Обладнання для виробництва соєвого молока

Одним із ефективних напрямів використання сої у раціонах тварин є згодовування її у вигляді соєвого молока молодняку великої рогатої худоби. Це дає змогу збільшити виробництво товарного молока завдяки зниженню витрат молочних кормів на випоювання одного теляти з 200–400 до 50–150 кг, підвищити товарність незбираного молока на 15–20% і на 10–15% знизити собівартість тваринницької продукції.

Останнім часом державні випробування пройшла низка установок для виробництва соєвого молока.
Із них заслуговують на увагу гідродинамічні установки ТЕК-СМ (випробування проведено в 2005 році) — розробки науково-виробничого підприємства “Інститут “ТЕКМАШ” і ТОВ “Інженерно-технологічний центр “ТЕКМАШ”, які грунтуються на використанні принципу кавітації і забезпечують активність уреази в межах вимог ДСТУ 12220—96 (табл. 1).

Гідродинамічна установка для переробки зернобобових культур на вологі кормові суміші та соєве молоко ТЕК-СМ містить чотири різні за продуктивністю модифікації: ТЕК-1СМ, ТЕК-2СМ, ТЕК-3СМ і ТЕК-4СМ. Однакові за принципом дії та конструктивною схемою, вони різняться потужністю двигунів електронасосних установок (від 11 до 45 кВт), місткістю резервуарів, масою і габаритними розмірами.

Установка ТЕК-СМ (рисунок) складається з насосного агрегату, резервуара й соплового апарата, з’єднаних між собою трубопроводами й арматурою і змонтованих на рамі. Пускозахисну апаратуру електродвигуна насоса й прилади контролю параметрів технологічного процесу вмонтовано в шафі керування.
Насосний агрегат, що складається з відцентрового насоса та електродвигуна, забезпечує циркуляцію суміші соєвих бобів із водою за технологічним контуром установки.

Резервуар являє собою вертикальну циліндричну ємність із листової сталі з подвійними стінками, простір між якими заповнено теплоізоляційним матеріалом. У ньому міститься основна маса суміші соєвих бобів і води протягом усього циклу приготування порції соєвого молока. Резервуар у нижній частині (поблизу дна) з’єднано горизонтальним трубопроводом із вхідним фланцем насоса, а біля верхньої частини — Г-подібним трубопроводом через сопловий апарат з напірним фланцем насоса. Зверху резервуар має люк із фланцем, закритий кришкою. У кришку вмонтовано запобіжний клапан, манометр і кран для випускання повітря. Запобіжний кран обладнано дренажною трубкою для скидання в додаткову ємність частини суміші в разі спрацювання клапана.

Горизонтальний трубопровід має ніші для двох датчиків дистанційних термометрів, запобіжний клапан граничного тиску, водяний кран і кран готового продукту. Один із температурних датчиків — регульований, він повинен зупиняти насос, коли температура суміші сягає 105°С, тобто значення, передбаченого технологічним регламентом (під час роботи установки в автоматичному режимі). Другий датчик вимикає двигун насоса за найвищої допустимої температури суміші — 115°С (якщо перший датчик не спрацював або вимкнутий).

Сопловий апарат, основним елементом якого є спеціально спрофільована насадка, — це ключова складова установки. Він призначений для інтенсивного змішування потоку рідини, створеного насосом, унаслідок чого механічна енергія потоку перетворюється в теплову й рідина нагрівається, а також для забезпечення подрібнення соєвих бобів. Сопловий апарат змонтовано на кінці горизонтального відрізка Г-подібного напірного трубопроводу, що з’єднує його з насосом, вихідний отвір насадки виходить безпосередньо в резервуар біля верхнього торця по дотичній до циліндричної поверхні.
Установка ТЕК-СМ виконує технологічний процес так.

Боби сої, призначені для приготування соєвого молока, мають бути промиті та очищені від твердих сторонніх домішок: металу, каміння, рослинних решток (часточки стебел сої тощо) та замочені водою (холодною — щонайменше на 24 години, гарячою — на 6–12).

Технологічний процес установки — циклічний. Цикл приготування соєвої суспензії здійснюється в такій послідовності: через відкритий верхній люк резервуар установки заповнюють попередньо замоченою соєю, а через водяний кран — частково водою, потім кришку люка закривають і заливають воду в резервуар доти, доки не витиснуть повітря через спеціальний відкритий кран. Потім і його закривають і запускають насосну установку.

Принцип роботи установки грунтується на використанні явища гідродинамічної кавітації і пов’язаний з різними фізико-механічними ефектами: ударними хвилями, кумуляцією, автоколиваннями, вібротурбуленцією, випрямленою дифузією і теплопередачею, що виникають під час утворення каверн, їх розпаду та лопання (колапсу) кавітаційних пухирців.
Унаслідок інтенсивної циркуляції суміші сої і води по контуру: насос — трубопровід — сопловий апарат — резервуар — трубопровід — насос, механічна енергія потоку рідини перетворюється на тепло, при цьому насадка соплового апарата розділяє потік і знову з’єднує його, завдяки чому виділяється тепло (температура суміші поступово піднімається до 105°С), а соєві боби, внаслідок багаторазового проходження через насос і сопловий апарат — подрібнюються.

Процес нагрівання й подрібнення та навантаження на електродвигун контролюють за цифровим термометром і за амперметром, які встановлено на дверцях шафи керування. За технологічним регламентом дальше підвищення температури суміші не потрібне, тому насос автоматично зупиняється на 15–20 хв. За цей час закінчуються процеси перетворення суміші подрібнених бобів сої і води на соєву суспензію (пасту). Насос на короткий час запускається, щоб остаточно змішати продукт, і готове молоко (паста) за час зупинки насоса через вивантажувальний кран виливається з установки. Всі процеси виконуються автоматично, згідно з програмою, заданою під час налагодження.
Перед тривалою перервою в роботі установку промивають проточною водою.

Проведені в УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого випробування свідчать, що одержаний продукт за органолептичними та фізико-хімічними показниками відповідає вимогам технічних умов ТУ 24110704.002—2001 “Паста соєва”. Активність уреази (різниця рН) становить 0,08–0,11 (згідно з ДСТУ 12220–96 — не більше 0,2).

Під час випробувань було зафіксовано, що установки ТЕК-СМ виконують технологічний процес переробки соєвих бобів на пасту відповідно до технологічного регламенту, коефіцієнт надійності технологічного процесу дорівнює 1.
Витрати праці становлять 0,01 люд.-год/кг, прямі експлуатаційні витрати — 0,08–0,16 грн/кг соєвої пасти. В разі перерахунку на соєве молоко (за технологічною інструкцією розведення 1:3–4) витрати праці становитимуть 0,0025 люд.-год/кг, а прямі експлуатаційні витрати — 0,02–0,04 грн/кг соєвого молока.

Енергетичні показники установок ТЕК-СМ (споживана потужність під час виконання технологічного процесу і коефіцієнт потужності cos j = 0,74—0,85) свідчать, що завантаження електродвигунів установок близьке до номінального.
Соєве молоко за технологією “ТЕКМАШу” отримують розведенням пасти водою, через що ціна на соєве молоко “ТЕКМАШ” дуже низька і становить 10–15 к./л. Переробка сої на установках “ТЕКМАШ” дає змогу підвищити інактивацію інгібітора трипсину в 5–10 разів порівняно з екструдуванням.

У 2005 році державні випробування витримали установки для виробництва соєвого молока УПСМ-1, УПСМ-2 і УПСМ-3 (ПП “Монтаж-сервіс”, м. Жмеринка Вінницької обл.); далі — установка УПСМ), які призначено для переробки зерна сої на високопоживне соєве молоко в цехах харчової промисловості й кормовиробництва . В УПСМ -1 немає парогенератора — пар до пастеризатора надходить із зовнішнього джерела, крім того, вони різняться місткістю резервуара і встановленою потужністю електродвигунів і ТЕНів.

Установка УПСМ  складається з пристроїв для подрібнення й отримання соєвого молока.
Пристрій для подрібнення призначено для завантаження заздалегідь замоченого й промитого зерна сої, його подрібнення у водному середовищі та спрямування через нахилений вихідний патрубок у пристрій для одержання соєвого молока. Верхня частина пристрою подрібнення — це конусна робоча камера з посадочним місцем. Нижня частина — корпус, усередині якого на підшипниках розміщено вал, на верхній консольній частині якого вмонтовано ротор і подавальний шнек. Електродвигун пристрою подрібнення розміщено по вертикальній осі під верхньою кришкою пристрою для отримання соєвого молока. Поворотна основа дає змогу встановити пристрій подрібнення в потрібному положенні та зафіксувати його за допомогою упора. Всі деталі пристрою подрібнення, що контактують із вихідним продуктом і соєвим молоком, виготовлено з корозійностійкої сталі.

Пристрій для отримання соєвого молока складається з ємності, розміщеної у корпусі. Зовні він має теплоізоляцію. Знизу до корпусу приварено парогенератор, усередині якого є три електронагрівачі. Воду в парогенератор наливають через лійку. Ємність пристрою приготування соєвого молока закривається кришкою. На кришці встановлено клапан для регулювання тиску в ємності та мановакуумметр для контролю тиску. В нижній частині ємності — зливний кран. Простір між ємністю й корпусом слугує пароводяною сорочкою, тиск у якій підтримується за допомогою датчика-реле і контролюється мановакуумметром. Межі настройки реле тиску — 0,05–0,6 кг/см2. На верхній кришці пристрою для отримання соєвого молока на стійці вмонтовано пульт управління. На його панелі є кнопки аварійної зупинки та увімкнення, світлова сигналізація електродвигунів пристрою подрібнення й молочного насоса, світлова сигналізація ввімкнення електронагрівачів і “сухого ходу”, рукоятка, якою вмикають пристрій для одержання соєвого молока, та регулятор температури ТРМ 1А.

Усі вузли установки розміщено на рамі, виготовленій із сталевої квадратної труби.
Принцип отримання соєвого молока на установці УПСМ грунтується на методі помелу сої у водному середовищі. Вручну в конусний бункер пристрою подрібнення завантажують заздалегідь замочену й промиту сою (з урахуванням збільшення маси внаслідок замочування). Сюди ж подають воду. Співвідношення сої й води — від 1:3 до 1:9.

Під час вмикання електродвигуна пристрою подрібнення обертання через пасову передачу й вал передається на насадку, гвинтові поверхні лопатей захоплюють сою з водою, і в зоні між ребристою внутрішньою поверхнею кришки та зовнішньою поверхнею лопатей відбувається попереднє її подрібнення. Далі соя спрямовується до ребристої внутрішньої поверхні статора, де відбувається дальше її подрібнення завдяки багаторазовому зіткненню в зустрічних потоках. Під час обертання ротора відбувається багаторазове високої частоти перекриття пазів, сходження й розходження його кромок із кромками статора — при цьому відбувається процес розчинення білка й речовин сої у воді, а також подрібнення нових порцій сої. Далі через нахилений патрубок суспензія (молоко), що утворилася, надходить у ємність пристрою для одержання соєвого молока.

Отримане молоко підлягає пастеризації парою, утвореною в парогенераторі. У процесі теплової обробки нейтралізуються інгібітори трипсину.

Вода, залита в парогенератор, нагрівається електронагрівачами до кипіння. Пар, що утворився під час кипіння води, витісняє з пароводяної сорочки повітря, яке виходить через запобіжний клапан. За закритого запобіжного клапана створюється тиск пари. По досягненні верхньої межі тиску пари електронагрівальний пристрій перемикається на 1/3 потужності. Коли тиск падає до заданої нижньої межі, пристрій автоматично перемикається на повну потужність. Далі цикл повторюється.

Температура в ємності пристрою для одержання соєвого молока задається й контролюється регулятором температури ТРМ 1А і датчиком ТСМ-50. Молоко видають за допомогою зливного крана чи молочного насоса .
Випробування установок УПСМ засвідчили, що одержаний продукт за органолептичними та фізико-хімічними показниками відповідає вимогам технічних умов ТУ У 24110704.002—2001 “Паста соєва”. Активність уреази (різниця рН) становить 0,03 (згідно з ДСТУ 12220–96 — не більше 0,1–0,2). Установки УПСМ задовільно виконують технологічний процес переробки соєвих бобів на соєве молоко відповідно до технологічного регламенту. Витрати праці становлять 0,0017 і 0,005 люд.-год/л, прямі експлуатаційні витрати — 0,05 і 0,16 грн/л соєвого молока. Енергетичні показники установок УПСМ (коефіцієнт потужності cos j = 0,7—0,74) свідчать, що завантаження електродвигунів установок близьке до номінального, перевантаження двигунів не зафіксовано.
Під час випробувань встановлено, що конструкція установок УПСМ за показниками безпеки та ергономічності відповідає вимогам нормативних документів з охорони праці.

Установки УПСМ надійні в роботі: за період експлуатації відмов не було.

У 1994 році на Південно-Українській МВС пройшла державні випробування технологічна лінія виробництва соєвого молока для випоювання телят ЛПСМ-1, виготовлена в конструкторському бюро “Алмаз” (Київ). Цю блочну конструкцію виконано як підлоговий варіант. Вона має пристрій для замочування бобів сої (рис. 2), живильник, ємність-нагрівач, каркас, дробарку грубого помелу, дробарку дрібного помелу, приймальну ємність, стерилізатор, систему подавання первинного соєвого молока, ємність для стерилізованого молока, накопичувальну ємність, систему видачі стерилізованого соєвого молока споживачеві й пульт управління.

Продуктивність лінії за вихідною сировиною становить 0,1 т/год; за соєвим молоком — 0,1 т/год; встановлена потужність — 40 кВт; пастеризується соєве молоко за температури 100°С; питома витрата електроенергії — 40 кВт.год/т; місткість ванни для замочування — 2 м3 ; для пастеризації — 3 м3 .
Замочують сою впродовж 2,5 год; пастеризують 20 хв; маса лінії — 3200 кг; габарити — 15 х 3,4 х 3,4 м.
Лінія соєвого молока ЛПСМ-1 складна у виконанні та в експлуатації у виробничих умовах. Вона задорога через великі витрати на нержавіючу сталь і дефіцитні комплектуючі. У лінії ЛПСМ не досягнуто поточності виробництва соєвого молока, її продуктивність не відповідає вимогам виробництва.

ВАТ “Київське спеціальне проектно-конструкторське бюро “МеНас” розробило установку УППСМ-100, яка призначена для переробки соєвих бобів у соєве молоко, а також для виробництва соєвого харчового збагачувача (окари) і соєвого сиру (тофу). Принцип роботи установки грунтується на використанні технології переробки сої, який розробила канадська фірма ProSoya. Попередньо промиті та вимочені соєві боби подрібнюють і змішують із водою, суміш пропарюють під тиском, після чого відокремлюють кінцевий продукт. Соєвий сир (тофу) отримують із соєвого молока завдяки осадженню білка й дальшому пресуванню. Виробництво є безвідходним і екологічно чистим.

Установка УППСМ-100ПС містить розмелювально-варильний апарат, ванну для замочування сої та пневматичний прес. На замовлення споживачів установку УППСМ-100ПС можна комплектувати ємністю для збирання соєвого молока, ручним пресом, водяним фільтром тощо.
Своєю чергою, розмелювально-варильний агрегат має подрібнювач, термобалон, парогенератор, насос, пульт управління, трубопроводи та каркас. Він призначений для розмелювання соєвих бобів і пропарювання одержаної суспензії.
Пневматичний прес використовують для відокремлення соєвого молока від окари та подавання в піддони прямокутної форми.
Тривалість технологічного циклу — 30 хв; продуктивність (1 год роботи — 2 цикли) на виробництві соєвого молока становить 100 л/год; харчового соєвого збагачувача (окари) — 24 кг/год; соєвого сиру (тофу) — 22 кг/год; установлена потужність — 25 кВт; маса установки — 300 кг.

Одну з перших в Україні ліній з виробництва соєвого молока розробили в Кримському НВО “Еліта” і запустили в експлуатацію в дослідному господарстві НВО “Еліта” ще 1988 року. Експериментальні лінії з виробництва соєвого молока від Кримського НВО “Еліта” було збудовано також у кількох господарствах АР Крим, в Одеській і Миколаївській областях.
Пройшла випробування модернізована установка для виробництва соєвого молока УПСМ-2 конструкції Кримського НВО “Еліта” (рис. 3). Вона складається з бункера для замочування й термічної обробки бобів сої, подрібнювача, компенсаційної ємності, насоса й щита управління. Установка УПСМ-2 працює так: боби сої завантажують у бункер, який заповнюють водою для замочування. Після замочування воду в бункері підігрівають парою до температури 95...98°С і витримують упродовж 15–30 хв. Після термообробки набухлих бобів сої воду зливають. Відкривають вивантажувальний люк бункера, і соя самопливом надходить у завантажувальну камеру подрібнювача. Потім відкривають вентиль і подають у подрібнювач воду. Зменшуючи або збільшуючи подачу води, одержують потрібну в’язкість соєвого молока на виході з подрібнювача. У компенсаційну ємність додають макро- і мікродобавки. З останньої соєве молоко перекачують у молоковоз.

Продуктивність установки УПСМ-2 — 1,2ё2 т/год; затрати праці — 1,0 люд. год/т; питома витрата електроенергії — 3,0 кВт.год/т; питомі витрати пари — 60 кг/т; номінальна потужність — 5,5 кВт; маса установки — 400 кг; габаритні розміри: 1 х 1 х 2,5 м.

На Кримському НВО “Еліта” розроблено також малогабаритну установку УСМ-1, призначену для виробництва соєвого молока. До складу установки входить бункер для замочування й термообробки сої, нагрівальні пристрої, подрібнювач, збірник-навантажувач, пульт управління та майданчик для обслуговування.

Продуктивність установки — 1—6 т/добу; встановлена потужність — 20,2 кВт; місткість бункера для замочування сої — 1,25 м3; питома витрата електроенергії під час подрібнення сої — 25 кВт.год/т; за термообробки ТЕНами — 50 кВт.год/т.
НВО “Росс” (Харків) розробило обладнання УПСМ-10,5/380-30-1, призначене для виробництва соєвого молока із сої способом перемелювання її у воді й подальшого проварювання за температури 100°С. З одержаних 14–15 л соєвого молока можна приготувати 3,0—3,5 кг сиру за такою самою технологією, як і з молока тваринного походження.
Установка містить розмелювально-варильний агрегат, електропарогенератор і віджимний прес. Продуктивність обладнання — 14–15 л/цикл; тривалість робочого циклу — 20–30 хв; разове завантаження попередньо замочених бобів сої — 4 кг, води питної — 11 л. Місткість: бака парогенератора для води — 7,6 л, прес-форми для сиру — 8600 см3; номінальна потужність — 10,5 кВт; габаритні розміри: розмелювально-варильного апарата — 4х4х1,05 м, парогенератора — 0,6х3,6х0,4 м, віджимного преса — 0,4х4,0х9,3; маса комплекту — 115 кг.
На цій установці можна готувати соєве молоко для випоювання молодняку ВРХ і поросят останньої стадії вирощування на селянських подвір’ях.