Iekārtas piena homogenizācijai. Homogenizatora konstrukcijas un darbības apraksts. Vispārīga informācija par homogenizāciju
Homogenizācija ir caur piena filtriem izgājušo izejvielu mehāniska apstrāde, kuras rezultātā ārēja spēka - spiediena, strāvas ietekmē tiek izkliedētas (sasmalcinātas) tauku lodītes. augsta frekvence, ultraskaņa un daudz kas cits.
Kāpēc nepieciešama homogenizācija?
Uzglabājot izlej piena kannas produkts, tauki uzpeld uz virsmas, jo tie ir vieglāki par plazmu (reverss). Izejvielas ir nokārtotas. Liels tauku kamols, paceļoties uz augšējiem slāņiem, saduras ar citiem līdzīgiem. Imūnglobulīnu ietekmē notiek aglutinācija (atsevišķu elementu līmēšana un to izgulsnēšanās no viendabīga maisījuma). Rezultātā mainās konsistence un pasliktinās kvalitāte, kas nav vēlams. Ja tauku lodītes tiek sadalītas mazos gabaliņos, tās nesalips kopā, veidojot plēvi uz virsmas.
Tauku lodītes pieauguma ātrums ir atkarīgs no tā lieluma — jo lielāka, jo ātrāk. Saskaņā ar Stoksa formulu tas ir tieši proporcionāls gabala rādiusa kvadrātam. Tauku lodīšu izmērs svārstās no 0,5 līdz 18 mikroniem. Pēc homogenizācijas tas samazinās apmēram 10 reizes ( vidējais izmērs jauda – 0,85 µm). Tas nozīmē, ka tie peldēs 100 reizes lēnāk. Turklāt maziem kunkuļiem, kuru izmērs ir mazāks par 1 mikronu, savstarpējās atgrūšanas spēki ir lielāki nekā pievilkšanas spēki.
Tauku sasmalcināšanas laikā tā čaumalas viela tiek pārdalīta. Daži no fosfatīdiem nonāk plazmā, un plazmas olbaltumvielas nonāk mazu bumbiņu ārējā apvalkā. Pateicoties šiem faktoriem, tauku emulsija pienā tiek stabilizēta. Ar augstu dispersijas pakāpi nostādināšanas process netiek novērots, tauki nepeld, piena kolbas pilda ar kvalitatīvāku produktu. Krējumam, biezpienam, sviestam utt., kas izgatavoti no homogenizētām (viendabīgām) izejvielām, ir vislabākās organoleptiskās īpašības un konsistence, barības vielas organismā uzsūcas ātrāk un pilnīgāk.
Homogenizācija palīdz:
- Ielej pasterizētu pienu vai krējumu konteineri no no nerūsējošā tērauda , ieguvis vienmērīgu tauku saturu, krāsu un garšu.
- Sterilizēts piens un krējums bija labāk uzglabāti.
- Uz raudzētiem piena produktiem neveidojas taukainā plēvīte, proteīna recekļi bija stiprāki un labākas konsistences.
- Konservētajā kondensētajā pienā, ilgstoši uzglabājot, tauku fāze neizdalījās.
- Pilnpiena pulverī bija mazāk brīvo tauku bez proteīna čaumalām - tas noved pie oksidācijas.
- Atjaunotajiem raudzētā piena dzērieniem, krējumam un pienam nebija ūdeņainas pēcgaršas, un produkta garša kļuva intensīvāka.
- Piens ar pildvielu (piemēram, kakao) izrādījās viskozāks, bez nogulsnēm un ar labāku garšu.
Homogenizācijas mehānisms
Homogenizāciju ieteicams veikt pēc piena izvadīšanas ilgstoša pasterizācijas vanna.
Šim nolūkam viņi izmanto dažādi veidi ierīces. Visizplatītākie ir agregāti vārsta tips. To pamatā ir virzuļsūkņi augstspiediena. Šķidrums tiek izspiests caur ļoti maziem caurumiem. Tajā pašā laikā plūsmas ātrums strauji palielinās. Tauku lodītes tiek sasmalcinātas, un iegūtie mazie kunkuļi tiek nekavējoties pārklāti ar proteīna apvalku. Kāpēc tas notiek, tiks apspriests raksta otrajā daļā.
Homogenizācija ir kļuvusi par standarta ražošanas procesu, ko plaši izmanto kā līdzekli tauku emulsiju atdalīšanai gravitācijas ietekmē. Golins, kurš izstrādāja šo procesu 1899. gadā, franču valodā to definēja kā “Fixer la kompozicion des liquides”.
Pirmkārt, homogenizācija noved pie tauku lodīšu sadalīšanās daudz mazākās (sk. 1. att.). Tā rezultātā samazinās krēmīgums, kā arī var samazināties lodīšu tendence salipt kopā vai veidot lielus aglomerātus. Galvenokārt ražo homogenizētu pienu mehāniski. Tas tiek vadīts lielā ātrumā pa šauru kanālu.
Tauku lodīšu iznīcināšanu panāk tādu faktoru kombinācija kā turbulence un kavitācija. Rezultātā bumbiņu diametrs samazinās līdz 1 mikronam, un tam seko četras līdz sešas reizes palielināts starpvirsmas laukums starp taukiem un plazmu. Membrānas vielas pārdales rezultātā, kas pilnībā pārklāja tauku lodītes pirms to iznīcināšanas, jaunizveidotajām lodītēm ir nepietiekami stiprs un biezs apvalks. Šīs membrānas satur arī adsorbētus piena plazmas proteīnus.
Fokss un viņa kolēģi pētīja tauku-olbaltumvielu kompleksu, kas iegūts, homogenizējot pienu. Viņš pierādīja, ka kazeīns ir kompleksa olbaltumvielu sastāvdaļa un ka tas, iespējams, ir saistīts ar tauku frakciju, izmantojot polāros pievilcīgos spēkus. Viņš arī atklāja, ka kazeīna micellas tiek aktivizētas, kad tās iet caur homogenizatora vārstu, izraisot noslieci mijiedarboties ar tauku fāzi.
Procesa prasības
Fiziskais stāvoklis un tauku frakcijas koncentrācija homogenizācijas laikā ietekmē tauku lodīšu izmēru. Aukstā piena homogenizācija, kurā tauki galvenokārt atrodas sacietējušā stāvoklī, praktiski nav iespējama. Apstrādājot pienu 30 - 35°C temperatūrā, tauku frakcija izkliedējas nepilnīgi. Homogenizācija ir patiesi efektīva, ja notiek visa tauku fāze šķidrs stāvoklis, un pienam normālā koncentrācijā. Pārtikas produkti ar augstu tauku masas daļu mēdz veidot lielas tauku lodīšu uzkrājumus, īpaši, ja sūkalu olbaltumvielu koncentrācija ir zema un tauku saturs ir augsts. Krējumu ar tauku saturu virs 12% nevar veiksmīgi homogenizēt, izmantojot standartu augsts asinsspiediens jo membrānas materiāla (kazeīna) trūkuma dēļ tauku lodītes salīp kopā ķekaros. Pietiekami efektīvai homogenizācijai uz gramu tauku jābūt 0,2 gramiem kazeīna.
Homogenizācijas procesi, kas veikti zem augsta spiediena, izraisa mazu tauku lodīšu veidošanos. Paaugstinoties homogenizācijas temperatūrai, palielinās tauku fāzes izkliede proporcionāli piena viskozitātes samazināšanās paaugstinātā temperatūrā.
Parasti homogenizāciju veic temperatūrā no 55 līdz 80°C, spiedienā no 10 līdz 25 MPa (100-250 bar), atkarībā no apstrādājamā produkta veida.
Plūsmas raksturojums
Kad plūsma iet pa šauru kanālu, tās ātrums palielinās (sk. 2. att.). Ātrums palielināsies, līdz statiskais spiediens samazināsies līdz līmenim, kurā šķidrums vārās. Maksimālais ātrums galvenokārt ir atkarīgs no ieplūdes spiediena. Kad šķidrums atstāj spraugu, ātrums samazinās un spiediens sāk palielināties. Šķidrums pārstāj vārīties un tvaika burbuļi eksplodē.
Homogenizācijas teorijas
Gadu gaitā, kad tiek izmantots homogenizācijas process, ir radušās daudzas teorijas, lai izskaidrotu homogenizācijas mehānismu augstā līmenī.
spiedienu. Divas teorijas, kas izskaidro eļļas-ūdens izkliedes sistēmu pēc analoģijas ar pienu, kur vairumam pilienu diametrs ir mazāks par 1 mikronu, nav novecojušas līdz mūsdienām.
Tie sniedz skaidrojumu par ietekmi dažādi parametri par homogenizācijas efektivitāti.
Teorija par bumbiņu iznīcināšanu ar turbulentiem virpuļiem (“mikrovirpuļiem”) balstās uz faktu, ka šķidrumā, kas pārvietojas ar liels ātrums, rodas liels skaits turbulentu mikroplūsmu.
Ja turbulenta mikroplūsma saduras ar tai atbilstošu pilienu, pēdējais tiek iznīcināts. Šī teorija ļauj prognozēt izmaiņas homogenizācijas rezultātos, mainoties pielietotajam spiedienam. Šis savienojums ir atklāts daudzos pētījumos.
No otras puses, kavitācijas teorija apgalvo, ka tauku pilienus iznīcina triecienviļņi, ko rada tvaika burbuļu eksplozija. Saskaņā ar šo teoriju homogenizācija notiek, kad šķidrums atstāj spraugu. Tādējādi šajā gadījumā liela nozīme ir kavitācijai nepieciešamajam pretspiedienam. Tas ir apstiprinājies praksē. Tomēr homogenizācija ir iespējama bez kavitācijas, taču šajā gadījumā tā ir mazāk efektīva.
3. att. Tauku lodīšu iznīcināšana pirmajā un otrajā homogenizācijas stadijā.
1 Pēc pirmā posma
2 Pēc otrā posma
Vienpakāpes un divpakāpju homogenizācija
Homogenizatorus var aprīkot ar vienu homogenizācijas galviņu vai divām virknē savienotām. Līdz ar to nosaukums: vienpakāpes homogenizācija un divpakāpju homogenizācija. Abas sistēmas ir parādītas 5. un 6. attēlā. Ar vienpakāpes homogenizāciju tiek izmantots viss spiediena kritums
vienā solī. Ar divpakāpju homogenizāciju, kopējais
spiedienu mēra pirms pirmā posma P 1 un pirms otrā posma P 2.
Lai panāktu optimālu homogenizācijas efektivitāti, parasti tiek izmantota divpakāpju opcija. Bet vēlamos rezultātus var iegūt, ja attiecība P 2: P 1 ir aptuveni 0,2. Homogenizācijai tiek izmantota vienpakāpes versija
- produkti ar zemu tauku saturu,
- produkti, kuriem nepieciešama augsta viskozitāte (noteiktu aglomerātu veidošanās).
- produktos, kuriem nepieciešama zema viskozitāte
- lai sasniegtu maksimālu homogenizācijas (mikronizācijas) efektivitāti.
3. attēlā parādīta tauku lodīšu kopu veidošanās un iznīcināšana homogenizācijas otrajā posmā.
Homogenizācijas ietekme uz piena struktūru un īpašībām
Homogenizācijas efektam ir pozitīva ietekme uz fizisko struktūru
un piena īpašības, un tas izpaužas šādi:
- Tauku lodīšu izmēra samazināšana, kas neļauj krējumam nosēsties
- Baltāka un apetītlīgāka krāsa
- Paaugstināta izturība pret tauku oksidēšanos
- Uzlabots aromāts un garša
- Paaugstināta drošība raudzēti piena produkti izgatavots no homogenizēta piena.
Tomēr homogenizācijai ir arī daži trūkumi. Starp viņiem:
- Nespēja atdalīt homogenizētu pienu
- Nedaudz paaugstināta jutība pret gaismu – gan saules gaismu, gan dienasgaismas spuldzēm – var izraisīt tā saukto saules garšu
- Samazināta siltuma stabilitāte - īpaši izteikta, pārbaudot homogenizācijas pirmo posmu, vājpiena homogenizāciju un citos gadījumos, kas veicina tauku lodīšu uzkrāšanos
- Piens nav piemērots puscieto un cieto sieru ražošanai, jo biezpiens slikti atdalīs sūkalas.
Homogenizators
Lai nodrošinātu maksimālu homogenizācijas efektivitāti, parasti ir nepieciešami augstspiediena homogenizatori.
Produkts nonāk sūknēšanas blokā, kur tā spiediens palielinās virzuļu sūknis. Radītā spiediena līmenis ir atkarīgs no pretspiediena, ko nosaka attālums starp virzuli un sēdekli homogenizācijas galviņā. Spiediens P 1 vienmēr nozīmē homogenizācijas spiedienu. P 2 ir pirmās homogenizācijas stadijas pretspiediens vai spiediens otrā posma ieplūdē.
4. att. Homogenizators ir liels augstspiediena sūknis ar pretspiediena ierīci.
1 Galvenais piedziņas motors
2 Ķīļsiksnas piedziņa
3 Spiediena indikators
4 Kloķa mehānisms
5 Virzulis
6 Virzuļa blīvējums
7 Lietais nerūsējošā tērauda sūkņa bloks
8 Vārsti
9 Homogenizējošā galva
10 Hidrauliskā sistēma
5. att. Vienpakāpes homogenizācija. Homogenizācijas galvas diagramma:
1 Vārsts
2 Trieciena gredzens
3 Segli
4 Hidrauliskā piedziņa
Augstspiediena sūknis
Virzuļsūkni darbina jaudīgs elektromotors (1. pozīcija 4. attēlā) caur kloķvārpstu un klaņi – šī transmisija pārvērš dzinēja griešanos sūkņa virzuļu kustībā.
Virzuļi (5. pozīcija) pārvietojas augstspiediena cilindru blokā.
Tie ir izgatavoti no augstas stiprības materiāla. Virzuļi ir aprīkoti ar dubultām blīvēm. Ūdens tiek ievadīts telpā starp blīvēm, lai atdzesētu virzuļus. Tur var padot arī karstu kondensātu, lai novērstu produkta atkārtotu piesārņošanu ar mikroorganismiem homogenizatora darbības laikā. Ir iespējams arī izmantot karstu kondensātu, lai uzturētu apstākļus aseptiskai produkta ražošanai homogenizatora darbības laikā.
Homogenizējošā galva
5. un 6. attēlā parādīta homogenizējošā galviņa un tā hidrauliskā sistēma. Virzuļa sūknis atkarībā no produkta veida paaugstina piena spiedienu no 300 kPa (3 bar) pie ieplūdes līdz homogenizācijas spiedienam 10-15 MPa (100-240 bar). Spiediens pie ieejas uz pirmo posmu pirms mehānisma (homogenizācijas spiediens) tiek automātiski uzturēts nemainīgs. Eļļas spiediens uz hidraulisko virzuli un homogenizācijas spiediens uz vārstu līdzsvaro viens otru. Homogenizators ir aprīkots ar vienu kopēju eļļas tvertni, neatkarīgi no tā, vai tā ir vienpakāpes vai divpakāpju versija. Tomēr divpakāpju homogenizatorā ir divas hidrauliskās sistēmas, katrai no tām ir savs sūknis. Jaunais homogenizācijas spiediens tiek iestatīts, mainot eļļas spiedienu. Homogenizācijas spiediens ir norādīts uz augstspiediena mērītāja.
Homogenizācijas process notiek pirmajā posmā. Otrais galvenokārt kalpo diviem mērķiem:
Konstanta un kontrolēta pretspiediena radīšana pirmās pakāpes virzienā, tādējādi nodrošinot optimālus homogenizācijas apstākļus
Tūlīt pēc homogenizācijas izveidojušos pielipušo tauku lodīšu kopu iznīcināšana (sk. 3. att.).
Ņemiet vērā, ka homogenizācijas spiediens ir spiediens pirms pirmā posma, nevis spiediena kritums.
Homogenizācijas galviņas daļas ir precīzi apstrādātas maļamā mašīna. Trieciena gredzens ir novietots vietā tā, lai tā iekšējā virsma būtu perpendikulāra izejai no spraugas. Sēdeklis ir noliekts 5 grādu leņķī, lai nodrošinātu kontrolētu produkta paātrinājumu, tādējādi novēršot paātrinātu nodilumu, kas citādi notiktu.
Piens zem augsta spiediena iekļūst starp sēdekli un vārstu. Spraugas platums ir aptuveni 0,1 mm, kas ir 100 reizes lielāks par tauku diametru. Virzuļa sūkņa radītais spiediens tiek pārvērsts kinētiskajā enerģijā. Daļa šīs enerģijas, izejot cauri mehānismam, atkal tiek pārvērsta spiedienā. Otra daļa tiek atbrīvota kā siltums; Katrs 40 bāru spiediena kritums pēc izlaišanas caur mehānismu paaugstina temperatūru par 1°C. Mazāk nekā 1% no visas šīs enerģijas tiek tērēts homogenizācijai, tomēr homogenizācija ar augstu spiedienu paliek visvairāk. efektīva metode no visiem šodien pieejamajiem.
6. att
Divpakāpju homogenizācija.
1 Pirmais posms
2 Otrais posms
Homogenizācijas efektivitāte
Homogenizācijas mērķis ir atkarīgs no tā pielietošanas metodes. Attiecīgi mainās efektivitātes novērtēšanas metodes.
Saskaņā ar Stoksa likumu daļiņas augšanas ātrumu nosaka pēc formulas, kur: v - ātrums
q - paātrinājums Brīvais kritiens p - daļiņu izmērs η hp - šķidruma blīvums η ip - daļiņu blīvums t - viskozitāte
Vai v = konstante x p 2
No formulas izriet, ka daļiņu izmēra samazināšanās ir efektīvs veids samazinot ātruma pieaugumu. Līdz ar to daļiņu izmēra samazināšanās pienā noved pie lēnāka krējuma nosēšanās.
Analītiskās metodes
Analītiskās metodes homogenizācijas efektivitātes noteikšanai var būt
sadalīts divās grupās:
I. Krējuma nosēšanās ātruma noteikšana
Lielākā daļa vecais veids krējuma nostādināšanas laika noteikšana ir parauga ņemšana, noteikta laika noturēšana un tauku satura analīze dažādos tā slāņos. USPH metode ir balstīta uz šo principu. Piemēram, viena litra paraugu glabā 48 stundas, pēc tam nosaka tauku saturu. augšējais slānis(100 ml), kā arī visā pārējā pienā. Homogenizāciju uzskata par apmierinošu, ja tauku masas daļa apakšējā slānī ir 0,9 reizes mazāka nekā augšējā slānī.
NIZO metode ir veidota pēc tāda paša principa. Izmantojot šo metodi, piemēram, 25 ml paraugu centrifugē 30 minūtes ar ātrumu 1000 apgr./min 40 °C temperatūrā un 250 mm rādiusā. Pēc tam 20 ml apakšējā slāņa tauku saturu dala ar visa parauga tauku saturu un rezultātu reizina ar 100. Šo attiecību sauc par NIZO vērtību. Pasterizētam pienam tas parasti ir 50-80%.
II. Frakcionālā analīze
Daļiņu vai pilienu izmēru sadalījumu paraugā var noteikt ar labi izstrādātu metodi, izmantojot lāzera difrakcijas uzstādījumu (sk. 7. att.), kas raida lāzera staru paraugā, kas atrodas kivetē. Gaismas izkliedes pakāpe būs atkarīga no pārbaudāmajā pienā esošo daļiņu lieluma un skaita.
Rezultāts tiek parādīts daļiņu izmēra sadalījuma grafiku veidā. Tauku masas daļas procentuālo daudzumu uzrāda kā daļiņu izmēra (tauku globulu izmēra) funkciju. 8. attēlā parādīti trīs tipiski tauku lodīšu izmēra sadalījuma grafiki. Ņemiet vērā, ka, palielinoties homogenizācijas spiedienam, grafiks nobīdās pa kreisi.
Enerģijas patēriņš un tā ietekme uz temperatūru
Pievilt Elektroenerģija homogenizācijai nepieciešamo izsaka ar šādu formulu:
Homogenizators ražošanas līnijā
Parasti homogenizatoru uzstāda līnijas sākumā, tas ir, pirms siltummaiņa pēdējās sildīšanas sekcijas. Vairākumā pasterizācijas rūpnīcas dzeramā piena ražošanai patēriņa tirgum homogenizators atrodas aiz pirmās reģeneratīvās sekcijas.
Sterilizētā piena ražošanā homogenizatoru parasti novieto augstas temperatūras apstrādes procesa sākumā, kas notiek sistēmā ar netiešā apkure produkts, un vienmēr procesa beigās, kas notiek sistēmā ar tiešu produkta karsēšanu, t.i. instalācijas aseptiskajā daļā pēc produktu sterilizācijas zonas. Šajā gadījumā tiek izmantota homogenizatora aseptiska versija, kas aprīkota ar speciāliem virzuļu blīvslēgiem, blīvēm, sterilu kondensatoru un īpašiem aseptiskiem amortizatoriem.
Piena produktu ar tauku masas daļu virs 6-10% un/vai ar augstu proteīna saturu ražošanā pēc iekārtu sterilizācijas sekcijas ar tiešu produkta sildīšanu uzstāda aseptisku homogenizatoru. Fakts ir tāds, ka ļoti augstās apstrādes temperatūrās pienā ar augstu tauku un/vai olbaltumvielu saturu veidojas tauku lodīšu un kazeīna micellu uzkrāšanās. Aseptisks homogenizators, kas atrodas pēc sterilizācijas sekcijas, iznīcina šīs aglomerētās daļiņas.
Pilnīga homogenizācija
Pilnīga homogenizācija ir visizplatītākā dzeramā piena un piena, kas paredzēts raudzētu piena produktu ražošanai, homogenizēšanai. Piena tauku saturs un dažreiz saturs
sausie beztauku atlikumi (piemēram, jogurta ražošanā) tiek normalizēti pirms homogenizācijas.
Atsevišķa homogenizācija
Atsevišķa homogenizācija nozīmē, ka lielākā daļa vājpiena netiek homogenizēta. Krējumu un nelielu vājpiena daudzumu homogenizē. Šo homogenizācijas metodi parasti izmanto pasterizētam dzeramajam pienam. Atsevišķas homogenizācijas galvenā priekšrocība ir tās relatīvā rentabilitāte. Kopējais enerģijas patēriņš ir samazināts par aptuveni 65%, jo mazāk piena iziet caur homogenizatoru.
Tā kā vislielāko homogenizācijas efektivitāti var sasniegt, ja pienā ir vismaz 0,2 g kazeīna uz 1 g tauku, ieteicamais maksimālais tauku saturs ir 12%. Iekārtas, kurā tiek veikta atsevišķa homogenizācija, stundas produktivitāti var noteikt, izmantojot šādu formulu.
Pasterizētā normalizētā piena (Q sm) ražošana stundā būs aptuveni 9690 litri. Ja mēs aizstājam šo skaitli formulā 2, mēs iegūstam,
ka homogenizatora stundas produktivitāte ir aptuveni 2900 l.,
tas ir, apmēram trešdaļa no tās kopējās jaudas.
Plūsmas diagramma instalācijā daļēji homogenizētam pienam ir parādīta 10. attēlā.
Homogenizētu piena produktu ietekme uz cilvēka organismu
70. gadu sākumā amerikāņu zinātnieks K. Osters nāca klajā ar hipotēzi, ka piena homogenizācija ļauj fermentam ksantīna oksidāzei caur zarnām iekļūt asinsrites sistēmā. (Oksidāze ir enzīms, kas katalizē skābekļa pievienošanu substrāta vielai vai ūdeņraža abstrakciju no tās.) Pēc Ostera domām, ksantīna oksidāze veicina asinsvadu bojājumu procesu un izraisa aterosklerozi.
Šo hipotēzi zinātnieki noraidīja, pamatojoties uz to, ka cilvēka ķermenis pats ražo tūkstošiem reižu lielos daudzumos enzīmu nekā homogenizēts piens teorētiski varētu to veicināt.
Tātad piena homogenizēšana nevar nodarīt nekādu kaitējumu. No uztura viedokļa homogenizācija nekādas īpašas izmaiņas nenes, izņemot, iespējams, to, ka homogenizētos produktos tauki un olbaltumvielas tiek sadalīti ātrāk un vieglāk.
Tomēr Osteram ir taisnība, ka oksidācijas procesi var būt kaitīgi cilvēka ķermenim un uzturs ir svarīgs veselībai.
Homogenizācija - mehāniska tauku lodīšu sasmalcināšana pienā (krējumā) šim nolūkam vienmērīgs sadalījums taukus kopējā produkta masā un neļaujot tai nosēsties. Atšķirīgais tauku un plazmas blīvums piena un krējuma sastāvā noved pie tauku frakcijas atdalīšanās produktu uzglabāšanas laikā. Lai stabilizētu piena struktūras konsistenci un uzlabotu izkliedētā maisījuma garšu, tiek izmantots pārtikas homogenizators.
Piena homogenizators rada mehānisku iedarbību uz apstrādātajām izejvielām. Disperģēšanas process nodrošina ļoti dispersas tauku emulsijas stabilizāciju un piešķir produktam homogenizētu konsistenci, proti, čaumalā esošā viela un pienā esošo tauku struktūra tiek pārdalīti, tiek mobilizēti plazmas olbaltumvielas, no tauku lodīšu čaumalas iziet fosfatīdi. produkta plazmā.
Darbības princips
Galveno piena homogenizatoru veidu darbības princips ir balstīts uz spiediena starpību sistēmā, pie kuras šķidrumi ar polidispersām īpašībām tiek pārvērsti produktos ar viendabīgu konsistenci. Iekārtu var aprīkot ar viena vai divu pakāpju darba galvu. Jaunākā agregātu modifikācija paredzēta izejvielu apstrādei ar augsts procents tauku saturs
Homogenizācija ir tauku lodīšu sasmalcināšana (izkliedēšana), pakļaujot pienu vai krējumu ievērojamiem ārējiem spēkiem. Ārstēšanas laikā tiek samazināts tauku lodīšu izmērs un peldēšanas ātrums. Tauku lodīšu apvalka viela tiek pārdalīta, tauku emulsija stabilizējas, un homogenizētais piens nenosēžas.
Vārstu tipa homogenizatorus izmanto piena un krējuma apstrādei, lai novērstu to atdalīšanu uzglabāšanas laikā.
Rotācijas homogenizatorus-plastifikatorus izmanto, lai mainītu piena produktu, piemēram, kausēto sieru un sviesta, konsistenci. Ar to palīdzību apstrādātajā sviestā tiek izkliedēta ūdens fāze, kā rezultātā produkts tiek labāk uzglabāts.
Saņēmušo vārstu tipa homogenizatoru darbības princips lielākais sadalījums, ir šāds. Homogenizatora cilindrā piens tiek pakļauts mehāniskai iedarbībai ar spiedienu 15...20 MPa. Kad vārsts tiek pacelts, nedaudz atverot šauro spraugu, piens izplūst no cilindra. Tas ir iespējams, kad tiek sasniegts darba spiediens cilindrā. Izejot cauri šaurai riņķveida spraugai starp ligzdu un vārstu, piena ātrums palielinās no nulles līdz vērtībai, kas pārsniedz 100 m/s. Spiediens plūsmā strauji pazeminās, un šādā plūsmā noķertais tauku piliens tiek izvilkts, un pēc tam virsmas spraiguma spēku darbības rezultātā tiek sasmalcināts mazos pilieniņos-daļiņās.
Homogenizatoram darbojoties, vārsta spraugas izejā bieži tiek novērota drupināto daļiņu saķere un “kopu” veidošanās, kas samazina homogenizācijas efektivitāti. Lai no tā izvairītos, tiek izmantota divpakāpju homogenizācija Pirmajā posmā tiek izveidots spiediens, kas vienāds ar 75% no darba spiediena, otrajā posmā tiek noteikts darba spiediens.
Rīsi. 2.22. Homogenizējošā galva
Lai veiktu homogenizāciju, piena izejvielu temperatūrai jābūt 60...65 °C. Zemākā temperatūrā palielinās tauku nogulsnēšanās, sūkalu olbaltumvielas var izgulsnēties.
Homogenizators ar divpakāpju homogenizācijas galvu sastāv no rāmja, korpusa, virzuļa bloka, homogenizatora galvas, piedziņas un kloķa mehānisma.
2.23.att. Homogenizators A1-OGM-5:
1 - elektromotors; 2 - rāmis ar piedziņu; 3 - kloķa mehānisms ar eļļošanas un dzesēšanas sistēmām; 4 - virzuļa bloks ar homogenizējošām un manometriskām galviņām un drošības vārstu; 5 - manometra galva; 6- homogenizējošā galva; 7-ķīļsiksnas piedziņa
Gadījumā, ja homogenizācijas laikā nepieciešams izslēgt mikroorganismu piekļuvi pārstrādājamajam produktam, tiek izmantotas īpašas aseptiskas homogenizācijas galviņas. Šādās galviņās ar diviem blīvējuma elementiem ierobežotā telpā tiek padots karsts tvaiks zem spiediena 30...60 kPa. Šī augstās temperatūras zona darbojas kā barjera, lai novērstu baktēriju iekļūšanu homogenizatora mucā.
Homogenizatori-plastifikatori pēc darbības principa un konstrukcijas atšķiras no vārstu tipa homogenizatoriem. Tajos esošais darba korpuss ir rotors, kuram var būt atšķirīgs numurs asmeņi - 12, 16 vai 24.
Homogenizators-plastifikators sastāv no rāmja, korpusa ar skrūvēm, uztveršanas tvertnes un piedziņas.
2.24.att. Homogenizatora homogenizācijas instrumentu komplekts:
1-fiksēts gredzens; 2- kustīgs gredzens; 3 - asmens ritenis; 4- bunkurs; 5 - kustīgs nazis; 6- korpuss; 7- stacionārs nazis; 8- izkraušanas rotors; 9- homogenizatora vārpsta
Piedziņa ļauj regulēt padeves gliemežu griešanās ātrumu (izmantojot variatoru) 0,2...0,387 s 1 robežās. Rotora ar lāpstiņām griešanās ātrums nav regulējams un ir 11,86 s."
Iekārtas darbības princips ir šāds. Sviests tiek ievadīts piltuvē, no kurienes, izmantojot divas pretējos virzienos rotējošās skrūves, tas tiek izspiests caur rotoru un no sprauslas ar diafragmu tiek izspiests pildīšanas iekārtas piltuvē. Lai novērstu eļļas pielipšanu, pirms darba uzsākšanas homogenizatora darba daļas tiek ieeļļotas ar īpašu karstu šķīdumu. Homogenizatora produktivitāte ir atkarīga no padeves skrūvju griešanās ātruma un ir 0,76...1,52 m 3 / h Mašīnas piedziņas jauda ir 18,3 kW.
YaZ-OGZ homogenizators ir paredzēts kausētā siera masas apstrādei kausētā siera ražošanā un sastāv no sekojošās daļas Komplektācija: pamatne, korpuss, homogenizēšanas instrumentu komplekts, tvertne, izkraušanas ierīce un piedziņa.
Pamatne kalpo, lai pievienotu tai homogenizatora komponentus. Korpusā ir darba vienības un blīvēšanas ierīces.
Homogenizācijas instruments kausētā siera masas padevei, malšanai un sajaukšanai ir izgatavots kustīgu un stacionāru nažu veidā, kas atdalīti ar starplikas gredzeniem, kā arī iekraušanas lāpstiņas riteni un izkraušanas rotoru. Kustīgajiem nažiem ir speciālas rievas, kas izveidotas noteiktā leņķī pret gala virsmu, kas atvieglo sasmalcinātā produkta kustību uz izkraušanas ierīci. Homogenizējošā instrumenta vārpsta griežas ar frekvenci 49s 1 .
Siera masas saņemšanas un uzglabāšanas bunkuram ir siltumizolācijas apvalks.
Izkraušanas ierīce divu cauruļu veidā, kas savienotas viena ar otru ar krānu, kalpo homogenizētās masas novadīšanai uzpildes iekārtas dozatorā.
Piedziņa sastāv no 11 kW motora, kas paredzēts rotācijas pārvadīšanai no vārpstas uz homogenizējošā instrumenta kustīgo daļu.
Produkta apstrāde YaZ-OGZ homogenizatorā tiek veikta šādi. Kausētā siera masu periodiski vai nepārtraukti ievada homogenizatora tvertnē. Iekraušanas lāpstiņas radītā vakuuma ietekmē produkts nonāk homogenizatorā, kurā, secīgi ejot cauri kustīgiem un stacionāriem nažiem, tiek homogenizēts un padots uz izkraušanas ierīci.
Izmantojot homogenizatoru, jūs varat izvairīties tehnoloģiskā darbība siera masu izkāš, lai noņemtu neizkusušās daļiņas.
Svaigpiens pirms nonākšanas nosacītā konveijerā iziet vairākus sagatavošanas posmus Pārtikas rūpniecība. Šobrīd ir vairākas ķīmiskās, termiskās un bioloģiskās apstrādes operāciju grupas. Īpaša vieta Piena homogenizācija ir viena no galvenajām izejvielu sagatavošanas sastāvdaļām. Šī ir mehāniskās apstrādes tehnoloģija, taču atkarībā no konkrētās tehnikas tā var ietvert arī atsevišķas termiskās un ķīmiskās procedūras.
Vispārīga informācija par homogenizāciju
Principā šo tehnoloģiju izmanto kā piena un citu šķidro produktu mehāniskās apstrādes metodi, lai palielinātu to tauku fāzes izkliedētību. Tehnoloģiskā procesa gaitā samazinās arī sadalījuma neviendabīgums ķīmiskie elementi visā heterofāzu sistēmas tilpumā. Tomēr šo paņēmienu nevajadzētu jaukt ar dispersiju kā tādu. Saskaņā ar piena homogenizācijas definīciju izkliedētās fāzes sadrumstalotība nav priekšnoteikums tehnoloģiskais process. Piemēram, cieto pulverveida vielu sajaukšanas procedūra var izslēgt šo darbību. Un otrādi, heterofāzu sistēmas dispersija var ietvert un arī izslēgt homogenizācijas procedūru.
Tehnoloģijas mērķis
Homogenizācijas mērķi var atšķirties atkarībā no pašreizējais stāvoklis svaigpiens un prasības gala produktam. Starp visizplatītākajiem uzdevumiem var atzīmēt sava veida tauku lodīšu atdalīšanas efektu pēc diametra, kas ļauj veidot krēmu. Šis process nodrošina arī tauku stabilitāti neapstrādātā produktā. Lai saprastu homogenizācijas nozīmi, ir vērts atzīmēt, ka svaigpienā esošo tauku lodīšu tilpums un skaits nav nemainīgs – šīs īpašības nosaka uzturs, laktācijas stadija un dzīvnieka šķirne. Piemēram, 1 mm svaigā piena produkts satur līdz 4 miljardiem tauku lodīšu ar vidējo diametru aptuveni 2-3 mikroni ar svārstībām no 0,5 līdz 15 mikroniem. Šo lodīšu izmēru viendabīguma nodrošināšana ir galvenais piena homogenizācijas mērķis kā viens no sākotnējiem izejvielu pārstrādes procesiem siera, biezpiena, raudzēta cepamā piena uc ražošanā. Turklāt tiek veikta izmēru parametru vidējā noteikšana un izlīdzināšana. parasti panāk, samazinot tauku lodītes 10 reizes – līdz aptuveni 1 µm.
Prasības homogenizācijas procesam
Aplūkoto piena pārstrādes metodi nevar aplūkot atsevišķi no saistītās tehnoloģiskie procesi produkta sagatavošana gala ražošanai. Jo īpaši piena homogenizācija ir procedūra, ko var saistīt ar uzglabāšanu, transportēšanu un sekojošām pasterizācijas darbībām. Attiecīgi ir universāli Vispārīgās prasības piena pārstrādei, kas vairāk attiecas uz sanitārajiem un higiēnas standartiem, bet ir arī īpaši noteikumi homogenizācijas veikšanai. Starp tiem ir šādi:
- Pirms pārstrādes svaigpiens tiek primāri filtrēts un atdzesēts.
- Piena temperatūrai jābūt no 4 līdz 6 °C. Konkrētais režīms noteiks pieļaujamo uzglabāšanas laiku pirms un pēc apstrādes - parasti ne vairāk kā 6 stundas.
- Vidējais spiediens piena homogenizācijas laikā ir 10 MPa. Turklāt, lai normalizētu heterofāzu struktūru, var būt nepieciešams palielināt fāzu atdalīšanu par 500 tūkstošiem m 2 uz katru izejmateriāla tonnu.
- Homogenizāciju veic pirms pasterizācijas. Izņēmumi var rasties, ja operācija tiek veikta 60 °C temperatūrā. Šo režīmu parasti izmanto vājpiena un krējuma ražošanā, taču šajā tehnoloģiskajā shēmā homogenizācijai sekos papildu pasterizācija.
Lietots aprīkojums
Tehniski operācija tiek veikta, pieliekot ārēju spēku, kura avots ir homogenizators. Šī ir īpaša iekārta, kas iedarbojas uz mērķa produkts mehāniskais spiediens, elektrība vai ultraskaņa. Biežāk tiek izmantotas vienības ar mehānisku darbības principu. Šādas piena homogenizēšanas iekārtas galvenais darba elements ir galva ar gredzenveida vārsta spraugu, caur kuru tiek izvadītas tauku lodītes. Jaudas atbalstu nodrošina sūknis, kura jauda ļauj radīt spiedienu līdz 20 MPa. Pietiek samazināt bumbiņas līdz 0,7 mikroniem, bet, kā jau minēts, biežāk tiek izmantots 10 MPa spiediena režīms, pie kura izdalās tauku daļiņas ar 1-2 mikronu frakciju. Dažādiem homogenizatoru modeļiem ir viena vai divu posmu konstrukcija. Attiecīgi vienlaikus var ražot vienu vai divus produktus (ar dažādās pakāpēs tauku saturs).
Vispārējā homogenizācijas tehnika
Pēc iepriekšēja sagatavošana piena izejvielas mehāniskai atdalīšanai, tiek veikts šāds darbību saraksts:
- Disperģētās vides sajaukšana ar šķidrās dispersijas sistēmu ar disperģētāja jaudu.
- Piena barotne tiek sūknēta zem spiediena caur homogenizatora galviņām. Tauku izkliedēto fāzi sasmalcina līdz vajadzīgajai frakcijai.
- Smalkāks piena homogenizācijas process, kas ietver mazu tauku frakciju samaisīšanu īpašos maisītājos.
- Siltuma pasterizācija.
- Produkta dzesēšana.
Starp tehnoloģiskajiem posmiem dažādās secībās var izmantot palīgdarbības vai starpdarbības. Tas attiecas uz apkuri, tīrīšanu un sterilizāciju.
Pilnīga homogenizācija
Šī homogenizācijas metode tiek uzskatīta par visizplatītāko ražotnēs, kur ražo dzeramos piena produktus. Galvenā iezīme metode ir novērst fāzu atdalīšanu. Citiem vārdiem sakot, visa svaigpiena masa tiek pakļauta sasmalcināšanas procesam bez iepriekšējas atdalīšanas. Pilnīga piena homogenizācija ir labākais veids iegūstot normalizētu sauso beztauku atlikumu, ko vēlāk var izmantot jogurtu ražošanā.
Atsevišķa homogenizācija
Šai metodei ir arī plaša izmantošana, bet tiek uzskatīts par specializētāku. Fakts ir tāds, ka atsevišķas homogenizācijas process ir vērsts uz darbu ar noteiktu iekrautās izejvielu masas daļu. Piemēram, noteikta tauku produkta daļa tiek piešķirta atbilstoši specifiskām īpašībām. Klasiskajā shēmā vājpiena galvenā daļa tiek nogriezta, bet ir arī atdalīšanas un tālākas homogenizācijas starpmetodes, kurās atdalīšana notiek pēc konkrētiem tauku parametriem. Starp šīs tehnikas priekšrocībām ir ne tikai iespēja iegūt vairāk kvalitatīvs produkts, bet arī procesa efektivitāti. Augstākais piena homogenizācijas efektivitātes koeficients ar frakciju atdalīšanu tiek sasniegts, ja uz 1 g tauku ir vismaz 0,2 g kazeīna.
Piena temperatūra homogenizācijas laikā
Viens no svarīgākajiem parametriem, kas nosaka arī galaprodukta kvalitātes pakāpi un visa procesa efektivitāti. Pietiek teikt, ka kritiskais kritums temperatūras režīms var izraisīt svaigpiena viskozitātes palielināšanos un biezu tauku nogulšņu veidošanos. Lai nodrošinātu krējuma nostādināšanu, piena homogenizācijas temperatūrai jābūt vismaz 30-40 °C.
Bet arī augsta temperatūra var negatīvi ietekmēt heterofāzes vides fizikāli ķīmisko stāvokli. Šajā gadījumā uz iekārtas darba virsmām var veidoties olbaltumvielu nogulsnes, kas sarežģīs mehānisko darbību procesu. Piena termiskās homogenizācijas pakāpes regulēšanai tiek izmantoti starppasterizācijas līdzekļi, pakāpeniski paaugstinot temperatūru par 5-8 °C. Tajā pašā tehnoloģiskajā posmā var izmantot sterilizācijas operācijas un termisko vakuumapstrādi, ja ir nepieciešams pielāgot citus piena parametrus.
Homogenizācijas efekti
No pārtikas ražošanas un patērētāja īpašību viedokļa šī pārstrādes tehnoloģija palīdz nodrošināt šādas produkta īpašības:
- Krējumam un pienam – viendabīguma palielināšana (krāsā, garšā un tauku saturā).
- Sterilizētam krējumam un piena produktiem - palieliniet uzglabāšanas laiku.
- Pilnpiena pulverim - skābuma un tauku regulēšana.
- Raudzētiem piena produktiem - likvidējot tauku aizbāzni uz virsmas, palielinot izturību, uzlabojot olbaltumvielu konsistenci.
- Kondensētajiem produktiem - ilgstošas uzglabāšanas laikā, dabiska tauku fāžu izdalīšanās regulēšana.
- Piena produktiem ar pildvielām - palielina viskozitāti, uzlabo garšu un samazina nogulumu veidošanās risku.
Kopumā var teikt, ka pareizi organizēti piena sterilizācijas, homogenizācijas un pasterizācijas procesi vispusīgi ietekmē izejvielu bioloģiskās un fizikāli ķīmiskās īpašības, kas ietekmē pārstrādātā produkta uzturēšanas spējas un gastronomiskās īpašības.
Homogenizēta svaigpiena kvalitātes kontrole
Pēc mehāniskās apstrādes tiek uzraudzītas piena produkta īpašības. Jo īpaši tiek ņemti vērā tādi rādītāji kā tauku masas daļa, tīrības pakāpe utt. Kas attiecas uz tauku frakciju, to nosaka ar metrisko, ekspress un skābes metodi. Piemēram, pēdējā metode ir vispopulārākā. Tas ietver noteiktas piena devas samaisīšanu ar koncentrētu sērskābi turpmākās centrifugēšanas laikā. Tālāk, izmantojot kontroles iekārtā esošo butirometra graduēto daļu, nosaka izdalīto tauku daudzumu.
Piena tīrību nosaka speciāli filtri, kas papildināti ar adatu caurdurtu termodrāniņu. Produkta tīrības pakāpi nosaka piemaisījumu daudzums. Tiek izmantoti arī līdzekļi visaptveroša analīze. Izmantojot pipeti, lai homogenizētu pienu ar dalījuma vērtību aptuveni 0,1 cm 3, tiek ņemti paraugi, kurus tālāk pārbauda ar karsēšanu, ķīmiskām un bioloģiskām reakcijām. Galu galā tiek sagatavots laboratorijas ziņojums par homogenizētā piena produkta īpašībām.
Secinājums
Neskatoties uz visiem pozitīvajiem homogenizācijas efektiem, daudzi eksperti to kritiski vērtē kaitīgu enzīmu ražošanas dēļ. Tomēr šobrīd nav ticamu pētījumu, kas atklātu būtisku atšķirību cilvēka veselībai starp dabīgiem un apstrādātiem piena produktiem šādā veidā. Turklāt šodien piena homogenizācija ir ražošanas procesu komplekss, kas kļuvis par nepieciešamību pārtikas rūpniecībā. Šo mehāniskās apstrādes metodi izmanto ne tikai attiecībā uz svaigu pienu, bet arī sauso piena izejvielu atjaunošanā, regulējot tauku satura pakāpi. Cita lieta, ka katrā gadījumā tiek izmantotas modificējošas ķīmiskas piedevas, kuru klātbūtne produktā principā samazina tā vērtību.
