Оборудване за хомогенизиране на мляко. Описание на устройството и работата на хомогенизатора. Общи сведения за хомогенизирането
Хомогенизирането е механична обработка на суровини, преминали през млечни филтри, в резултат на което мастните топчета се диспергират (раздробяват) под въздействието на външна сила - налягане, ток. висока честота, ултразвук и др.
Защо е необходима хомогенизация?
При съхранение се излива кутии за млякопродукт, мазнината изплува на повърхността поради факта, че е по-лека от плазмата (обратно). Суровините са уредени. Голяма бучка мазнина, издигаща се до горните слоеве, се сблъсква с други подобни. Под въздействието на имуноглобулините възниква аглутинация (слепване на отделни елементи и тяхното утаяване от хомогенна смес). В резултат на това консистенцията се променя и качеството намалява, което не е желателно. Ако мастните топчета се натрошат на малки парчета, те няма да се слепят във филм на повърхността.
Скоростта, с която мастното топче се издига, зависи от неговия размер - колкото по-голямо е, толкова по-бързо. Според формулата на Стокс тя е право пропорционална на квадрата на радиуса на бучката. Размерът на мастните топчета варира от 0,5 до 18 микрона. След хомогенизиране намалява приблизително 10 пъти ( средният размеризход – 0,85 µm). Това означава, че те ще плават 100 пъти по-бавно. В допълнение, за малки бучки с размер под 1 микрон, силите на взаимно отблъскване са по-големи от силите на привличане.
По време на раздробяването на мазнините веществото на обвивката му се преразпределя. Някои от фосфатидите преминават в плазмата, а плазмените протеини отиват във външната обвивка на малки топчета. Благодарение на тези фактори мастната емулсия в млякото се стабилизира. При висока степен на дисперсия процесът на утаяване не се наблюдава, мазнината не изплува, млечните колби се пълнят с по-висококачествен продукт. Сметана, извара, масло и др., произведени от хомогенизирани (хомогенни) суровини, имат най-добри органолептични характеристики и консистенция, хранителни веществасе усвояват от организма по-бързо и пълноценно.
Хомогенизирането помага за:
- Пастьоризирано мляко или сметана се излива в контейнери от от неръждаема стомана , придобили еднаква масленост, цвят и вкус.
- Стерилизираното мляко и сметана се съхраняват по-добре.
- Върху ферментиралите млечни продукти не се образува мастен филм, а протеиновите съсиреци са по-здрави и имат по-добра консистенция.
- В консервираното кондензирано мляко при дългосрочно съхранение мастната фаза не се отделя.
- Имаше по-малко свободни мазнини в пълномасленото мляко на прах, без протеинови черупки - това води до окисляване.
- Реконституираните ферментирали млечни напитки, сметана и мляко нямат воднист послевкус и вкусът на продукта става по-интензивен.
- Млякото с пълнител (например какао) се оказа по-вискозно, без утайка и с по-добър вкус.
Механизъм за хомогенизиране
Хомогенизирането е препоръчително да се направи след преминаване на млякото дълготрайна пастьоризираща баня.
За тази цел те използват различни видовеустройства. Най-често срещаните са агрегатите тип клапан. По своята същност те са бутални помпи високо налягане. Течността се изтласква през много малки дупки. В същото време скоростта на потока рязко се увеличава. Мастните топчета се раздробяват, а получените малки бучки веднага се покриват с протеинова обвивка. Защо това се случва ще обсъдим във втората част на статията.
Хомогенизирането се превърна в стандартен производствен процес, широко практикуван като средство за предпазване на мастните емулсии от разделяне под въздействието на гравитацията. Gaulin, който разработва този процес през 1899 г., го дефинира на френски като „Fixer la composition des liquides“.
Първо, хомогенизирането води до разграждането на мастните топчета на много по-малки (виж Фиг. 1). В резултат на това образуването на крем се намалява и склонността на перлите да се слепват или да образуват големи агломерати може също да бъде намалена. Произвежда се основно хомогенизирано мляко механично. Кара се с висока скорост през тесен канал.
Разрушаването на мастните топчета се постига чрез комбинация от фактори като турбулентност и кавитация. В резултат на това диаметърът на топчетата намалява до 1 микрон и това е придружено от четири до шесткратно увеличение на междинната повърхност между мазнините и плазмата. В резултат на преразпределението на мембранното вещество, което е покривало изцяло мастните глобули преди тяхното разрушаване, новообразуваните глобули имат недостатъчно здрави и дебели черупки. Тези мембрани също съдържат адсорбирани млечни плазмени протеини.
Фокс и колегите му изследвали мастно-протеиновия комплекс, получен чрез хомогенизиране на млякото. Той доказа, че казеинът е протеиновият компонент на комплекса и че вероятно е свързан с мастната фракция чрез полярни привличащи сили. Той също така установи, че казеиновите мицели се активират, когато преминават през хомогенизаторния клапан, което води до предразположение към взаимодействие с мастната фаза.
Изисквания към процеса
Физическото състояние и концентрацията на мастната фракция по време на хомогенизирането влияят върху размера на мастните глобули. Хомогенизирането на студено мляко, в което мазнините са предимно във втвърдено състояние, е практически невъзможно. Обработката на млякото при температура 30 - 35°C води до непълно диспергиране на мастната фракция. Хомогенизирането е наистина ефективно, когато е налице цялата мастна фаза течно състояние, и то в нормални за млякото концентрации. Храните с висока масова част на мазнини са склонни да образуват големи натрупвания на мастни топчета, особено когато концентрацията на суроватъчни протеини е ниска и съдържанието на мазнини е високо. Сметаната със съдържание на мазнини над 12% не може да се хомогенизира успешно с помощта на стандарт високо кръвно наляганетъй като поради липсата на мембранен материал (казеин), мастните топчета се слепват в клъстери. За достатъчно ефективна хомогенизация трябва да има 0,2 грама казеин на грам мазнина.
Процесите на хомогенизиране, извършвани под високо налягане, водят до образуването на малки мастни топчета. Тъй като температурата на хомогенизиране се повишава, дисперсията на мастната фаза се увеличава, пропорционално на намаляването на вискозитета на млякото при повишени температури.
Обикновено хомогенизирането се извършва при температура от 55 до 80°C, под налягане от 10 до 25 MPa (100-250 bar), в зависимост от вида на продукта, който се обработва.
Характеристики на потока
Когато потокът преминава през тесен канал, скоростта му се увеличава (виж фиг. 2). Скоростта ще се увеличава, докато статичното налягане спадне до ниво, при което течността кипи. Максимална скоростзависи основно от входното налягане. Когато течността напусне празнината, скоростта намалява и налягането започва да се увеличава. Течността спира да кипи и мехурчетата от пара избухват.
Теории за хомогенизиране
През годините на прилагане на процеса на хомогенизиране са възникнали много теории за обяснение на механизма на хомогенизиране при високи
налягане. Две теории, които обясняват дисперсната система масло-вода по аналогия с млякото, където диаметърът на повечето капчици е по-малък от 1 микрон, не са остарели и до днес.
Те дават обяснение за влиянието различни параметривърху ефективността на хомогенизиране.
Теорията за унищожаването на топките от турбулентни водовъртежи („микровихри“) се основава на факта, че в течност, движеща се с висока скорост, възникват голям брой турбулентни микропотоци.
Ако турбулентен микропоток се сблъска със съизмерима с него капка, последната се унищожава. Тази теория ни позволява да предвидим промени в резултатите от хомогенизирането, когато приложеното налягане се промени. Тази връзка е открита в много изследвания.
От друга страна, теорията за кавитацията твърди, че мастните капчици се унищожават от ударни вълни, генерирани от експлозията на парни мехурчета. Според тази теория хомогенизирането настъпва, когато течността напусне празнината. Следователно обратното налягане, необходимо за кавитация, е от голямо значение в този случай. Това е потвърдено от практиката. Хомогенизирането обаче е възможно и без кавитация, но в този случай е по-малко ефективно.
Фиг.3 Разрушаване на мастните глобули на първия и втория етап на хомогенизиране.
1 След първия етап
2 След втория етап
Едностепенна и двустепенна хомогенизация
Хомогенизаторите могат да бъдат оборудвани с една хомогенизираща глава или две последователно свързани. Оттук и наименованието: едностепенна хомогенизация и двустепенна хомогенизация. И двете системи са показани на фигури 5 и 6. При едноетапна хомогенизация се използва целият спад на налягането
в една единствена стъпка. При двустепенна хомогенизация общата
налягането се измерва преди първата степен P 1 и преди втората степен P 2.
За постигане на оптимална ефективност на хомогенизиране обикновено се използва двустепенна опция. Но желаните резултати могат да бъдат получени, ако съотношението P 2: P 1 е приблизително 0,2. За хомогенизиране се използва едноетапна версия
- продукти с ниско съдържание на мазнини,
- продукти, изискващи висок вискозитет (образуване на определени агломерати).
- в продукти, които изискват нисък вискозитет
- за постигане на максимална ефективност на хомогенизиране (микронизиране).
Фигура 3 показва образуването и разрушаването на клъстери от мастни глобули на втория етап на хомогенизиране.
Влиянието на хомогенизацията върху структурата и свойствата на млякото
Ефектът на хомогенизиране има положителен ефект върху физическата структура
и свойства на млякото и се проявява в следното:
- Намаляване на размера на мастните топчета, което предотвратява утаяването на крема
- По-бял и апетитен цвят
- Повишена устойчивост на окисление на мазнините
- Подобрен аромат и вкус
- Повишена безопасност ферментирали млечни продуктиот хомогенизирано мляко.
Хомогенизирането обаче има и някои недостатъци. Между тях:
- Невъзможност за отделяне на хомогенизирано мляко
- Леко повишена чувствителност към светлина - както слънчева светлина, така и флуоресцентни лампи - може да доведе до така наречения слънчев вкус
- Намалена топлинна стабилност - особено изразена при тестване на първия етап на хомогенизиране, хомогенизиране на обезмаслено мляко и в други случаи, които допринасят за образуването на натрупвания на мастни топчета
- Млякото е неподходящо за производството на полутвърди и твърди сирена, тъй като изварата ще отдели лошо суроватката.
Хомогенизатор
Обикновено са необходими хомогенизатори с високо налягане, за да се осигури максимална ефективност на хомогенизиране.
Продуктът влиза в помпения агрегат, където налягането му се повишава бутална помпа. Нивото на генерираното налягане зависи от обратното налягане, определено от разстоянието между буталото и гнездото в хомогенизиращата глава. Налягане P 1 винаги означава налягане на хомогенизиране. P 2 е обратното налягане на първия етап на хомогенизиране или налягането на входа на втория етап.
Фиг.4 Хомогенизаторът е голяма помпа за високо налягане с устройство за обратно налягане.
1 Главен двигател
2 задвижване с клиновиден ремък
3 Индикатор за налягане
4 Колянов механизъм
5 бутало
6 Уплътнение на буталото
7 Лят помпен блок от неръждаема стомана
8 клапана
9 Хомогенизираща глава
10 Хидравлична система
Фиг.5 Едностепенна хомогенизация. Диаграма на хомогенизиращата глава:
1 клапан
2 Ударен пръстен
3 Седло
4 Хидравлично задвижване
Помпа за високо налягане
Буталната помпа се задвижва от мощен електродвигател (позиция 1 на фиг. 4) през коляновия вал и биелите - тази трансмисия преобразува въртенето на двигателя в възвратно-постъпателно движение на буталата на помпата.
Буталата (елемент 5) се движат в цилиндровия блок с високо налягане.
Изработени са от високоякостен материал. Буталата са оборудвани с двойни уплътнения. В пространството между уплътненията се подава вода за охлаждане на буталата. Там може да се подава и горещ кондензат, за да се предотврати повторно замърсяване на продукта с микроорганизми по време на работа на хомогенизатора. Също така е възможно да се използва горещ кондензат за поддържане на условия за асептично производство на продукта по време на работа на хомогенизатора.
Хомогенизираща глава
Фигури 5 и 6 показват хомогенизиращата глава и нейната хидравлична система. Буталната помпа повишава налягането на млякото от 300 kPa (3 bar) на входа до хомогенизиращо налягане от 10-15 MPa (100-240 bar), в зависимост от вида на продукта. Налягането на входа на първия етап преди механизма (хомогенизиращо налягане) автоматично се поддържа постоянно. Налягането на маслото върху хидравличното бутало и хомогенизиращото налягане върху клапана се балансират взаимно. Хомогенизаторът е оборудван с един общ маслен резервоар, независимо дали е едностепенен или двустепенен. Въпреки това, в двустепенния хомогенизатор има две хидравлични системи, всяка със собствена помпа. Новото налягане на хомогенизиране се задава чрез промяна на налягането на маслото. Налягането на хомогенизиране се показва на манометъра за високо налягане.
Процесът на хомогенизиране се извършва на първия етап. Вторият служи основно за две цели:
Създаване на постоянно и контролирано обратно налягане в посока на първия етап, като по този начин се осигуряват оптимални условия за хомогенизиране
Унищожаване на прилепнали клъстери от мастни глобули, образувани веднага след хомогенизирането (виж Фиг. 3).
Имайте предвид, че налягането на хомогенизиране е налягането преди първия етап, а не спадът на налягането.
Частите на хомогенизиращата глава са прецизно обработени машина за мелене. Ударният пръстен се поставя на място по такъв начин, че вътрешната му повърхност да е перпендикулярна на изхода от слота. Седалката е скосена под ъгъл от 5 градуса, за да осигури контролирано ускорение на продукта, като по този начин предотвратява ускореното износване, което иначе би настъпило.
Млякото под високо налягане прониква между седлото и клапана. Ширината на процепа е приблизително 0,1 mm, което е 100 пъти диаметъра на мазнината.Налягането, произведено от буталната помпа, се преобразува в кинетична енергия. Част от тази енергия след преминаване през механизма отново се превръща в налягане. Другата част се отделя като топлина; Всеки 40 бара спад на налягането след преминаване през механизма повишава температурата с 1°C. По-малко от 1% от цялата тази енергия се изразходва за хомогенизиране и въпреки това хомогенизирането с високо налягане остава най-много ефективен методот всички налични днес.
Фиг.6
Двустепенна хомогенизация.
1 Първи етап
2 Втори етап
Ефективност на хомогенизиране
Целта на хомогенизирането зависи от метода на неговото приложение. Методите за оценка на ефективността се променят съответно.
В съответствие със закона на Стокс скоростта на нарастване на една частица се определя по следната формула, където: v - скорост
q - ускорение свободно падане p - размер на частиците η hp - плътност на течността η ip - плътност на частиците t - вискозитет
Или v = константа x p 2
От формулата следва, че намаляването на размера на частиците е ефективен начиннамаляване на увеличаването на скоростта. Следователно, намаляването на размера на частиците в млякото води до по-бавна скорост на утаяване на сметаната.
Аналитични методи
Аналитични методи за определяне на ефективността на хомогенизиране могат да бъдат
разделени на две групи:
I. Определяне на скоростта на утаяване на крема
Повечето стар начинопределянето на времето за утаяване на крема е да се вземе проба, да се задържи за определено време и след това да се анализира съдържанието на мазнини в различните му слоеве. Методът USPH се основава на този принцип. Например еднолитрова проба се държи 48 часа, след което се определя маслеността. горен слой(100 мл), както и във всички останали млека. Хомогенизирането се счита за задоволително, ако масовата част на мазнините в долния слой е 0,9 пъти по-малка от тази в горния слой.
Методът NIZO е изграден на същия принцип. При този метод проба от да речем 25 ml се центрофугира за 30 минути при 1000 rpm при температура 40°C и радиус 250 mm. След това съдържанието на мазнини в долния слой от 20 ml се разделя на съдържанието на мазнини в цялата проба и резултатът се умножава по 100. Това съотношение се нарича стойност на NIZO. За пастьоризираното мляко обикновено е 50-80%.
II. Дробен анализ
Разпределението на размерите на частици или капчици в проба може да се определи чрез добре разработен метод, като се използва настройка за лазерна дифракция (виж Фиг. 7), която изпраща лазерен лъч в пробата, разположена в кювета. Степента на разсейване на светлината ще зависи от размера и броя на частиците, съдържащи се в тестваното мляко.
Резултатът се представя под формата на графики на разпределение на размера на частиците. Процентът на масовата фракция на мазнините е представен като функция от размера на частиците (размер на мастната топка). Фигура 8 показва три типични графики на разпределението на размера на мастните топчета. Обърнете внимание, че когато налягането на хомогенизиране се увеличава, графиката се измества наляво.
Консумация на енергия и влиянието й върху температурата
Разочаровам електрическа енергиянеобходими за хомогенизиране се изразява със следната формула:
Хомогенизатор в производствената линия
Обикновено хомогенизаторът се монтира в началото на линията, т.е. преди крайната нагревателна секция на топлообменника. В мнозинството инсталации за пастьоризацияза производство на мляко за пиене за потребителския пазар хомогенизаторът е разположен след първи регенеративен участък.
При производството на стерилизирано мляко хомогенизаторът обикновено се поставя в началото на процеса на високотемпературна обработка, който протича в система с индиректно нагряванепродукт, и винаги в края на процес, протичащ в система с директно нагряване на продукта, т.е. в асептична част на инсталацията след зоната за стерилизация на продукта. В този случай се използва асептичен вариант на хомогенизатора, оборудван със специални бутални уплътнения, уплътнения, стерилен кондензатор и специални асептични амортисьори.
Асептичен хомогенизатор се инсталира след секцията за стерилизация на инсталации с директно нагряване на продукта в случаите на производство на млечни продукти с масова част на мазнини над 6-10% и / или с високо съдържание на протеини. Факт е, че при много високи температури на обработка се образуват натрупвания от мастни топчета и казеинови мицели в мляко с високо съдържание на мазнини и/или протеини. Асептичен хомогенизатор, разположен след секцията за стерилизация, унищожава тези агломерирани частици.
Пълна хомогенизация
Пълната хомогенизация е най-разпространеният метод за хомогенизиране на мляко за пиене и мляко, предназначено за производство на ферментирали млечни продукти. Съдържание на млечна мазнина, а понякога и съдържание
сух обезмаслен остатък (при производството на кисело мляко например) се нормализират преди хомогенизиране.
Отделна хомогенизация
Отделното хомогенизиране означава, че по-голямата част от обезмасленото мляко не е хомогенизирано. Сметаната и малко цедено мляко се хомогенизират. Този метод на хомогенизиране обикновено се използва за пастьоризирано мляко за пиене. Основното предимство на отделната хомогенизация е нейната относителна рентабилност. Общата консумация на енергия е намалена с приблизително 65% поради по-малко мляко, преминаващо през хомогенизатора.
Тъй като най-голяма ефективност на хомогенизиране може да се постигне, ако млякото съдържа най-малко 0,2 g казеин на 1 g мазнина, препоръчителната максимална масленост е 12%. Часовата производителност на инсталацията, в която се извършва отделна хомогенизация, може да се определи по следната формула.
Производството на пастьоризирано нормализирано мляко (Q sm) на час ще бъде приблизително 9690 литра. Ако заместим тази цифра във формула 2, получаваме,
че часовата производителност на хомогенизатора е приблизително 2900 л.,
тоест около една трета от общия му капацитет.
Технологичната схема в инсталацията за частично хомогенизирано мляко е показана на фиг. 10.
Ефектът на хомогенизираните млечни продукти върху човешкия организъм
В началото на 70-те години американският учен К. Остър излезе с хипотезата, че хомогенизирането на млякото позволява на ензима ксантиноксидаза да проникне през червата в кръвоносната система. (Оксидазата е ензим, който катализира добавянето на кислород към субстратно вещество или извличането на водород от него.) Според Остър ксантиноксидазата допринася за процеса на увреждане на кръвоносните съдове и води до атеросклероза.
Тази хипотеза беше отхвърлена от учените с мотива, че човешкото тяло само произвежда хиляди пъти големи количестваот този ензим, отколкото хомогенизираното мляко теоретично би могло да допринесе за това.
Така че не може да има никаква вреда от хомогенизирането на млякото. От хранителна гледна точка хомогенизирането не носи особени промени, освен може би, че в хомогенизираните продукти мазнините и протеините се разграждат по-бързо и по-лесно.
Остър обаче е прав, че окислителните процеси могат да бъдат вредни за човешкото тяло и че диетата е важна за здравето.
Хомогенизация - механично раздробяване на мастните топчета в млякото (сметаната) за целта равномерно разпределениемазнини в общата маса на продукта и предотвратяване на утаяването му. Различната плътност на мазнините и плазмата в състава на млякото и сметаната води до отделяне на мастната фракция при съхранение на продуктите. За стабилизиране консистенцията на млечната структура и подобряване на вкуса на дисперсната смес се използва хранителен хомогенизатор.
Хомогенизаторът за мляко оказва механично въздействие върху преработените суровини. Процесът на диспергиране осигурява стабилизиране на високо диспергирана мастна емулсия и придава на продукта хомогенизирана консистенция, а именно веществото в обвивката и структурата на мазнината, съдържаща се в млякото, претърпява преразпределение, плазмените протеини се мобилизират, фосфатидите преминават от обвивката на мастните глобули в плазмата на продукта.
Принцип на действие
Принципът на работа на основните видове млечни хомогенизатори се основава на разликата в налягането в системата, при която течностите с полидисперсни характеристики се превръщат в продукти с еднородна консистенция. Оборудването може да бъде оборудвано с едно- или двустепенна работна глава. Последната модификация на агрегатите е предназначена за обработка на суровини с висок процентсъдържание на мазнини
Хомогенизирането е раздробяване (разпръскване) на мастни топчета чрез подлагане на мляко или сметана на значителни външни сили. По време на лечението размерът на мастните топчета и скоростта на плаване се намаляват. Веществото на обвивката на мастните топчета се преразпределя, мастната емулсия се стабилизира и хомогенизираното мляко не се утаява.
Клапанните хомогенизатори се използват за обработка на мляко и сметана, за да се предотврати разделянето им по време на съхранение.
Ротационни хомогенизатори-пластификатори се използват за промяна на консистенцията на млечни продукти като топени сирена и масло. В маслото, обработено с тяхна помощ, водната фаза се диспергира, в резултат на което продуктът се съхранява по-добре.
Принципът на работа на хомогенизаторите от клапанен тип, които са получили най-голямо разпространение, е както следва. В цилиндъра на хомогенизатора млякото се подлага на механично въздействие при налягане 15...20 MPa. Когато вентилът се повдигне, леко отваряйки тясната междина, млякото излиза от цилиндъра. Това е възможно при достигане на работното налягане в цилиндъра. При преминаване през тясна кръгла междина между седалката и клапана скоростта на млякото се увеличава от нула до стойност над 100 m/s. Налягането в потока пада рязко и капка мазнина, уловена в такъв поток, се издърпва и след това, в резултат на действието на силите на повърхностно напрежение, се раздробява на малки капчици-частици.
Когато хомогенизаторът работи, на изхода на клапанната междина често се наблюдава полепване на натрошени частици и образуване на „клъстери“, което намалява ефективността на хомогенизирането. За да се избегне това, се използва двустепенна хомогенизация.В първия етап се създава налягане, равно на 75% от работното налягане, във втория етап се установява работното налягане.
Ориз. 2.22. Хомогенизираща глава
За извършване на хомогенизация температурата на млечните суровини трябва да бъде 60...65 °C. При по-ниски температури утаяването на мазнини се увеличава; при по-високи температури суроватъчните протеини могат да се утаят.
Хомогенизатор с двустепенна хомогенизираща глава се състои от рамка, корпус, бутален блок, хомогенизираща глава, задвижване и колянов механизъм.
Фиг.2.23. Хомогенизатор A1-OGM-5:
1 - електродвигател; 2 - рамка със задвижване; 3 - колянов механизъм със системи за смазване и охлаждане; 4 - бутален блок с хомогенизиращи и манометрични глави и предпазен клапан; 5 - глава за манометър; 6- хомогенизираща глава; 7-V-ремъчно задвижване
В случай, че по време на хомогенизирането е необходимо да се изключи достъпът на микроорганизми до обработвания продукт, се използват специални асептични хомогенизиращи глави. В такива глави гореща пара под налягане от 30...60 kPa се подава в пространството, ограничено от два уплътнителни елемента. Тази високотемпературна зона действа като бариера за предотвратяване навлизането на бактерии в цевта на хомогенизатора.
Хомогенизаторите-пластификатори се различават по принцип на работа и конструкция от хомогенизаторите от вентилен тип. Работното тяло при тях е ротор, който може да има различен номеростриета - 12, 16 или 24.
Хомогенизаторът-пластификатор се състои от рамка, корпус с винтове, приемен бункер и задвижване.
Фиг.2.24. Комплект инструменти за хомогенизиране на хомогенизатор:
1-неподвижен пръстен; 2- подвижен пръстен; 3 - колело на острието; 4- бункер; 5 - подвижен нож; 6- тяло; 7- неподвижен нож; 8- разтоварващ ротор; 9- вал на хомогенизатора
Задвижването ви позволява да регулирате скоростта на въртене на захранващите шнекове (с помощта на вариатор) в рамките на 0,2...0,387 s 1 . Скоростта на въртене на ротора с лопатки не се регулира и е 11,86 s."
Принципът на работа на машината е следният. Маслото се подава в бункер, откъдето чрез два винта, въртящи се в противоположни посоки, се пресова през ротор и през дюза с диафрагма в бункера на пълначната машина. За да се предотврати залепването на масло, работните части на хомогенизатора се смазват със специален горещ разтвор преди започване на работа. Производителността на хомогенизатора зависи от скоростта на въртене на захранващите шнекове и е 0,76...1,52 m 3 / ч. Задвижващата мощност на машината е 18,3 kW.
Хомогенизаторът ЯЗ-ОГЗ е предназначен за обработка на масата на топено сирене при производството на топено сирене и се състои от следните части: основа, корпус, комплект инструменти за хомогенизиране, бункер, устройство за разтоварване и задвижване.
Основата се използва за закрепване на компонентите на хомогенизатора към нея. Корпусът съдържа работни възли и уплътнителни устройства.
Хомогенизиращият инструмент за подаване, смилане и смесване на масата на топеното сирене е изпълнен под формата на подвижни и неподвижни ножове, разделени с дистанционни пръстени, както и зареждащо лопатково колело и разтоварващ ротор. Движещите се ножове имат специални канали, направени под определен ъгъл спрямо крайната повърхност, което улеснява движението на натрошения продукт към устройството за разтоварване. Валът на хомогенизиращия инструмент се върти с честота 49 s 1 .
Бункерът за приемане и съхранение на сиренена маса е с топлоизолационен кожух.
Устройство за разтоварване под формата на две тръби, свързани помежду си с кран, служи за оттичане на хомогенизираната маса в дозатора на пълначната машина.
Задвижването се състои от 11 kW двигател, предназначен да предава въртене от вала към движещата се част на хомогенизиращия инструмент.
Обработката на продукта в хомогенизатор YaZ-OGZ се извършва, както следва. Масата на топеното сирене се подава периодично или непрекъснато в бункера на хомогенизатора. Под въздействието на вакуума, създаден от зареждащото гребно колело, продуктът постъпва в хомогенизиращия инструмент, в който, преминавайки последователно през подвижни и неподвижни ножове, се хомогенизира и подава към разтоварващото устройство.
Използването на хомогенизатор ви позволява да избегнете технологична операцияпрецеждане на масата на сиренето, за да се отстранят неразтопените частици.
Суровото мляко преминава през няколко етапа на подготовка, преди да влезе в условния конвейер Хранително-вкусовата промишленост. В момента има няколко групи операции по химична, термична и биологична обработка. Специално мястоХомогенизирането на млякото е един от основните компоненти на подготовката на суровините. Това е технология за механична обработка, но в зависимост от конкретната техника може да включва отделни термични и химични процедури.
Общи сведения за хомогенизирането
По принцип тази технология се използва като метод за механична обработка на млечни и други течни продукти с цел повишаване дисперсността на мастната им фаза. По време на технологичния процес хетерогенността на разпределението също намалява химически елементив целия обем на хетерофазната система. Тази техника обаче не трябва да се бърка с дисперсията като такава. Според определението за хомогенизиране на млякото, фрагментирането на дисперсната фаза не е така предпоставкатехнологичен процес. Например, процедурата за смесване на твърди прахообразни вещества може напълно да изключи тази операция. Обратно, дисперсията на хетерофазна система може да предполага и също да изключва процедурата на хомогенизиране.
Предназначение на технологията
Целите на хомогенизирането могат да варират в зависимост от сегашно състояниесурово мляко и изисквания към крайния продукт. Сред най-често срещаните задачи може да се отбележи един вид ефект на разделяне на мастните топчета по диаметър, което позволява образуването на крем. Този процес осигурява и стабилността на мазнината в суровия продукт. За да се разбере значението на хомогенизирането, струва си да се отбележи, че обемът и броят на мастните топчета в суровото мляко не са постоянни - тези характеристики се определят от диетата, етапа на лактация и породата на животното. Например в 1 мм прясно млечен продуктсъдържа до 4 милиарда мастни топчета със среден диаметър около 2-3 микрона с колебания от 0,5 до 15 микрона. Осигуряването на еднакви размери на тези глобули е основната цел на хомогенизирането на млякото като един от началните процеси на обработка на суровините при производството на сирене, извара, ферментирало печено мляко и др. Освен това осредняването и изравняването на параметрите на размерите е обикновено се постига чрез намаляване на мастните топчета 10 пъти - до приблизително 1 µm.
Изисквания към процеса на хомогенизиране
Разглежданият метод за преработка на млечни продукти не може да се разглежда изолирано от свързаните с него технологични процесиподготовка на продукта за крайно производство. По-специално, хомогенизирането на млякото е процедура, която може да бъде свързана със съхранение, транспортиране и последващи операции по пастьоризация. Съответно има универсални Общи изискванияза преработка на мляко, които се отнасят повече до санитарно-хигиенните норми, но има и специални правила за извършване на хомогенизация. Сред тях са следните:
- Преди преработка суровото мляко се подлага на първична филтрация и охлаждане.
- Температурата на млякото трябва да варира между 4 и 6 °C. Конкретният режим ще определи допустимото време за съхранение преди и след обработката - като правило не повече от 6 часа.
- Средното налягане по време на хомогенизиране на млякото е 10 MPa. Освен това, за да се нормализира хетерофазната структура, може да се наложи да се увеличи фазовото разделяне с 500 хиляди m 2 за всеки тон суровина.
- Преди пастьоризация се извършва хомогенизиране. Изключения могат да възникнат, ако операцията се извършва при 60 °C. Този режим обикновено се използва при производство на обезмаслено мляко и сметана, но при тази технологична схема хомогенизирането ще бъде последвано от допълнителна пастьоризация.
Използвано оборудване
Технически операцията се извършва чрез прилагане на външна сила, чийто източник е хомогенизаторът. Това е специална машина, която действа върху целеви продуктмеханично налягане, електричество или ултразвук. По-често се използват агрегати с механичен принцип на действие. Основният работен елемент на такова оборудване за хомогенизиране на млякото е глава с пръстеновиден вентилен процеп, през който преминават мастните топчета. Захранването се осигурява от помпа, чиято мощност ви позволява да създавате налягане до 20 MPa. Достатъчно е да се намалят топките до 0,7 микрона, но, както вече беше споменато, по-често се използва режим на налягане от 10 MPa, при който се отделят мастни частици с фракция от 1-2 микрона. Различните модели хомогенизатори имат едно- или двустепенна конструкция. Съответно, един или два продукта могат да бъдат произведени едновременно (с в различна степенсъдържание на мазнини).
Обща техника за хомогенизиране
След предварителна подготовкамлечни суровини за механично разделяне се извършва следният списък от действия:
- Смесване на дисперсната среда с течната дисперсионна система при диспергираща мощност.
- Млечната среда се изпомпва под налягане през главите на хомогенизатора. Мастната дисперсна фаза се раздробява до желаната фракция.
- По-фин процес на хомогенизиране на млякото, който включва смесване на малки мастни фракции в специални миксери.
- Топлинна пастьоризация.
- Охлаждане на продукта.
Между технологичните етапи могат да се използват спомагателни или междинни операции в различна последователност. Това се отнася за нагряване, почистване и стерилизация.
Пълна хомогенизация
Този метод на хомогенизиране се счита за най-разпространен в производствени съоръжения, където се произвеждат млечни продукти за пиене. Основна характеристикаМетодът е да се елиминира разделянето на фазите. С други думи, цялата маса на суровото мляко се подлага на раздробяване без предварително разделяне. Пълна хомогенизация на млякото е по най-добрия начинполучаване на нормализиран сух обезмаслен остатък, който по-късно може да се използва при производството на кисели млека.
Отделна хомогенизация
Този метод също има широко използване, но се счита за по-специализиран. Факт е, че процесът на отделна хомогенизация е насочен към работа с определена част от заредената суровина. Например, определена част от мастния продукт се разпределя според специфични характеристики. При класическата схема основната част от обезмасленото мляко се отрязва, но има и междинни методи за сепариране и последваща хомогенизация, при които сепарирането става по специфични параметри на мазнините. Сред предимствата на тази техника е не само възможността за получаване на повече качествен продукт, но и ефективността на процеса. Най-високият коефициент на ефективност на хомогенизирането на млякото с разделяне на фракции се постига, ако има най-малко 0,2 g казеин на 1 g мазнина.
Температура на млякото по време на хомогенизиране
Един от най-важните параметри, който определя и степента на качество на крайния продукт и ефективността на целия процес. Достатъчно е да се каже, че критичният спад температурен режимможе да доведе до увеличаване на вискозитета на суровото мляко и образуването на плътни мастни натрупвания. Най-малко, за да се осигури утаяване на сметаната, температурата на хомогенизиране на млякото трябва да бъде 30-40 °C.
Но също така високи температуриможе да повлияе отрицателно на физикохимичното състояние на хетерофазната среда. В този случай върху работните повърхности на оборудването могат да се образуват протеинови отлагания, което ще усложни процеса на механични операции. За регулиране на термичната степен на хомогенизиране на млякото се използват средства за междинна пастьоризация с постепенно повишаване на температурата с 5-8 ° C. На същия технологичен етап могат да се използват операции по стерилизация и термовакуумна обработка, ако има нужда от регулиране на други параметри на млякото.
Хомогенизиращи ефекти
От гледна точка на производството и потребителските качества на храните, тази технология на обработка помага да се осигурят следните свойства на продукта:
- За сметана и мляко - повишаване на еднородността (по цвят, вкус и масленост).
- За стерилизирана сметана и млечни продукти - увеличете срока на съхранение.
- За пълномаслено сухо мляко - регулиране на киселинността и маслеността.
- За ферментирали млечни продукти - елиминиране на мастната тапа на повърхността, увеличаване на трайността, подобряване на протеиновата консистенция.
- За кондензирани продукти - при дългосрочно съхранение, естествено регулиране на отделянето на мастните фази.
- За млечни продукти с пълнители - повишаване на вискозитета, подобряване на вкуса и минимизиране на риска от образуване на утайки.
Като цяло може да се каже, че правилно организираните процеси на стерилизация, хомогенизация и пастьоризация на млякото влияят цялостно върху биологичните и физико-химичните свойства на суровините, които влияят върху поддържащите възможности и гастрономическите качества на преработения продукт.
Контрол на качеството на хомогенизирано сурово мляко
След механична обработка се следят характеристиките на млечния продукт. По-специално се вземат предвид такива показатели като масова част на мазнини, степен на чистота и др.Що се отнася до мастната фракция, тя се определя чрез метрични, експресни и киселинни методи. Например последният метод е най-популярен. Това включва смесване на определена доза мляко с концентрирана сярна киселина по време на последващо центрофугиране. След това обемът на освободената мазнина се определя с помощта на градуираната част на бутирометъра в контролното оборудване.
Чистотата на млякото се определя от специални филтри, допълнени с иглонабит термо плат. Степента на чистота на продукта се определя от обема на примесите. Използват се и средства цялостен анализ. С помощта на пипета за хомогенизиране на мляко със стойност на делене около 0,1 cm 3 се вземат проби, които се изследват допълнително чрез нагряване, химични и биологични реакции. В крайна сметка се прави лабораторен протокол за характеристиките на хомогенизирания млечен продукт.
Заключение
Въпреки всички положителни ефекти от хомогенизирането, много експерти са критични към него поради производството на вредни ензими. Към момента обаче няма надеждни изследвания, които да разкрият значителна разлика за човешкото здраве между натуралните и преработените по този начин млечни продукти. Освен това днес хомогенизирането на млякото е комплекс от производствени процеси, които са се превърнали в необходимост в хранително-вкусовата промишленост. Този метод на механична обработка се използва не само по отношение на прясното мляко, но и при възстановяването на сухи млечни суровини чрез регулиране на степента на съдържание на мазнини. Друго нещо е, че във всеки случай се използват модифициращи химически добавки, чието присъствие в продукта по принцип намалява неговата стойност.
