Производство эмульгаторов для пищевой промышленности

1.3.6 Эфиры полиоксиэтиленсорбитана  (Е432 – Е436)

Эфиры полиоксиэтиленсорбитана –  это эфиры ангидросорбита с жирными  кислотами, в молекулах которых  свободные ОН-группы замещены группами О [ СН₂ – СН₂ – О ]_nН полностью или частично 9 в пищевых добавках n равно 20,т.е. добавки этой группы представляют собой эфиры полиоксиэтилен(20)сорбитана.

Эти неионогенные эмульгаторы  получают взаимодействием оксиэтилена  с эфирами жирных кислот в среде 1,4 – диоксана. Это ксилирование молекул сорбитанов приводит к повышению  гидрофильности ПАВ, которая зависит  от числа ацилов высших жирных кислот в структуре сорбитана.

В зависимости от особенностей пищевой системы ПАВ этой подгруппы  могут проявлять технологические  функции эмульгатора, стабилизатора, пеногасителя, смачивающего агента, контроля пенообразователя. Эти пищевые добавки  применяются при производстве мороженого, сливок для кофе, замороженных десертов, кексов и других кондитерских изделий.

1.3.7 Эфиры молочной кислоты (лактилаты, Е481 и Е482)

Лактилаты являются производными молочной кислоты с высшими жирными  кислотами (стеариновой, олеиновой) в  виде натриевых или кальциевых солей.

В основе получения этих добавок лежит взаимодействие карбоксильной  группы стеариновой кислоты с  гидроксильной группой пищевой  молочной кислоты с последующей  нейтрализацией гидроксидом натрия (или гидроксидом кальция) свободных  гидроксильных групп в молекулах  синтезированных эфиров. В коммерческих концентрированных растворах молочная кислота находится преимущественно  в полимеризованной форме, которая  переходит в свободную молочную кислоту, кроме того, могут образовываться некоторые количества эфиров ди-, три-, тетрамеров.[3, 11,16]

 

Глава II Технология и производство эмульгаторов

Большинство эмульгаторов производится при помощи перемешивания.

2.1 Эффективность  и интенсивность перемешивания

Перемешивания веществ одинаковых или различных состояний используется в промышленности для получения  гомогенных растворов, эмульсий, суспензий, сыпучих материалов. Перемешивание  применяется для интенсификации процессов тепло- и массообмена. перемешивающее устройство должно обеспечивать получение однородной смеси при  максимальной производительности и  минимальном расходе энергии.

Качество, или эффективность, перемешивания характеризуется  несколькими критериями. для двухфазных систем (эмульсий, суспензий) эффективность Э перемешивания эмульсии может быть определена отклонением составов суспензии С в различных точках (С₁ и С₂) смеси от среднего состава С_ср:

Э = [(С₁ – С_ср)/С_ср+(С₂-С_ср)/С_ср+(С_n - С_ср)/С_ср]/n,              (2.1)

где n – число взятых проб.

Значение Э всегда будет меньше 100%, при идеальном перемешивании Э = 100%.

Интенсивностью перемешивания J называется расход мощности N на перемешивание, приходящееся на 1 м³ перемешиваемой смеси:

                                           J = N / V_a,                                                         (2.2)

где V_a – объем перемешиваемой смеси, м³.

Время, необходимое для  получения соответствующего качества (эффективности) перемешивания, называется продолжительностью, или временем, перемешивания τ_пер. Этот параметр может служить показателем эффективности при сравнении различных перемешивающих устройств.

2.2 Перемешивание  жидких материалов

2.2.1 Способы перемешивания жидких материалов

Способ перемешивания  и выбор аппаратуры для его  проведения зависят от назначения перемешивания  и агрегатного состояния перемешиваемых материалов. Наибольшее распространение  получили процессы перемешивания в  жидких средах. В промышленности используются четыре метода перемешивания: механическое с помощью мешалок с вращательным или колебательным движением; пневматическое (барботажное) путем подачи в жидкую среду газа или пара; циркуляционное с помощью центробежных или струйных насосов; с использованием турбулизирующих устройств.

В основе механического перемешивания  лежат закономерности гидродинамики, связанные с обтеканием тел потоками жидкости.

Пневматическое перемешивание  применяется в тех случаях, когда  перемешиваемая жидкость отличается большой  химической активностью и быстро разрушает механические мешалки.

Циркуляционное перемешивание  с помощью насосов применяется  при большом объеме аппарата и  различных плотностях перемешиваемых компонентов.

перемешивание с использованием турбулизирующих устройств применяется  непосредственно в трубопроводах  в случаях взаимной растворимости  и невысокой вязкости компонентов  жидкой смеси.

2.2.2 Механическое перемешивание

Механическое перемешивание  с помощью различных механических мешалок является универсальным  способом перемешивания. перемешивающее устройство мешалок (лопасти) обеспечивают сложное движение жидкости, возникающее  в объеме аппарата при вращении мешалки.

Принцип работы механических мешалок следующий. При медленном  движении лопасти в вязкой среде  около лопасти образуется ламинарный пограничный слой, толщина которого зависти от формы и размеров вращающегося тела. При увеличении скорости движения происходят отрыв пограничного слоя от лопасти у кромок вертикальной пластины и образование турбулентного  потока за движущимся телом.

Наибольшая величина окружной скорости наблюдается на периферии  мешалки, так как эта скорость пропорциональна диаметру мешалки. Согласно уравнению Бернулли в зоне с большой скоростью давление уменьшается, в результате чего в  эту зону устремляются потоки жидкости, находящиеся в аппарате. Сюда же под действием центробежной силы устремляются и радиальные потоки жидкости при вращательном движении мешалки, что увеличивает перемешивание жидкости, находящейся в аппарате. Обычно скорость движения жидкости можно разложить на три составляющие: радиальную V_р, тангенциальную к радиусу вращения V_т и осевую V_о. в разных типах мешалок эти составляющие скорости находятся в разных соотношениях.

Эффективность перемешивания  зависит от интенсивности, а интенсивность  определяется расходом энергии, или  мощностью, мешалки. Энергия расходуется  на сложное движение жидкости. Теоретически рассчитать расход энергии практически  невозможно.

На рисунке 1 изображены типы мешалок.

                                                                                                                                                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.3 Пневматическое перемешивание

Пневматическое перемешивание  сжатым воздухом (или инертным газом) (Рисунок 2) применяется в тех случаях, когда перемешиваемая жидкость отличается большой химической активностью  и быстро разрушает механические мешалки. Иногда перемешивание при  растворении твердых веществ  проводят водяным паром, совмещая при  этом процесс перемешивания с  нагреванием жидкости.

Сжатый воздух подается в  аппарат через барботер, а процесс  прохождения воздуха через слой жидкости называется барботажем.

пузырьки воздуха проходят через слой жидкости, увеличиваясь в объеме.

при небольших скоростях  газа пузырьки воздуха движутся поодиночке, на некотором расстоянии друг от друга. Такое движение пузырьков называется свободным. При увеличении скорости воздуха пузырьки отрываются один за другим. Такое движение пузырьков  называется цепным, соответствующим  турбулентному движению пузырьков.

Достоинствами барботажного перемешивания  являются отсутствие движущихся частей, простота устройства и легкость его  обслуживания. К недостаткам этого  способа относятся большой расход энергии и малая вязкость перемешиваемой жидкости.

 

 

 

2.2.4 Циркуляционное перемешивание жидкости

Циркуляционное перемешивание  достигается за счет многократной циркуляции содержимого аппарата с помощью  центробежного насоса. При большом  объеме аппарата и различных плотностях перемешиваемой жидкости нижние более  тяжелые слои всасываются центробежным насосом, нагнетаются и выливаются из трубопровода на свободную поверхность  жидкости. кратность циркуляции К при перемешивании равна отношению производительности насоса к объему аппарата ( К = 20…70ч^-1). Внутри объема жидкости возникают циркуляционные потоки. Расход энергии на циркуляционные перемешивания определяется мощностью насоса, производящего циркуляцию жидкости.

2.2.5 Перемешивание жидкости в трубопроводах

Иногда один и тот же трубопровод служит для перемещения  разных жидкостей. предположим, что  в некоторый момент в трубопровод  перестают подавать жидкость А и начинают подавать жидкость В (рисунок 3). Учитывая, что эпюра скоростей представляет собой параболоид вращения, по центру трубопровода жидкость В достигнет конца трубопровода за время τ.

Если возникает необходимость  перемешивания двух фаз или более  при их движении в трубопроводе, то пользуются искусственными турбулизирующими вставками, которые могут быть в  виде перегородок, диафрагм, винтовых вставок. Вставки способствуют многократному  изменению направления потока. 

Рассматриваемый способ перемешивания  имеет весьма ограниченное применение: в случае взаимной растворимости  и невысокой вязкости компонентов  жидкой смеси, при больших скоростях  движения и достаточной длине  трубопровода. Недостатками данного  способа перемешивания являются большой расход энергии и малая  эффективность смешивания.[4]

 

 

2.3 Производство эмульгаторов

2.3.1 Технология производства композиционного эмульгатора Эмул-Лакт

1. Приготовление водной  фазы.

а)  В смеситель 3.2 с  участка водоподготовки по трубопроводу 3.5 загружают рецептурное количество воды, а в мерный дозатор загружают  рецептурное количество карбоксиметилцеллюлозы.

б)  В пароводяную рубашку  смесителя 3.2 подают пар для поддержания  температуры 25/30 C, включают скребковую мешалку, и гомогенизатор в цепи циркуляционного канала для тщательного  перемешивания компонентов, включают вакуумный насос и вакуумом из мерного дозатора загружают натрий карбоксиметилцеллюлозу.

2. Приготовление жировой  фазы.

а)  В приёмный взвешивающий бункер сухих компонентов 1.1 дозируют рецептурное количество стеароиллактилата  натрия.

б)  В пароводяную рубашку  плавителя жира 2.4 подают пар, нагревают  до температуры 50/55 C, загружают и  расплавляют рецептурное количество пальмового масла.

 в)  В пароводяную  рубашку смесителя 3.1 подают пар  для поддержания температуры  50/55 C, включают скребковую мешалку  и шнековый насос в цепи  циркуляционного канала для тщательного  перемешивания компонентов, включают  вакуумный насос и вакуумом  из плавителя жира 2.4 загружают  расплавленное пальмовое масло,  а из мерного дозатора микрокомпонентов  загружают глицерин.

г)  В раствор пальмового масла и глицерина, из дозирующего  бункера сухих компонентов 1.1, вакуумом по пневмопроводу 1.3 загружают стеароиллактилат натрия и перемешивают до полного  растворения ингредиентов.

3. Приготовление продукта.

а)  В смеситель 3.2 с  водной фазой карбоксиметилцеллюлозы температурой 25/30 C из смесителя 3.1 подают жировую фазу стеароиллактилата  натрия температурой 40/45 C, включают скребковую мешалку, и гомогенизатор в цепи циркуляционного канала и перемешивают всё время загрузки и в течение 5/10 минут после окончания загрузки до полного растворения ингредиентов.

б)  Полученную массу охлаждают  в проточном охладителе 3.3 до температуры 16/18 C и подают в аэратор 3.4, для  взбивания в среде азота до увеличения объёма продукта до 110-115%.

г) Готовый продукт из аэратора подают на установку весового дозирования 5.2.[23]

Технологическая схема производства эмульгатора «Эмул-Лакт» представлена на рисунке 4.