Гомогенизация молока что это
Гомогенизация молока
Часто при получении на предприятии и обработке молочных продуктов наблюдается их неоднородность. С целью предотвращения этой проблемы проводится гомогенизация молока. Процедура заключается в измельчении жировых комком путем механического воздействия специальными приборами.
Для ее качественного выполнения необходимо детально ознакомиться с процессом и рассмотреть такие вопросы: каково назначение гомогенизации; в каких случаях ее эффективность будет максимальна; какая температура необходима для достижения результата; какие бывают режимы и др.
Суть процесса
На вопрос, что такое гомогенизация молока, можно ответить просто –— это разбивание жировых шариков на мелкие частицы с целью обеспечения однородной жирности. Проводится с помощью специального устройства под названием гомогенизатор.
Суть процедуры заключается в прессовании исходного сырья. Под высоким давлением оно пропускается через решетку с микроскопическими отверстиями, что приводит к дроблению его компонентов.
Основное назначение гомогенизации молока — сделать жидкость однородной и обеспечить её длительную сохранность. Так, после обработки процесс отстаивания сливок происходит намного дольше, а сырье сохраняет одинаковую жирность по всей его массе. Кроме этого, такая подготовка придает насыщенный вкус.
Миссия такой обработки может зависеть от того, какая продукция должна получиться на выходе. Так, при изготовлении обезжиренного молока и сливок, главный акцент делается на однородности изделий. Если сырье перед процедурой поддавалось пастеризации, прессование поможет «закрепить» его долговечность. При изготовлении йогуртов, кефиров, сметаны и прочих кисломолочных товаров повышается и стабилизируется их консистенция (они не растекутся, вода не будет отслаиваться).
Для сгущенной консервной продукции такое измельчение играет роль механического консерванта, то есть путем аппаратного воздействия устанавливает внутри изделия долговечные пептидные связи. В сухой заготовке разрушает лишний жир путем окисления. В молочных порошках с наполнителями (какао, порошковые смеси) обработка способствует насыщенности вкуса и хорошей растворимости.
Существует два основных вида гомогенизации: полная и раздельная. Первый вариант подразумевает переработку сырья без выделения из него субпродуктов. Является самым популярным и широко используемым способом на большинстве предприятий. Отличается сравнительной простотой, так как предварительно не требует проведения сложных манипуляций. Также считается экономным вариантом, который позволяет минимизировать отходы при переработке. В ходе дробления образуется сухой нежирный шлак, который часто используется при изготовлении йогуртов.
При втором способе сырье сначала разделяют с помощью сепаратора, затем гомогенизируют только полученные сливки. После этого они вновь соединяются с молоком и отправляются на дальнейшую обработку. Этот метод считается более сложным и используется в основном на предприятиях, специализированных на изготовлении конкретного вида продукции (сырки, йогурты).
Устройство гомогенизации
Процедура обработки молочных товаров данным способом производится в специальной машине под названием гомогенизатор. С помощью сильного давления, высоких температур, а также воздействия ультразвуковых волн и электрического напряжения, продукт приобретает свойства, нужные фермеру в тех или иных ситуациях.
Чертеж гомогенизирующего аппарата
Главным компонентом гомогенизатора с клапанами является головка. В зависимости от модели аппарата и его целевого предназначения, она может иметь одну или две ступени, что позволяет использовать разные режимы гомогенизации молока.
Первая ступень обычно используется для переработки сырья с невысоким процентом жирности. Для производства сливок, заготовок мороженного и йогурта применяются две ступени одновременно. Двойная обработка позволяет разрушить скопления нескольких жировых шаров.
При переходе во вторую ступень основной шар вытягивается, и от него отпадают мелкие прикрепленные частицы. Чем быстрее жир движется в гомогенизаторе, тем мельче частицы от него отрываются. На данный момент зафиксирован только один рекорд, при которой удалось уменьшить жировые капли в десять раз. Этот показатель после пока не удалось превзойти ни одному устройству.
Схема дробления капли жира в клапанном отверстии гомогенизатора
В зависимости от устройства, скорость жировой капли может достигать 200 метров в секунду.
Критика процесса
На практике, негативные последствия от употребления гомогенизированной продукции случаются редко. Но все же некоторые ученые-химики считают процедуру вредной, так как в ходе обработки молочного сырья под прессом возникает большая вероятность образования фермента под названием ксантиноксидаза. Он является катализатором окисления гипоксантина в ксантин, который в свою очередь превращается в мочевую кислоту.
Фермент считается видоизмененной мутировавшей версией ксантиндегидрогеназы. В процессе его мутации кислород внутри соединений превращается в углекислый газ, что приводит к окислительному процессу после употребления такой продукции в пищу.
В человеческом организме избыточное количество данного фермента может привести к развитию подагры. Основное лечение в таком случае направлено на выведение вещества с помощью капельниц и инъекций ликвидирующими препаратами. Также нарушение обмена мочевой кислоты в организме может вызвать почечную недостаточность. Большое количество фермента в кровеносной системе приводит к разрушению клеток печени.
Следует обратить внимание на то, что гомогенизация никаким образом не влияет на структуру и свойства лактозы — основного природного компонента, содержащегося в молоке и производных. Поэтому людям, у которых это вещество вызывает аллергию, не рекомендуется употреблять данного рода продукцию независимо от степени и способа ее изготовления.
В процессе фермент в основном появляется в случае неисправности аппарата и перебоях в его работе. Поэтому рекомендуется регулярно проводить плановые проверки гомогенизатора в обусловленный срок, исходя из интенсивности его работы.
Организация процесса
С целью уменьшения клейкости жировых капель и вязкости сырья, проводится его предварительная тепловая обработка. Температура гомогенизации молока составляет приблизительно 65 градусов.
Одним из основных требований к процессу является чистота и стерильность — аппарат должен регулярно проходить санитарную обработку во избежание попадания в продукцию бактерий и вредоносных микроэлементов. Помещения, в которых проводится процедура, тоже обязаны содержаться в чистоте.
С технической стороны данного вопроса, необходимо соблюдать следующие нормы: в среднем, давление должно составлять 10 Мпа. Раздел фаз при таких условиях необходимо увеличить до 500 тысяч квадратных метров на каждую тонну исходного материала.
После заготовку необходимо хранить при температуре 4-6 градусов выше ноля. Такие показатели способствуют максимальной сохранности товаров.
Процесс гомогенизации проходит в несколько этапов:
Чтобы эффективность гомогенизации молока была максимально высокой, необходимо выполнять процедуру с четким соблюдением всех инструкций и требований.
Изменение структуры молочных продуктов
Гомогенизация оказывает много положительных эффектов на конечный товар. Так, после данного измельчения молоко и сливки становятся однородными, приобретают желтоватый оттенок и специфический запах. Вкус становится более насыщенный.
Энергетическая ценность жиров позволяет использовать такую полученную жидкость как в самостоятельном употреблении, так и в качестве кулинарных добавок (ингредиентов для выпечки и т. д).
После обработки стерилизованных сливочных и молочных продуктов данным способом повышается их термоустойчивость, то есть увеличивается диапазон температур, при которых изделие может храниться без риска быть испорченным. Также почти в два раза продлевается срок годности.
При производстве цельного сухого молока гомогенизация помогает убрать максимальное количество открытого жира, не имеющего белковых мембран. В процессе он быстро окисляется и растворяется под действием кислородного давления.
При обработке йогуртов, кефиров, сметаны повышается упругость и улучшается густота соединений белка. Также процедура уменьшает вероятность образования пленки из жира на поверхности данных изделий.
Для сгущенных молочных лакомств данный способ измельчения жира тоже имеет свою ценность. Он способствует улучшению стойкости консервов перед различными внешними факторами (тепло, перепады температур). Также предотвращает отстаивание и интенсивное отслоение жира в случае хранения на протяжении длительного периода времени.
Для молочных продуктов с наполнителями (какао, сухие смеси и т. д.) такая обработка обеспечивает сразу несколько положительных факторов.
Вопреки критике и предостережениям ученых, процедура пользуется большой популярностью благодаря целому комплексу положительных факторов. На крупных предприятиях без гомогенизации не обходится приготовление ни одного молочного товара.
Оценка качества
На добротность и полезность процесса переработки сырья влияют такие факторы, как: давление и температура перерабатываемого сырья. От первого из них напрямую зависит степень дробления жировых капель, а от второго — однородность продукта и простота его обработки для аппарата.
Под воздействием давления внутри гомогенизатора происходит ряд манипуляций. Во время движения поршня в левую сторону молоко через клапан попадает в цилиндр. Когда ползун движется обратно, сырье попадает в камеру-усилитель, в которой сконцентрировано самое мощное давление. Параллельно вторая половина сырья просачивается через кольцевое клапанное отверстие в усиливающую трубу. Управление давлением совершается с помощью специального шурупа. Закрепленный в нужном положении, он способствует усилению давления на заслонку. Снаружи установлен датчик с монитором, с помощью которого совершается контроль.
Для достижения максимально эффективного результата от процедуры гомогенизации молоко предварительно рекомендуется подогреть до 65 градусов. В таком состоянии пептидные связи разрушаются намного легче, что способствует равномерному дроблению жировых капель.
Также на эффективность процедуры влияют такие факторы, как быстрота движения сырья в гомогенизирующей головке, особенности и технология сборки аппарата, природные характеристики жировых мембран, уровень кислотности в массе, и, главное, правильность выполнения процедуры и соблюдение всех правил на каждом этапе обработки.
Существует основной критерий, по которому достоверно можно определить, насколько гомогенизация была эффективной. Он имеет название «рабочее давление», и представляет собой разницу в давлении до и после его прохождения через клапан в измельчающей головке. Смысл процедуры заключается в том, чтобы добиться минимального отстоя молока и отделения от него таких субпродуктов, как сливки.
Эффективность определяется следующим фактором: чем дольше продукция будет отстаиваться после данного вида переработки, тем качественнее выполнена процедура. Если же отделение жира произошло в достаточно краткий период времени – это свидетельствует о том, что во время следующей операции необходимо еще больше повысить давление внутри гомогенизатора.
Гомогенизатор для молока
Состав молока включает в себя шарики жира (сливки). Чтобы получить однородную жидкость, в промышленности используют технику измельчения и распределения компонентов — гомогенизацию. С помощью этого процесса достигается равномерная консистенция молока. Метод необходим при изготовлении сметаны, сливок, сгущенки, йогуртов и других продуктов.
Необходимость оборудования
Переработка жидкости осуществляется специальными аппаратами — гомогенизаторами. Посредством оборудования увеличивается срок хранения, улучшаются вкусовые качества молока и можно использовать различные добавки.
К функциям гомогенизаторов также относят:
Процесс предотвращает отстаивание жидкости. Кроме того, обработка молочных продуктов позволяет фактически употребить весь молочный жир.
Гомогенизаторы могут выполнять дробление и распределение жирных шариков по 1-ступенчатой обработке и разбивать непокорные компоненты на вторичной фазе. При этом в устройстве существует разница между давлениями.
Плюсы гомогенизации омрачаются следующими недостатками:
Важно предварительно ознакомиться с аппаратами и их функциями.
Разновидности устройств
Перед обработкой сырье должно пройти первичную фильтрацию, а далее остыть до 4-6 °С. Разный режим манипуляций подразумевает хорошее время сохранности сырья до и после гомогенизации (до 6 часов).
Пастеризация проводится только после гомогенизации. В исключительных случаях процесс ведется на 60°С, чтобы создать обезжиренные заготовки, когда пециальные приборы с помощью ультразвука, механического давления и электричества воздействуют на продукт.
Бывает несколько видов гомогенизаторов для молока. Каждое устройство имеет разные схемы, а их принципы работы отличаются. Наиболее распространенные такие варианты:
Техника клапанного типа (плунжерные)
Принцип работы заключается в следующем: жидкость оказывается на головке гомогенизатора под клапаном и седлом. Специальный насос создает необходимое давление. Жировые шарики дробятся, и их становится больше в сотни раз. Зачастую в процессе используется 2-ступенчатая гомогенизация. Во второй части разрушаются шарики, получившиеся на начальном этапе.
Аппараты завоевали популярность из-за своей эффективности (больше жирных шариков). В результате клапанного устройства продукт получается очень качественным.
К минусам оборудования относят:
Центробежные устройства
В них молоко отводится с помощью полого ротора, а дробится двумя вкладышами, представляющих конус.
Жидкость льется в кольцевую камеру, далее продавливается сквозь щель. Шарики становятся меньше методом дробления.
В последней камере комочки выходят еще в одно отверстие. Затем молоко попадает в конусообразную емкость. Щели уменьшаются с каждым протоком жидкости.
К плюсам аппарата относят:
Недостатки: хуже измельчает компоненты и имеет низкую производительность.
Электрогидравлические устройства
В них вокруг разряда в жидкости происходят нажимы. В результате выполняется механическая обработка.
Шарики в молоке дробятся примерно в 8 раз лучше с помощью ударных волн. Вкус итогового продукта надолго меняется.
Минусом такого метода считается неравномерное дробление жировых шариков. Для получения однородности увеличивают силу удара, но это ведет к увеличению потребления энергии.
Ультразвуковые гомогенизаторы
Они соединяют в себе гидродинамические и электромеханические свойства. Через свисток проходит жидкость, попадая в зону с волнами. Поток дробится на мелкие пересекающиеся струйки.
Положительные качества аппаратов:
Недостатком ультразвукового устройства называют функциональные свойства. Усиление колебаний становится ниже при отдалении от излучателя.
Базисной деталью оборудований выступает клапанная щель с головкой. Через нее проходят жировые компоненты. Немаловажную роль играют насос с мощностью 20 МПа. В результате его работы шарики становятся меньше до 0,7 мкм. Однако в основном используется режим с 10 МПа, и частички распадаются до 1-2 мкм.
Ступени конструкции позволяют получить продукт с разным уровнем жирности.
Общие принципы обработки
Между указанными этапами могут производиться вспомогательные процедуры.
Выбор промышленного гомогенизатора
Молочная продукция улучшает обмен веществ, и ослабляет аммонифицирующую (гнилостную) микрофлору. После механических процедур повышается усвояемость организмом полезных веществ.
Для обработки молока в производстве используются специальные устройства. Основные аппараты: А1-0Г2-С, К5-ОГА-1,2, A1-ОГМ и К5-ОГА.
Эти гомогенизаторы для молочной промышленности обеспечивают качество продукции. При их использовании улучшается консистенция и вкус жидкости.
А1-0Г2-С
Это плунжерный прибор, который обрабатывает вязкие продукты и равномерно распределяет жир. Эффективность техники зависит от нажима (от ≈500 до 600 кг/ч). Мощность также меняется (от ≈2 до 4 кВт).
Для охлаждения трех плунжеров используется 13 л/ч воды. Примерные размеры оборудования: 1300×800×1500×645 (длина, ширина, высота, масса). Температура при гомогенизации — 70-90 °C.
Аппарат включает в себя механизм с возвратно-поступательными движениями. Также в устройстве есть плунжерный блок, привод и дробильная конструкция. Прибор оснастили предохранительным клапаном.
Технику применяют для плавленых, сливочных и пластичных сыров. С целью выполнения этой работы поверхность клапана больше в несколько раз, из-за этого происходит отличная гомогенизация.
Недостаток заключается в том, что в загрузочном бункере нужно поддерживать один и тот же уровень продукции. Если за этим не уследить, то давление падает, и гомогенизатор может поломаться.
К5-ОГА-1,2
Плунжерный аппарат для переработки молока и продуктов из него. Давление составляет 20 МПа, число поршней — 3, температура сырья — 60-80 °C. Габариты прибора: 965×930×1400×850 (длина, ширина, высота, масса). В отличие от А1-0Г2-С, К5-ОГА-1,2 выполняет 2-ступенчатую гомогенизацию.
Устройство разбивает и равномерно распределяет сливки.
Гомогенизатор используется на линиях при производстве мороженого, кефира, сметаны и молока.
Он состоит из механизмов, включающих поступательные конструкции со смазкой. Также есть система охлаждения, предохранительный клапан и станина с приводом.
Работу осуществляют электродвигатели. В конструкции корпуса предусмотрено охлаждение масла.
Плунжер крепится к ползуну, что исключает износ обеих деталей. Задвижка удлиненная, а ее передняя часть выходит за границы гильзы. Плюс такой конструкции в том, что не возникает сжатия обоих элементов при работе установки. Гомогенизатор имеет низкую производительность на фоне высокой энергоемкости.
A1-ОГМ
Это плунжерный прибор для обработки молока, который изменяет рассеянность белковых частиц.
Давление — 20 МПа, производительность — 5000 кг/ч, температура жидкости — от 60 до 80 °C. Количество плунжеров — 3.
Прибор выполняет 2-ступенчатую гомогенизацию. Размеры аппарата: 1430×1110×1640×1710 (длина, ширина, высота, масса).
В A1-ОГМ вмонтированы:
Прибор неподвижен из-за оборудованной станины. В последней есть плита с двигателем, заставляющим работать все механизмы. Техника предназначена для промышленного производства кисломолочных продуктов.
К плюсам относят высокую производительность. После обработки у продукции раскрывается вкус, и улучшается консистенция.
Из минусов: прибор достаточно габаритный. Также за его работой следует тщательно следить, регулируя давление.
К5-ОГА
В отличие от предыдущих аппаратов, в нем установлено 5 поршней. Это плунжерное устройство.
Также К5-ОГА оборудован системами охлаждения и смазки.
Производительность — 10000 кг/ч при давлении 20 МПа. Температура обрабатываемого сырья — от 60 до 80 °C. Ступени гомогенизации — 2. Габариты: 1800×1500×1650×3600 (длина, ширина, высота, масса).
В результате обработки выходит густой продукт и продлевается срок годности. Дробление частиц зависит от применяемого давления, что увеличивает энергопотребление.
Высокая эффективность — основное достоинство аппарата.
Он имеет свои недостатки в работе: у гомогенизатора бывают заклинивания плунжеров, портятся прокладки блока, происходит износ уплотнений и засоряется трубопровод.
Плюсы и минусы в устройствах в основном сходятся. За состоянием оборудования следует следить, прочитав инструкцию. Чистота играет особую роль при запуске оборудования.
Наиболее распространенным способом гомогенизации является полная обработка. При этом методе исключается фазное разделение веществ. Другими словами — дробится все сырье без предшествующего разделения.
Благодаря такой обработке получается обезжиренный нормализованный сухой остаток. Последний используется во время производства йогуртов.
При раздельной гомогенизации можно работать с долей массы, которую загрузили в аппарат.
По одной из оптимальных схем часть обезжиренного молока отделяется и при конкретных режимах можно выделить необходимую меру жира. В этом случае готовый продукт выходит более качественным. После разделительного процесса на 1 г жира должно быть более 0,2 г белкового вещества (казеина).
Варианты бытовых гомогенизаторов
Вкус домашнего молока, сливок и майонеза улучшают бытовые гомогенизаторы. Приборы измельчают и перемешивают все компоненты. В результате срок годности продукции увеличивается.
Зачастую вместе с гомогенизацией происходит диспергация. Последнее понятие представляет собой именно процесс дробления и измельчения компонентов. А гомогенизация только равномерно распределяет комочки. Аппараты-диспергаторы могут выполнять обе операции.
Вследствие работы приборов можно получить густые жидкости (эмульсии, суспензии).
По принципу действия диспергаторы делятся на: ротор-статор, ультразвуковые и плунжерные.
Первый тип состоит из двух частей:
Он дробит комочки в жидкости механическим воздействием. У статора есть зубчики, форма которых подбирается в зависимости от конечного продукта.
Прибор работает, используя ультразвук. Есть возможность переработать до нескольких десятков литров молока.
Преимущества ротор-статор аппаратов:
Названная техника делится на погружную и проточную. Обе применяются в технологиях создания эмульсий.
Погружные
В большинстве случаев применяются в лабораториях. Внешний вид устройств напоминает мешалку. Приборы рассчитаны дробить частички и в небольшом количестве (в пробирках) и до нескольких литров в быту. Крупные агрегаты используются в промышленных масштабах.
Специалисты предлагают покупать приборы, рассчитанные на несколько литров. Одновременно с этим нельзя использовать модели на 50 л для работы с пробирками.
Доказательством качества прибора служит сталь: из-за серебристого металла в сырье отсутствуют вкусовые примеси.
Выбирая погружные устройства, нужно определиться с объемами и сравнить мощности. Последняя должна быть высокой при выработке сметаны и масла. Установка необходима также для изготовления майонезов и йогуртов.
Во время производства между статором и ротором происходит гидравлический сдвиг при центробежном давлении. Качественный продукт получается благодаря циклическому повторению.
Преимущества погружных устройств:
Главный минус — состав все же получается недостаточно однородным.
Проточные ультразвуковые диспергаторы
Внутри устройства происходит дробление частиц в потоке либо при движении по кругу. В последнем случае жидкость отбирается из кольца и многократно попадает в дробилку.
Молоко по патрубку движется в камеру, где перемещается по краям. Процесс обработки жидкости проходит по многоступенчатой схеме. Во многих моделях она вращается в обратную сторону, в результате увеличиваются затраты энергии и нагрев частиц.
Большинство установок работают с горизонтальным валом.
Проточная часть сделана из нержавейки: такие диспергаторы используются при создании йогуртов, майонезов и мягкого творога.
Желающие начать производство для старта покупают маленькую модель аппарата. После отработки навыков приобретается большой агрегат, на котором в дальнейшем изготавливают продукцию. Некоторые используют первую модель для производства пилотной партии.
Преимущества большинства приборов:
Минусы: нужно следить за содержанием твердой фазы в суспензии. Если не заметить нарушения, то не получатся концентрированные растворы. Также твердые материалы могут повредить детали аппарата и ухудшить характеристики готового продукта.
Особенности применяемых насадок
В каждом диспергаторе имеются зубцы разной формы. В зависимости от того, какой результат ожидается получить, такую модель и приобретают.
В двух последних случаях «П»-образная форма не подходит. В 1-ом жидкость может не пройти в отверстия, а во 2-ом невредимое вещество просто прогоняется по устройству.
С помощью представленных форм зубцов нельзя сделать суспензию в очень вязкой области. Резцы не рассчитаны для работы при большой турбулентности. А преимущества таких ножей заключается в высокой эффективности.
Гомогенизация существует для отделения и равномерного распределения жировых компонентов. Обработка улучшает вкус и увеличивает срок годности. Готовое вещество используется для создания кисломолочных продуктов. Перед процессом нужно ознакомиться с правилами.
Принцип работы гомогенизаторов для молока имеет общие положения. Он включает в себя смешивания и нагревания сырья.
Частным случаем бытовых гомогенизаторов называют диспергаторы. Данные приборы могут выполнять ряд операций. Устройства славятся невысокой ценой и безопасностью.