Сущность гомогенизации молока и молочных продуктов

Содержание

Введение ……………………………………………………………. ….………3

1. Стабильность эмульсии молочного жира……………………………………..4
2. Структура оболочки жировых шариков ………………………………….…5
3. Сущность гомогенизации молока и молочных продуктов…………………..6    
4. Влияние различных факторов на эффективность  гомогенизации…………….8

Заключение……………………………………………………………………….11

Список использованной литературы………………………………………….12

Введение

В  молочной промышленности гомогенизация  –  это  процесс дробления жировых  шариков и частичного разрушения белковых  веществ молока  и сливок, имеющих диаметр выше 140 нм. Цель гомогенизации – предотвращение самопроизвольного отстаивания жира в производстве и хранении молочных продуктов, сохранение однородной консистенции продукта без расслоения. Правильно проведенная гомогенизация исключает появление свободного жира, тем самым увеличивая сроки хранения молочных продуктов; регулирует структурно – механические свойства молочно – белковых сгустков; улучшает вкусовые качества продуктов.

К нежелательным последствиям гомогенизации можно отнести пониженную термоустойчивость гомогенизированных молока и сливок; возникновение повышенной чувствительности к свету и как следствие возникновение «солнечного» привкуса; непригодность гомогенизированного молока для производства сыров и творога, так как сгустки будут плохо отделять сыворотку.

Условия ,  при  которых  гомогенизация будет  эффективна, следующие : молочный жир  должен находиться в жидком состоянии ; дробление жировых шариков возможно только при внешнем воздействии ; необходимо образование нового защитного слоя каждого жирового шарика. (А.М. Шалыгина, Л.В. Калинина, «Общая технология молока и молочных продуктов» , 2004. стр. 96 – 97).

1 Стабильность эмульсии молочного жира

Стабильность  жировой эмульсии молока и сливок ( сопротивляемость жировых шариков агрегации) имеет большое значение в производстве молочных продуктов. При производстве одних молочных продуктов желательно как можно дольше сохранить жировую эмульсию  ( пастеризованные или стерилизованные молоко и сливки, КМП, молочные консервы, мороженое). При производстве других продуктов , наоборот, желательно наиболее полно разрушить жировую эмульсию для агрегации жировых шариков ( производство коровьего молока).

Стабильность эмульсии молочного  жира зависит от стабильности оболочки жировых шариков, на которую влияет ее состав, рН оболочечного белка ( наибольшая стабильность при рН 6,0 – 7,0 ) и солевое равновесие молока. Кроме того, к разрушению стабильности эмульсии молочного жира может привести механическая обработка молока: перемешивание, перекачивание по трубопроводам, транспортирование, центробежная очистка и сепарирование. Дестабилизация эмульсии молочного жира может привести к расслоению на две непрерывные фазы: жировую и водную и в конечном итоге к эмульсии обратного типа « вода в масле».

Натуральное гомогенизированное и негомогенизированное коровье  молоко  различается степенью    дисперсности молочного жира: количество жировых шариков в негомогенизированном молоке размером до 2 мкм составляет 24%, от 2 до 5 мкм – 67 , более 5 мкм – 9 %; доля жировых шариков а гомогенизированном молоке размером 1 мкм составляет 15 %, 2 мкм – 60,3 мкм – 15, более 4 мкм – 10 %.Размер и количество жировых шариков в свежем молоке непостоянны и зависят от породы животных, стадии лактации, рационов кормления и других факторов. (А.М. Шалыгина, Л.В. Калинина, «Общая технология молока и молочных продуктов» ,2004. стр. 96 – 97).

2 Структура  оболочки жировых шариков

Молочный жир находится  в плазме молока в виде жировых  шариков и образует с водой эмульсию типа « масло в воде» . Эмульсия в простейшем случае представляет собой тонкодисперсную систему из двух не растворяющихся одна в другой жидкостей, причем одна из жидкостей в тончайшем распределении находится в другой. Свежевыдоенное молоко – двухфазная эмульсия. После охлаждения часть жира в жировых шариках выкристаллизовывается и образуется трех – и многофазная эмульсия.

В молоке жировые  шарики образуют полидисперсную эмульсию из – за различной величины жировых  шариков .

Оболочка представляет собой комплексное соединение фосфолипидов с белками. Липидно –  белковый комплекс является специфическим эмульгатором в жировых шариках. Кроме того, в оболочках присутствуют стерины, жирорастворимые витамины,  каротин,  ферменты ( ксантиноксидаза, мембранная липаза и др. ) , металлы (медь, железо ).

Оболочка жирового шарика имеет размер около 10 – 15 нм и состоит из нескольких слоев: мономолекулярных фосфолипидов, белка и гидратной  воды.

Оболочка жирового шарика представляет собой гелеобразную пленку, плотно прилегающую к жировой глобуле и диффузно переходящую в золь с  удалением от нее.

Условно можно  выделить два слоя оболочки: внутренний и внешний , хотя четко разделенной  границы между ними не существует.

Внутренний  слой оболочки жирового шарика – сплошной гелеобразный с трехмерной структурой – состоит из развернутых макромолекул белков и липидно – белковых комплексов, высокоассоциированных между собой в основном за счет межмолекулярных гидрофобных связей при содействии водородных связей и электростатического притяжения.

Внешний слой оболочки жирового шарика – диффузный , рыхлый, подвижный, сильно сальватированный дисперсионной  средой – состоит из макромолекул белков или липидно – белковых комплексов , свернутых в глобулы  с прочными  гидратными оболочками.

Оболочка жирового шарика плотно скреплена с ядром  жира. В оболочке 21 % протеидов, из которых 5 % составляют гликопротеиды. Молекулы гликопротеидов пронизывают всю  оболочку жирового шарика и играют основную роль в ее стабилизации. (А.М. Шалыгина, Л.В. Калинина, «Общая технология молока и молочных продуктов» ,2004. стр. 99 – 102 ).

3 Сущность гомогенизации  молока и молочных продуктов

Гомогенизация молока и молочных продуктов осуществляется в специальных препаратах – гомогенизаторах. Основным способом гомогенизации  в молочной промышленности является продавливание молока через узкую щель с помощью определенного давления. При этом применяются гомогенизаторы низкого и высоко давления. Наибольшее применение нашли гомогенизаторы высокого давления, или клапанные гомогенизаторы, создающие максимальный эффект гомогенизации.

Клапанный гомогенизатор  – это аппарат высокого давления , на нагнетательной линии которого установлен гомогенизирующий клапан. Последний с помощью пружины  или гидравлического поршня прижат к седлу клапана. Для проведения гомогенизации молоко поступает в насосный блок гомогенизатора, где поршневым насосом, совершающим возвратно – поступательное движение, создается высокое давление p0. Уровень этого давления зависит от противодавления  p1, определяемого расстоянием между клапаном и седлом в гомогенизирующей головке.  Поршни насоса изготовлены из высокопрочного материала и оснащены двойными уплотнениями. В пространство между уплотнениями подается либо вода для охлаждения поршней, либо горячий конденсат для сохранения асептических условий при производстве стерилизованного молока.  

Давление  гомогенизации  автоматически поддерживается неизменным и может достигать 10 – 20 МПа в  зависимости от вида молочного продукта , подвергающегося гомогенизации.

Диспергирование жировых шариков происходит в  гомогенизирующем устройстве гомогенизатора высокого давления в щели, образующейся между седлом и клапаном за счет того, что давление гомогенизации  p0   начинает превышать давление масла на гидравлический поршень. Поток молока проникает в эту щель под высоким давлением . Размер щели в сто раз превышает размер жировых шариков, а скорость течения потока молока ( 100 – 400 м/с ) очень велика за счет высокого давления, поэтому гомогенизация происходит за 10 – 15 сек.

Рис. 1.  Схема  прохождения жировых шариков  через узкую щель размером 0,01 мм клапанного гомогенизатора

Теоретически механизм гомогенизации  в клапанном гомогенизаторе объясняли  многие исследователи. По Н. В. Барановскому, жировой шарик в канале седла диаметром d (рис. 2) движется с малой начальной скоростью v0 (несколько метров в секунду). Затем он изменяет направление и двигается к пограничному сечению между седлом и клапаном с несколько большей скоростью Vq. В клапанной щели жировой шарик приобретает еще более высокую скорость vj (Vj > Vq > vo) , составляющую несколько сотен метров в секунду. Градиент скорости при ламинарном потоке больше, чем при турбулентном.

Рис. 2. Схема гомогенизации  по Н. В. Барановскому

Ро – давление на жировой шарик, создаваемое поршневым насосом; р 1 – противодавление, оказываемое на жировой шарик в гомогенизирующей шели; v0 – скорость жирового шарика в канале седла клапана; Vq –  скорость жирового шарика между седлом и клапаном; Vi – скорость жирового шарика в клапанной щели гомогенизатора; d – диаметр канала седла; h – высота клапанной щели. (А.М. Шалыгина, Л.В. Калинина, «Общая технология молока и молочных продуктов» , стр. 105 – 107 ).

4 Влияние различных  факторов на эффективность  гомогенизации

Эффективность гомогенизации зависит, прежде всего, от давления и температуры, при которых проводится гомогенизация. При повышении давления увеличивается механическое воздействие на продукт, при этом уменьшается средний диаметр жировых шариков. При давлении гомогенизации 15 МПа средний диаметр равен 1,43 мкм и эффективность гомогенизации составляет 74%. При давлении гомогенизации 20 МПа средний диаметр равен 0,97 мкм и эффективность гомогенизации равна 80 %. Достаточно наглядно зависимость размеров жировых шариков от давления гомогенизации показана на рис. 3.

Средний размер жировых шариков при повышенном давления гомогенизации цельного молока и сливок различны. В цельном молоке он больше, чем в сливках. Некоторые исследователи объясняют это явление более высокой турбулентностью потока цельного молока в клапанной щели гомогенизатора, чем у сливок.

Рис. 3. Дифференциальная кривая распределения жировых шариков  по размерам в зависимости от давления гомогенизации молока:

1 – при давлении 20 МПа; 2 –  при давлении 15 МПа; 3 – при давлении 10 МПа; 4 – при давлении 5 МПа; 5 – молоко негомогенизированное.

На эффективность гомогенизации  оказывает влияние температуры, при которой она проводится. Оптимальной  температурой гомогенизации считают 60 – 70 0С.

На гомогенизацию оказывает  влияние свойство молочного сырья  – это вязкость, плотность, кислотность.  С повышением кислотности молока эффективность гомогенизации уменьшается. При повышенной вязкости и плотности  молока эффективность гомогенизации также уменьшается.

В настоящее время  применяют два вида гомогенизации  – одно – и двухступенчатую.

При одноступенчатой  гомогенизации образуются более  мелкие жировые шарики, которые образуют различные скопления.

При двухступенчатой  гомогенизации  происходит разделение этих кангломератов и дальнейшее разрушение жировых шариков. (А.М. Шалыгина, Л.В. Калинина, «Общая технология молока и молочных продуктов» , стр. 109 – 110 ).

При производстве молочных напитков и сыров проводят иногда раздельную гомогенизацию. Раздельная гомогенизация предназначена для получения гомогенизированного молока с требуемым содержанием   жира, повышенной стабильностью жировой фракции  и белков. Раздельная гомогенизация отличается от полной тем, что механическому воздействию подвергаются только высококонцентрированные жировые шарики. Сущность раздельной гомогенизации заключается в том, что молоко вначале сепарируют, а полученные сливки гомогенизируют. После гомогенизации их смешивают с обезжиренным молоко, нормализуют, пастеризуют и охлаждают.

При производстве раздельно  –  гомогенизированного молока с  использованием двухступенчатой гомогенизации  массовая доля сливок не должна превышать 25 %, а при одноступенчатой гомогенизации  не более 16 %. Раздельную гомогенизацию  применяют для того, чтобы увеличить производительность гомогенизации и ограничить механическое воздействие на молочный белок при выработке питьевого молока, КМП и сыров. Полученную при раздельной гомогенизации молоко по своим физико – химическим и органолептическим свойствам не отличается от обычного молока при условии если массовая доля жира в сливках используемых гомогенизацией не превышает 12 %. ( http://milk – tech.ru/mexanicheskaya – hobrabotka – moloka – i – molochnyx – hproduk/175 – razdelnaya – gomogenizaciya – molochnogo – syrya – chast – 1.html ).

Заключение

Гомогенизация служит для повышения дисперсности в них жировой фазы, что позволяет исключить отстаивание жира во время хранения молока, развитие окислительных процессов, дестабилизацию и подбивание при интенсивном перемешивании и транспортировании.  Применяют следующие виды гомогенизации: одно – и двухступенчатую .   
       При одноступенчатой гомогенизации могут образовываться агрегаты мелких жировых шариков, а при двухступенчатой происходят разрушение этих агрегатов и дальнейшее диспергирование жировых шариков. 
          При раздельной гомогенизации обработке подвергается не все молоко, а только его жировая часть в виде сливок 16 – 20 %-ной жирности. Сливки гомогенизируют в две ступени, а затем смешивают с обезжиренным молоком. Раздельная гомогенизация позволяет значительно снизить энергозатраты. 
  Клапанные гомогенизаторы, несмотря на их громоздкость и вибрацию при работе, получили наибольшее распространение в молочной промышленности. Предпринимались попытки использовать для гомогенизации молока ультразвуковые установки, но успешного продолжения они не получили.

Предпринимаются попытки заменить многоплунжерный  наг сое клапанного гомогенизатора центробежным. В одном случае последний  используется лишь для создания необходимого давления, после чего молоко поступает в диспергирующее устройство. В другом – для диспергирования используется весь путь прохождения молока от центра диска центробежного насоса до его периферии. Сама конструкция диска обеспечивает активное механическое воздействие на частицы молока. Наибольшее распространение такие диспергаторы (эмульсоры) получили в цехах по производству заменителей цельного молока.

При использовании  специальной конструкции центробежных дисков агрегаты обычно называют дезинтеграторами. Применение их для гомогенизации молока и молочных продуктов имеет хорошую перспективу.

( http://www.biokart.com.ua/5.html).

Список использованной температуры

1. Шалыгина А.М. Общая технология молока и молочных продуктов. Учебник  и учебное пособие для студентов высших учебных заведений./ А.М.Шалыгина, Л.В. Калинина. – М.: «КолосС»,  2004. – с.: ил.