Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая технология молочной отрасли. Учебное пособие
.pdf
и откладываются в грязевом пространстве плотным слоем. Одновременно удаляется значительное количество микроорганизмов, а также
часть лейкоцитов, частиц ткани вымени и крови, хлопья белка и др.
а б
Рис. 3.1. Сепаратор-молокоочиститель: а – общий вид: 1 – патрубок
для входа молока; 2 – вертикальный вал (веретено); 3 – барабан;
4 – напорный диск; 5 – вал червячного колеса с фрикционной муфтой;
6 – центробежный насос; б – барабан: 1 – труба для выхода
очищенного молока; 2 – уплотнительная прокладка для выводной
трубки; 3 – крышка барабана; 4 – направляющий выступ крышки
барабана; 5 – тарелка; 6 – направляющий штифт
для тарелкодержателя; 7 – тарелкодержатель; 8 – кольцевая гайка,
9 – резиновое уплотнительное кольцо; 10 – колпачковая гайка;
11 – корпус барабана
41
Сепараторная слизь составляет в среднем 0,06 % массы обработанного молока. Слизь имеет примерно следующий состав: 66–68 %
воды, жировых веществ – 3,3 %, белковых веществ – 24–25 %, золы –
3–3,2 % и других веществ – до 2 %. По вертикали слизь состоит из
слоев: нижний темно-серый – грязевой, средний белый – белковый,
верхний розовато-коричневый – бактериальный.
На качество очистки молока влияют в первую очередь темпера-
тура, скорость вращения барабана и продолжительность безостановочной работы установки. Продолжительность безостановочной работы
молокоочистителей составляет 3–4 ч при обычной степени загрязненности молока и нормальной кислотности (до 20 °Т), но снижается при
обработке сильно загрязненного молока и молока с повышенной кислотностью.
В настоящее время применяют саморазгружающиеся центробеж-
ные молокоочистители. Сепараторная слизь из барабана автоматически
удаляется через определенные промежутки времени. Отечественный
сепаратор-молокоочиститель модели ОМЕ с производительностью
15000 л/ч работает непрерывно 10 ч при времени между разгрузками,
равном 30 мин, и давлении после редукционного клапана гидросистемы, равном 49 МПа. При этом количество выбрасываемого осадка
достигает 4 кг. Через каждые 3–4 ч осуществляется автоматическая безразборная мойка сепаратора без остановки.
Очистка может проходить при температурах от 5 до 65 °С. В оте-
чественных технологических линиях оптимальная температура молока, поступающего на молокоочиститель, принята в пределах 35–
45 °С. При очистке холодного молока его исходные качества сохраняются лучше, однако возрастает вязкость, уменьшается скорость всплывания частиц, вследствие чего производительность молокоочистителя
снижается до 50 %. В то же время повышение температуры молока более 40 °С нецелесообразно, так как механические загрязнения или растворяются, или раздробляются в молоке, что не позволяет их полностью устранить под действием центробежной силы, снижается эффективность очистки и увеличивается бактериальная обсемененность.
Центробежная очистка молока приводит к изменению дисперсно-
сти жировых шариков. При холодной (температура 10-20 °С) очистке
молока величина жировых шариков изменяется минимально, однако их
дробление резко возрастает при повышении температуры выше 45 °С.
По сравнению с исходным молоком число мелких шариков диаметром
1–2 нм увеличивается при температуре 45 °С на 9 %, при 60 °С –
42
на 14 % и при 80 °С – на 17 %. Количество же крупных жировых шариков уменьшается: диаметром 3–4 нм – с 17 до 12–6 %; 4–5 нм – с 8 до
5–2 %; 5–6 нм – с 4 до 2–1 %. Любое изменение степени дисперсности
жировых шариков при производстве многих молочных продуктов
крайне нежелательно.
Бактериофугирование. При бактериофугировании одновременно
с механическими примесями из молока удаляется подавляющая часть
микроорганизмов. Бактериофуги действуют по принципу центробежных очистителей, отличаясь от них более высокой скоростью вращения
барабана (более 16000 об./мин), большим числом и размером тарелок.
Целесообразно устанавливать последовательно молокоочистители и бактериофуги (саморазгружающиеся). На большинстве крупных
молочных предприятий так и поступают. Бактофугированием сырого
молока пользуются для удаления из него микроорганизмов с целью его
стерилизации без применения термической обработки. В пластинчатом
аппарате молоко нагревается до 75 °С и подается в одну или две последовательно подключенные бактериофуги. При этом удаляется до 98–
99 % бактерий, особенно легко – спорообразующие микроорганизмы и
их споры. Однако бактериофугирование не исключает последующей
пастеризации или стерилизации молока, так как отдельные виды микроорганизмов (в том числе и патогенные), плотность которых равна
плотности молока или даже меньше ее, не могут быть удалены под действием центробежной силы.
Химическая фильтрация. Разработаны способы химической
очистки молока с использованием специальных аппаратов-ионообменников. В ионообменниках молоко фильтруется через высокомолекулярные органические вещества – иониты (ионообменные смолы), которые поглощают различные ионы, в результате чего меняется минеральный состав молока, и оно приобретает новые свойства. Это позволяет
получить новые пищевые продукты, улучшить их качество, удалить нежелательные примеси. Так, в результате удаления примерно 10 % кальция, молоко медленнее свертывается под действием сычужного фермента, сгусток его получается менее плотным, при этом вкус, цвет,
внешний вид молока изменяется незначительно. На основе ионообменного процесса разработана технология получения ионитного молока
для вскармливания детей раннего возраста. При ионообменной обработке также в несколько тысяч раз уменьшается число бактерий. Последовательной обработкой сыворотки катионитом и анионитом
можно снизить содержание в ней минеральных солей (ионов Са, Na, К).
43
После прохождения молока через ионообменную колонку уменьшается и его кислотность. Ионообменные смолы в настоящее время используют для выведения из молока радионуклидов. Эффективность
ионного обмена зависит от ряда факторов: температуры фильтруемого молока, скорости и направления потока молока в колонке, процентного соотношения между смолой и молоком, рН среды, концентрации удаляемых элементов.
В некоторых странах проводят ультрафильтрацию молока на
ферме, что сокращает транспортные расходы на доставку молока на
молочные заводы в 2–3 раза, кроме того, получаемый концентрат молока обладает повышенной стойкостью, так как высокое осмотическое давление его препятствует жизнедеятельности микроорганизмов. Этими методами обезвреживают от микрофлоры молоко, обезжиренное молоко и сыворотку; проводят обезжиривание сыворотки
для получения фосфолипопротеинового концентрата с высокой
эмульгирующей способностью для производства колбас; осуществляют разделение молочной сыворотки на компоненты, получение сывороточных белков, молочного сахара и т. д. Область применения
мембранных методов в молочной промышленности очень широка и
дает возможность получить молочные продукты направленного химического состава с высокой биологической ценностью при экономии энергетических затрат.
3 . 2 . Сепарирование молока
Процесс сепарирования молока основывается на разности плотностей жировых шариков (930 кг/м3) и плазмы (1036 кг/м3). Молоко поступает в центральную трубку барабана сепаратора (рис. 3.2). Через отверстия в трубке оно попадает в канальцы тарелкодержателя, затем
в отверстия пакета тарелок и далее движется вверх. По мере подъема
оно растекается тонкими слоями между тарелками, где под действием
центробежной силы жировые шарики, как более легкие, отбрасываются
на меньший радиус и собираются на наружной поверхности нижележащей тарелки у оси вращения барабана. Более крупный жировой шарик
достигает поверхности нижележащей тарелки быстрее, чем шарик диаметром 2–1,5 мкм. Мелкие шарики не успевают приблизиться к поверх-
44
ности тарелки и уносятся потоком обезжиренного молока, ухудшая степень обезжиривания. Обезжиренное молоко, как более тяжелая фракция, отбрасывается на больший радиус и устремляется к периферии в
грязевое пространство.
Рис. 3.2. Сепаратор-сливкоотделитель: 1 – станина сепаратора;
2 – трубопровод гидросистемы; 3 – приемник для белкового фугата;
4 – корпус барабана; 5 – подвижное днище барабана; 6 – разгрузочное
сопло; 7 – тарелкодержатель; 8 – конус барабана; 9 – кожух
сепарирующего устройства; 10 – приемно-отводное устройство;
11 – тарелки сливкоотделителя; 12 – тарелки отделителя казеиновой
пыли; 13 – граничная тарелка, разделяющая верхний и нижний
пакеты тарелок; 14 – клапан гидросистемы
45
Во время вращения барабана благодаря одновременному осаждению на стенках тарелок жировые шарики слипаются более быстро, образуя скопления. Скорость сепарирования скоплений жировых шариков значительно выше, улучшаются и результаты сепарирования.
В процессе сепарирования из молока выделяются механические
включения. Они откладываются на внутренней поверхности барабана,
постепенно заполняя грязевое, а затем и межтарелочное пространство.
Проход обезжиренного молока к периферии в этом случае затрудняется, оно поднимается между тарелками и частично выходит через
канал для сливок, резко понижая их жирность. Поэтому для сепарирования необходимо использовать предварительно очищенное молоко
кислотностью не выше 20 °Т. А при сепарировании загрязненного молока с ручной выгрузкой осадка из грязевого пространства необходимо
через каждые 1–1,5 ч останавливать сепаратор и мыть или заменять
грязный барабан чистым.
Применение саморазгружающихся сепараторов позволяет значительно увеличить продолжительность безостановочной работы сепаратора (до 10 ч и более) и сократить трудовые затраты. С помощью специального винта регулируют величину потоков обезжиренного молока
и сливок на выходе из сепаратора, задавая определенную жирность последних.
О результатах сепарирования судят по степени обезжиривания.
Допустимое содержание жира в обезжиренном молоке, предусмотренное нормами, составляет не более 0,05 %. При использовании современных закрытых сепараторов содержание жира в обезжиренном молоке можно понизить до 0,03–0,01 %. Наименьший отход жира в обезжиренное молоко происходит при сепарировании парного молока, имеющего наименьшую кислотность, не подвергавшегося ни тепловой
(нагревание, охлаждение), ни механической обработке.
Практикой установлено, что при сепарировании молока, подогретого до 35 °С, большая степень обезжиривания достигается при получении сливок пониженной жирности 20–30 %, меньшая – при жирности
35–45 % и выше. При сепарировании холодного молока на сепараторе
обычной конструкции высокая эффективность обезжиривания возможна лишь при значительном снижении производительности. Так, при
температуре молока 5 °С производительность сепаратора следует понизить на 50 %, при 10 °С – на 30 %, при 15 °С – на 20 %. С понижением
температуры жирность сливок увеличивается. Это связано с тем, что
46
вязкость холодных сливок выше, поэтому они медленнее вытекают из
сепаратора и дольше подвергаются воздействию центробежной силы.
Повышение жирности сливок достигается также уменьшением подачи подогретого молока в сепаратор вследствие более длительного
воздействия на молоко центробежной силы.
Наряду с указанным (оптимальным) температурным режимом
возможно применение и более высоких температур сепарирования в
пределах 60–85 °С. Исследования показали, что при температурах сепарирования выше 40 °С возрастает дробление жировых шариков, увеличивается пенообразование в сливках и обезжиренном молоке, происходит частичная денатурация сывороточных белков и белков оболочек
жировых шариков. Эти процессы сопровождаются накоплением большого количества сепараторной слизи. В итоге больше жира отходит
в обезжиренное молоко и в пахту при сбивании сливок в масло, больше
накапливается сепараторной слизи и чаще приходится останавливать и
мыть сепаратор. В то же время повышение температуры позволяет несколько увеличить производительность сепаратора, упростить технологическую схему, так как сливки и обезжиренное молоко получают
пастеризованными. Высокие температуры сепарирования (85–90 °С)
необходимы лишь при получении высокожирных сливок (с содержанием жира до 83 %) для снижения их вязкости и вытекания из сепаратора при производстве масла поточным методом сепарирования.
Перед сепарированием нежелательно подвергать молоко значительному механическому воздействию (перемешиванию, перекачиванию насосами, встряхиванию), так как при этом происходит дробление
жировых шариков и повышение отхода жира в обезжиренное молоко.
При длительном хранении молока (до 20 ч) на ферме в охлажденном
состоянии возрастают его кислотность, вязкость и плотность, что снижает степень обезжиривания молока на 12–17 %.
Разработана конструкция универсального сепаратора для сепарирования холодного молока. Работа его основана на физико-химических
изменениях жировой фазы при охлаждении. При охлаждении молока
до 3 °С с выдержкой 10 мин повышается вязкость молока, снижающая
скорость передвижения жировых шариков. В жировых шариках происходит отвердевание фосфолипидов в оболочках и более высокоплавких
глицеридов – в поверхностных слоях глицеридного ядра. В связи с этим
уменьшается связь глицеридного ядра с оболочкой, снижается заряд
жирового шарика, часть оболочечного вещества переходит в плазму.
Создаются условия для образования кучек, скоплений в виде гроздьев,
47
куда вовлекаются и мелкие жировые шарики. Гроздья жировых шариков достигают максимальной величины при температуре молока от 3
до 19 °С. Это обусловливает достижение высокой степени обезжиривания холодного молока до 0,02 %. Если молоко охладить до (3±1) °С
с выдержкой 10 мин, а затем при мягком режиме поднять температуру
до (22±3) °С, то степень обезжиривания доходит до 0,01 %.
Установлено, что под воздействием электрического тока высокой
частоты мельчайшие жировые шарики молока собираются в гранулы,
размеры которых допускают использование сепараторов обычного
типа. Чтобы добиться максимального выделения жира из молока, установки снабжают устройством для агрегирования шариков молочного
жира. Скорость движения молока в устройстве составляет 14 см/с, длительность прохождения – около 5 с. Спустя 60 с от момента выхода молока из установки цепочки шариков молочного жира разрушаются.
Применение такой установки позволяет снизить содержание жира
в обезжиренном молоке в пять раз.
3 . 3 . Гомогенизация молока
При хранении молока, сливок, выработке сметаны, диетических
кисломолочных продуктов на их поверхности образуются сливочный
или жировой отстой, а при производстве мороженого – крупинки молочного жира. Это нарушает гомогенность консистенции и снижает потребительские свойства молочных продуктов.
Крупные жировые шарики имеют значительно меньшую плотность по сравнению с плазмой и постепенно поднимаются на поверхность молока. При столкновении с другими шариками они склеиваются
(аглютинируют) с ними за счет иммуноглобулинов молока, образуя
рыхлые скопления жировых шариков, резко ускоряющие отстаивание
жира. Такая аглютинация связана с тем, что у крупных жировых шариков силы сцепления превалируют над силами отталкивания (за счет одноименной отрицательной заряженности жировых шариков). У мелких
жировых шариков (диаметром менее 1 мкм) силы электрического отталкивания преобладают над силами сцепления, поэтому они не включаются в скопления жировых шариков и не отстаиваются.
Для получения однородной (гомогенной) дисперсии жировой
фазы, не способной к отстаиванию, проводят гомогенизацию путем
48
дробления жировых шариков до размеров около 1 мкм. Для гомогенизации применяют гомогенизаторы, представляющие собой плунжерные насосы высокого давления. При ходе плунжера создается высокое
давление, в результате чего молоко (или смесь) с огромной скоростью
продавливается через щель из камеры гомогенизатора. Это обусловливает резкое изменение скорости потока от нескольких метров в секунду
до нескольких сотен метров в секунду.
Крупный жировой шарик, проходя через щель с огромной скоростью, вытягивается в цилиндр, который дробится на мелкие жировые
капли, сразу же покрывающиеся белковой оболочкой за счет белков
плазмы. Кроме градиента скорости на диспергирование жирового шарика в зоне перехода оказывает влияние и разность давлений в канале
и клапанной щели. При большой разности в скоростях дробление шарика может проходить путем последовательного отрыва частиц без
промежуточного растягивания в цилиндр.
Кроме гомогенизаторов клапанного типа применяют центробежные гомогенизаторы-кларификсаторы, которые имеют специальную
камеру с гомогенизирующим неподвижным диском. В одном аппарате
происходят очистка и гомогенизация молока.
При гомогенизации вязкость возрастает в связи с увеличением количества жировых шариков и адсорбцией на них белковых компонентов. Стабильность жировой фазы молочной смеси после гомогенизации
значительно повышается, а белковой – снижается, особенно при высоком содержании жира.
Давление и температура при гомогенизации избираются в зависимости от массовой доли жира в смеси. Чем выше жирность смеси, тем
ниже должно быть давление. Так, при гомогенизации молока и низкожирных сливок (10–12 %) при температуре не ниже 70 °С применяют
давление 10–15 МПа, при выработке сметаны 25–30 % жирности –
9–10 МПа. Это связано с тем, что при повышенном содержании жировых шариков в смеси после гомогенизации они образуют скопления –
гроздья, которые нарушают гомогенность консистенции. Агрегированию жировых шариков способствует гидрофобизация их поверхности.
Фосфолипидов и оболочечных белков недостаточно в молоке, чтобы
покрыть поверхность вновь образованных жировых шариков. Этот дефицит поверхностно-активных оболочечных белков частично восполняют белки плазмы. Жировые шарики с частично гидрофобной поверхностью обладают повышенной межмолекулярной силой сцепления.
При столкновении таких шариков образуются их рыхлые скопления
49
(агрегаты). Возможно даже слияние отдельных шариков в крупные жировые шарики. Поэтому для получения гомогенной консистенции продукта давлением регулируют степень дробления и количество вновь образующихся шариков жира.
После гомогенизации снижается термоустойчивость молочных
эмульсий, особенно с повышенным содержанием жира. Поэтому гомогенизацию обычно проводят после пастеризации смеси. Гомогенизация
оказывает влияние на изменение физико-химических свойств белков и
солей также и технологических свойств молочных смесей. В результате
увеличивается выход творога и сыров, уменьшаются потери жира в сыворотку, улучшается их консистенция, снижается усушка сыра на 1,5–
2 % и снижается норма расхода сырья на 5 %.
Интенсифицировать процесс дробления жировых шариков можно
с помощью акустических методов, в частности ультразвуковых колебаний. Основные типы излучателей ультразвуковых колебаний – это пьезоэлектрические вибраторы, магнитострикционные вибраторы, гидродинамические преобразователи и др. Использование акустических
методов для диспергирования жира сдерживается возможностью образования токсинов при обработке молочных смесей.
Гомогенизирующий эффект можно получить также в результате
электрогидравлической обработки. При создании мощных электрических разрядов тока высокого напряжения в молоке могут быть достигнуты импульсивные сверхвысокие давления (порядка 10000 МПа).
Электрогидравлический удар в сочетании с повышением температуры
вызывает диспергирование шариков в молоке. Эти методы находятся
в стадии доработки.
3 . 4 . Мембранные методы обработки молока
В последние годы находят широкое применение мембранные ме-
тоды обработки молока, сыворотки и другого молочного сырья. Сыворотка или молоко под давлением пропускаются через полупроницаемые мембраны, происходит разделение на концентрат и проникающий
через поры мембраны пермеат. Различают три основных вида мембранного разделения: микрофильтрацию, ультрафильтрацию и обратный
осмос (табл. 3.1).
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]