МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МОЛОКА

СЕПАРИРОВАНИЕ МОЛОКА

Сепарирование - это процесс разделения молока на фракции с различной плотностью во вращающемся сепарирующем устройстве сепаратора. В частности, сепарирование используют для разделения молока на жировую (сливки) и обезжиренную (обезжиренное молоко) фракции.

До изобретения сепаратора сливки получали путем отстаивания молока. При отстаивании молочный жир как наиболее легкая часть (плотность 930 кг/м³), проходя через плазму молока (плотность 1036 кг/м³), собирается в поверхностном слое. Отстаивание требует длительного времени, и при этом значительная часть молочного жира остается в обезжиренном моло­ке. С изобретением сепаратора стало возможным быстро и наиболее полно отделять сливки. При этом жировые шарики отделялись от плазмы молока не под действием ускорения свободного падения, как при отстаивании, а при помощи центробежной силы, создаваемой в сепараторе.

Скорость выделения жировых шариков прямо пропорциональна частоте вращения сепарирующего устройства. С уменьшением частоты вращения снижается центробежная сила, что вызывает плохое выделение жира из молока.

Скорость выделения жировых шариков в значительной степени зависит от размеров жировых шариков.

При сепарировании можно выделить жировые шарики размером 0,8—1 мкм. Объясняется это изменением плотности жировых шариков в зависимости от их размера. Основную массу более крупных жировых шариков составляет молочный жир, и поэтому плотность крупных жировых шариков значительно меньше плотности плазмы. В очень мелких шариках, наоборот, большую часть массы составляют липопротеиновые оболочки,

поэтому плотность мелких жировых шариков приближается к плотности плазмы и при сепарировании их выделить невозможно. Молоко, предназначенное для сепарирования, не должно подвергаться сильному тепловому и механическому воздействиям. Высокое нагревание, перемешивание, перекачивание его вызыва­ют раздробление жировых шариков, что увеличивает при сепари­ровании отход жира в обезжиренное молоко. Не рекомендуется перед сепарированием длительно выдерживать охлажденное мо­локо. В таких условиях находящиеся в молоке некоторые сыво­роточные белки адсорбируются на поверхности жировых шари­ков, увеличивая тем самым их плотность и ухудшая процесс сепарирования.

Скорость выделения жировых шариков находится в обратной зависимости от вязкости молока. Подогрев молока перед сепарированием до температуры 40— 45°С почти в два раза уменьшает его вязкость и улучшает ре­зультат сепарирования. При более высокой температуре молока возрастает степень раздробленности жировых шариков и может произойти коагуляция сывороточных белков.

Поток поступающего в сепаратор молока распределяется в межтарелочных пространствах, перемещаясь от отверстий в па­кете тарелок к периферии. Зазор между тарелками создается с помощью специальных шипиков и составляет 0,6-0,8 мм.

В пространстве между тарелками под действием центробежной силы происходит разделение молока. Возникающее центростремительное ускорение в 4000 раз превышает ускорение свободного падения. Жировые шарики как наиболее легкая часть под действием центростремительного ускорения движутся к оси вращения. По мере удаления от цент­ра в сливках увеличивается содержание плазмы и уменьшается количество молочного жира, особенно в виде крупных жировых шариков. Обезжиренная часть молока как наиболее тяжелая устремляется к периферии. Находящиеся в молоке механиче­ские примеси, более тяжелые по сравнению с плазмой, отбра­сываются к стенке сепарирующего устройства и скапливаются в специально предусмотренном пространстве.

Под напором вновь поступающего молока полученные слив­ки и обезжиренное молоко выходят из сепарирующего устрой­ства. Допустимая массовая доля жира в обезжиренном молоке должна составлять 0,05%.

Жирность получаемых сливок в сепараторах открытою типа регулируется специальным винтом, обычно установленным на выходе сливок. При ввинчивании регулировочного винта ближе к оси получают сливки большей жирности. При вывинчивании винт удаляется от центральной трубки и попадает в слои сливок меньшей жирности. В этом случае через отверстие регулировочного винта сливок будет выходить больше, но с меньшим содер­жанием жира. Регулировочный винт в некоторых сепараторах может быть установлен на выходе обезжиренного молока.

Эффект сепарирования молока в основном оценивается по со­держанию жира в обезжиренном молоке и зависит от ряда фак­торов: частоты вращения сепарирующего устройства, размера жировых шариков, вязкости, чистоты и кислотности молока.

Так, при значительном содержании в молоке механических примесей или повышенной кислотности его периферийное прост­ранство ранее положенного срока заполняется отложениями и частицами коагулированного белка. Они начинают откладываться на поверхности тарелок, затрудняя проход обезжиренному молоку к периферии. Оно будет подниматься между тарелками и частично выходить через канал для выхода сливок. В связи с этим на сепарирование не должно направляться молоко с кислотностью более 21°Т и через 1,5—2 ч сепаратор периодического действия нужно останавливать для мойки. Широкое применение сепараторов с пульсирующим выделением осадка позволяет увеличить продолжительность безостановочной работы сепаратора до 10 ч и более.

НОРМАЛИЗАЦИЯ МОЛОКА

Нормализация — направленное изменение состава молока в целях получения готового продукта, отвечающего требованиям стандарта по массовой доле составных частей молока и немолоч­ных компонентов.

На предприятия для производства молочных продуктов поступает молоко различной жирности, тогда как вырабатываемый продукт должен содержать определенную массовую долю жира. В связи с этим при выработке большинства молочных продуктов исходное молоко или сливки нормализуют. В процессе нормализации приходится увеличивать или уменьшать в про­дуктах массовую долю жира.

Нормализацию осуществляют двумя способами: в потоке или путем смешивания.

Нормализация молока в потоке. Ее можно проводить при по­мощи сепараторов-нормализаторов. Они предназначены для непрерывной нормализации молока с одновременной очисткой его от механических и естественных примесей. Подогретое до 40—45°С молоко поступает в сепаратор-нормализатор, в кото­ром происходит его разделение на нормализованную смесь за­данной жирности и некоторое количество сливок.

Нормализовать молоко в потоке можно при помощи сепара­торов-сливкоотделителей полузакрытого и закрытого типов. Для этого подлежащее нормализации молоко подогревается до 40—45°С, и большая его часть направляется в сепаратор-молокоочиститель, а меньшая — в сепаратор-сливкоотделитель. Если необходимо уменьшить содержание массовой доли жира в исход­ном молоке, то полученное при сепарировании обезжиренное молоко смешивается с цельным очищенным молоком. Смешива­ние происходит непрерывно в трубопроводе для молока при выходе его из сепаратора-молокоочистителя.

Если необходимо увеличить массовую долю жира в норма­лизованном молоке, то в трубопроводе будет происходить сме­шивание молока и полученных при сепарировании сливок.

Нормализация молока путем смешивания. Происходит в ем­костях, имеющих мешалки. Для этого к определенному количе­ству цельного молока при тщательном перемешивании добав­ляют рассчитанное количество обезжиренного молока или сли­вок.

ГОМОГЕНИЗАЦИЯ МОЛОКА

Гомогенизация — это процесс дробления (диспергирования) жировых шариков при воздействии на молоко внешних усилии вызванных перепадом давления. В исходном молоке диаметр жи­ровых шариков колеблется от 0,5 до 18 мкм, в среднем он равен 2-4 мкм. В гомогенизированном молоке диаметр жировых шариков составляет около 1 мкм. При этом снижается возможность отстаивания жира при хранении молока.

Так как ускорение свободного падения, плотность плазмы молока и плотность молочного жира являются величинами постоянными, то на скорость отстаивания сливок влияют радиус жировых шариков и вязкость молока. С уменьшением радиуса жировых шариков и увеличением вяз­кости молока скорость отстаивания сливок будет уменьшаться. Эти условия и достигаются при гомогенизации. Средний размер жировых шариков после гомогенизации составляет 0,7—0,8 мкм. В результате равномерного распределения жира по всей массе в гомогенизированном молоке несколько повышается вязкость. Уменьшение размера жировых шариков способствует снижению скорости подъема жировых шариков на поверхность почти в 100 раз.

Некоторые сывороточные белки в охлажденном молоке ад­сорбируются на поверхности жировых шариков, и при их помощи происходит агрегация жировых шариков, т. е. склеивание их друг с другом и образование скоплений. Такие скопления значительно быстрее, чем одиночные шарики, всплывают на поверх­ность. Сывороточные белки, способствующие агрегации жировых шариков, сравнительно легко денатурируют при механических и высокотемпературных воздействиях. В связи с этим после гомо­генизации, которая оказывает значительное механическое воз­действие, эти белки неспособны образовывать скопления жировых шариков, что значительно замедляет образование слоя сли­вок на поверхности продукта.

Для гомогенизации молока применяют специальные аппараты - гомогенизаторы. Наибольшее распространение получили гомогенизаторы клапанного типа, в которых жировые шарики дробятся в результате проталкивания продукта плунжерным на­сосом высокого давления через гомогенизирующую головку. Эф­фективность гомогенизации зависит от давления, создаваемого в ходе процесса. Исследованиями установлено, что при повыше­нии давления до 12-14 МПа средний диаметр жировых шариков быстро уменьшается. И интервале от 14 до 20 МПа этот процесс протекает уже значительно медленнее. Дальнейшее повышение давления почти не повышает степени дисперсности. С увеличени­ем в продукте содержания жира давление гомогенизации необхо­димо уменьшить, иначе может произойти дестабилизация молоч­ного жира. В связи с этим молоко гомогенизируют обычно при давлении 15 ± 2,5 МПа, а сливки с массовой долей жира 35% го­могенизируют при давлении 5—7,5 МПа.

На процесс гомогенизации оказывает влияние также и темпе­ратурный режим. Молоко можно гомогенизировать при различ­ных температурах, начиная с точки плавления молочного жира. При температуре ниже 30°С удовлетворительных результатов получить нельзя, так как молочный жир при этом находится не в жидком состоянии. С увеличением температуры от 30 до 65° С эффект гомогенизации возрастает. Лучшие результаты получа­ют при 60—65°С.

В целях повышения эффективности гомогенизацию можно проводить в два этапа на двухступенчатых гомогенизаторах. В этом случае молоко или сливки нагнетаются сначала через клапан под давлением до 20 МПа, а затем через клапан при более низком давлении до 2—5 МПа.

Поскольку гомогенизаторы являются значительными потре­бителями электроэнергии, то для ее экономии можно вести го­могенизацию раздельным способом. Он заключается в том, что подогретое молоко, направляемое на гомогенизацию, вначале подают в сепаратор-сливкоотделитель. Он отрегулирован таким образом, чтобы получать сливки с массовой долей жира 16 - 20%. Полученные сливки поступают в двухступенчатый гомоге­низатор, где обрабатываются в первой ступени под давлением 8—10 МПа, во второй ступени — под давлением 2-2,5 МПа. Обезжиренное молоко, выходящее из сепаратора, в потоке сме­шивается с гомогенизированными сливками и направляется на дальнейшую обработку.

Задание 2. Изучив материал ответить на вопросы:

1)Какие факторы влияют на эффективность центробежной очистки молока от механических примесей?

2)Охарактеризуйте бактериофугирование как способ очистки молочного сырья от микробиологических загрязнений.

3)Какие факторы влияют на эффективность выделения молочного жира из молочного сырья при помощи сепарирования?

4)Какие факторы влияют на эффективность гомогенизации?

5)Для чего проводят двухступенчатую гомогенизацию?