Дисперсность молока при различных воздействиях.
В настоящее время повышенное внимание ученые уделяют вопросам нанотехнологий, включающих как создание тонкодисперсных и оборудования для осуществления процесса, так и изучение влияния наноструктурированных систем на различные объекты.
Комплекс экспериментальных исследований проводили с целью определения характеристик частиц дисперсных фаз, получаемых в результате достаточно полярных вариантов воздействий. Первый вариант-традиционное диспергирование с использованием различных клапанных устройств, второй- диспергирование в режиме ультразвуковых воздействий, третий-диспергирование в разработанном импульсном устройстве.
Характеристики дисперсности исследовали измерением размеров жировых шариков до и после диспергирования с использованием оптического микроскопа.
В качестве объектов сравнения выбраны образцы молока до обработки, прошедшего обработку в серийном клапанном гомогенизаторе, а также в лабораторном ультразвуковом диспергаторе и созданном импульсном диспергаторе.
Анализ микрофотографий позволяет утверждать, что жировые шарики в необработанном молоке представляют собой сферические частицы диаметром 0,5-12 мкм. Кроме того 90% всех жировых шариков объединяются в конгломераты неправильной формы по 20-50 и более штук. Вследствие неправильной формы конгломератов можно сделать вывод, что силы, удерживающие сферические жировые шарики вместе, не являются силами поверхностного натяжения и могут считаться адгезионными.
В молоке обработанном в устройстве клапанного типа, частицы с максимальным диаметром 1-3 мкм становятся преобладающими. Жировые частицы в молоке, обработанные в ультразвуковом диспергаторе с синусоидальными возмущениями давления частотой 44 кГцв течение 3 мин, практически все одинакового размера- около 1-2 мкм.
Частицы молока, обработанного в импульсном диспергаторе с параметрами обработки: энергия разряда- 75-100 мДж, сила тока-7,5 А, напряжение между электродами- 12 В, разделились на две группы по размерам. Относительно крупные частицы практически одинакового размера- 0,3-0,7 мкм.
Более мелкие частицы, наличие которых зафиксировано изменением окраски продукта в поле зрения микроскопа после введения специальных растворов- индикаторов, имеют размеры, меньшие разрешающей способности микроскопа. Общее массовое количество составляет около 95% от исходной массы частиц. В результате диспергирования в импульсном устройстве образуются как мелкие частицы, сорванные возмущениями с поверхности исходных шариков, так и более крупные, являющиеся остаточными частицами дробления. Важная особенность молока, обработанного в импульсном устройстве,- одинаковость размеров крупных частиц дробления. Они лежат в диапазоне 0,5-0,2 мкм. Малый разброс размеров остаточных частиц является доказательством реализации механизме дробления со срывом их поверхностных слоев.
Как в необработанном, так и диспергированном молоке с размером диспергированных частиц более 1 мкм с течение времени наблюдается объединение их в конгломераты. Шарики размером менее 1 мкм совершают хаотичные движения и при соударении не агрегируют. Мелкие жировые, частицы находящиеся на некотором расстоянии от конгломерата, к нему не примыкают.
Таким образом, объединение жировых частиц в конгломератов может быть объяснено действием электростатических сил.
Конгломераты в основном имеют форму удлиненных цилиндров, в основании которых лежит по одной первичной частице.
Проведенная серия экспериментов подтверждает, что применяемые в настоящее время клапанные и ультразвуковые гомогенизаторы характеризуются предельными возможностями получения размеров получаемых жировых частиц – порядка 0,5-2,5 мкм. Дальнейшее диспергирование жировых шариков в молоке с их использованием в тех же условиях бесперспективно. Для более тонкого диспергирования необходимо разрабатывать устройства с импульсными возмущениями давления.