ВведениеМолоко представляет собой многокомпонентнуюпитательную жидкость, состав которой насыщенмакро- и микроэлементами, витаминами, фермен-тами, а также белками, содержащими все неза-менимые аминокислоты. Поэтому молоко имеетвысокую пищевую ценность и является жизненноважным звеном в рационе каждого человека [1, 2].На сегодняшний день рынок молочныхпродуктов активно развивается и является одним изкрупнейших продовольственных рынков. Однако дляданной промышленности свойственна сезонностьпроизводства: зимой надои молока меньше, а спросна молочную продукцию выше. В летний период –наоборот. Также ещё одной существенной проблемоймолочной индустрии, с которой сталкиваютсяфермерские хозяйства, имеющие удалённоенахождение от рынков сбыта, является малаятранспортабельность сырья из-за его короткого срокахранения [3, 4].Решить данные проблемы можно благодаряглубокой переработке молочного сырья до сухихпорошкообразных продуктов. Сухое молоко явля-ется концентратом обычного коровьего молока ипредставляет собой мелкий порошок или порошок,который состоит из единичных и агломерированныхчастиц. Правильно приготовленное сухое молокосохраняет почти все полезные свойства и вкусовыекачества молочного продукта. При этом сухойконцентрат обладает увеличенным сроком хране-ния и большей компактностью при транспорти-ровке [5–8].В современной пищевой и молочной промышлен-ности для получения порошкообразных концентратовиспользуют сублимационные, распылительные,а также вальцовые сушилки. Их характеристикипредставлены в таблице 1 [8–11].Проанализировав литературные данные, мыпришли к выводу, что наиболее подходящейдля использования в малотоннажных условияхфермерских хозяйств является вальцовая сушилка,так как она легко масштабируется, менееэнергозатратная и менее дорогостоящая в сравнениис распылительной и сублимационной сушилками.Помимо этого вальцовые сушилки легки и удобны вчистке и техническом обслуживании.Целью данной работы является разработкамалотоннажной сушилки для получения сухогомолока в условиях фермерских хозяйств и подбороптимальной температуры сушки.Объекты и методы исследованияОбъектом исследования стало молоко цельноеотборное «Своя ферма» с массовой долей жираот 3,4 % до 4,5 %.Исследования проводились на базе Кемеровскогогосударственного университета в городе Кемерово.Сушка молока проводилась на пилотном образцеof the roller dryer developed by the research team. The dryer consisted of a vessel, heating drums, and a microcontroller, which wasconnected to the temperature sensor and the control circuit of the power part, which had a powerful rectifier and pulse regulator.Results and discussion. When the drying temperature exceeded 98°C, the characteristics of the milk powder deteriorated, and themilk failed to meet the State Standard. The optimal drying temperature was 92–95°C, since at this temperature all the characteristics,except for the solubility index, corresponded to the State Standard. The sensory and physical properties of the milk powder wereimproved by reducing the drying time and the distance between the knife and the drum.Conclusion. Further experiments have to be performed to determine the optimal rotation speed of the drums and the distance betweenthe knife and the drum.Keywords. Milk, dried products, drying, farmsFor citation: Beletskaya ME, Vladimirov AA, Kozlova OV, Milentyeva IS. Roller Dryer for Drying Milk in Low-TonnageConditions. Food Processing: Techniques and Technology. 2019;49(4):563–570. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-4-563-570.Таблица 1. Характеристика сушилокTable 1. Characteristics of dryersВид сушки Распылительная Сублимационная ВальцоваяПроцесс удаление влаги осуществляетсяза счёт передачи теплавысушиваемому материалуот нагретого воздуха или паравлага удаляется путемсублимации кристаллов льдаиз замороженного материалав условиях вакуумаиспарение влаги путем прямойпередачи тепла от горячеговращающегося барабана в тонкийслой выпариваемого продуктаДостоинства высокая скорость сушки и большаяпроизводительностьвысокое качество готовогопродуктамалые энергозатраты иэкономичность, небольшие габаритыНедостатки дороговизна и большие габаритыконструкции, высокие затратыэлектрической и тепловой энергиидороговизна оборудования,длительный процесс сушки,большие габариты конструкциинепосредственный контактпродукта с греющей поверхностью,длительный процесс сушки565Белецкая М. Е. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 4 С. 563–570разработанной вальцовой сушилки. Конструкциясушилки, представленная на рисунке 1, состоит изкорпуса, греющих барабанов, платы управленияна микроконтроллере, к которому подключендатчик температуры и схема управления силовойчастью, силовая часть с мощным выпрямителем иимпульсным регулятором.В процессе сушки молоко подаётся в питательныйзазор между двумя нагреваемыми барабанами,вращающимися в противоположные стороны.Молоко наносится тонким слоем, толщина которогосоставляет 0,1–2,0 мм. Готовое сухое молокоснимается с помощью зафиксированных ножей иподаётся в приёмный бункер. Пар, образующийся впроцессе сушки, отводится через вытяжной канал.Цилиндрический корпус вальцов, представленныйна рисунке 2, снабжен шестью инфракрасныминагревателями, размещенными рядами вдольтрехгранной оси на ее плоских гранях. Электропро-водка подключена к электросети через регуляторнапряжения с учетом вращения барабана относи-тельно центральной оси и с возможностью угловыхперемещений оси относительно барабана с после-дующей ее фиксацией.Расположение инфракрасных нагревателей вдва ряда на трех плоских гранях оси с одинаковымугловым расстоянием в 60° между рядами позволяет,с одной стороны, обеспечить равномерность нагревацилиндрической стенки корпуса. С другой стороны,более чем в 1,5–2 раза уменьшить энергоемкостьнагрева по сравнению с паровым способом нагрева.Данная вальцовая сушилка имеет следующиетехнические характеристики:– габаритные размеры – 620×5500×650 мм;– длина вальцов – 550 мм;– диаметр вальцов сушильных – 230 мм;– инфракрасный нагрев барабанов;– температура поверхности барабанов 60–125 °С;– скорость вращения барабанов от 1 до 20 об/мин;– масса сушилки – 28 кг.Для подбора оптимальных параметров сушкимолока нами был проведён ряд исследований влаборатории НИИ биотехнологии Кемеровскогогосударственного университета. Основными каче-ственными показателями сухого молока, согласноГОСТ 33629-2015 «Консервы молочные. Молокосухое. Технические условия», являются массоваядоля влаги, кислотность и индекс растворимости.Определение массовой доли влаги производилина приборе Чижовой по ГОСТ 29246-91 « Межго-сударственный стандарт консервы молочныесухие. Методы определения влаги». Кислотностьопределялась по ГОСТ 30305.3-95 «Консервымолочные сгущенные и продукты молочные сухие.Титриметрические методики выполнения измеренийкислотности». Определение индекса растворимостипроводили по ГОСТ 30305.4-95 «Продуктымолочные сухие. Методика выполнения измеренийиндекса растворимости». Органолептические пока-затели оценивали по ГОСТ 294531 «Консервымолочные. Методы определения физических иорганолептических показателей».Исследование частиц получаемых образцов сухогомолока проводилось методом растровой электронноймикроскопии (РЭМ). Исследуемые образцы нано-сились на медную решетку и анализировались насканирующем электронном микроскопе JSM-6390при комнатной температуре.Рисунок 1. Схема двухвальцовой барабанной сушилки:1 – нагреваемые барабаны; 2 – ножи; 3 – питательныйзазор; 4 – вытяжной канал; 5 – приёмный бункерFigure 1. Diagram of a two-roll drum dryer:1 – heated drums; 2 – knives; 3 – feed nip;4 – extraction duct; 5 – feed hopper43215215Рисунок 2. Цилиндрический корпус вальцов:1 – стенка корпуса; 2 – инфракрасные нагреватели;3 – трёхгранная осьFigure 2. Cylindrical body of the rollers:1 – wall of the housing; 2 – IR heaters; 3 – trihedral axis60°60°1 23566Beletskaya M.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 4, pp. 563–570Графические зависимости, представленные нарисунках экспериментальной части работы, при-ведены после обработки результатов исследований иреализованы в Microsoft Excel.Результаты и их обсуждениеРезультаты проделанных исследований представ-лены в таблице 2.Образец № 1 – молоко, высушенное притемпературе 92–95 °С, скорости вращения барабановV = 3 мин/оборот, расстояние между барабаном иножом 2 мм; образец № 2 – молоко, высушенное притемпературе 95–98 °С, скорости вращения барабановV = 3 мин/оборот, расстояние между барабаном иножом 2 мм; образец № 3 – молоко, высушенное притемпературе 98–101 °С, скорости вращения барабановV = 3 мин/оборот, расстояние между барабаном иножом 2 мм; образец № 4 – молоко, высушенное притемпературе 92–95 °С, скорости вращения барабановV = 2 мин/оборот, расстояние между барабаном иножом 1 мм; образец № 5 – молоко, высушенное притемпературе 95–98 °С, скорости вращения барабановV = 2 мин/оборот, расстояние между барабаном иножом 1 мм; образец № 6 – молоко, высушенноепри температуре 98–101 °С, скорости вращениябарабанов V = 2 мин/оборот, расстояние междубарабаном и ножом 1 мм.Важнейшим преимуществом сухого молокаявляется более длительный срок хранения, чем усвежего, т. к. при низком содержании влаги развитиепатогенных микроорганизмов не происходит.Зависимость массовой доли влаги от температурыпредставлена на рисунке 3. Исходя из данныхтаблицы 2, можно сделать вывод, что массовая долявлаги во всех образцах соответствует параметрамГОСТа. Однако при увеличении температуры сушкиколичество влаги уменьшается и при температуре98–101 °С образцы готового продукта подгорают ипересушиваются.Кислотность является показателем свежестимолока. Свежевыдоенное молоко имеет кислотность16–18 °Т, но спустя несколько часов кислотностьповышается, если молоко не охлаждалось. Прикислотности 22 °Т молоко находится на гранисвежего и кислого. Кислотность увеличивается вТаблица 2. Результаты исследованийTable 2. Research resultsНомеруемыепоказателиГОСТ4495-87Номера образцов1 2 3 4 5 6Массовая доля влаги, % не более 4,0 3,45 2,95 2,60 3,55 3,05 2,75Кислотность, °Т не более 21 15,15 17,15 21,55 14,10 16,45 21,50Индекс растворимости, см3 1,5 2,2 2,5 3,0 2,0 2,4 2,8Рисунок 3. Зависимость массовой доли влагиот температуры: 1 – массовая доля влагипри V = 3 мин/оборот и расстоянием между барабаноми ножом 2 мм; 2 – массовая доля влагипри V = 2 мин/оборот и расстоянием между барабаноми ножом 1 ммFigure 3. Effect of temperature on the mass fraction of moisture:1 – mass fraction of moisture at V = 3 min/revolution and distancebetween the drum and the knife = 2 mm; 2 – mass fraction of moistureat V = 2 min/revolution and the distance between the drumand the knife = 1 mm0123494 95 96 97 98 99 100Массовая доля влаги, %Температура сушки, °С1 2101316192294 95 96 97 98 99 100Кислотность, °ТТемпература сушки, °С1 2Рисунок 4. Зависимость кислотности от температуры:1 – кислотность при V = 3 мин/оборот и расстояниеммежду барабаном и ножом 2 мм; 2 – кислотностьпри V = 2 мин/оборот и расстоянием между барабаноми ножом 1 ммFigure 4. Effect of temperature on acidity: 1 – acidityat V = 3 min/revolution and distance between the drumand the knife = 2 mm; 2 – acidity at V = 2 min/revolutionand the distance between the drum and the knife = 1 mm0123494 95 96 97 98 99 100Массовая доля влаги, %Температура сушки, °С1 2101316192294 95 96 97 98 99 100Кислотность, °ТТемпература сушки, °С1 2567Белецкая М. Е. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 4 С. 563–570результате жизнедеятельности бактерий, которыепереводят молочный сахар в молочную кислоту.Зависимость кислотности от температуры сушкипредставлена на рисунке 4.Кислотность всех образцов, за исключениемномеров 3 и 6, соответствует параметрам ГОСТа.Молоко под номером 3 и 6 подвергалось наиболееинтенсивной термической обработке, поэтому вданных образцах произошло необратимое изменениеминерального состава, что привело к повышениюкислотности.Индекс растворимости – это свойство, влияющеена продолжительность и качество восстановления,т. е. получения из сухого молока «сырого». Данныйпоказатель существенно зависит от температуры итехнологии производства сухого молока. Зависимостьиндекса растворимости от температуры сушкипредставлена на рисунке 5.По данным таблицы 2 видно, что все образцыпревышают параметры ГОСТа. Из рисунка 5видно, что при повышении температуры сушкиувеличивается и индекс растворимости. Высокаятемпература сушки приводит к необратимойтепловой денатурации белка, что снижает раство-римость сухого молока.Органолептические показатели полученногосухого молока представлены в таблице 3.Все образцы, за исключением 3 и 6, соответствуютпараметрам ГОСТа.Частицы сухого молока, высушенного навальцах, имеют неправильную форму и острыекрая, т. к. готовый продукт измельчают в порошок впроцессе дробления. На рисунках 6–8 представленасканирующая электронная микроскопия полученныхобразцов сухого молока.Рисунок 5. Зависимость индекса растворимостиот температуры: 1 – индекс растворимости при V = 3 мин/оборот и расстоянием между барабаном и ножом 2 мм;2 – индекс растворимости при V = 2 мин/оборот ирасстоянием между барабаном и ножом 1 ммFigure 5. Effect of temperature on solubility index: 1 – solubility indexat V = 3 min/revolution and the distance between the drumand the knife = 2 mm; 2 – solubility index at V = 2 min/revolutionand the distance between the drum and the knife = 1 mmТаблица 3. Органолептические показателиTable 3. Sensory propertiesНомераобразцовПоказателиВнешний вид и консистенция Цвет Вкус и запах1 и 2 Мелкий сухой порошок, состоящийиз неоднородных частиц, встре-чаются комочкиКремовый оттенокравномерным по массеВкус и запах, свойственный кипячённомумолоку, имеется карамельный привкус3 Сухой порошок, состоящийиз частиц различного размераКремово-желтый, оттенокне равномерен по массеВкус и запах подгорелого молока4 и 5 Мелкий сухой порошок, состоящийиз однородных частиц, без комочковБелый с кремовым оттенкомравномерным по массеВкус и запах, свойственный кипячённомумолоку, имеется карамельный привкус6 Сухой порошок, состоящийиз частиц различного размераКремово-желтый, оттенокне равномерен по массеВкус и запах подгорелого молока1,01,52,02,53,094 95 96 97 98 99 100Индекс растворимости, см3Температура сушки, °С1 2Рисунок 6. Сканирующая электронная микроскопия сухогомолока, полученного при температуре 92–95 °С,V = 3 мин/оборот, расстояние между барабаноми ножом 2 мм (образец 1)Figure 6. Scanning electron microscopy of milk powder obtainedat 92–95°C, V = 3 min/revolution, the distance between the drumand the knife = 2 mm (sample 1)568Beletskaya M.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 4, pp. 563–570Из анализа рисунка 6 следует, что сухое молоко,получаемое в данных условиях, имеет плоскиечастицы с большим соотношением площади ктолщине. Формы частиц характерны для вальцовогопроцесса получения сухого продукта со среднимразмером 10–20 мкм. Однако эти частицыпредставлены в виде составного агломерата безразделения на отдельные частицы, что можетсоответствовать наличию остаточной влаги.Из анализа изображения 7 следует, чтосухое молоко, получаемое в данных условиях,имеет плоские, компактные частицы с большимсоотношением площади к толщине. Формы частицхарактерны для вальцового процесса получениясухого продукта со средним размером 50 мкм. Такжепри увеличении (рис. 7б) можно наблюдать, чтоединичные частицы имеют наслоения, т. е. состоятиз нескольких слоев. Это говорит о неоптимальныхусловиях процесса сушки.На рисунке 8 видно, что получаемый продуктпредставляет из себя отдельные и достаточнотонкие частицы, которые вытянуты параллельнонаправлению ножа, получаемые в процессе ихотделения (срезания) с поверхности вращающегобарабана.ВыводыОпираясь на полученные данные, можно сделатьследующие выводы:– полученные образцы, высушенные при темпе-ратуре свыше 98 °С, имеют худшие характеристики ине соответствуют параметрам ГОСТа;– температуру сушки от 92 °С до 95 °С можносчитать оптимальной, так как при данной темпе-ратуре все характеристики, за исключением индексарастворимости, соответствуют параметрам ГОСТа;– органолептические и физические показателисухого молока, полученного при скорости вращениябарабанов V = 2 мин/оборот и расстоянием междубарабаном и ножом 1 мм, лучше, чем при скоростивращения барабанов V = 3 мин/оборот и расстояниемежду барабаном и ножом 2 мм. Поэтому дальнейшая(а) (б)Рисунок 7. Сканирующая электронная микроскопия сухого молока полученногопри температуре 98–101 °С, V = 3 мин/оборот, расстояние между барабаном и ножом 2 мм (образец 3)Figure 7. Scanning electron microscopy of powdered milk obtained at 98–101°С, V = 3 min/revolution, the distance betweenthe drum and the knife = 2 mm (sample 3)Рисунок 8. Сканирующая электронная микроскопия сухогомолока полученного при температуре 95–98 °С,V = 2 мин/оборот, расстояние между барабаноми ножом 1 мм (образец 5)Figure8. Scanning electron microscopy of powdered milk obtainedat 95–98°С, V = 2 min/revolution, the distance between the drumand the knife = 1 mm (sample 5)569Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.