Гомогенизация – это процесс обработки молока (сливок), заключающийся в раздроблении (диспергировании) жировых шариков методом действия на молоко больших внешних упрочнений. Как мы знаем, что при хранении сливок и свежего молока из-за отличия в плотности плазмы и молочного жира происходит всплывание жировой фракции либо ее отстаивание. Скорость отстаивания жира зависит от размеров жировых шариков, вязкости, от возможности соединения жировых шариков между собой. Как мы знаем, размеры жировых шариков колеблются в широких пределах от 0,5 до 18 мкм. В соответствии с формуле Стокса скорость выделения (всплывания) жирового шарика прямо пропорциональна квадрату его радиуса. В ходе гомогенизации размеры жировых шариков уменьшаются приблизительно на порядок (до 0,5–1,0 мкм), а скорость всплывания их соответственно уменьшится приблизительно в 100 раз. В ходе разделения жирового шарика происходит перераспределение его оболочечного вещества. На построение оболочек появившихся небольших шариков мобилизуются плазменные белки, а часть фосфатидов переходит с поверхности жировых шариков в плазму молока. Данный процесс содействует стабилизации высокодисперсной жировой эмульсии гомогенизированного молока. Исходя из этого при высокой дисперсности жировых шариков гомогенизированное молоко фактически не отстаивается.
Механизм разделения жировых шариков, схематично представленный на рис. , содержится в следующем. В гомогенизирующем клапане на клапанной седла щели и границе гомогенизатора имеется порог резкого трансформации сечения потока, а следовательно, и трансформации скорости перемещения. При переходе от малых скоростей перемещения к высоким происходит деформация жирового шарика: его передняя часть, включаясь в поток в гомогенизирующей щели с громадной скоростью, вытягивается в нить и дробится на небольшие капельки. Так, степень раздробленности, либо эффективность гомогенизации, зависит в первую очередь от скорости потока при входе в гомогенизирующую щель, а следовательно, от давления гомогенизации, величина которого постоянно определяет скорость.
С увеличением давления улучшается механическое действие на продукт, возрастает дисперсность жира, а средний диаметр жировых шариков значительно уменьшается. Согласно данным ВНИКМИ, при давлении 15 МПа средний диаметр жировых шариков образовывает 1,43 мкм, а эффективность гомогенизации 74 %, при давлении 20 МПа средний диаметр шариков значительно уменьшается до 0,97 мкм, а эффективность возрастает до 80 %. Увеличения давления возможно достигнуть, снабдив гомогенизатор двумя либо тремя клапанами. Такие гомогенизаторы именуют двух- либо трехступенчатыми. Но увеличение давления ведет к повышению расхода электричества, исходя из этого самая оптимальная величина давления находится в пределах от 10 до 20 МПа. Рекомендуемое давление гомогенизации зависит от состава и вида изготовляемого продукта. С увеличением сухих веществ и содержания жира в продукте направляться использовать более низкое давление гомогенизации, что обусловлено необходимостью понижения энергетических затрат.
Интенсивность процесса гомогенизации возрастает с увеличением температуры, поскольку наряду с этим жир переходит всецело в жидкое состояние и значительно уменьшается вязкость продукта. При увеличении температуры понижается кроме этого отстаивание жира. При температурах ниже 50 °С отстаивание жира улучшается, что ведет к ухудшению качества продукта. самая предпочтительной считается температура гомогенизации 60–65 °С. При чрезмерно больших температурах сывороточные белки в гомогенизаторе смогут осаждаться.
Помимо этого, эффективность гомогенизации зависит от состава и свойств продукта (вязкости, плотности, кислотности, сухих веществ и содержания жира). С увеличением кислотности молока эффективность гомогенизации значительно уменьшается, поскольку в кислом молоке понижается стабильность белков, образуются протеиновые агломераты, затрудняющие разделение жировых шариков. При плотности молока и повышении вязкости эффективность гомогенизации кроме этого понижается.
На данный момент используют два вида гомогенизации: одно- и двухступенчатую. При одноступенчатой гомогенизации смогут образовываться агрегаты небольших жировых шариков, а при двухступенчатой происходит разрушение этих агрегатов и предстоящее диспергирование жировых шариков.
Время от времени при производстве сыров и молочных напитков употребляется раздельная гомогенизация. Раздельная гомогенизация предназначена чтобы получить гомогенизированное молоко с требуемым содержанием жира„ повышенной стабильностью жировой дисперсной фазы и белков. Раздельная гомогенизация отличается от полной тем, что при ней механическому действию подвергается только высококонцентрированная жировая эмульсия (сливки определенной жирности). Сущность раздельной гомогенизации содержится в том, что молоко сперва сепарируют, а полученные сливки гомогенизируют, по окончании гомогенизации их смешивают с обезжиренным молоком, нормализуют, пастеризуют и охлаждают. При производстве раздельно гомогенизированного молока с применением двухступенчатой гомогенизации массовая часть жира в сливках не должна быть больше 25 %, а при одноступенчатой гомогенизации – 16 %.
Метод раздельной гомогенизации используют чтобы расширить производительность гомогенизации и сократить нежелательное механическое действие на молочный белок при выработке питьевого молока, кисломолочных продуктов и сыров. Полученное при раздельной гомогенизации молоко по своим физико-химическим и органолептическим особенностям не отличается от простого гомогенизированного молока при условии, в случае если содержание жира в сливках, применяемых при гомогенизации, не превышает 12 %. В молоке, взятом из сливок с повышенным содержанием жира и гомогенизированном раздельным методом, отмечается усиленное отстаивание жира.
МЕМБРАННЫЕ СПОСОБЫ
Концентрирования и Разделения МОЛОКА
К мембранным способам концентрирования и разделения молока относятся ультрафильтрация, электродиализ и обратный осмос.
Ультрафильтрация – это процесс фильтрации под давлением посредством полупроницаемых мембран, изготовляемых на базе синтетических полимерных (ацетат целлюлозы, полиамид, полисульфон) и керамических материалов.
Для ультрафильтрации используют мембраны с порами размером 50–100 нм. Такие мембраны задерживают молекулы с размерами громадными, чем размеры пор, и пропускают небольшие молекулы. Схема распределения молекул при ультрафильтрации продемонстрирована на рис. . При ультрафильтрации приходится преодолевать осмотическое давление разделяемого раствора, поскольку растворитель переносится в направлении, противоположном возрастанию концентрации растворенного вещества, задерживаемого фильтром, исходя из этого ультрафильтрация проводится под давлением 0,1–0,5 МПа.
В молочной индустрии ультрафильтрацию применяют для выделения белков из молока либо молочной сыворотки. В ходе ультрафильтрации сыворотка под давлением движется между полупроницаемыми мембранами. Часть сыворотки (фильтрат) проходит через мембраны, оставляя наряду с этим на фильтре сывороточные белки. Полученный фильтрат состоит преимущественно из воды, лактозы, минеральных солей. Вторая часть сыворотки (концентрат) проходит между мембранами, унося наряду с этим и выделившиеся белки. Так, концентрат включает все сывороточные ту часть и белки воды, минеральных солей и лактозы, которая не прошла через мембраны. сыворотки объемов и Отношение концентрата, поступившей на ультрафильтрацию, образовывает в большинстве случаев 1 : 5.
Обратный осмос – это разделение растворов через полупроницаемые мембраны с порами размером менее 50 нм при давлении 1–10 МПа. При обратном осмосе через мембраны проходит лишь вода, а все остальные части молочного сырья задерживаются мембраной. Происходит концентрирование молочного сырья.
Электродиализ – это перенос ионов из одного раствора в второй, что осуществляется через мембрану, под действием электрического поля, создаваемого электродами, расположенными по обе стороны мембраны. Электродиализу подвержены лишь те вещества, каковые при растворении диссоциируют на ионы либо образуют заряженные комплексы. Электронейтральные вещества, к примеру лактоза, сахароза, молекулы которых при растворении не несут какого-либо заряда, в электродиализном ходе не участвуют.
В молочной индустрии электродиализной обработке подвергают молочную сыворотку с целью ее деминерализации. В молочной сыворотке, не считая лактозы и белков, содержится повышенное количество минеральных солей, что затрудняет ее переработку на еду, в особенности для детей. Освобождение сыворотки от минеральных солей при помощи электродиализа в 8–10 раз дешевле, чем при применении для данной цели ионообменных смол.
Успехи в модификации компонентов и технологии фракционирования молока методом ультрафильтрации, электродиализа, обратного осмоса обусловили более широкое использование молочных ингредиентов в разных отраслях индустрии (хлебопекарной, кондитерской, мясной). Использование мембранных процессов в молочной индустрии стало причиной созданию малоотходного производства, разрешающего повысить эффективность применения сырья на пищевые цели. В следствии применения мембранных процессов все сухие вещества молока выясняются всецело переработанными в полноценные продукты питания. Это разрешает расширить выработку товарной продукции из единицы сырья и снизить ее себестоимость. Продукты ультрафильтрации нашли использование в производстве молочных напитков, творога и сыров. Внедрение ультрафильтрации на сыродельных фабриках разрешает расширить выход сыров на 15–20 % за счет применения сывороточных белков концентрата сыворотки, сократить расход сычужного фермента на 75–80%, и частично решить проблему очистки сточных вод.
Удачно используется ультрафильтрация для концентрации сывороточных белков творожной сыворотки. Сывороточно-фильтраты и белковые концентраты применяют при выработке классических и новых видов продуктов питания, отличающихся повышенной биологической сокровищем, в частности при производстве продуктов диетического, лечебного и детского питания.
Видео фильм о вреде гомогенизации
