Одноступенчатая и двухступенчатая гомогенизация

Гомогенизаторы могут быть оснащены одной гомогенизирующей головкой или двумя, последовательно соединенными. Отсюда название: одноступенчатая гомогенизация и двухступенчатая гомогенизация. Обе системы показаны на рис. 6.3.5 и 6.3.6.

При одноступенчатой гомогенизации весь перепад давления используется в единственной ступени. При двухступенчатой гомогенизации суммарное давление замеряется перед первой ступенью Р1, и перед второй ступенью Р2.

Для достижения оптимальной эффективности гомогенизации обычно используется двухступенчатый вариант. Но желаемые результаты удается получить, если соотношение Р2 : Р1 равняется примерно 0,2.

Одноступенчатый вариант используется для гомогенизации

– продукции с низкой жирностью,

– продукции, требующей высокой вязкости (образования определенных агломератов).

Двухступенчатая гомогенизация используется прежде всего для разрушения скоплений жировых шариков:

– в продуктах с высоким содержанием жира

– в продуктах с высоким содержанием сухих веществ

– в продуктах, для которых требуется низкая вязкость

– для достижения максимальной эффективности гомогенизации (микронизации).

Влияние гомогенизации на структуру и свойства молока

Эффект гомогенизации оказываетположительное воздействие на физическую структуру и свойства молока и проявляется в следующем:

• Уменьшение размеров жировых шариков, что предотвращает отстой сливок

• Более белый и аппетитный цвет

• Повышенная сопротивляемость окислению жира

• Улучшенные аромат и вкус

• Повышенная сохранность кисломолочных продуктов, изготовленных из гомогенизированного молока.

Однако гомогенизации свойственны и определенные недостатки. В их числе:

• Невозможность сепарирования гомогенизированного молока

• Несколько повышенная чувствительность к воздействию света – как солнечного, так и от люминесцентных ламп – может привести к возникновению так называемого солнечного привкуса (см. также главу 8 “Пастеризованные молочные подукты”)

• Пониженная термоустойчивость – особенно выражена при испытании первой ступени гомогенизации, гомогенизации обезжиренного молока и в других случаях, способствующих образованию скоплений жировых шариков

• Непригодность молока для производства полутвердых и твердых сыров, так как сгусток будет плохо отделять сыворотку.

Гомогенизатор

Для обеспечения максимальной эффективности гомогенизации обычно требуются гомогенизаторы высокого давления.

Продукт поступает в насосный блок, где его давление повышается поршневым насосом. Уровень возникшего давления зависит от противодавления, определяемого расстоянием между поршнем и седлом в гомогенизирующей головке. Давление Р1 всегда означает давление гомогенизации. Р2 – это противодавление первой ступени гомогенизации или давление на входе во вторую ступень.

Насос высокого давления

Поршневой насос приводится в движение мощным электродвигателем (поз.1 на рис. 6.3.4) через коленчатый вал и шатуны – эта передача преобразует вращение двигателя в возвратно-поступательное движение поршней насоса.

Поршни (поз. 5) перемещаются в блоке цилиндров высокого давления. Они изготовлены из высокопрочного материала. Поршни оснащены двойными уплотнениями. В пространство между уплотнениями подается вода для охлаждения поршней. Тудаже может подаваться горячий конденсат для предотвращения повторного обсеменения микроорганизмами продукта при работе гомогенизатора.

Также возможно использование горячего конденсата для сохранения условий асептического производства продукта при работе гомогенизатора.

Гомогенизирующая головка

На рис. 6.3.5 и 6.3.6 показаны гомогенизирующая головка и ее гидравлическая система. Поршневой насос поднимает давление молока с 300 кПа (3 бара) на входе до давления гомогенизации 10–15 МПа (100–240 бар), в зависимости от вида продукции.

Давление на входе в первую ступень перед механизмом (давление гомогенизации) автоматически поддерживается неизменным.

Давление масла на гидравлический поршень и давление гомогенизации на клапан уравновешивают друг друга. Гомогенизатор оборудован одним общим масляным баком, независимо от того, одноступенчатый это вариант или двухступенчатый. Однако в двухступенчатом гомогенизаторе есть две гидросистемы, и у каждой свой насос. Новое давление гомогенизации устанавливается изменением давления масла. Давление гомогенизации указывается на манометре высокого давления.

Процесс гомогенизации происходит на первой ступени. Вторая главным образом служит двум целям:

• Созданию постоянного и управляемого противодавления в направлении первой ступени, обеспечивая тем самым оптимальные условия гомогенизации

• Разрушению слипшихся гроздьев жировых шариков, образующихся сразу после гомогенизации (см. рис. 6.3.3).

Детали гомогенизирующей головки обработаны на прецизионном шлифовальном станке. Ударное кольцо посажено на свое место таким образом, что его внутренняя поверхность перпендикулярна выходу из щели. Седло скошено под углом 5 градусов, чтобы продукт получал контролируемое ускорение, предотвращая таким образом ускоренный износ, неизбежный в ином случае.

Молоко под высоким давлением проникает между седлом и клапаном. Ширина щели составляет примерно 0,1 мм, что в 100 раз превышает диаметр жировых шариков в гомогенизированном молоке. Скорость прохождения жидкости сквозь узкий кольцевой зазор обычно находится в пределах 100–400 м/с, и ее гомогенизация происходит за 10–15 микросекунд. За это время вся энергия давления, произведенного поршневым насосом, преобразуется в кинетическую энергию. Часть этой энергии после прохождения через механизм снова преобразуется в давление. Другая часть высвобождается в виде тепла; каждые 40 бар падения давления после прохождения через механизм поднимают температуру на 1°С.

Обратите внимание, что давление гомогенизации – это давление перед первой ступенью, а не перепад давлений.

На гомогенизацию затрачивается менее 1% всей этой энергии, и все же гомогенизация с помощью высокого давления пока остается наиболее эффективным методом из всех имеющихся на сегодняшний день.

Эффективность гомогенизации

Цель гомогенизации зависит от способа ее применения. Соответственно меняются и методы оценки эффективности.

В соответствии с законом Стокса, растущая скорость частицы определяется по следующей формуле, где:

v – скорость

g – ускорение свободного падения

p – размер частицы

ηhp – плотность жидкости

ηlp – плотность частицы

t – вязкость

p2 x (ηhp – ηlp) 18 x t v = x g

Или v = константа х p2

Из формулы следует, что уменьшение размера частицы является эффективным способом уменьшения возрастания скорости. Следовательно, уменьшение размера частиц в молоке приводит к замедлению скорости отстаивания сливок.

Аналитические методы

Аналитические методы определения эффективности гомогенизации можно разделить на две группы:

I. Определение скорости отстаивания сливок

Самый старый способ определения времени отстаивания сливок – это взять образец, выдержать его определенное время и затем проанализировать содержание жира в различных его слоях. На этом принципе построен метод USPH. Например, образец объемом в один литр выдерживается 48 часов, после чего определяется содержание жира в верхнем слое (100 мл), а также и во всем остальном молоке. Гомогенизация считается удовлетворительной, если массовой доли жира в нижнем слое в 0,9 раза меньше, чем в верхнем слое.

На этом же принципе построен метод NIZO. В соответствии с этим методом образец объемом, скажем, в 25 мл подвергается центрифугированию в течение 30 минут на скорости 1000 об/мин при температуре 40°С и радиусе 250 мм. После этого жирность 20 мл нижнего слоя делится на жирность всего образца и полученный результат умножается на 100. Это соотношение называется значением NIZO. Для пастеризованного молока оно обычно составляет 50–80%.

II. Фракционный анализ

Распределение размеров частиц или капель в образце можно определить хорошо разработанным методом с применением установки лазерной дифракции (см. рис. 6.3.7), которая посылает лазерный луч в образец, находящийся в кювете. Степень рассеивания света будет находиться в зависимости от размеров и количества частиц, содержащихся в исследуемом молоке.

Результат приведен в виде графиков гранулометрического состава. Процент массовой доли жира представлен как функция размера частицы (размер жирового шарика). На рис. 6.3.8 показаны три типовых графика распределения размеров жировых шариков. Обратите внимание на то, что при повышении давления гомогенизации график смещается влево.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: