметрическим методом. Результаты опыта - в таблице 2.20:

Таблица 2.20 Эффективность снижения лактозы в вареном сгущенном молоке “Семь гномов” под влиянием иммобилизованной в-галактозидазы

1 %

Р1,87±0,033

,75

<0,0011,82±0,42

,50

<0,051,70±0,025

,40

3 %

Р1,41±0,021

,25

<0,0011,28±0,008

,00

<0,0011,12±0,462

,00

- 0,01% концентрация в-галактозидазы;

- 0,03% концентрация в-галактозидазы;

% - процент падения относительно контроля (вареное сгущенное молоко “Семь гномов” без добавления иммобилизованного фермента(4,00±0,10);

Р - достоверность относительно контроля.

б) определение концентрации лактозы в вареном сгущенном молоке, приготовленном на молоке с гидролизованной лактозой.

В этом эксперименте в домашних условиях повторили технологию получения вареного сгущенного молока на ООО “Маслосырбаза “Энгельсская”. Восстановили сухое молоко с водой. Затем в кастрюльки с молоком добавляли по 50г носителя с предварительно иммобилизованным ферментом и проводили гидролиз 3 ч. Извлекали носитель и продолжали приготовление молока: нагрели до 75єC, внесли масло сливочное “Покровское”, дали вработаться 20минут. Затем добавили сахар, после этого нагрели до 95єC и начали варку. В этом случае продолжительность варки сгущенного молока сокращается, так как не требуется охлаждение молока до 38єC для осуществления гидролиза, а затем повторного его нагревания до той же температуры. Для 500г молока потребовалось:

молока сухого - 115г;

воды - 140мл;

масла сливочного - 40,5г;

сахарного песка - 220г.

Статистически обработанные данные эксперимента представлены в таблице 2.21:

Таблица 2.21 Эффективность снижения лактозы в вареном сгущенном молоке “Семь гномов”, приготовленном на предварительно гидролизованном в-галактозидазой сухом молоке

1 %

Р2,05±0,042

,25

<0,0012,01±0,016

,25

<0,011,96±0,546

,00

3 %

Р1,61±0,037

,25

<0,0011,53±0,036

,25

<0,011,38±0,029

,50

- 0,01% концентрация в-галактозидазы;

- 0,03% концентрация в-галактозидазы;

% - процент падения относительно контроля (вареное сгущенное молоко “Семь гномов” без добавления иммобилизованного фермента(4,00±0,10);

Р - достоверность относительно контроля.

Рисунок 2.4 Эффективность снижения лактозы в вареном сгущенном молоке “Семь гномов”, приготовленном на предварительно гидролизованном в−галактозидазой сухом молоке

Выводы: После внесения 0,01% иммобилизованного фермента в полуфабрикат сгущенного молока, проведения ферментативного гидролиза и варки, концентрация лактозы изменилась следующим образом. При иммобилизации на лавсане снизилась на 53,3%; на асбесте - на 54,5%; на опилках - на 57,5%. При 0,03% в-галактозидазе, иммобилизованной на лавсане, асбесте и опилках, концентрация лактозы снизилась соответственно на 64,8; 58 и 72%.

В вареном сгущенном молоке, приготовленном на предварительно гидролизированном сухом молоке, также удалось добиться существенного снижения концентрации лактозы. При 0,01% в-галактозидазе, иммобилизованной на лавсане снижение составило 48,8%, на асбесте - 49,8%, опилках - 51%. После внесения 0,03% фермента, иммобилизованного на лавсане, асбесте и опилках, содержание лактозы снизилось на 59,8; 61,8 и 65,5% соответственно.

Раздел 3. Инженерная часть

.1 Описание АПС до реконструкции

В аппаратурно-процессовую схему производства вареного сгущенного молока “Семь гномов” входит следующее оборудование:

1.      танк Я1-ОСВ-1.

2.      загрузочная воронка

.        диспергатор Я9-ОРП

.        фасовочный автомат АЛУР-1500.

Отмеривают необходимое количество воды и подают в танк 1. Через загрузочную воронку 2 добавляют сухое обезжиренное молоко и рециркулируют до полного восстановления. Через диспергатор 3 подают масло сливочное, после чего проводят эмульгирование. Через воронку 2 в смесь вносят сахар-песок, проводят сгущение 2-3 часа, затем сгущенное молоко охлаждают. В танк 1 вносят заданное количество фермента, затем смесь снова нагревают и варят около 3-х часов. Полученное вареное сгущенное молоко охлаждают и из танка 1 молоко поступает на фасовку в фасовочный автомат АЛУР-1500 5. Аппаратурно-производственная схема производства сгущенного молока до реконструкции представлена на чертеже СГАУ БТ Д ПСМ1 1202.002 ТС.

На основании исследований, проведенных на кафедре биотехнологии, органической и биологической химии, предлагаем расширить ассортимент выпускаемой продукции предприятии вареным сгущенным молоком, приготовленным из предварительно гидролизованного иммобилизованной в−галактозидазой сухого молока. В связи с этим в технологическую линию предлагаем ввести двухкорпусную вукуум-выпарную установку, что позволит сократить время приготовления сгущенного молока. Расчет установки представлен в разделе “Оборудование”. Аппаратурно-производственная схема производства сгущенного молока после реконструкции представлена на чертеже СГАУ БТ Д ПСМ2 1202.002 ТС.

Описание аппаратурно-процессовой схемы производства вареного сгущенного молока “Семь гномов” после реконструкции.

В танке 1 восстанавливают молоко из обезжиренного сухого молока и воды. Вносят предварительно подготовленное необходимое количество асбеста с иммобилизованной на нем в−галактозидазой. Проводят ферментативный гидролиз 3 часа при температуре 38˚C. Через диспергатор 3 извлекают носитель. После этого в танк 1 в молоко с гидролизованной лактозой вносят сливочное масло, проводят эмульгирование. Затем через загрузочную воронку 2 прибавляют заданное количество сахара, дают ему вработаться. Затем смесь поступает в вакуум-выпарной аппарат 5, где происходит ее сгущение около 3-х часов. После этого вареное сгущенное молок поступает в вакуум-охладитель 6, где охлаждается до температуры фасования. Охлажденное вареное сгущенное молоко “Семь гномов” фасуют в пластиковые стаканчики через фасовочный автомат 4.

.2 Описание оборудования

Оборудование, используемое для производства базового продукта - вареного сгущенного молока “Семь гномов”, представлено в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Характеристика производственного оборудования

Установка фасовки в пластмассовые стаканчики автоматическая АЛУР-1500см. Назначение. Установка предназначена для автоматического фасования (объемного дозирования и герметичного запечатывания) подогретых плавленых сыров и других жидких и пастообразных продуктов без подогрева (соков, растительных масел, молочных продуктов) в полипропиленовые стаканчики диаметром до 95 мм (наружный диаметр отбортовки) максимальной высотой 122 мм и объемом до 500 мм (ТУ 2291-047-004, 19789-96, ТУ 2297-409-00203096-96) с автоматической герметизацией стаканчиков крышками из алюминиевой фольги термолаковым покрытием по ТУ 1119-004-00472673-96, ТУ 28008-00419787-95, разрешенных Госкомсанэпиднадзором России для контакта с пищевыми продуктами, и установки пластмассовых крышек (поверх алюминиевых) для многоразоваго использования продукта.

Установка является технологическим оборудованием и не может быть использована в качестве средства измерения или счетчика продукта.

Поскольку установка не является средством измерения для контроля повторяемости порций и погрешности дозирования в соответствии с требованиями по фасованию продуктов, потребитель обязан для эксплуатации установки приобрести и использовать весы с пределом погрешность не более ± 5 г, аттестованные органами метрологической службы.

Установка изготовлена в климатическом исполнении УХЛ категории 4.2 по ГОСТ 15150 и предназначена для работы при температуре от10 до 35 єC и относительной влажности воздуха 80% (при 25єC) и атмосферном давлении 86-106 кПа(650-800 мм рт.ст.). Установку размещают в помещениях, отделка которых отвечает требованиям действующих санитарных правил для предприятий пищевой промышленности.

Установка применяется автономно.

Питание установки осуществляется по однофазной цепи переменного тока напряжением 220 В и частоты 50 гЦ.

Установка обеспечивает работу при подаче сжатого воздуха класса загрязненности не ниже 8 по ГОСТ 17433 под давлением 0,600МПа.

Основные технические данные и характеристики.

Габаритные размеры установки 1200Ч1000Ч2000мм.

Масса установки не более 185-225 кг (в зависимости от модификации установки).

Установка обеспечивает фасование и герметичное запечатывание жидких и пастообразных продуктов в полипропиленовые и полистирольные стаканчики с наружными диаметрами 75 мм и 95 мм и максимальной высотой 120 мм, емкостью до 500мл по ТУ 2291-047-004, 19789-96, ТУ 2297-409-00203096-96. Проверка герметичности запечатывания - мо методике ВНИМИ №2-05-024-90 для отраслевого реестра.

         Погрешность дозирования - не более ±2%.

         Потребляемая мощность - не более 1, 7 кВт.

         Расход сжатого воздуха - 244, 0-327, 0 л/м (в зависимости от модификации установки).

         Время входа на рабочий режим - не более 20 минут.

         Установка обеспечивает герметичность запечатывания при хранении продукта (сплошность контакта с бортом стаканчика).

Состав установки

Установка состоит из основных частей, перечисленных в таблице.

Таблица 3.2 Состав установки АЛУР - 1500 см

Установка заквасочная РЗ.ОЗУ. 0, 63 предназначена для приготовления производственной закваски на чистых культурах молочно-кислых бактерий, путем пастеризации молока, его сквашивания и охлаждения закваски.

Основные технические данные и характеристики:

Вместимость рабочая, не менее 0, 63м³.

Частота вращения мешалки (0, 47±0,02)с^-1.

Установленная мощность 0, 55 кВт.

Потребление электроэнергии, не более 0, 4 кВт/ч.

Расход пара, не более 130 кг/ч.

Рабочее давление пара (0, 30±0, 05) МПа.

Температура пара 120-140 єC.

Расход ледяной воды, не более 2, 3м³/ч.

Рабочее давление ледяной воды (0, 30±0, 05) МПа.

Температуры ледяной воды 2-3єC.

Температура пастеризации (95±2)єC.

Время нагрева молока от 5-10єC до температуры пастеризации, не более 70мин.

Время выдержки при пастеризации молока 60 мин.

Время охлаждения молока от температуры пастеризации (95±2)єC до температуры (35±2)єC, не более 120 мин.

Температура сквашивания молока по инструкции предприятий молочной промышленности 18-42єC.

Роторно-пульсационный аппарат (диспергатор). Марка Я9-ОРП. Характеристики продукции:

Роторно-пульсационный аппарат предназначен для получения жидких многокомпонентных смесей различной вязкости, таких как плавленые сыры, майонез, сгущенные молочные смеси с наполнителями, молочно-белковые десерты и выполнения следующих функций: смешивание сухих компонентов в жидкостях с получением однородных многокомпонентных систем: растворение сухих пищевых компонентов (белок, крахмал, сухие молочные продукты, сахар); диспергирование нерастворимого пищевого сырья (творог, казеин, какао-порошок) с получением стойких нерасслаивающихся дисперсий; эмульгирование животных и растительных жиров с получением стойких эмульсий.

Область применения - предприятия пищевой промышленности, а также другие отрасли народного хозяйства, где обрабатываются гетерогенные системы с жидкой сплошной средой.

Основные параметры и размеры.

Производительность не воде, л/ч, не менее 30000;

по казеинатам (30% с.в), л/ч, не менее 120;

по майонезу (35% жирности), л/ч, не менее;

по сгущенной (45-48% с.в. ) многокомпонентной, смеси, л/ч,

не менее 3000;

по творожным десертам, ластам, плавленым сырам, кг/ч,

не менее 1000;

Напор по воде, м, не менее 46;

Частота вращения ротора, с^-1 (об/мин.) 50(3000).

.3 Расчет предлагаемого оборудования

Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки

Продукт - молоко. Производительность ВУ S=0,028кг/ч. Концентрация сухих веществ поступающего молока В₀=15%, конечная концентрация В_к=40%.

.3.1 Тепловой расчет

.1 Находим расход выпаренной влаги:

.2 Распределяем количество выпаренной воды по корпусам. Для двухкорпусной ВУ принимаем соотношения:

₁:W₂=1:1, 17

Получаем для первого корпуса:

₁=кг/ч

Для второго корпуса:

кг/ч

кг/ч.

.3 Определяем концентрации продукта в корпусах

.4 Температура греющего пара Т₁=90єC, давление Р_Н=71кПА. Давление в бароконденсаторе (10% от Р_Н)

 Па.

Т_К=39, 25єC (из таблицы насыщенного пара).

Температура вторичного пара во втором корпусе:

₂=T_K=1=40, 25єC

Р₂=7, 45·10³Па.

Средний перепад давления в одном корпусе:

ДpПа.

Давление вторичного пара в первом корпусе:

Па.

₁=75,5єC.

1.5 Определение температурных потерь

.5.1 Температурные потери от физико-химической депрессии зависят от концентрации раствора в корпусах и могут быть рассчитаны по формуле:

єC

єC

.5.2 Температурные потери от гидростатической депрессии можно принять равными 1, 5єC на каждый корпус. Тогда по двум корпусам температурные потери составят:

єC.

.5.3 Температурные потери от гидравлической депрессии можно принять равными 1єC. Тогда по двум корпусам температурные потери составят:

єC.

Сумма всех температурных потерь в установке будет равна:

єC

1.6 Определение полезной разности температур в установке и ее распределение по корпусам:

.6.1 Полная разность температур в установке:

єC

.6.2 Полезная разность температур в установке:

єC

.6.3 Тепловые нагрузки по отдельным корпусам:

; ,

где D₁ и D₂ - расходы греющего пара в корпусах, для предварительных расчетов можно принять: D₁=W₁=0,008кг/с; D₂=W₁=0,008кг/с;₁ и r₂ - теплота конденсации греющего пара по корпусам, определяем из таблицы насыщенного пара по давлению в корпусах:₁=2319, 05·10³Дж/кг=2319050Дж/кг;₂=2403, 12кДж/кг=2403120Дж/кг

Тогда Q₁=0,008·2319050=18553Дж/кг;₂=0,008·2403120=19255Дж/кг.

.6.4 Распределение полезной разности температур по корпусам при равенстве поверхностей нагрева:

; ,

где к₁ и к₂ - коэффициенты теплопередачи в корпусах. При вычислении полезной разности температур по формулам нет необходимости знать численные значения коэффициентов теплопередачи, а можно пользоваться лишь их соотношениями. Для предварительного расчета это соотношение ориентировочно можно принять:

к₁ : к₂=1 : 0,26

єC

єC.

.6.5 Расчет температурного режима выпарной установки

Для определения температурного режима установки вычисляются температуры кипения раствора, вторичного и греющего пара, єC:

Таблица 3.3 Температурный режим установки

.7 Расчет коэффициентов теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи определяется по уравнению:

, Вт/(м²·єC),

где л₁ - коэффициент теплопередачи от пара к стенке, Вт/(м²·єC);_СТ - термическое сопротивление загрязненной стенки, Вт/(м²·єC).

,

где ,  - толщина соответственно металлической стенки трубы и слоя загрязнения, м., =4мм=4·10^-3м; принимаем равной 1мм=10^-3м; ,  - теплопроводность соответственно металлической стенки и слоя загрязнения, Вт/(м² ·єC):

=46,52 Вт/(м² · єC) (сталь);

=1,314 Вт/(м² · єC) .

 - коэффициент теплопередачи от стенки к кипящему раствору, Вт/м² · єC.

.7.1 Для аппаратов с естественной циркуляцией коэффициент теплопередачи л₁ определяется по критериальному уравнению для конденсации пара на вертикальной стенке:

Для случая конденсации водяного насыщенного пара на вертикальных трубах, это уравнение приводится к виду:

,

где g - плотность теплового потока, Вт/м²; l - длина кипятильной трубы, м; А₁ - расчетный коэффициент, определяемый по температуре греющего пара. Для I корпуса: Т₁ = 90єC, значит  Для II корпуса: Т₂ = 79єC, значит

.7.2 Коэффициент теплопередачи л₂ определяется по критериальному уравнению Кичигина и Тобилевича, которое после преобразования имеет вид:

,

где  - расчетный коэффициент, зависящий от температуры кипения и концентрации раствора. Для I корпуса: в₁=21%; t₁ = 81,6єC, значит

Для II корпуса: в₂=40%; t₂=45, 16єC, значит

Рассчитаем коэффициенты теплопередачи:

Определяем температурный напор (полезная разность температур):

По известной величине полезной разности температур для данного корпуса и найденного значения теплового потока, определяем коэффициент теплопередачи:

.7.3 Проверка принятого соотношения коэффициентов теплопередачи:

к₁ : к₂= 1 : 0,26

.8 Определение расхода греющего пара

Таблица 3.4 Параметры теплоносителей по корпусам

Расход греющего пара в первом корпусе определяется по формуле:

_i=D_p(1+U)кг/с,

Где с - удельная теплоемкость раствора (с=3584Дж/кг·єC),

_Св - теплоемкость воды (с_в=4187Дж/кг·єC),и y - коэффициенты, U - коэффициент инжекции, принимаем U=0,6.

=2-в₂

y = 2в₁+ в₂,

где в₁ и в₂ - коэффициенты самоиспарения, Дж/кг·єC.

,

Где t₀ - температура поступающего раствора, t₀ = 62єC.

.9 Уточнение расчета выпаренной воды по корпусам:

,

Где б₁ и б₂ - коэффициенты испарения:

.10 Определение поверхностей нагрева корпусов

, ,

Где Q₁ и Q₂ - тепловые нагрузки корпусов

.11 Расчет тепловой изоляции

Толщина изоляционного слоя определяется из уравнения:

,

Где л_ИЗ - теплопроводность изоляционного материала.

л_ИЗ=0, 1Вт/(м²·єC) - севелит;

к_П - коэффициент теплопередачи в окружающую среду:

,

Где  - теплоотдача от поверхности изоляции к окружающему воздуху,

=9, 3+0, 058 =9, 3+0, 058·40=11, 62Вт/м²·єC;

=40єC - температура окружающего воздуха;

 - температура среды в аппарате.

Для I корпуса:

Для II корпуса:

.3.2 Конструктивный расчет аппарата

.1 Греющая камера.

Число труб греющей камеры определяется из уравнения:

,

Где l - длина кипятильных труб (l = 3, 5м),_p - расчетный диаметр кипятильной трубы:

т.к.

 - внутренний диаметр трубы, м

В I корпусе:

Принимаем =9

Уточняем l₁

Диаметр циркуляционной среды определяется по формуле:

Сечение циркуляционной трубы =35%.

.

Диаметр греющей камеры определяется из уравнения:

,

Где t - расстояние между центрами соседних труб,=1, 4· =1, 4·0, 057=0, 08м;- число труб по большей диагонали (b=3)._K=0, 08(3-1) +4·0, 057=0, 39м.

Диаметр корпуса аппарата определяется по формуле:

=1, 12 D_K=1, 12·0, 39=0, 44м.

.2 Определение объема парового пространства:

,

Где .- количество выпаренной воды в аппарате, =0,0126кг/с=45,6кг/ч.- допустимое напряжение парового пространства:

,

Где  - предельное напряжение при атмосферном давлении =1000кг/м³·ч;

 - коэффициент, зависящий от давления вторичного пара (=0, 87);

 - коэффициент, зависящий от уровня H_W раствора над точкой ввода парожидкостной смеси в паровое пространство (=0, 27)= 0, 87·0, 27·1000=234, 9кг/м³·ч.

Высота парового пространства определяется по формуле:

,

где

.3 Определение диаметров патрубков.

,

Где  - расход, кг/с;

 - плотность, кг/м³;

 - скорость, м/с.

. Для подвода и отвода раствора:

. Для отвода конденсата:

. Для паровых патрубков:

.3.3 Компоновка оборудования

Определим площадь основных аппаратов:

Заквасочник: 1363ммЧ1013мм=1380789мм².

Диспергатор: 1595ммЧ554мм=883630мм².

АЛУР-1500см: 1200ммЧ1000мм=1200000мм².

Умножаем на коэффициент 0,6:

Ч0,6+883630Ч0,6+1200000Ч0,6=828473,4+30178+720000=2078651,4мм².

Значит, для установки оборудования в цеху необходимо 2078651,4мм² свободного места [24, 38].

3.4 Снабжение предприятия

Функционирование любого предприятия невозможно без тепло-, электро-, хладо-, водоснабжения. В зависимости от вида выпускаемой продукции, ее ассортимента, количества и ряда других причин, предприятие потребляет то или иное количество нужных в производстве ресурсов.

.4.1 Теплоснабжение предприятия

Теплоснабжение ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” осуществляется собственной промышленной котельной, которая находится на территории предприятия. Пар от котельной используется на технологические и хозяйственно-бытовые нужды.

В системах теплоснабжения применяется только насыщенный пар, так как перегретый пар сразу теряет свой перегрев при соприкосновении с относительно холодными поверхностями нагревательных приборов.

В ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” используется паровой котел ДКВР-10-13-250 (двухбарабанный, водотрубный, реконструированный). Первое число после названия означает производительность, второе число - допустимое избыточное давление пара, третье - температура перегретого пара при наличии пароперегревателя. ДКВР-10-13-250 - устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сгорания в ней топлива и предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства. Котлы этого типа предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара с температурой до 440⁰С. Производительность от 2,5 до 20 т/час. Давление 13, 23, 39 атм. в зависимости от типоразмеров котла.

Котел ДКВР имеет верхний длинный и нижний короткий барабаны. Барабаны соединены между собой конвективными трубами. Топка экстрагирована радиационными трубами, которые образуют экраны с коллекторами. Топочная камера, для исключения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потерь с химическим недожогом разделяется перегородкой на топку и камеру догорания. Внутри конвективного пучка устанавливаются чугунные перегородки, разделяющие конвективный пучок на первый и второй газоотходы. На котле устанавливается необходимая запорная и другая арматура, гарнитура, КИП, система автоматики, регулирования и безопасности.

На котлах устанавливаются вторые газомазутные горелки типа "ГМГ". Таким образом, котел может гореть на жидком, твердом и газообразном топливе. На предприятии топливом для котельной является природный газ.

Себестоимость пара: 1 Гигокал.пара = 263,33руб.

Норма расхода пара на 1т продукции: 36тыс ккал/т.

.4.2 Электроснабжение предприятия

Поставщиками электроэнергии на предприятии является Энгельсские городские электросети, с которыми у ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” заключен договор на поставку энергии.

Себестоимость 1 кВт/час на предприятии составляет 1,86 руб. По высоковольтным проводам проходит ток, с напряжением 6000-10000 В. Предприятию необходим ток с напряжением 380 В на производственные нужды и 220 В на бытовые нужды. С целью преобразования переменного тока одного напряжения той же частоты, на предприятии установлены трансформаторные подстанции, оборудованные трансформаторами. На территории имеется две трансформаторные подстанции.

Трансформаторные подстанции обеспечивают электроэнергией, в зависимости от силы тока и напряжения, электрооборудование предприятия. Суммарная мощность трансформаторов равна 1790 кВт.

Электроэнергия на ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” необходима как для бытовых (освещение помещения, работа электроприборов и т.д.), так и для производственных (приведение в движение двигателей оборудования) нужд.

Для распределения электроэнергии по токоприемникам служат распределительные силовые и групповые осветительные щиты, которые установлены в специальном помещении - электрощитовой.

Внутренняя электропроводка (провода и кабели, предназначенные для распределения электроэнергии внутри здания, а так же относящиеся к ним детали крепления, защитные устройства), в зависимости от места расположения выполняется открытым и закрытым способом. При открытой электропроводке провода и кабели прокладывают на поверхности строительных конструкций. При скрытой - внутри стен, перекрытий, в трубах, внутри пола. Соединения и ответвления проводов, проложенных в трубах, или скрыто, выполняют в разветвительных коробах.

Для защиты персонала от поражения током все металлические части электроустановок. Которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, заземляют путем присоединения к нулевому проводу электросети.

.4.3 Водоснабжение и канализация

Водоснабжение ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” осуществляется ГУП Водоканал, с которым у предприятия заключен договор. На территории есть две подземные и две водонасосные емкости. Объем первой емкости 180 м³, второй - 400 м³. Подача воды происходит напрямую, если давление в системе составляет 2,5 - 3 атм. Если воды нет в городской системе, то с помощью насосов используют, воду подземных емкостей. Подача воды по горводопроводу контролируется водным счетчиком.

Водоснабжение предприятия обеспечивает водой производственные, противопожарные, хозяйственно-бытовые и питьевые нужды.

Вода употребляется как в холодном, так и горячем виде, на разных стадиях производства. Себестоимость 1 м³ воды - 28,42 руб.

Система канализаций обеспечивает сброс и быстрое удаление сточных вод за пределы “Маслосырбазы”, санитарно-гигиенические условия труда, эффективную очистку и дезинфекцию сточных вод, что предотвращает загрязнение водоемов нечистотами.

Система внутренней канализации предназначена для сбора и отвода сточных вод за пределы предприятия. Внутренняя канализациия - сеть горизонтальных и вертикальных канализационных трубопроводов с подсоединенными к ним санитарными приборами, производственными приемниками сточных вод.

В системе внутренней канализации можно выделить следующие отделения: бытовая - для сбора и отвода из помещений и зданий сточных вод, не содержащих жировые отходы; производственная - для условно чистых (незагрязненных) вод; дождевая - для отвода атмосферных осадков с крыш.

Внутренняя канализация начинается от водоприемника и кончается смотровым колодцем, расположенным вне здания на расстоянии 3-10 м от наружных стен. Из смотровых колодцев сточные воды попадают в дворовую сеть, а далее в городскую канализацию.

Система наружной канализации - это комплекс сооружений, в состав которых входит дворовая сеть подземных канализационных трубопроводов с колодцами. Наружная канализация начинается от смотровых колодцев, к которым подключается внутренняя система канализации, а кончается местом сброса сточных вод в городскую канализацию.

В производственных помещениях предусмотрены:

смывные краны с подводкой холодной и горячей воды, установкой смесителей из расчета 1 кран на 500м²

- раковины для мытья рук с подводкой холодной и горячей воды со смесителем, снабженные мылом, щеткой, дезинфицирующим раствором (0,02%-ным раствором хлорной извести), полотенцами разового пользования.

.4.4 Система вентиляции

Для обеспечения чистоты воздуха в помещениях предприятий и поддержания его температуры и влажности на необходимом уровне предусматривают комплекс технологических мероприятий и вентиляционные устройства.

По способу действия вентиляционные системы делятся на общеобменные и местные. В первом случае помещения вентилируют путем разбавления выделяющихся в них вредных веществ, избытков тепла и влаги, поступающим в помещение свежим воздухом до пределов не выше допустимого. Примером устройства местной вытяжной вентиляции является вытяжной шкаф, примером местной приточной вентиляции является воздушное душирование.

При организации подачи и извлечения воздуха в помещениях ООО “Маслосырбазы “Энгельсской” различают приточную, вытяжную вентиляцию. При вытяжной воздух организованно только удаляется из помещений. Вследствие этого в нем понижается давление через открытые проемы окон и дверей.

Вентиляция производственных помещений предназначена: для поддержания оптимального температурно-влажностного режима и химического состава воздуха в соответствии с установленными нормами; обеспечения необходимого воздухообмена на единицу живого веса человека в различные периоды года; предупреждения конденсации паров на внутренней поверхности; равномерного распределения и циркуляции воздуха внутри помещения; создания нормальных условий для работы обслуживающего персонала.

3.4.5 Отопительная система

Система отопления - инженерные сооружения, предназначенные для поддержания в холодное время года комфортных постоянных температур внутри помещения независимо от температуры наружного воздуха. В производственных помещениях используется паровое, водяное и воздушное отопления.

Любая система отопления включает следующие основные элементы: генератор тепловой энергии; нагревательные приборы; трубопроводы, соединяющие генератор нагревательными приборами.

Среда, переносящая теплоту от генератора в нагревательным приборам, называется теплоносителем. В качестве теплоносителей в системах отопления используют пар, воду и воздух.

На ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” используют паровое и водяное отопление, которое более безопасно в пожарном отношении.

Наибольшая температура теплоносителя в отопительных приборах в соответствии с санитарными и противопожарными нормами принимается следующей: для водяной системы при наличии в воздухе органической пыли не более 95⁰С, а для паровой не более 110⁰С. Наиболее приемлемой с санитарно-гигиенической точки зрения является водяная система отопления с нагревом теплоносителя не выше 95⁰С.

Продолжительность отопительного сезона на ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” совпадает с отопительным сезоном на других предприятиях города, приблизительно с 15 октября до 15 апреля.

.4.6. Хладоснабжение предприятия

На территории ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” находится шесть холодильных камер: по одной для плавцеха, маслоцеха и кондитерского цеха и три для цеха дозревания сыров. Холодильные камеры рассчитаны на хранение от 60 до 360 т продукции. Температура также варьируется: в цехе дозревания сыров она составляет строго 11єC, а в плавцехе - около 4єC.

Для получения холода используется аммиачно-холодильная машина "АМ-220-2". АМ - холодильная машина, работающая на аммиаке. 220 - холодопроизводительность компрессора, входящего в состав машины (тыс. ккал/ч в стандартном режиме). 2 - рабочий диапазон температуры кипения от -30⁰С до -15⁰С.

Аммиачно-холодильная установка предназначена для создания искусственного холода. Холодильные машины типа АМ предназначены для работы в составе стационарных аммиачных автоматизированных холодильных установок с рассольным охлаждением. Допускается эксплуатация машин в пределах диапазона рабочих температур кипения (рассола), а так же при температуре нагнетания не выше 150⁰С. Машина представляет собой комплекс, состоящий из холодильного оборудования, смонтированного в едином агрегате и устанавливаемым отдельно от электропусковой аппаратуры, а так же блока управления.

В данном разделе рассматривались такие необходимые для производства системы, как водоснабжение, теплоснабжение, электроэнергия, системы канализации и вентиляции. Обеспечение бесперебойной работы этих систем, а также создание благоприятных условий для работников является важной задачей главного инженера и энергетика предприятия.

.5 Автоматизация производства

Автоматизация производства - одно из главных направлений технического прогресса. В связи с развитием автоматики появилась возможность освободить человека от непосредственного участия в производственном процессе. При автоматизации машины уже не только заменяют физический труд человека, но и выполняют функции управления производством. При этом процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации производятся автоматически.

Важнейшей предпосылкой автоматизации химико-технологического и биотехнологического производств является совершенствование организации технологических процессов, том числе неразрывность технологической цепи в пределах автоматизируемого участка, наиболее целесообразное расположение оборудования и т.д. Кроме того, оборудование должно быть рациональным по конструкции, надежным в эксплуатации, а также обладать благоприятными статическими и динамическими характеристиками для осуществления процессов регулирования [18, 28].

В данном проекте решается задача автоматизации технологического процесса изготовления вареного сгущенного молока. Для этого определяется состав средств автоматизации, которые наносятся на функциональную схему; приводится описание функциональной схемы автоматизации технологического процесса изготовления вареного сгущенного молока.

.5.1 Выбор методов и средств автоматизации

В рассматриваемом процессе изготовления сгущенного вареного молока необходимо автоматизировать следующие операции:

-  включение и выключение моторов насосов и мешалок;

-  дозирование компонентов по массе;

-       регулирование температуры в танке для приготовления сгущенного молока;

-       определение верхнего и нижнего уровня в танке для приготовления сгущенного молока;

-       внесение в бак заданного количества ферментов;

-       обеспечение заданных временных интервалов технологического процесса.

3.5.2 Описание функциональной схемы автоматизации, ее состава и принципа действия

Процесс изготовления сгущенного молока - циклический. Каждый цикл определяется временем изготовления заданного объема сгущенного молока. Новый цикл начинается оператором нажатием кнопки 1-1, при этом включается подача через расходомер воды в емкость для приготовления сгущенного молока II. Система автоматической подачи воды включает в себя первичный преобразователь расхода 3-1, регулятор - переключатель с вторичным преобразователем и интегрированием расхода 3-2, преобразователь электрического сигнала в пневматический 3-3 и пневмомотор 3-4 , управляющий краном подачи воды. Уровень заполнения резервуара дополнительно контролируется с помощью первичных измерительных преобразователей уровня (металлических стержней) пустого и полного. Оба этих преобразователя обозначены номером 7-1, электрический сигнал которого подается в регулятор уровня с индикацией 7-2. Как только количество поданного объема воды станет равным заданному значению, включается система автоматического регулирования температуры, включающей в себя первичный преобразователь 4-1, регулятор со вторичным преобразователем 4-2, преобразователь электрического сигнала в пневматический 4-3 и пневмомотор 4-4, управляющий подачей горячей воды.

На весах I происходит дозирование по массе сахара и сухого молока. САР системы массы в весах работает следующим образом. Текущее значение массы измеряется первичным преобразователем 2-1, электрический сигнал которого подается в регулятор массы с индикацией 2-2. В нем этот сигнал проходит через вторичный преобразователь и сравнивается заданным значением массы компонента. На основании сигнала рассогласования вырабатывается электрический сигнал управления, который после преобразования в пневматический сигнал в блоке 2-3 управляет пневмомотором 2-4 открытия крана, через который сахар попадает на весы. При равенстве значений текущего и заданного сигнала, сигнал из регулятора 2-2 преобразуясь в блоке 2-7, управляет открытием крана с пневмомотором 2-8, через который сахар поступает в бак II, также сигнал поступает в блок 2-9 программного управления. Блок 2-9 изменяет заданное значение массы в регуляторе 2-2, по сигналу которого начинается процесс взвешивания сухого молока. Далее молоко поступает через кран с пневмодвигателем 2-8 в емкость для приготовления сгущенного молока.

Параллельно протекает процесс подготовки масла. Система автоматической подачи масла включает в себя первичный преобразователь расхода 5-1, регулятор - переключатель с вторичным преобразователем и интегрированием расхода 5-2, преобразователь электрического сигнала в пневматический 5-3 и пневмомотор 5-4 , управляющий краном подачи масла. Также сигнал с регулятора 5-2 поступает через магнитные пускатели 5-5 и 5-7, включая моторы насоса - диспергатора III и диспергатора IV. Далее масло поступает в чан приготовления сгущенного молока. Также через насос-диспергатор подается заданное количество стабилизатора. Система автоматической подачи стабилизатора включает в себя первичный преобразователь расхода 6-1, регулятор - переключатель с вторичным преобразователем и интегрированием расхода 6-2, преобразователь электрического сигнала в пневматический 6-3 и пневмомотор 6-4, управляющий краном подачи стабилизатора. Перемешивание смеси осуществляется с помощью барбатажа. Для проведения этого процесса подается заданное количество воздуха. Система автоматической подачи воздуха включает в себя первичный преобразователь расхода 8-1, регулятор - переключатель с вторичным преобразователем и интегрированием расхода 8-2, преобразователь электрического сигнала в пневматический 8-3 и пневмомотор 8-4, управляющий краном подачи воздуха.

Блок 4-5 программного управления изменяет температурный режим и время в блоке 4-2, по сигналу которого начинается процесс пастеризации. После завершения процесса пастеризации при температуре пастеризации начинается процесс сгущения молока. С помощью датчика влажности 9-1 и блока 9-2 происходит индикация текущей влаги в продукте. Блок 4-5 программного управления изменяет температурный режим в блоке 4-2, сигнал которого, преобразуясь в пневмонический в блоке 4-2, открывает кран подачи холодной воды 4-4. Происходит охлаждение продукта до температуры ферментативной активности в-галактозидазы. Система автоматической подачи фермента включает в себя первичный преобразователь расхода 10-1, регулятор - переключатель с вторичным преобразователем и интегрированием расхода 10-2, преобразователь электрического сигнала в пневматический 10-3 и пневмомотор 10-4 , управляющий краном подачи фермента. С помощью датчика кислотности 11-1 и блока 11-2 происходит индикация текущей кислотности. Блок 4-5 программного управления изменяет температурный режим и время в блоке 4-2, по сигналу которого начинается процесс гидролиза в течение 3-х часов при постоянной температуре. По истечении времени гидролиза блок 4-5 программного управления изменяет температурный режим и время в блоке 4-2, начинается процесс варки при температуре 95⁰С. После продукт охлаждают и фасуют.

Кнопки 5-7, 5-10 являются дублирующими включением моторов насосов на случай отказа работы автоматики. Лампочки HL1 HL3 HL4- HL6, сигнализируют о нормальной работе моторов насосов, HL2 - изменение температурных и временных режимов, HL5 - сигнализирует о достижении заданного значения кислотности.

Таким образом, функциональная схема автоматизации технологического процесса изготовления сгущенного молока включает следующие элементы автоматизации:

- автоматический регулятор температуры в емкости для приготовления сгущенного молока; уровня среды в емкости для приготовления сгущенного молока; подачи заданного количества масла, стабилизатора, воды, воздуха, фермента; схемы включения насосов и мешалок;

индикацию режимов работы и регулируемых параметров;

- дозирование компонентов по массе;

дублирование автоматического управления всеми процессами ручным управлением.

Раздел 4. Экономика

В настоящее время в России существует огромное количество предприятий по переработке молока и молочных продуктов. Жесткая конкурентная борьба, пересыщенность рынка молочными продуктами требует от руководителей предприятий не только поддерживать производство на высоком уровне, но и стремиться к улучшению качества продукции, расширению ассортимента выпускаемой продукции, завоеванию новых рынков сбыта.

В условиях современных рыночных отношений важным для предприятий молочной промышленности является не только производство традиционных качественных продуктов, но и создание новых продуктов с улучшенными свойствами, которые благоприятно воздействуют на организм человека. Это продукты с низким содержанием жира, отсутствием холестерина, содержащие различные биологические добавки, в том числе ферменты, обогащенные витаминами, микроэлементами и т.д.

Также при выпуске высококачественной и конкурентоспособной продукции большое значение имеет внешний вид продукта, его упаковка, органолептические показатели и срок хранения продукта. Стабильность продукта в течение всего срока хранения является одной из наиболее сложных задач, ее решения можно достичь с помощью новых технологий и грамотно подобранных стабилизирующих агентов. В конкретном случае при производстве вареного сгущенного молока одним из пороков при хранении является кристаллизация сахара. С ним успешно справляются при помощи введения фермента в-галактозидаза [8, 11].

В дипломном проекте предлагаем новую технологическую линию по производству вареного сгущенного молока с пониженным содержанием лактозы за счет ферментативного гидролиза иммобилизованной в-галактозидазой. Для выявления экономической устойчивости будущего производства необходимо рассчитать экономическую эффективность.

Для производства вареного сгущенного молока “Семь гномов” необходимо следующее технологическое оборудование, рассмотренное для базового и проектируемого вариантов. Стоимость оборудования технологической линии производства сгущенки для базового варианта представлена в таблице 4.1. Для проектного варианта необходимо ввести дополнительное оборудование (таблица 4.2). Разница в изменении стоимости составляет 540 000 руб.

Таблица 4.1 Перечень технологического оборудования линии по производству вареного сгущенного молока “Семь гномов”

Таблица 4.2 Перечень технологического оборудования линии по производству вареного сгущенного молока “Семь гномов” с иммобилизованной в-галактозидазой

Рассчитаем технологическую трудоемкость производства в ООО “Маслосырбаза “Энгельсская”:

Т = (К Ч Ч) / Q,

Где К - продолжительность смены, ч

Ч - численность рабочих, чел.- объем производства продукции в смену, т

Т = (8 Ч 15) / 1 = 120 чел/час

Технологическая трудоемкость производства для базового и проектируемого варианта одинакова.

Произведем расчет себестоимости продукции:

. Стоимость сырья и основных материалов, С₀:

С₀ = С₁ • К₁ + С₂ • К₂ + С₃ • К₃ … ,

Где С₁ - стоимость сырья

К - нормы расхода сырья на 1 т продукции

С₁ - стоимость сахара;

С₂ - стоимость сухого обезжиренного молока

С₃ - стоимость масла сливочного

С₄ - стоимость фермента

С = (14,91•440) + (58,38•210) + (54,76•81) + (1 116•0,2) = 23 487руб.

С= (14,91•440) + (58,38•210) + (54,76•81) + (1 116•0,01) = 23 266руб.

Стоимость проектируемого варианта в связи с введением в рецептуру иммобилизованного фермента ниже, чем базового.

. Рассчитаем стоимость вспомогательных материалов, С_В (принимается за 10% от стоимости сырья и основных материальных затрат):

С = 0,1•23 487 = 2348,7руб.

С = 0,1•23 266 = 2326,6руб.

Стоимость вспомогательных материалов в проектируемом варианте ниже базовых, так как себестоимость проектируемого варианта ниже.

. Рассчитаем стоимость энергоносителей, С_Э:

Свет W = 1,86 руб./кВт - расход 9 кВт = 16,74 руб.

Вода = 28,42 руб./м³ - расход 3,2 м³ = 90,94 руб.

Пар = 263,33 руб./Гкал - расход 36 тыс. кал = 9,48 руб.

С = 16,74 + 90,94 + 9,48 = 117,6 руб.

Стоимость энергоносителей в проектируемом и базовом вариантах одинаковая, так как они производятся на одной технологической линии и никаких энергетических затрат, кроме базовых, нет.

. Рассчитаем заработную плату, Р₃:

Заработная плата вычисляется по формуле:

Р₃ = 1,356 • К₁ • К₂ • Р_Ц

К₁ - коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату (1,07 - 1,09)

К₂ - коэффициент, учитывающий доплаты (1,2 - 1,25)

Р_Ц - расценка за 1 т продукта, рассчитывается по формуле:

Р_Ц = Т_ЧАС • Т,

где Т_ЧАС - часовая тарифная ставка, руб./час

Т - технологическая трудоемкость, чел/час

Р = 16,1•120 = 1932 руб.

Р = 1,356•1,08•1,24•1932 = 3508,4 руб.

В заработной плате в базовом и проектируемом вариантах отличий нет, так как на предприятии расценка за 1 т продукции у всех цеха плавленых сыров одинаковая.

. Рассчитаем амортизационные отчисления, Р_А

Р_А = (З_об. • Н_об.) + (З₃ • Н₃) / 100 • Q_г,

Где Н_об и Н₃ - нормы амортизационных отчислений оборудования и зданий (9,2% и 2,6% соответственно);_г - годовой объем производства продукции, т/год;

З_об - прейскурантная стоимость оборудования, руб.;

З₃ - стоимость зданий и сооружений, руб.

. Рассчитаем содержание и текущий ремонт оборудования и зданий, Р_Т (для оборудования - 10%, для зданий - 5%):

Р_Т = (З_об. • 10%_.) + (З₃ • 5%) / Q_г • 100 %

Р =  =

Р =  =

. Рассчитаем себестоимость 1 т продукции, С:

С₁ = С₀ + С_В + С_Э + Р₃ + Р_А + Р_Т + П,

Где П - прочие расходы, руб. (инструменты, транспортные расходы)

С = 23 487 + 2348,7 + 117,6 + 3508,4 + 1442 + 2715,4 + 1230 = 34 849руб.

С = 23 266 + 2326,6 + 117,6 + 3508,6 + 1580,6 + 2865,5 + 1230 = 34 894,7руб.

849руб. - 1000кг (3334 банки по 300г)

С:1 банка = 10,45руб.

894руб. - 1000кг

С: 1 банка = 10,47руб.

Себестоимость проектируемого варианта незначительно отличается от базового.

. Рассчитаем уровень рентабельности производства, У_Р:

У_Р = ( Ц - С ) • 100% / С,

Где Ц - оптовая цена единицы продукции, руб.

С - себестоимость продукции, руб.

У =  = 20%

У =  = 19,8%

Уровень рентабельности предприятия при производстве базового и проектируемого вариантов вареного сгущенного молока примерно одинаков и достаточно высок.

. Рассчитаем выручку (с учетом инфляции), R:

= V_пр • Р,

Где R - выручка предприятия за 1 месяц, руб.

Р - стоимость 1 т продукции, руб._пр - объем продукции за 1 мес. = 30 • 34 849 = 1 045 470руб. = 30 • 34 897, 4 = 1 046 922руб.

Найдем 9% от выручки предприятия:

Б = 1 045 470 • 9% = 94 092,3руб.

П = 1 046 922 • 9% = 94 222,98руб.

Рассчитаем инфляцию:

= R - 9%

 = 1 045 470 - 94 092, 3 = 951 377руб. = 1 046 922 - 94 222, 98 = 952 699руб.

. Рассчитаем срок окупаемости проектируемого варианта:

Срок окупаемости=капитальные вложения/прибыль за год:

Срок окупаемости==0,856г=10мес.

Полученные расчеты сведем в таблицу.

Таблица 4.3 Экономические показатели производства 1 т вареного сгущенного молока “Семь гномов” на ООО “Маслосырбаза “Энгельсская”

На основании полученных данных можно прийти к заключению.

Новый продукт - сгущенное вареное молоко “Семь гномов” с иммобилизованным ферментом в-галаткозидаза имеет достаточно высокий показатель уровня рентабельности. Так как это продукт с пониженным содержанием лактозы, его употребление полезно в виде диетического питания людям с лактазной недостаточностью. Можно предположить, что спрос на этот продукт будет увеличиваться.

Раздел 6. Экология

.1 Общая экологическая характеристика предприятия

ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” является предприятием по производству молочных продуктов. Предприятие находится на расстоянии около 1000м от жилого массива. В 100м от предприятия проходит железнодорожное полотно.

Согласно нормам для малых предприятий, для предприятия в постоянное пользование отведена территория:

- общая площадь предприятия - 3384м;

площадь под зданиями и сооружениями - 3384м;

дороги, площадки - 5512м;

территории, не несущие интенсивных производственных нагрузок - 10889м;

резервные территории - 743м(для временного размещения материалов, нового оборудования для работ по текущему уходу и замены оборудования).

По периметру предприятия, а также на участках, свободных от застроек и проезда, посажены деревья и разнообразные травы.

.2 Характеристика источников выброса в атмосферу

На территории ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” расположены производственный корпус, компрессорная, механический участок, склады, цех зарядки кар, административный корпус, автомобильный парк, теплопункт, которые влияют на атмосферу выбросами загрязняющих веществ. Источники загрязнения атмосферного воздуха и загрязняющие вещества представлены в таблице 6.1.

Работа всех служб по обслуживанию механического процесса происходит после инспекции организациями технадзора. Выброс загрязняющих веществ в атмосферу не превышает ПДК. Достаточное обеспечение рассеивания выбросов не оказывает влияния на изменение окружающей среды и на здоровье рабочих на территории предприятия [27]

Таблица 6.1 Источники загрязнения атмосферного воздуха

.3 Характеристика технологической воды

Водопотребление и водоотделение на предприятии ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” осуществляется по договору с МУП “Энгелсський Водоканал”. Водоснабжение обеспечивает водой производственные, противопожарные, хозяйственно-бытовые и питьевые нужды. Общий объем водопотребления составляет 53,2м.

Водопроводный ввод находится в изолированном закрывающемся помещении и содержится в надлежащем техническом и санитарном состоянии, имеет манометры, краны для отбора проб воды; обратные клапаны, не допускающие противотока воды; трапы для стока.

Вода, используемая для бытовых и технологических нужд, связанных с производством продукции (в том числе приготовление моющих и дезинфицирующих растворов, мойка и ополаскивание оборудования, трубопроводов, фляг и бутылок, приготовление технологического пара), соответствует требованиям действующего ГОСТа “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль над качеством”.

К сточным водам на предприятии относят воды, выходящие из теплообменника-пастеризатора, конденсатора холодильной установки, а также воды, использованные для мытья помещений, оборудования и т. п. В сточных водах содержатся некоторое количество азотистых веществ, обнаруживаются следы антисептиков, часто на основе хлора. Общий объем сточных вод составляет 60м/сут. В качестве очистных сооружений на предприятии используется отстойник. Время прохождения сточной воды через отстойник - жироуловитель составляет 2-3ч. Общий объем отстойника - 15,4м, объем воды в нем - 13м. После прохождения цикла очистки из отстойника стоки сбрасываются в городскую канализацию.

Таблица 6.2 Характеристика сточных вод

Категория сточных вод - нетоксичная. На предприятии отсутствует сбор и отвод ливневых сточных вод.

.4. Характеристика твердых отходов

На предприятии ООО “Маслосырбаза “Энгельсская” организовано место для складирования и утилизации производственных отходов: упаковка, бумага, остатки тары и др. Предприятие имеет договор с УЖКХ на вывоз и утилизацию отходов.

Твердые отходы при ремонтно-строительных работах вывозятся на санкционированную свалку.

отходы полимерных материалов (тара из-под сырья);

отходы бумаги и картона (тара из-под сырья);

зола (при копчении сыров);

лом и отходы черных металлов;

лампы люминесцентные отработанные;

отходы спецодежды и обуви;

мусор производственный и бытовой.

Таблица 6.3 Характеристика твердых отходов

.5 Характеристика экологической безопасности сырья и продукции

Сырье и вспомогательные материалы, используемые в производстве должны соответствовать требованиям следующей документации:

молоко сухое обезжиренное по ГОСТ 1-0970-87;

молоко коровье обезжиренное, полученное путем сепарирования молока коровьего, заготовляемого, отвечающего требованиям ГОСТ Р 52054;

масло сливочное по ТУ 9221-135-04610209;

вода питьевая по СанПиН 2.1.4.1074-01;

сахар-песок по ГОСТ 21-94;

ароматизаторы пищевые по ОСТ 10-237-99.

Содержание токсических элементов, афлатоксина, антибиотиков, пестицидов и радионуклидов не должно превышать допускаемых уровней, установленных в СанПиН 2.3.2.1078-01. "Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов".

Таблица 6.4 Экологическая безопасность сырья

В плавцехе для дезинфекции, мойки оборудования, помещения используются следующие моющие и дезинфицирующие средства:

хлорамин Б;

хлорная известь;

порошок стиральный “Лотос”;

каустическая сода;

кальцинированная сода;

азотная кислота;

сульфаминовая кислота.

На основании обработки данных можно сделать вывод.

. Концентрация вредных веществ, полученных в результате технологического процесса производства вареного сгущенного молока, не превышает допустимые нормы.

. Вода, используемая на бытовые и производственные нужды, подвергается бактериологическому анализу. Концентрация химических веществ, встречающихся в природных водах, не превышает нормативы.

. Весь объем сточных вод поступает в центральную канализационную систему с очистными сооружениями. В сточных водах, прошедших очистку, существенно снизилась концентрация вредных веществ.

. Твердые производственные отходы, образующиеся на предприятии ООО “Маслосырбаза “Энгельсская”, в соответствии с договором с УЖКХ вывозятся с территории предприятия в специализированные места.

. Содержание токсичных элементов, антибиотиков, пестицидов и радионуклидов не превышает допускаемых уровней, установленных в СанПиН 2.3.21078-01. "Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов".

Заключение

Целью дипломного проекта являлась разработка технологии иммобилизации в-галактозидазы и исследование эффективности ее действия на молоко и молочные продукты. Путем физической иммобилизации удалось иммобилизовать фермент на таких носителях, как лавсан, асбестовое волокно и древесные опилки. Было получено молоко с низким содержанием лактозы за счет ферментативного гидролиза иммобилизованной в-галактозидазой. В процессе приготовления сгущенного молока соблюдалась технология производства ООО “Маслосырбаза “Энгельсская”. Наиболее удобным для иммобилизации считаем асбестовое волокно, т.к. оно показало хорошие результаты по эффективности снижения лактозы и пролонгированности действия. Полученный продукт имел цвет и консистенция вареного сгущенного молока, приятный вкус. Таким образом, приготовление вареного сгущенного молока из предварительно гидролизованного сухого молока не меняет специфических органолептических свойств продукта.

Для выявления экономической устойчивости будущего производства была рассчитана экономическая эффективность. Себестоимость 1т предлагаемого продукта по сравнению с базовым вариантом увеличилась на 45,7руб., т.е. крайне незначительно. Уровень рентабельности производства нового продукта составляет 19,8%, что является достаточно высоким показателем. Стоимость оборудования увеличивается, а затраты на ферментные препараты уменьшаются за счет многократного использования иммобилизованного фермента.

В ходе выполнения проекта подробно изучены аппаратурное оснащение и технологическая схема производства вареного сгущенного молока “Семь гномов”. В технологическую линию вареного сгущенного молока предлагаем внедрить двухкорпусную вакуум-выпарную установку. Это сократит время сгущения и варки молока.

Научная работа, выполненная в научно-исследовательской лаборатории кафедры биотехнологии, биологической и органической химии, показала достаточно высокую эффективность использования в-галактозидазы в молочных продуктах. Иммобилизация фермента позволяет многократно использовать его для гидролиза молока и создания молочных продуктов с низким содержанием лактозы, что важно для людей с интолерантностью лактозы в организме. изводства ООО иммобилизованной ое волокно и древесные опилки.

Выводы

. Введение нативной в−галактозидазы в концентрации 0,03% сильнее снижает концентрацию лактозы в цельном молоке, чем 0,01%-й раствор фермента. В цельном молоке содержание лактозы снизилось за 3 часа на 24,4; за 6 часов - на 31,4 и за 24 часа - на 32,4%. В сухом молоке снижение составило 22,1; 32,6 и 45,7% соответственно. В сгущенном молоке с сахаром - на 29,2; 31 и 32%, а в вареном сгущенном молоке “Семь гномов” снижение содержания лактозы составило соответственно через 3, 6 и 24 часа 58,8; 65,8 и 70%. Нативная в−галактозидза практически полностью инактивируется в течение суток.

. Внесение в цельное восстановленное и сгущенное молоко в−галактозидазы не изменяет органолептических свойств продукта.

. Из шести носителей, используемых для иммобилизации в−галактозидазы, оптимальными оказались лавсан, асбестовое волокно и древесные опилки, т.к. они удобны в использовании и способны связывать достаточное количество фермента.

. Пороком вареного сгущенного молока является кристаллизация лактозы при охлаждении и фасовке готового продукта. Это ухудшает органолептические свойства и качество сгущенного молока. В тоже время ферментативный гидролиз в−галактозидазой позволяет избежать кристаллизации, т.к. часть лактозы из твердого состояния переходит в раствор.

. Иммобилизованный на лавсане, асбесте и древесных опилках 0,03%-й раствор в−галактозидазы эффективно действовал даже на 3 сутки непрерывного ферментативного гидролиза. При этом концентрация лактозы на этих носителях снизилась на 48,3; 46,4 и 35% соответственно.

. Наибольшую эффективность по разложению лактозы показал 0,03%-й раствор в−галактозидазы, иммобилизованной на асбесте. С использованием этого носителя в нативном молоке концентрация лактозы снизилась через 3 часа на 31,5%, 6 часов - на 34,9%; 24 часа - на 39,3%; а в сухом молоке соответственно на 31,9; 43,6 и 52%. В вареном сгущенном молоке, приготовленном на предварительно гидролизованном 0,03%-й в−галактозидазой сухом молоке, концентрация лактозы снизилась на 61,8%.

. Фермент, иммобилизованный на асбесте, сохранял свою активность в течение 15 суток; на лавсане - 10суток; на древесных опилках - 7 суток.

. Себестоимость 1т сгущенного молока, приготовленного с использованием иммобилизованного фермента, выше базовой, на 45,7руб. Однако при этом срок окупаемости составляет 10 месяцев. В тоже время уровень рентабельности производства сгущенного молока достаточно высок и составляет 19,8%. Выручка предприятия по проектируемому варианту составляет 136 942 руб. в первый год производства и 952 699 руб. в последующие годы.

. Считаем, что для модернизации линии вареного сгущенного молока необходимо установить двухкорпусную вакуум-выпарную установку. Установка не требует специального помещения и размещается на свободной производственной площади плавцеха.

Список литературы

1. Алейникова Т.Л., Рубцова Г.В. Руководство к практическим занятиям по биологической химии - М.: Высшая школа, 1988. - 240с.

2.  Аркадьева З.А., Безбородов А.М., Блохина Т.Н. Промышленная микробиология - М.: Высшая школа , 1989. - 475с.

3. Березин Н.В., Антонов В.К., Мартинек К. Иммобилизованные ферменты. Современное состояние и перспективы. В 2-х томах - Издательство Московского Университета, 1976ю - 296с.

. Блинов В.А. Молоко и молочные продукты - Саратов, 2000. - 124с.

. Блинов В.А., Буршина С.Н. Общая биотехнология: Методические указания к лабораторным работам для студентов 4 курса специальности 070100 “Биотехнология” - Саратов, 2004. - 106с.

. Вайткус В.В. Гомогенизация молока − М.: Пищевая промышленность, 1967. - 200с.

. Варданян А.Г., Лодыгин А.Д. Результаты исследований ферментативного гидролиза лактозы в пермеате подсырной сыворотки// Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Продовольствие» - 2006. - №2. - 356с.

. Василенко Т.И. Молоко, молочные продукты и консервы - Издательство стандартов, 1989. - 457с.

. Вестерби П. Новая технология рекомбинированного сгущенного молока с сахаром// Молочная промышленность - 2000. - №10.

. Ганина В.И., Калинина Л.В., Большакова Е.В. в-галактозидазная активность молочнокислых бактерий и бифидобактерий// Молочная промышленность - 2002. - №3. - с 36-37.

. Гришин М.А., Соколов Ф.С. Производство молочных консервов - Киев: Высшая школа, 1982. - 216с.

. Гамазкова Л.М. Российский рынок сгущенного молока - Москва, 2004. - 52с.

. Грачева И.М., Кривова А.Ю. - Технология ферментных препаратов - Москва, “Элевар”, 2000. - 51с.

. Горбатюк В.И. Процессы и аппараты пищевых производств - М.: Колос, 1999. - 335с.

. Горощенко Л.Г. Российский рынок молочных продуктов// Молочная промышленность - 2007. - №1.

. Добриян Е.И. -Разработка новых продуктов на основе биотехнологии// Молочная промышленность - 2004. - №12. - с 41-42.

. Егоров Н.С., Самуилов В.Д. Биотехнология. Кн.1: Проблемы и перспективы - М.: Высшая школа, 1987. - 159с.

. Егоров Н.С., Самуилов В.Д. Биотехнология. Кн.4: Автоматизация биотехнологических исследований - М.: Высшая школа, 1987. - 159с.

. Егоров Н.С., Самуилов В.Д. Биотехнология. Кн. 8: Иммобилизованные ферменты - М.: Высшая школа, 1987. - 159с.

. Зотов Б.И., Курдюмов В.И. Проектирование и расчет средств обеспечения безопасности - М.: Колос, 1997. - 136с.

. Зотов Б.И., Курдюмов В.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве - М.: Колос, 2000. - 424с.

. Информация о продукте (На-1ас1азе). ООО "Хр. Хансен", Россия, 2003.

. Инихов Г.С, Брио Н.П. Методы анализа молока и молочных продуктов - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 422с.

. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевых производств - М.: Колос, 2000. - 551с.

. Корнеева О.С., Жеребцов Н.А., Черемушкина И.В. Идентификация каталитически активных групп в-галактозидазы Penicillium canescens F-436// журнал “Биохимия” - 2001. - том 66, выпуск №3. - с 412-418.

. Кузьмичева М.Б. Российский рынок молочных консервов// Молочная промышленность - 2002. - №1.

. Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности - Л.: Химия, 1985. - 461с.

. Мамсуров А.Х., Киптелая Л.В. Автоматика и автоматизация производственных процессов в общественном питании - М.: Экономика, 1986. - 271с.

. Макаров К.А., Кибардин С.А. Иммобилизованные биопрепараты в медицине - М.: “Медицина”, 1980. - 128с.

30. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология - 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1987. - 328с.

31. Огустин М.А. Ингредиенты для рекомбинированных молочных продуктов// Молочная промышленность - 2001. - №10.

. Патратий А.П., Полякова Г.С. Инструкция по технологическому контролю на предприятиях молочной промышленности - ЦНИИТЭИмяслмолпром, 1977. - 183с.

. Поляк А.Л. Рынок сухого обезжиренного молока// Молочная промышленность - 2002. - №7.

34. Ростроса Н.К. Справочник по цельномолочному производству - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 280с.

35. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды - М.: Мир, 1987. - 411с.

. Скородумова А.М. Практическое руководство по микробиологии молока и молочных продуктов - М.: Пищепромиздат, 1983. - 308с.

. Степанова Л.И. Справочник технолога молочного производства. Т.2 - Цельномолочные продукты - С-Пб.: ГИОДД, 2003. - 384с.

. Стабников В.И., Весянский В.Н., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств - М.: Агропромиздат, 1985. - 503с.

39. Технологические инструкции по производству продуктов сгущенных в соответствии с ТУ 9227-002-51427585-2004. - ООО “Маслосырбаза
"Энгельеская”, Энгельс, 2004. - 14с.

40. Твердохлебов Г.В., Диланян З.Х Технология молока и молочных продуктов - М.: Агропромиздат, 1991. - 463с.

. Шалапугина Э.П., Краюшкина И.В., Шалапугина Н.В. Лабораторный практикум по технологии молочных консервов и сыра - ФГОУ ВПО “Саратовский гау”, Саратов, 2004. - 104с.

. Шидловская В.П. Органолептические свойства молока и молочных продуктов - М.: Колос, 2000. - 200с.

© 2003 - 2022 «Библиофонд»

Обратная связь

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности

Полная версия

Помощь по учебным работам

Консультация по курсовой работе

Консультация по дипломной работе ВКР

Консультация по реферату

Консультация по отчетам о практике