Homogenizatory dla przemysłu mleczarskiego. Homogenizator: zasada działania, konstrukcja i zastosowanie w przemyśle mleczarskim. Mechanizm procesu dyspersji fazowej w aparacie zaworowym
Homogenizacja mleka- proces rozdrabniania kuleczek tłuszczu poprzez przyłożenie do mleka znacznych sił zewnętrznych. Proces homogenizacji stosowany jest w produkcji mleka pasteryzowanego w celu zwiększenia jednorodności i poprawy jego trwałości. Celem homogenizacji jest zapobieganie samoistnemu osadzaniu się tłuszczu podczas produkcji i przechowywania produktów mlecznych, utrzymanie jednolitej konsystencji produktu bez oddzielania się.
Liczba i wielkość kuleczek tłuszczu w mleku nie jest stała i zależy od rasy, warunków żywienia i utrzymania, etapu laktacji, wieku zwierzęcia i szeregu innych czynników. Średnio 1 cm 3 pełnego mleka zawiera około 3 miliardów kuleczek tłuszczu. Rozmiary kulek tłuszczu są bardzo zróżnicowane - od 0,1 do 20 mikronów.
W procesie rozdrabniania kuleczek tłuszczu podczas homogenizacji następuje redystrybucja substancji błonowej. Białka osocza zużywane są do budowy otoczek powstałych małych kulek tłuszczu, co prowadzi do stabilizacji silnie zdyspergowanej emulsji tłuszczowej homogenizowanego mleka.
W mleku o średniej zawartości tłuszczu praktycznie nie tworzy się wolny tłuszcz, tj. Nie ma nagromadzeń małych kuleczek tłuszczu. Gdy wzrasta udział masowy tłuszczu w mleku, może dojść do gromadzenia się kuleczek tłuszczu. To. prawidłowo przeprowadzona homogenizacja eliminuje możliwość pojawienia się wolnego tłuszczu, zwiększając w ten sposób trwałość produktów mlecznych: reguluje właściwości strukturalne i mechaniczne skrzepów białek mleka; poprawia smak produktów.
Do niepożądanych konsekwencji zalicza się zmniejszoną stabilność termiczną mleka homogenizowanego; występowanie zwiększonej wrażliwości na światło, a w rezultacie „słoneczny” smak; niemożność oddzielenia mleka homogenizowanego.
Warunki skutecznej homogenizacji:
- 1) Tłuszcz mleczny musi być w stanie płynnym;
- 2) Kruszenie kulek tłuszczu jest możliwe tylko pod wpływem czynników zewnętrznych;
- 3) Konieczne jest utworzenie nowej warstwy ochronnej każdej kulki tłuszczowej.
Podczas produkcji mleka pasteryzowanego tłuszcz mleczny w dużej mierze zachowuje swój pierwotny skład i właściwości. Efekty termiczne i mechaniczne nie powodują znaczących zmian fazy tłuszczowej mleka.
Obecnie stosowane są następujące rodzaje homogenizacji:
- 1) jednoetapowy - następuje tworzenie małych kuleczek tłuszczu;
- 2) dwuetapowy – następuje zniszczenie tych agregatów i dalsze rozproszenie kuleczek tłuszczu;
- 3) oddzielać - nie przetwarza się całego mleka, a jedynie jego część tłustą (śmietankę) o zawartości tłuszczu 16-20%.
Przy jednostopniowej homogenizacji kuleczki tłuszczu rozdrabniane są do wielkości około 1 mikrona, tj. pojawia się jednorodna dyspersja fazy tłuszczowej, niezdolna do osadzenia. Wykorzystywany jest do produkcji niskotłuszczowych produktów mlecznych (mleko spożywcze itp.).
Homogenizację dwustopniową przeprowadza się przy produkcji wyrobów wysokotłuszczowych (kremy, mieszanki lodowe itp.). Pozwala rozbić powstałe nagromadzenia kuleczek tłuszczu.
Homogenizację mleka znormalizowanego przeprowadza się oddzielnie w następujący sposób. W tym celu oddziela się mleko znormalizowane podgrzane do temperatury 55-65 ° C. Powstałą śmietankę o udziale masowym tłuszczu 16-20% homogenizuje się w homogenizatorze dwustopniowym pod ciśnieniem 8-10 MPa w pierwszym etapie i 2-2,5 MPa w drugim. Homogenizowana śmietanka jest mieszana w przepływie z odtłuszczonym mlekiem opuszczającym separator śmietanki i przesyłana do sekcji pasteryzacji jednostki pasteryzacyjno-chłodzącej. Śmietankę można również homogenizować przed zmieszaniem jej z odtłuszczonym mlekiem w celu uzyskania mleka standaryzowanego. Homogenizacja separacji może znacznie obniżyć koszty energii.
Przy produkcji różnych produktów mlecznych zwykle stosuje się ciśnienie homogenizacji 5-25 MPa i temperaturę 55-70 O C. Ciśnienie i temperatura homogenizacji decydują o jej trybie. Ciśnienie i temperaturę podczas homogenizacji dobiera się w zależności od udziału masowego tłuszczu w mieszance. Im wyższa zawartość tłuszczu w mieszance, tym niższe powinno być ciśnienie. Homogenizację należy przeprowadzić w temperaturze nie niższej niż 50-60 0 C. Przykładowo, homogenizując mleko i śmietanę o niskiej zawartości tłuszczu (10-12%) w temperaturze nie niższej niż 70 0 C, ciśnienie 10-15 MPa stosuje się przy produkcji śmietany o zawartości tłuszczu 25-30% - 9-10 MPa.
Jak wspomniano powyżej, podczas procesu homogenizacji może uwolnić się wolny tłuszcz. W mleku wraz ze wzrostem ciśnienia homogenizacji ilość wolnego tłuszczu maleje, a w śmietanie wzrasta. Zwiększenie ilości wolnego tłuszczu wiąże się z brakiem białka niezbędnego do tworzenia otoczki nowo powstałych kuleczek tłuszczowych. Jednym z warunków powstania otoczki ochronnej jest stosunek odtłuszczonego mleka w proszku do tłuszczu; w produkcie homogenizowanym nie powinna być niższa niż 0,6-0,8.
Skuteczność homogenizacji określa się poprzez osadzanie tłuszczu, przez odwirowanie, zmiany gęstości optycznej i średniej wielkości kuleczek tłuszczu. W mleku homogenizowanym średnica kuleczek tłuszczu nie powinna przekraczać 2 mikronów.
Zwiększenie rozproszenia tłuszczu mlecznego prowadzi do bardziej jednolitego, jednorodnego i stabilnego układu. Zwiększenie stabilności układu bez osiadania śmietanki jest konieczne w produkcji wielu wyrobów mleczarskich. Dodatkowo homogenizacja zwiększa lepkość mleka, śmietanki i mieszanek mlecznych, co pozytywnie wpływa na konsystencję gotowych produktów i poszerza zastosowanie homogenizacji w produkcji mleczarskiej.
W przemyśle mleczarskim najczęściej stosowane są homogenizatory zaworowe, czyli wielotłokowe pompy wysokociśnieniowe z głowicą homogenizującą. Gdy tłok się porusza, wytwarza się wysokie ciśnienie, w wyniku czego mleko (lub mieszanina) jest przepychane przez szczelinę homogenizatora z ogromną prędkością. Po wejściu do szczeliny zaworu natężenie przepływu mleka gwałtownie wzrasta. Duża gruba kula, przechodząca przez szczelinę z dużą prędkością, jest wciągana do cylindra, który jest kruszony na małe krople tłuszczu, które natychmiast pokrywają się białkowym płaszczem białek osocza. Przy dużej różnicy prędkości może dojść do zmiażdżenia kulek poprzez sekwencyjne oddzielanie cząstek bez pośredniego rozciągania w cylinder. To. tłuszcz z mleka normalizowanego ulega rozproszeniu po przeciśnięciu go przez pierścieniową szczelinę zaworu głowicy homogenizującej. Wymagane ciśnienie wytwarza pompa. Podczas produkcji mleka pełnego wielkość kuleczek tłuszczu zmniejsza się z 3-4 mikronów do 0,7-0,8 mikronów.
Oprócz homogenizatorów zaworowych stosuje się homogenizatory-klaryfikatory odśrodkowe, które posiadają specjalną komorę ze nieruchomą tarczą homogenizującą. Sama konstrukcja dysku zapewnia aktywny mechaniczny wpływ na cząsteczki mleka.
Oznaczanie efektywności homogenizacji.
Stabilność emulsji tłuszczowej mleka lub śmietanki ma ogromne znaczenie w produkcji wyrobów mleczarskich. Przy wytwarzaniu niektórych produktów pożądane jest jak najdłuższe utrzymanie stabilności emulsji tłuszczowej (mleko i śmietana pasteryzowane i sterylizowane, produkty mleczne fermentowane, mleko w puszkach i lody). Przy wytwarzaniu innych produktów (na przykład masła krowiego) pożądane jest całkowite zniszczenie emulsji tłuszczowej w celu agregacji kuleczek tłuszczu.
W stanie spokojnym w świeżym mleku 20-30 minut po udoju pojawia się warstwa osiadłej śmietanki, co jest związane z różnicą w gęstości tłuszczu mlecznego (994-1025 kg/m 3 ) i plazmy mleka (1034-1040 kg /m 3). Szybkość wznoszenia się kulki tłuszczu w warunkach naturalnego osadu wyraża równanie
n = 2*g*r 2 *(s P -Z I )/(9*µ) ,
n to prędkość unoszenia się kulki tłuszczu, m/s;
g - przyspieszenie swobodnego spadania, m/s 2 ;
r jest promieniem kulki tłuszczu, m;
c n - gęstość plazmy mleka, kg/m3;
c f – gęstość kuleczki tłuszczu, kg/m3;
µ - lepkość plazmy mleka, Pa s.
Zależność szybkości separacji od kwadratu promienia kuleczki tłuszczu wskazuje na możliwość zapobiegania osadowi poprzez zmniejszenie jego promienia, co osiąga się poprzez homogenizację.
Skuteczność homogenizacji określa się metodą optyczną, metodą sedymentacji tłuszczu, metodą wirowania oraz średnią wielkości kulek tłuszczu, zawartość tłuszczu określa się metodą kwasową Gerbera z trzykrotnym wirowaniem przez 5 minut dla mleka homogenizowanego.
Metoda optyczna
Optyczną metodę określania efektywności homogenizacji stosuje się do mleka i śmietanki o udziale masowym tłuszczu od 2 do 6%. Istotą metody jest pomiar gęstości optycznej (mętności) próbki przy dwóch długościach fali – 400 i 1000 nm. Wartość stosunku gęstości optycznych przy różnych długościach fal (D400/D1000) charakteryzuje stopień dyspersji fazy tłuszczowej mleka lub śmietanki.
Skuteczność homogenizacji (EH) określa się na podstawie stosunku gęstości optycznych (D400 i D1000). Średnią średnicę kulek tłuszczu mlecznego oblicza się ze wzoru:
D Poślubić = 2,82 - 2,58 lg D 400 /D 1000 ,
d av – średnia średnica kuleczek tłuszczu, µm;
D 400 i D 1000 to gęstości optyczne próbki przy długości fali 400 i 1000 nm.
Oznaczanie efektywności homogenizacji
metoda osadzania tłuszczu.
W celu określenia skuteczności homogenizacji przez osadzanie tłuszczu mleko przetrzymuje się bez mieszania w cylindrze miarowym o pojemności 250 ml przez 48 godzin w temperaturze 8°C. Następnie usuwa się górne 100 ml mleka i określa zawartość tłuszczu w mleku pozostałym w cylindrze. Osiadanie tłuszczu oblicza się ze wzoru:
O I =100*(F M -I N )/I M -K*F N ,
O - osadzanie się tłuszczu,%;
F m, F n - udziały masowe tłuszczu w mleku pierwotnym i dolnej warstwie mleka pozostałego w cylindrze, %;
K to stosunek objętości dolnej warstwy mleka w cylindrze do całkowitej objętości mleka (przy pobraniu 100 ml górnej warstwy, K = 0,6).
Metoda wirowania VNIMI
Skuteczność homogenizacji przez wirowanie określa się za pomocą określonego sposobu wirowania mleka w specjalnej pipecie (patrz ryc. 6.1).
przetwarzanie mleka, homogenizacja, wirowanie, mleko
Ryż. 6.1.
Wirowanie prowadzi się przez 30 minut. Po odwirowaniu pipety wyjmuje się i umieszcza pionowo na korku. Następnie ostrożnie, bez przewracania i potrząsania, wlej dolną część produktu z pipety aż do znaku II do szklanki, zatykając górny otwór pipety palcem lewej ręki i zdejmując gumkę korek z dolnego końca pipety prawą ręką. Określa się zawartość tłuszczu w odsączonym produkcie. Stopień homogenizacji oblicza się ze wzoru:
r = 100*F N /I M ,
r - stopień homogenizacji, % (dla mleka homogenizowanego r=75-80%);
F n - udział masowy tłuszczu w dolnej warstwie produktu, odsączonego z pipety;
F m - udział masowy tłuszczu w mleku oryginalnym, %.
Metoda mikroskopowa
Przy określaniu efektywności homogenizacji metodą mikroskopową określa się średnią wielkość kuleczek tłuszczu w mleku homogenizowanym (d av). Aby określić wielkość kulek tłuszczu, mleko i śmietanę rozcieńcza się wodą. Za pomocą okularu mikrometrycznego określa się wielkość kuleczek tłuszczu przy powiększeniu 1350 razy (obiektyw 90, okular 15 z immersją).
Kuleczki tłuszczu dzieli się na frakcje (grupy) według ich średnic, w zależności od powiększenia mikroskopu i ustawionej wielkości podziału okularu mikrometrycznego. Dokładność granic tych ułamków wynosi jedną lub połowę części mikrometru okularu. W jednej próbce mleka określa się wielkość od 600 do 1000 kuleczek tłuszczu i rozdziela je na frakcje. Wielkości kuleczek tłuszczu każdej frakcji wyrażono jako średnią średnicę. Przykładowo dla frakcji III średnia średnica będzie wynosić (2+3)/2 = 2,5 µm.
Homogenizacja to mechaniczna obróbka surowców, które przeszły przez filtry mleka, w wyniku której kuleczki tłuszczu zostają rozproszone (rozdrobnione) pod wpływem siły zewnętrznej – ciśnienia, prądu o wysokiej częstotliwości, ultradźwięków itp.
Dlaczego konieczna jest homogenizacja?
Podczas przechowywania wylany puszki po mleku produktu, tłuszcz wypływa na powierzchnię, ponieważ jest lżejszy od plazmy (odwrotnie). Surowce są rozliczane. Duża grudka tłuszczu, wznosząca się do górnych warstw, zderza się z innymi podobnymi. Pod wpływem immunoglobulin następuje aglutynacja (sklejanie się poszczególnych elementów i ich wytrącanie z jednorodnej mieszaniny). W rezultacie zmienia się konsystencja i spada jakość, co jest niepożądane. Jeśli kulki tłuszczu zostaną rozbite na małe kawałki, nie będą się sklejać i tworzyć filmu na powierzchni.
Szybkość wzrostu kulki tłuszczu zależy od jej rozmiaru – im większa, tym szybciej. Zgodnie ze wzorem Stokesa jest on wprost proporcjonalny do kwadratu promienia bryły. Wielkość kuleczek tłuszczu waha się od 0,5 do 18 mikronów. Po homogenizacji zmniejsza się około 10-krotnie (średni rozmiar wyjściowy wynosi 0,85 µm). Oznacza to, że będą pływać 100 razy wolniej. Ponadto w przypadku małych grudek o wielkości mniejszej niż 1 mikron siły wzajemnego odpychania są większe niż siły przyciągania.
Podczas kruszenia tłuszczu substancja jego skorupy ulega redystrybucji. Część fosfatydów przenika do osocza, a białka osocza przedostają się do zewnętrznej osłony małych kulek. Dzięki tym czynnikom emulsja tłuszczowa w mleku ulega stabilizacji. Przy wysokim stopniu rozdrobnienia nie obserwuje się procesu osadzania, tłuszcz nie unosi się na wodzie, kolby na mleko napełniane są produktem wyższej jakości. Śmietanka, twarożek, masło itp., wykonane z homogenizowanych (jednorodnych) surowców, mają lepsze właściwości organoleptyczne i konsystencję, składniki odżywcze są wchłaniane przez organizm szybciej i pełniej.
Homogenizacja pomaga:
- Wlewa się pasteryzowane mleko lub śmietankę pojemniki ze stali nierdzewnej, uzyskało jednolitą zawartość tłuszczu, barwę i smak.
- Sterylizowane mleko i śmietanka były lepiej przechowywane.
- Na fermentowanych produktach mlecznych nie tworzył się film tłuszczowy, a skrzepy białkowe były mocniejsze i miały lepszą konsystencję.
- W mleku zagęszczonym w puszce podczas długotrwałego przechowywania nie wydzielała się faza tłuszczowa.
- W pełnym mleku w proszku, bez skorupek białkowych, było mniej wolnego tłuszczu – prowadzi to do utleniania.
- Odtworzone fermentowane napoje mleczne, śmietanka i mleko nie miały wodnistego posmaku, a smak produktu stał się bardziej intensywny.
- Mleko z wypełniaczem (np. kakaowym) okazało się bardziej lepkie, bez osadu i miało lepszy smak.
Mechanizm homogenizacji
Homogenizację zaleca się przeprowadzić po przejściu mleka długotrwała kąpiel pasteryzacyjna.
W tym celu stosuje się różne typy urządzeń. Najpopularniejsze są jednostki zaworowe. W swej istocie są to wysokociśnieniowe pompy nurnikowe. Ciecz jest przetłaczana przez bardzo małe otwory. Jednocześnie prędkość przepływu gwałtownie wzrasta. Kuleczki tłuszczu są rozdrabniane, a powstałe małe grudki natychmiast pokrywają się białkową otoczką. Dlaczego tak się dzieje, zostanie omówione w drugiej części artykułu.
Homogenizatory przeznaczone są do rozdrabniania kulek tłuszczu w mleku, płynnych produktach mlecznych i mieszankach lodowych. Znajdują zastosowanie w różnych liniach przetwórstwa mleka i jego przetworów. Znane są również inne urządzenia do homogenizacji mleka (emulgatory, emulgatory, wibratory itp.), ale są one mniej skuteczne.
Najczęściej stosowanymi homogenizatorami zaworowymi w przemyśle mleczarskim są K5 – OG2A – 1,25; A1 - OGM 2.5 i A1 - OGM to wysokociśnieniowe pompy wielotłokowe z głowicą homogenizującą. Homogenizatory składają się z następujących głównych elementów: mechanizmu korbowego z układem smarowania i chłodzenia, bloku tłokowego z głowicami homogenizująco-ciśnieniowymi i zaworem bezpieczeństwa oraz ramy. Napęd realizowany jest z silnika elektrycznego za pomocą przekładni pasowej. Mechanizm korbowy przekształca ruch obrotowy przenoszony przez przekładnię paska klinowego z silnika elektrycznego na ruch posuwisto-zwrotny tłoków. Te ostatnie poprzez uszczelki wargowe wchodzą do komór roboczych bloku tłokowego i wykonując skoki ssania i tłoczenia, wytwarzają niezbędne ciśnienie homogenizowanej cieczy. Mechanizm korbowo-korbowodowy opisanych homogenizatorów składa się z wału korbowego osadzonego na dwóch łożyskach stożkowych; pokrywy łożysk; korbowody z pokrywami i tulejami; suwaki połączone obrotowo z korbowodami za pomocą palców; okulary; uszczelki; pokrywę obudowy i napędzane koło pasowe, wspornikowe do końca wału korbowego. Wewnętrzna wnęka mechanizmu korbowego jest kąpielą olejową. Wskaźnik oleju i korek spustowy zamontowane są na tylnej ściance obudowy. W homogenizatorze K5 - OG2A - 1.25 smarowanie części trących mechanizmu korbowego odbywa się poprzez natryskiwanie oleju obracającym się wałem korbowym. Konstrukcja obudowy oraz stosunkowo małe obciążenia mechanizmu korbowo-korbowodowego homogenizatora K5 - OG2A - 1.25 pozwalają na chłodzenie oleju umieszczonego wewnątrz obudowy na skutek przenikania ciepła z powierzchni do otoczenia. Jedynie tłoki są chłodzone wodą wodociągową. W homogenizatorach A1 – OGM – 2,5 i A1 – OGM, w połączeniu z rozpylaniem oleju wewnątrz korpusu, stosuje się układ wymuszonego smarowania najbardziej obciążonych par trących, co zwiększa przenoszenie ciepła. Olej w tych homogenizatorach jest chłodzony wodą przewodzącą ciepło, która wpływa do wężownicy urządzenia chłodzącego umieszczonego na dnie obudowy, a tłoki chłodzone są wodą wodociągową dostarczaną do nich przez otwór w rurze. System wyposażony jest w wyłącznik przepływu umożliwiający kontrolę przepływu wody. Blok tłokowy jest przymocowany do obudowy wału korbowego za pomocą dwóch sworzni, których zadaniem jest zassanie produktu z przewodu zasilającego i przepompowanie go pod wysokim ciśnieniem do głowicy homogenizującej. Blok tłokowy składa się z korpusu, tłoków, uszczelek wargowych, pokrywy dolnej, górnej i przedniej, zaworów ssących i tłocznych, gniazd zaworów, uszczelek, tulei, sprężyn, kołnierza, złączki i filtra w kanale ssawnym bloku. Na płaszczyźnie końcowej bloku tłokowego znajduje się głowica homogenizująca przeznaczona do dwustopniowej homogenizacji produktu w wyniku jego przejścia pod wysokim ciśnieniem przez szczelinę pomiędzy zaworem a gniazdem zaworu w każdym układzie stopniowym. Głowica manometru jest przymocowana do górnej płaszczyzny bloku tłoków w celu kontrolowania ciśnienia homogenizacji. Głowica manometru posiada urządzenie dławiące, które pozwala skutecznie zmniejszyć amplitudę drgań igły manometru. Głowica manometru składa się z korpusu, igły, uszczelki, nakrętki dociskowej, podkładki i manometru z uszczelką membranową. W płaszczyźnie końcowej tłoka, po stronie przeciwnej do mocowania głowicy homogenizującej, znajduje się zawór bezpieczeństwa, który zapobiega wzrostowi ciśnienia homogenizacji powyżej ciśnienia nominalnego. Zawór bezpieczeństwa składa się ze śruby, nakrętki zabezpieczającej, stopy, sprężyny, zaworu i gniazda zaworu. Zawór bezpieczeństwa nastawia się na maksymalne ciśnienie homogenizacji poprzez obrót śruby dociskowej, która działa na zawór poprzez sprężynę. Rama homogenizatora jest konstrukcją odlewaną lub spawaną, wykonaną z kanałów pokrytych blachą stalową. Wał korbowy jest zamontowany na górnej płaszczyźnie ramy. Wewnątrz płyta z umieszczonym na niej urządzeniem elektrycznym zawieszona jest na dwóch wspornikach. silnik. Dodatkowo płyta podparta jest śrubami regulującymi paski klinowe. Łóżko posiada cztery podpórki z możliwością regulacji wysokości. Boczne okna ramy zamykane są zdejmowanymi osłonami. Mleko lub nabiał jest dostarczany za pomocą pompy do kanału ssącego bloku tłoków. Z wnęki roboczej bloku produkt pod ciśnieniem przedostaje się przez zawór spustowy, a głowica homogenizująca przechodzi z dużą prędkością przez przednią szczelinę utworzoną pomiędzy szlifowanymi powierzchniami zaworu homogenizującego a jego gniazdem. W tym przypadku faza ciekła produktu jest rozproszona. Z homogenizatora produkt przesyłany jest rurociągiem mlecznym do dalszej obróbki lub wstępnego przechowywania.
Głowice homogenizujące poddano różnym drobnym zmianom, jednakże zasada ich konstrukcji pozostała niezmieniona do dziś. Kształt powierzchni roboczej zaworu jest zwykle płaski, grzybkowy lub stożkowy z niewielkim kątem zbieżności. Homogenizator z zaworami płaskimi z koncentrycznymi karbami ma takie same karbowanie na powierzchni gniazda. W konsekwencji zmienia się kształt kanału mleka w kierunku promieniowym, co powinno przyczynić się do lepszej homogenizacji. Płynny produkt można pompować do głowicy dowolną pompą o równomiernym przepływie i zdolną do wytworzenia wysokiego ciśnienia. Do tego celu nadają się pompy wielotłokowe, rotacyjne i śrubowe. Najszerzej stosowane są homogenizatory wysokociśnieniowe z pompami trójtłokowymi.
Schemat konstrukcyjny homogenizatora tłokowego z zaworem pokazano na ryc. 3
Gdy tłok przesuwa się w lewo, mleko przechodzi przez zawór ssący 3 do cylindra, a gdy tłok przesuwa się w prawo, jest przepychane przez zawór 4 do komory tłocznej, na której zainstalowany jest manometr 10 do kontroli ciśnienia . Następnie mleko przepływa kanałem do głowicy 5, w której dociska zawór 7, dociskany sprężyną 8 do gniazda 6. Naciąg sprężyny reguluje się śrubą 11. Zawór i gniazdo są ze sobą szlifowane. W pozycji niepracującej zawór jest mocno dociśnięty do gniazda za pomocą sprężyny 8, która stała się śrubą regulacyjną 11, a w pozycji roboczej, gdy pompowana jest ciecz, zawór podnosi się pod wpływem ciśnienia cieczy i znajduje się w „ stan pływający. Charakterystycznym wskaźnikiem trybów homogenizacji, który odgrywa ważną rolę w regulacji maszyny, jest ciśnienie homogenizacji. Im jest ona wyższa, tym efektywniejszy jest proces dyspersji. Ciśnienie reguluje się śrubą 11, kierując się wskazaniami manometru 10. Podczas wkręcania śruby zwiększa się nacisk sprężyny na zawór, w związku z czym zwiększa się wysokość szczeliny zaworu. Prowadzi to do wzrostu oporu hydraulicznego podczas przepływu płynu przez zawór, tj. do wzrostu ciśnienia wymaganego do przepchnięcia danej ilości płynu.
Zdolność pompy nurnikowej do wytwarzania wysokiego ciśnienia zagraża bezpieczeństwu części, jeśli kanał w gnieździe zaworu zostanie zatkany. Dlatego homogenizator wyposażony jest w zawór bezpieczeństwa 9, przez który ciecz wypływa, gdy ciśnienie w maszynie jest wyższe od ustawionego. Ciśnienie, przy którym otwiera się zawór bezpieczeństwa, reguluje się poprzez dokręcenie sprężyny śrubą.
Na ryc. Na rys. 4 przedstawiono homogenizator z podwójną przepustnicą, w którym ciecz przechodzi sekwencyjnie przez dwie głowice robocze. W każdej głowicy docisk sprężyny na zawór reguluje się osobno, za pomocą własnej śruby. W takich głowicach homogenizacja przebiega dwuetapowo.
Ciśnienie robocze w komorze tłocznej jest równe sumie obu różnic. Stosowanie homogenizacji dwustopniowej wynika głównie z faktu, że w wielu emulsjach po homogenizacji w pierwszym etapie obserwuje się odwrotne sklejanie zdyspergowanych cząstek i tworzenie się „skupisków” na wylocie, co pogarsza efekt dyspersji.
Zadaniem drugiego etapu jest fragmentacja i rozproszenie takich stosunkowo niestabilnych formacji.
Nie wymaga to tak znacznego efektu mechanicznego, dlatego spadek ciśnienia w drugim stopniu pomocniczym homogenizatora jest znacznie mniejszy niż w pierwszym, od którego działania głównie zależy stopień homogenizacji.
Rysunek 4 - Schemat homogenizacji dwuetapowej
W ogólnym projektowaniu nowoczesnych homogenizatorów stosuje się podstawowe zasady i zasady estetyki technicznej, warunków sanitarnych i higieny. Podążając za nowymi trendami w rozwoju urządzeń dla przedsiębiorstw mleczarskich, nowe konstrukcje homogenizatorów są opływowe, wykładane i pokrywane osłonami ze stali nierdzewnej o polerowanej powierzchni.
Na podstawie wydajności homogenizatora oraz względów konstrukcyjnych do prototypu wybieramy homogenizator marki A1 – OGM – 2.5.
Homogenizator to urządzenie służące do wytwarzania jednorodnych (jednorodnych) układów dyspersyjnych. Układy mogą być jednofazowe lub wielofazowe, tj. w ośrodku rozproszonym, którym jest zwykle ciecz, znajdują się cząstki (zwykle nierozpuszczalne) jednej lub większej liczby substancji stałych lub ciekłych, które nazywane są fazami rozproszonymi. Termin „jednorodny” oznacza, że fazy są rozmieszczone równomiernie, z tym samym stężeniem w dowolnej jednostkowej objętości ośrodka. Powstały system powinien być stosunkowo stabilny. W tym celu podczas homogenizacji w zdecydowanej większości przypadków przeprowadza się dyspersję, czyli rozdrabnianie cząstek fazowych.
Zastosowanie homogenizatorów w przemyśle mleczarskim
Homogenizator mleka kruszy kulki tłuszczu. Prędkość, z jaką wypływają na powierzchnię, zależy od kwadratu ich promienia. Zatem po 10-krotnym zmniejszeniu prędkość spada 100-krotnie. Dzięki temu produkt nie osiada i nie rozdziela się na śmietankę i odtłuszczone mleko. Jego trwałość znacznie wzrasta.
Dodatkowo po homogenizacji:
- Podczas wytwarzania margaryny lub masła woda i inne składniki są równomiernie rozprowadzane w środowisku tłuszczowym. A w majonezach i sosach sałatkowych występują tłuszcze w środowisku wodnym.
- Śmietanka i mleko pasteryzowane ujednolicają kolor, smak i zawartość tłuszczu.
- Mleko skondensowane w puszkach nie uwalnia fazy tłuszczowej podczas długotrwałego przechowywania.
- Kefir, śmietana i inne fermentowane produkty mleczne są stabilizowane. Poprawia się konsystencja skrzepów białkowych. Na powierzchni nie tworzy się tłuszczowy korek.
- W pełnym mleku w proszku zmniejsza się ilość wolnego tłuszczu niechronionego przez otoczkę białkową. Zapobiega to jego szybkiemu utlenianiu pod wpływem powietrza atmosferycznego.
- Mleko z dodatkiem kakao lub innego wypełniacza poprawia jego smak i staje się bardziej lepkie. Prawdopodobieństwo sedymentacji jest zmniejszone.
- Odtworzone fermentowane napoje mleczne, śmietanka i mleko nie mają wodnistego posmaku. Naturalny smak staje się intensywniejszy.
Metody procesów fizycznych i główne typy homogenizatorów
- Przepychanie się przez wąską szczelinę. Stosowane są jednostki zaworowe z wysokociśnieniowymi pompami nurnikowymi. Urządzenia tego typu są najczęściej spotykane w przemyśle mleczarskim.
- Mieszanie mechaniczne. Stosuje się miksery z nożami lub ubijakami łopatkowymi, w tym mieszalniki szybkoobrotowe. Najprostszym przykładem jest młynek do kawy lub elektryczny młynek do mięsa. Dotyczy to również urządzeń z pulsacją rotacyjną (RPA). Choć wpływ na grudki fazowe w nich jest bardziej złożony, nie ogranicza się jedynie do obciążeń udarowych i ściernych.
- Ekspozycja na ultradźwięki. Działają tu instalacje ultradźwiękowe, wywołujące kawitację w ośrodku rozproszonym, dzięki czemu faza ulega rozdrobnieniu.
Homogenizator tłokowy
Urządzenie
Urządzenie homogenizujące pokazano na ryc. 1. Cylinder tłokowy 1 jest podłączony do rury wlotowej poprzez zawór ssący 3, a do komory wysokociśnieniowej poprzez zawór wylotowy 4. Z komory prowadzi kanał do głowicy homogenizującej 5, w której znajduje się gniazdo 6, zawór 7, sprężyna 8 i śruba regulacyjna 11. W celu kontroli ciśnienia do komory podłączony jest manometr 10. Kanał ma odgałęzienie do zaworu bezpieczeństwa 9. Tłok napędzany jest przez pompę 2.
Powiększony widok głowicy homogenizującej pokazano na rys. 2. Posiada skalibrowany otwór (kanał) 1 w gnieździe 5, sprężynę 2, zawór 4 z drążkiem 3 i śrubę regulacyjną 6. Gniazdo i zawór są ze sobą wszlifowane. 
Zawór posiada płaską, lekko nachyloną powierzchnię roboczą w kształcie stożka lub dysku. W pierwszym przypadku może mieć rowki (rowki). Jeśli istnieją, to te same są robione na siodle. Zwiększa to stopień fragmentacji fazowej.
Istnieją modele, w których zawór i gniazdo są umieszczone w łożyskach zamontowanych w nieruchomej obudowie. W tym przypadku pod naporem strumienia produktu obracają się one w różnych kierunkach.
Ponieważ ciecz przepływająca z dużą prędkością ma silny wpływ na zawór i gniazdo, szybko się zużywają. Dlatego elementy te są wykonane ze szczególnie wytrzymałych stali. Ponadto ich kształt jest symetryczny. W przypadku zauważalnego zużycia wystarczy przewrócić je na drugą stronę, podwajając w ten sposób ich żywotność.
Zastosowana pompa niekoniecznie jest tłokowa, można wybrać śrubową lub rotacyjną. Najważniejsze jest to, że wytwarza wysokie ciśnienie. Ponieważ mechanizm tłokowy nie zapewnia równomiernego zasilania, kilka z nich umieszcza się w homogenizatorach, rozpoczynając cykle z przesunięciem w czasie. Najbardziej popularne są jednostki trójtłokowe. W nich kolana na wale są obrócone o 120 stopni, dzięki czemu cylindry pracują naprzemiennie. W tym przypadku współczynnik nierówności paszy, czyli stosunek jego wartości maksymalnej do średniej, wynosi 1,047.
Wskaźnik bliski jedności oznacza, że przepływ przez głowicę homogenizującą można z niewielkim błędem uznać za stabilny. Zatem podczas procesu homogenizacji zawór znajduje się zawsze w pozycji zawieszonej (otwartej). Pomiędzy nim a gniazdem znajduje się szczelina umożliwiająca przepływ cieczy. Jego wielkość można również przyjąć jako stałą, nie biorąc pod uwagę niewielkich odchyleń od poziomu średniego. W wielu nowoczesnych urządzeniach przepływ z każdego tłoka trafia do „własnej” głowicy. Po rozdrobnieniu faz są one łączone w kolektorze wyjściowym.
Manometr wyposażony jest w urządzenie dławiące. Zmniejsza to wibracje igły instrumentu.
Zasada działania
Zasada działania homogenizatora jest następująca. Gdy tłok pracuje do zasysania (na rysunku - porusza się w lewo), mleko dostaje się do cylindra 1 przez zawór 3. Następnie tłok pracuje w celu wtrysku (przesuwa się w prawo) i wypycha produkt do komory przez zawór 4. Następnie , ciecz przepływa kanałem z komory do głowicy homogenizującej 5.
Gdy zawór znajduje się w pozycji spoczynkowej, sprężyna 8 dociska go mocno do gniazda. Mleko wpływające pod ciśnieniem podnosi zawór tak, że pomiędzy nim a gniazdem tworzy się niewielka szczelina. Przechodząc przez nią kuleczki tłuszczu ulegają rozdrobnieniu, produkt homogenizuje się, a następnie trafia do rury wylotowej.
Szczelina jest zwykle nie większa niż 0,1 mm. Cząsteczki mleka poruszają się w tej strefie z prędkością około 200 m/s (w komorze wylotowej – tylko 9 m/s). Wielkość grudek tłuszczu zmniejsza się z 3,5-4,0 mikrona do 0,7-0,8 mikrona.
Ciśnienie wytwarzane przez pompę nurnikową jest bardzo wysokie. Dlatego zatkany kanał w gnieździe może prowadzić do zniszczenia części. Aby uniknąć uszkodzeń, zainstalowany jest zawór bezpieczeństwa 9.
Jednostka jest regulowana za pomocą śruby 11. Jedną z głównych cech homogenizacji jest ciśnienie. Po dokręceniu śruby sprężyna mocniej dociska zawór do gniazda. Z tego powodu wielkość szczeliny zmniejsza się wraz ze wzrostem oporu hydraulicznego. Urządzenie jest regulowane zgodnie ze wskazaniami manometru 10.
Zgodnie z instrukcją homogenizatora temperatura mleka powinna mieścić się w przedziale od 50 do 65 stopni C. Jeżeli będzie ona poniżej tego zakresu, proces osadzania się grudek tłuszczu przyspieszy. Jeśli będzie wyższa, białka serwatkowe zaczną się wytrącać.
Zwiększenie kwasowości produktu negatywnie wpływa na wydajność procesu, ponieważ w tym przypadku zmniejsza się stabilność białek. Tworzą się aglomeraty, a kruszenie grudek tłuszczu staje się trudne.
W momencie przejścia cieczy przez szczelinę zaworu, na skutek gwałtownego zwężenia przekroju kanału, obserwuje się efekt dławienia. Prędkość przepływu wzrasta wielokrotnie, a ciśnienie spada, ponieważ energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną.
Po przejściu mleka przez głowicę część rozdrobnionych cząstek ponownie skleja się w większe konglomeraty. Efektywność procesu spada. Aby przeciwdziałać temu zjawisku, stosuje się homogenizację dwustopniową. Urządzenie pokazano na rys. 3. Zasadniczą różnicą w stosunku do jednostopniowego jest obecność dwóch par organów roboczych, pierwszego stopnia 4 i drugiego - 12. Każdy ma własną sprężynę dociskową z zaworem sterującym 6.
Drugi etap, pomocniczy, dodatkowo zwiększa stopień fragmentacji fazowej. Jego zadaniem jest wytworzenie kontrolowanego i stałego przeciwciśnienia w głowicy pierwszego stopnia, czyli głównej. Optymalizuje to warunki procesu. A także do niszczenia stosunkowo niestabilnych formacji. Ciśnienie w nim jest ustawione niżej niż w pierwszym.
Homogenizacja jednostopniowa przeznaczona jest do produktów o niskiej zawartości tłuszczu lub dużej lepkości. Dwustopniowy – o dużej zawartości tłuszczu lub substancji suchych i niskiej lepkości. A także w przypadkach, gdy konieczne jest zapewnienie maksymalnej możliwej fragmentacji faz.
Oddzielna technologia
W przemyśle mleczarskim homogenizacja może być całkowita lub oddzielna. W pierwszym przypadku przez jednostkę przepuszczane są wszystkie dostępne surowce. W drugim jest najpierw oddzielany. Powstałą śmietankę o zawartości tłuszczu 16-20% homogenizuje się, a następnie miesza z odtłuszczonym mlekiem. I trafiają do kolejnego etapu przetwarzania. Metoda ta zapewnia znaczne oszczędności energii.
Mechanizm procesu dyspersji fazowej w aparacie zaworowym
Według N.V. Baranowskiego, na podstawie badań czynników hydraulicznych wpływających na rozdrabnianie grudek tłuszczu podczas homogenizacji mleka za pomocą aparatu zaworowego, zaproponowano następujący schemat procesu (ryc. 4).
W miejscu przejścia przepływu z kanału gniazda do szczeliny pomiędzy gniazdem a zaworem pole przekroju poprzecznego przepływu gwałtownie maleje. Oznacza to, że zgodnie z jedną z podstawowych praw hydrauliki prędkość jego ruchu U również gwałtownie rośnie, a dokładniej U0 przy podejściu wynosi kilka metrów na sekundę. A U1 przy wejściu do szczeliny jest o 2 rzędy wielkości wyższe, kilkaset m/s.
Gruba kropla nie przemieszcza się ze strefy niskiej do strefy dużej prędkości jednocześnie „na raz”. Przednia część piłki jako pierwsza wchodzi do strumienia, przemieszczając się przez szczelinę z ogromną prędkością. Pod wpływem szybko płynącego płynu ulega rozciągnięciu (tylna część nadal porusza się powoli) i odpada. Pozostała bryła w dalszym ciągu powoli (oczywiście pojęcie „swobodnie” w tym przypadku jest względne, ponieważ cały cykl kropli przechodzącej przez szczelinę trwa 50 mikrosekund) przesuwa się w stronę granicy prędkości, a część znajdująca się obecnie w przód jest przedłużony w taki sam sposób jak poprzedni, a także odpada. W ten sposób cała kropla tłuszczu jest stopniowo rozrywana na kawałki podczas przechodzenia przez sekcję graniczną. Dzieje się tak, gdy różnica pomiędzy prędkościami U0 i U1 jest wystarczająco duża.
Jeśli określona różnica okaże się mniejsza od pewnego progu, to przed rozdzieleniem cząstek następuje etap pośredni - kropla jest najpierw rozciągana w sznur. Jeśli różnica będzie jeszcze mniejsza, to grudka przejdzie przez granicę prędkości bez zniszczenia. Jednak narażenie na dużą prędkość przepływu nadal doprowadzi do stanu niestabilnego z powodu powstawania odkształceń wewnętrznych. Dlatego też pod wpływem sił napięcia powierzchniowego i mechanicznych uderzeń strumieni przepływowych kula nadal będzie się rozpadać na mniejsze frakcje.
Homogenizator oleju
Aby uzyskać jednorodną konsystencję masła lub sera topionego, stosuje się homogenizator plastyfikator. W procesie przetwarzania faza wodna zostaje zdyspergowana i równomiernie rozprowadzona w całej objętości. Dzięki temu produkt jest dłużej przechowywany i poprawia się jego smak. Ponadto skraca się czas rozmrażania i zmniejsza się utrata wody podczas pakowania.
Budowę urządzenia można rozważyć na przykładzie jednego z najpopularniejszych modeli M6-OGA (rys. 5). Składa się z korpusu i ramy (rys. 6), leja odbiorczego, pod którym umieszczone są ślimaki podające oraz wirnika z 12, 16 lub 24 ostrzami. Jako napęd zastosowano silnik elektryczny. Prędkość obrotowa ślimaków jest kontrolowana za pomocą wariatora. Prędkość kątowa wirnika jest stała.
Zasada działania homogenizatora jest następująca. Masło umieszcza się w dużych kawałkach w zbiorniku. Śruby obracają się w różnych kierunkach, patrząc od góry - jedna w drugą. Za ich pomocą olej przetłaczany jest przez rotor, po czym przez prostokątną dyszę wychodzi do leja odbiorczego (niepokazanego na rysunku). Aby zapobiec przyklejaniu się oleju do części roboczych, smaruje się je gorącym roztworem.Aparat pulsacyjny rotacyjny 
Ostatnio w przetwórstwie mleka coraz częściej stosuje się aparaturę z pulsacją rotacyjną (RPA). Taki homogenizator ma podobną konstrukcję i zasadę działania do pompy odśrodkowej. Główna różnica polega na ciałach roboczych.
Struktura RPA jest następująca. Napęd pełni silnik elektryczny. Wirnik w postaci perforowanego cylindra jest sztywno przymocowany do jego wydłużonego wału. Na końcu cylindra, z boku pokrywy, może znajdować się wirnik. Perforacja na nim nie jest wymagana. Wewnątrz pokrywy znajduje się podobny cylinder, nieruchomy, pełniący rolę stojana.
Mleko podawane jest przez rurkę osiową na pokrywie i na wirnik. Ta część powoduje fragmentację fazy pierwotnej i przyspiesza mieszaninę roboczą. Ten ostatni przechodzi następnie przez perforację ruchomego cylindra, ponownie ulega częściowemu rozproszeniu pod działaniem obciążeń ścinających i ściernych i trafia do wnęki homogenizującej pomiędzy rotorem a stojanem. 
Tutaj oprócz szoku na kuleczki tłuszczu działają inne siły.
W przepływie turbulentnym poruszającym się z dużą prędkością (dokładnie to obserwuje się w obszarze roboczym RPA) powstają przepływy mikrowirowe. Jeśli mały kulisty wir uderzy w kroplę tłuszczu, niszczy ją. Występuje również wpływ hydroakustyczny. Intensywna kawitacja, prowadząca do zapadnięcia się pęcherzyków powietrza, generuje fale uderzeniowe, którym również bryły fazowe nie są w stanie się oprzeć.
Maksymalny wpływ aparatu na cząstki osiąga się w momencie wystąpienia oscylacji rezonansowych pomiędzy wirnikiem a stojanem. Aby zapewnić ten efekt, należy obliczyć średnicę ruchomego cylindra, jego prędkość obrotową, a także szczelinę między nim a stojanem.
Po strefie roboczej mleko przechodzi przez otwory stojana i już homogenizowane odprowadzane jest styczną rurą wylotową, zwykle skierowaną do góry, aby ułatwić podłączenie rurociągów do przeładunku zasobnika w układzie recyrkulacji. 
Aby zwiększyć stopień kruszenia, urządzenie może mieć kilka par „wirnik-stojan”. Po zamontowaniu osłony umieszczane są one naprzemiennie. Istnieją modele, w których zamiast wirnika zainstalowana jest perforowana tarcza. Homogenizatory RPA mogą być również zanurzalne. Opcjonalnie urządzenie wyposażone jest w następujące akcesoria:
- Zabezpieczenie przed suchym startem.
- Silnik przeciwwybuchowy.
- Obudowa z płaszczem grzewczo-chłodzącym.
- Regulator umożliwiający płynną zmianę prędkości obrotowej silnika.
- Urządzenie załadowcze (podajnik ślimakowy) do lepkich, słabo rozpuszczalnych, heterogenicznych emulsji i zawiesin lub składników sypkich.
- Jednostka wyładowcza do odprowadzania do pojemnika obcego podczas pracy zgodnie ze schematem cyrkulacji.
- Mechaniczne uszczelnienie wału mieszkowego wykonane z ceramiki z węglika krzemu zwiększa żywotność urządzenia, nawet podczas pracy z agresywnymi cieczami lub zawierającymi wtrącenia ścierne.
RPA mogą być jedno- lub trójfazowe. Wszystkie części mające kontakt z żywnością wykonane są ze stali nierdzewnej AISI 304, AISI 316 lub ich krajowych odpowiedników. Ponieważ rozproszona ciecz opuszcza aparat pod ciśnieniem, homogenizator RPA pracuje jednocześnie jako pompa odśrodkowa.
Homogenizatory ultradźwiękowe
Urządzenie (na przykładzie BANDELIN). Homogenizator ultradźwiękowy składa się (na rys. 15 – od góry do dołu) z generatora RF, przetwornika ultradźwiękowego, „rogów” i sond (falowodów). Generator HF podłączony jest do sieci domowej o częstotliwości prądu 50 lub 60 Hz. Podbija ten parametr do 20 kHz. Przetwornik ultradźwiękowy, wyposażony w obwód oscylacyjny z piezoelektrycznym elementem pomiarowym, przetwarza energię prądu wytwarzaną przez generator na oscylacje fal ultradźwiękowych o tej samej częstotliwości. Wygenerowana amplituda pozostaje stała. Ultradźwiękowy – zwiększa się dzięki zastosowaniu specjalnie ukształtowanych „rogów”. Wsuwane są w nie sondy, które przenoszą wibracje do naczynia z cieczą. W zależności od objętości czynnika roboczego mogą być płaskie, w postaci stożków lub „mikro”, o średnicy od 2 do 25 mm. 
Przemysł krajowy produkuje również homogenizatory ultradźwiękowe. Wśród najnowszych modeli można zauważyć rozwój 2015 I100-6/840 (ryc. 16). Urządzenie posiada sterowanie cyfrowe, tryb impulsowy, kontrolę amplitudy oraz zestaw sond.
Zasada działania. Kiedy fale ultradźwiękowe przechodzą przez ciecz, naprzemiennie 20 000 razy na sekundę wytwarzają w niej wysokie i niskie ciśnienie. Ta ostatnia jest prawie równa wewnętrznemu ciśnieniu pary cieczy, w wyniku czego pojawiają się w niej pęcherzyki wypełnione parą, a ciecz wrze. Kiedy puste przestrzenie zapadają się, powstaje różnica ciśnień i tworzą się szybko płynące turbulentne mikroprzepływy, niszczące kropelki tłuszczu.
Niektórzy eksperci uważają, że pod wpływem ultradźwięków grudki rozpraszają się nie w wyniku kawitacji, ale w wyniku faktu, że fala przechodząc przez kroplę tłuszczu w różnych punktach, powoduje przyspieszenia o różnej wielkości i kierunkach. W rezultacie powstają wielokierunkowe siły, które próbują rozerwać piłkę na kawałki.
Homogenizacja jest ważnym etapem w procesie przetwarzania mleka i innych przetworów. Z jego pomocą poprawia się struktura i wydłuża się okres przydatności do spożycia, a smak staje się intensywniejszy.
Ta metoda mechanicznej obróbki mleka i płynnych przetworów mlecznych ma na celu zwiększenie dyspersji w nich fazy tłuszczowej, co eliminuje osadzanie się tłuszczu podczas przechowywania mleka, rozwój procesów oksydacyjnych, destabilizację i ubijanie podczas intensywnego mieszania i transportu.
Homogenizacja surowców przyczynia się do:
w produkcji mleka i śmietany pasteryzowanej – uzyskanie jednorodności (smak, barwa, zawartość tłuszczu);
sterylizowane mleko i śmietana – zwiększające trwałość;
fermentowane produkty mleczne (kwaśna śmietana, kefir, jogurt itp.) - zwiększające wytrzymałość i poprawiające konsystencję skrzepów białkowych oraz eliminujące tworzenie się czopa tłuszczowego na powierzchni produktu;
mleko skondensowane w puszkach – zapobiegające wydzielaniu się fazy tłuszczowej podczas długotrwałego przechowywania;
mleko pełne w proszku – zmniejszenie ilości wolnego tłuszczu mlecznego niechronionego osłonkami białkowymi, co prowadzi do jego szybkiego utleniania pod wpływem tlenu atmosferycznego;
mleko odtworzone, śmietanka i napoje mleczne fermentowane – nadają pełniejszy smak produktowi i zapobiegają powstawaniu wodnistego posmaku;
mleko z wypełniaczami (kakao itp.) - poprawiające smak, zwiększające lepkość i zmniejszające prawdopodobieństwo tworzenia się osadu.
Rozproszenie kuleczek tłuszczu, czyli zmniejszenie ich wielkości i równomierne rozmieszczenie w mleku, osiąga się poprzez przyłożenie do mleka znacznej siły zewnętrznej (ciśnienie, ultradźwięki, obróbka elektryczna wysoką częstotliwością itp.) w specjalnych maszynach – homogenizatorach.
Najbardziej rozpowszechnioną w przemyśle mleczarskim jest homogenizacja mleka poprzez przetłaczanie go przez pierścieniową szczelinę zaworu głowicy homogenizującej maszyny. Kuleczki tłuszczu przechodzące przez tę szczelinę ulegają rozproszeniu. Wymagane ciśnienie wytwarza pompa. Podczas produkcji mleka pełnego wielkość kuleczek tłuszczu zmniejsza się z 3-4 mikronów do 0,7-0,8 mikronów.
Głównym elementem nowoczesnych homogenizatorów zaworowych jest głowica homogenizująca. Może być jedno lub dwuetapowy. Drugi etap zwykle działa przy niższym ciśnieniu niż pierwszy.
Zastosowanie homogenizacji jedno- lub dwustopniowej zależy od rodzaju wytwarzanych produktów mlecznych.
Homogenizacja dwustopniowa z dużym spadkiem ciśnienia na obu etapach stosowana jest w produkcji wysokotłuszczowych wyrobów mleczarskich (kremy, mieszanki lodowe itp.).
Pozwala rozproszyć (rozbić) powstałe nagromadzenia kuleczek tłuszczu. Do produkcji innych rodzajów produktów mlecznych, w tym mleka spożywczego, można zastosować homogenizację jednostopniową.
Obróbka cieplna mleka
Obróbka cieplna jest jedną z głównych i niezbędnych operacji technologicznych przetwarzania mleka przeprowadzaną w celu dezynfekcji. Skuteczność obróbki cieplnej wiąże się z odpornością cieplną mleka, określoną na podstawie jego białka, składu soli i kwasowości, które z kolei zależą od pory roku, okresu laktacji, kondycji fizycznej i rasy zwierząt, sposobu żywienia i diety itp.
Podczas obróbki cieplnej mleko i jego przetwory ulegają złożonym zmianom właściwości biochemicznych i fizykochemicznych, a także modyfikacjom składników mleka. Cel obróbki cieplnej jest zróżnicowany, a mianowicie: zmniejszenie ogólnej liczby mikroorganizmów i zniszczenie form chorobotwórczych, inaktywacja (zniszczenie) enzymów mleka w celu zwiększenia stabilności podczas długotrwałego przechowywania, zapewnienie specyficznego smaku, zapachu, koloru i konsystencji, stworzenie korzystnych warunków temperaturowych do fermentacji, odparowania, przechowywania, a także procesów obróbki mechanicznej itp.
Obróbka termiczna mleka to połączenie trybów temperaturowych (ogrzewanie lub chłodzenie) i czasu trwania ekspozycji w tej temperaturze. Ponadto czas ekspozycji w danej temperaturze musi być taki, aby uzyskać pożądany efekt. W przemyśle mleczarskim obróbkę cieplną prowadzi się w temperaturach do 100 i powyżej 100°C.
Po podgrzaniu do 100°C w mleku giną jedynie formy wegetatywne, a w temperaturach powyżej 100°C giną formy wegetatywne i zarodnikowe. Głównymi procesami obróbki cieplnej mleka, które tłumią żywotną aktywność mikroorganizmów, są pasteryzacja i sterylizacja. Jako chłodziwo w pasteryzacji stosuje się gorącą wodę i nasyconą parę wodną, a do sterylizacji stosuje się nasyconą parę wodną.
Dodatkowo podczas obróbki cieplnej mleko poddawane jest chłodzeniu, podgrzewaniu (ogrzewaniu) oraz termicznej obróbce próżniowej.
Sposób obróbki cieplnej mleka do produkcji każdego rodzaju produktu określa instrukcja technologiczna. W tym przypadku mleko podgrzewa się do temperatury pasteryzacji, a następnie przetrzymuje i szybko schładza do wymaganej temperatury. Połączenie operacji grzania i chłodzenia podyktowane jest wymogami technologicznymi, sanitarnymi oraz możliwością wykorzystania ciepła gorącego produktu.
W tym celu gorący produkt przesyła się do specjalnej sekcji aparatu (płytowej lub rurowej), aby podgrzać zimny produkt wprowadzany do pasteryzacji. Operację tę nazywamy regeneracją cieplną, a urządzenia lub ich części nazywamy regeneratorami lub sekcjami regeneracyjnymi. Zastosowanie tej operacji pozwala uzyskać pewną oszczędność energii cieplnej zużywanej na pasteryzację.
Sprawność regeneratora charakteryzuje się współczynnikiem regeneracji. Stanowi stosunek ilości ciepła oddanego przez regenerator do ilości ciepła potrzebnego do ogrzania produktu od temperatury początkowej do temperatury końcowej, tj. przy której produkt zaczyna ponownie przepływać przez regenerator.
Chłodzenie i ogrzewanie
Surowce mleczne w przedsiębiorstwach są przed przetwarzaniem chłodzone w celu utrzymania ich jakości i ograniczenia rozwoju mikroorganizmów. W tabeli W tabeli 4.1 przedstawiono dane pokazujące wzrost liczby mikroorganizmów w mleku w zależności od temperatury chłodzenia i czasu przechowywania.
Przechowywanie mleka w temperaturze powyżej 4,5°C prowadzi do wzrostu liczby mikroorganizmów. W praktyce mleko przeznaczone do krótkotrwałego przechowywania schładza się do temperatury 6-8°C. W przypadku długotrwałego przechowywania (10-14 godzin) mleko jest pasteryzowane, a następnie schładzane. Aby wydłużyć okres przydatności do spożycia, produkty mleczne są schładzane w procesie produkcyjnym.
Ogrzewanie (podgrzewanie) nie odgrywa większej roli, ale najczęściej pełni funkcję pomocniczą (przygotowawczą) w procesie przetwarzania mleka. Podgrzewanie mleka stosuje się przed separacją, homogenizacją, a także przy produkcji różnych przetworów mlecznych. Podczas separacji podgrzewanie mleka zmniejsza jego właściwości lepkościowe, co korzystnie wpływa na oddzielanie się kulek tłuszczu od plazmy mleka i powstawanie śmietanki.
