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.