Картинка Vecstock, Freepik

И тем не менее, такая связь есть, и вот в чём тут дело: любой самодельщик, даже совсем немного дружащий с электроникой, программированием и желающий попробовать «нечто эдакое» вполне способен создать для себя весьма полезную систему, смысл которой будет не просто в тренировке навыков, а во вполне конкретном результате, который можно получать: производство собственного сыра разных сортов для себя любимого (а при желании и на продажу).

Звучит на первый взгляд страшновато — но это совсем не так, как вы убедитесь дальше, так как производство сыра дело весьма простое (хоть и не лишённое нюансов) и может осуществляться буквально «на коленке», из покупного молока, на собственной кухне!

▍ Немного предыстории

Как я уже мельком упоминал в одной из прошлых статей, некоторое время назад ко мне обратился один из небольших заводов, который занимался производством сыра, с просьбой разработать для них некоторое решение, которое помогло бы им в автоматическом режиме поддерживать температурные режимы для установок по производству сыра. Знающие сразу скажут: да тут делов-то! И, собственно говоря, будут абсолютно правы.

Мне самому это было странно, что с такой просьбой обращается завод: я привык думать, что уж на заводах-то всё подчинено определённым высоким промышленным стандартам, регламентам, строго утверждённому перечню оборудования… Тем не менее (в который раз), сама жизнь подсказывает, что она частенько существенно проще, чем мы привыкли о ней думать:-)

Итак, вкратце, суть вопроса там заключалась в том, что температурные режимы приготовления сыра можно условно разделить на 2 больших стадии (состоящие каждая внутри из множества подстадий):

1. поддержание температуры во время высокотемпературных этапов (достаточно краткосрочный этап),
2. поддержание стабильно прохладной температуры во время созревания сыра (продолжительный этап).

И вот той компании, которая обратилась ко мне, требовалось поддерживать температурные режимы во время первого этапа.

Я сразу их предупредил о том, что я смогу разработать достаточно «колхозное» решение, которое будет довольно далеко от промышленных стандартов, о которых я не имею ни малейшего представления (равно как и желания их изучать, ради этого конкретного случая). Их это полностью устроило.

В итоге я достаточно быстро разработал им буквально на коленке решение: обычная Arduino Uno, задействующая алгоритм пропорционально интегрально-дифференциального (PID) контроллера, к которой подключена термопара, погружающаяся в чан с нагреваемым молоком. А сам нагрев должен был осуществляться с помощью исполнительного устройства, которое должно было открываться с определённой частотой, подавая импульсы тока определённой длительности и определённой частоты на нагревающее устройство, другими словами — ШИМ сигнал.

За давностью лет я, к сожалению, не смогу привести здесь код этого решения, но оно достаточно простое. Кроме того, по ссылкам ниже (об этом я ещё скажу), вы сможете найти большое количество примеров готовых решений.

Для тех, кто ещё не знает, если максимально простыми словами и в максимально сжатом виде объяснить суть задачи, которая здесь решалась, то она заключается в следующем: нужно максимально быстро, с минимальным по продолжительности периодом раскачки «вверх-вниз» (перегрев-недогрев), привести температуру молока к требуемой — именно это и позволяет осуществить алгоритм PID-регулятора. Он постоянно мониторит текущую температуру, а затем, через определённые промежутки времени (то есть с определённой частотой дискретизации), производит необходимые расчёты, и отправляет управляющий силовой сигнал (ШИМ) исполнительному устройству (нагревательный элемент), с целью привести его к требуемой температуре за минимальное время.

Тут следует сделать небольшую оговорку, что, так как в нашем случае этот алгоритм предназначен для управления достаточно инертным устройством — нагревательным ТЭНом, требования к частоте ШИМ достаточно низкие. Достаточно даже частоты в 1-2 Гц — просто нагреватель не успевает с такой скоростью охлаждаться и нагреваться, чтобы управлять его нагревом, подавая частоту в килогерцы. С другой стороны, если вам нужен сверхточный контроль температуры — то почему бы и нет…

Прочитать подробнее про теорию алгоритма этого регулятора можно здесь.

Но тут есть проблема: сам алгоритм устроен таким образом, что он содержит три коэффициента kP, kI, kD — подбор которых осуществляется вручную для каждой конкретной системы, что может быть весьма затруднительным и долгим по времени.

Для устранения этой проблемы можно воспользоваться вот этой библиотекой, где, в том числе, имеется несколько вариантов кода, автоматически подбирающего эти коэффициенты для вашей конкретной системы, что весьма удобно:


Таким образом, в самом простом варианте, система нагрева и поддержания температуры будет выглядеть следующим образом:

• микроконтроллер (ардуино/esp 32/некий иной),
• твердотельное реле (на постоянный или переменный ток — это будут разные типы реле) или полевой транзистор (если питаем постоянным током; можно, конечно, собрать и схему транзисторного управления переменкой — но я бы так не стал заморачиваться, при наличии твердотельных реле, по разумной цене),
• ТЭН-нагреватель,
• термопара.

То есть, если у вас есть мощный источник питания на малое выходное напряжение (как, например, у меня — есть источник питания 1 кВт/12 в), а нагреваемый объём не слишком большой — то можно попробовать управлять этим постоянным током с помощью транзистора, как описано вот здесь или твердотельного реле на постоянный ток, как описано здесь.

Если же нужно управлять переменным током (например, сетевым, 220в), то для этого можно применить специальное твердотельное реле для переменного тока, как описано здесь.

А хороший обзор по разным способам управления переменным током можно посмотреть здесь:

Понятно, что это только минимальные компоненты, так как необходимо будет ещё обеспечить систему безопасности — что весьма важно! Я бы даже задачу обеспечения безопасности поставил чуть ли не на первое место!

▍ Температура

А вообще, собственно, почему мы так «привязались» к температуре и её точному контролю?

Суть здесь заключается в том, что для создания сыра «исходник», то бишь сырьё, должно пройти определённые температурные стадии.

Особо сильно над выдерживанием температурного режима переживают на производствах, так как это позволяет обеспечивать стабильное, одно и то же качество выпускаемой продукции.

Понятно, что когда сыр делается «для себя», всё это не так строго и возможны некоторые отклонения.

Тем не менее, существуют определённые общепризнанные температурные рамки, которые позволяют получать конкретный сыр нужного качества, поэтому весьма желательно их придерживаться.

С другой стороны, если использовать автоматическую систему контроля температуры — этот вопрос абсолютно перестаёт быть проблемой.

Но всё же, а для чего идёт привязка к конкретным температурам при создании сыра?

Ответ будет такой:

• на предварительном этапе для того, чтобы убить в молоке болезнетворные бактерии, оно нагревается; при этом важно не перегревать молоко, так как это ухудшит его вкус (целью является убить бактерии, а не придать молоку вкус кипячёного); кроме того, непосредственно перед самим процессом нагревания, молоко должно быть выдержано 12-14 часов при температуре 10-12ºС, так как это положительно сказывается на всех последующих процедурах (насколько я понимаю, это касается только сырого молока, только что надоенного, так что для многих этот этап будет не актуален, если брать покупное молоко),
• далее, когда температура молока понизится и придёт в рамки диапазона, при котором могут выживать определённые бактериальные культуры, собственно, и создающие сыр из молока, в него и добавляются эти культуры (одна из двух, перечисленных ниже):
  
  • низкотемпературные бактерии (мезофильные, 22-36ºС),
  • высокотемпературные бактерии (термофильные, 32-45ºС).
• второй нагрев, для выделения из сырной массы влаги,
• поддерживать определённую температуру на этапе созревания (если сыр вообще требует созревания, — так как существует сыры без этого этапа, об этом ниже) необходимо выдерживать определённый температурный режим, чтобы активно развивались именно те бактерии, которые и превратят белковую массу в сыр.

Хорошее понимание технологии производства сыра, даёт вот это видео:

Выбор типа бактерий зависит от того, какого типа сыр собираемся делать — мягкий или твёрдый. В первом случае требуется использовать мезофильные бактерии, в то время как во втором случае — термофильные.

В общем случае, приготовление мягких сыров легче (и, соответственно, проще для новичка), так как их созревание занимает гораздо меньшее время, в то время как твёрдые сыры могут выдерживаться месяцами и даже годами.

Довольно большой список бактерий можно посмотреть вот здесь.

У мягких сыров любопытно то, что существуют сыры, которые вообще не требуют созревания, и их можно употреблять сразу (для меня самого это было удивительно, так как я всю жизнь такой способ, показанный ниже, считал изготовлением творога).

Например, ниже рассматривается способ изготовления сыра, который занимает всего 30 минут, и позволяет из 5 л покупного молока изготовить килограмм сыра:

Тем не менее, так как достаточно большое количество известных видов сыров требует определённых бактериальных культур для своего создания, по ссылке (не позволяет канал вставлять на другие сайты, поэтому ссылкой) можно посмотреть интересный обзор, где показано, какие конкретные культуры используются, для определённого вида сыра.

А вот тут можно посмотреть лайфхаки при покупке заквасок (то бишь бактерий для сыра):

Для многих видов сыров в процессе их финального созревания требуется поддерживать определённой температурный режим.

И здесь, на мой взгляд, снова могло бы прийти на помощь самодельное решение: небольшой самодельный холодильник (можно даже сделать на базе стандартного автомобильного — в виде пенопластового бокса), в котором размещены элементы Пельтье, развёрнутые внутрь бокса разными сторонами: греющей и охлаждающей.

А дальше, всё вполне стандартно: ардуино, ШИМ, алгоритм PID-контроллера, полевой транзистор, термопара. Тут сгодится даже обычный полевой транзистор, так как у нас будет управление постоянным током (именно им и будут запитаны элементы Пельтье).
Описание работы с транзистором, можно найти по ссылке выше.

Таким образом, нагревая одни элементы и охлаждая другие (а на самом деле, просто пропуская ток через те и другие, как я и говорил, просто развёрнутые разными сторонами внутрь пенопластового бокса) — можно добиться поддержания стабильной температуры нужного диапазона внутри бокса.

Соответственно, таким нехитрым способом можно создать установку для созревания самодельного сыра выбранного типа!

И мало того, если в качестве микроконтроллера взять esp32, которая будет выходить в интернет через домашний роутер, — то, даже находясь далеко от дома, можно будет всегда контролировать, «что там происходит с моим сыром» (в прежние годы люди следили за «Тамагочи», а теперь будут за сыром, «чтобы сыр не умер», хе-хе).

В качестве альтернативы: можно использовать обычный холодильник или даже фармацевтический холодильник, как это делают некоторые (с 3:50):

▍ Теперь самый главный вопрос: а зачем это всё надо?

«Во-первых, это интересно» ©

Во-вторых, создание сыра своими руками может выйти дешевле, чем магазинный. По крайней мере, таким путём мы сразу убираем стандартную 30% (как минимум) наценку магазина — которая применяется почти повсеместно, — то есть производитель накидывает свою прибыль на себестоимость сыра, а потом ещё конкретный магазин накидывает сверху свои 30% как минимум!

В-третьих: благодаря электронному контролю температуры, можно с большой лёгкостью добиваться создания сыров любого типа и, мало того, смещая температуру внутри диапазонов на разных этапах, можно добиваться получения даже весьма тонких оттенков, для создания своего собственного варианта сыра, который (вероятно) будет нравиться не только вам и вашей кошке, но и собаке, но и наверняка сформирует и свой круг поклонников. А там, глядишь, недалеко и до продаж — были же тут уже истории про «вышедших из айти», которые стали вполне себе успешными плотниками на целый округ деревень…

А тут вполне можно начать свою историю про «ардуинщика-сыродела», что тоже, согласитесь, звучит неплохо:-)

С другой стороны, никто не мешает стать сыроделом и не бросая ничего, потому что, а почему бы и да?

P.S. Рамки статьи не позволяют вместить всё, что хотелось бы сказать, поэтому тем, кто хотел бы более подробно погрузиться в технологию сыроделания, рекомендую ознакомиться с книгой А. М. Николаева — «Технология мягких сыров». Там очень хорошо описаны процессы, происходящие с сыром на всех этапах: как преобразуется белок, какие трудности существуют и т. д.

Ну и напоследок, ниже ссылки на пару видео, про несколько интересных видов сыров (ссылками, т. к. youtube канал не позволяет вставить как видео):

• Бри и камамбер
• Горгонзола — сыр с голубой плесенью

И в целом, рекомендую посмотреть здесь — для меня, например, было открытием, что твёрдые сыры можно защищать в процессе созревания — с помощью замазывания внешней поверхности латексом! Я-то привык видеть, в основном, стандартный парафин… Весьма любопытно!

По поводу конкретных рецептов, температурных режимов приготовления сыра — их достаточно много (как и сыров), поэтому некоторые можно увидеть выше, но в целом, тема весьма обширная и интересная, и при практическом интересе будет необходимо ознакомиться с ней подробнее самостоятельно.

Тем не менее, в той же книге, которую я упомянул выше — А. М. Николаев — «Технология мягких сыров» (и что мне лично особенно понравилось) — начиная с главы 8, есть подробнейшее описание технологии (со всеми температурными режимами) достаточно большого набора старых сыров, которые можно попробовать повторить самостоятельно. Там описано создание таких сыров как:

• Русский Камамбер.
• Белый десертный.
• Любительский зрелый.
• Смоленский.
• Дорогобужский.
• Дорожный.
• Земгальский.
• Бауский.
• Пятигорский.
• Нямунас.
• Рамбинас.
• Рокфор.
• Сливочные сыры.
• Домашний.
• Чайный.
• Любительский свежий.
• Черкасский.
• Нарочь.
• Геленджикский.
• Моале.
• Останкинский.
• Клинковый.
• Адыгейский.

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?