XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

 

Пищевая промышленность-это крупная отрасль, специализация которой играет важнейшую роль в экономике страны. Она занимается обеспечением населения планеты необходимым количеством продуктов питания.На сегодняшний день в России находится более 50 тысяч предприятий,занимающихся переработкой и изготовлением продуктов питания. Пищевая промышленность России включает в себя около 30 разнообразных отраслей и подотраслей,такие как: пищевкусовая, мясо-молочная, мукомольно-крупяная ,рыбная отрасли и т.д.

Одну из важных ролей в пищевой промышленности занимает молочная промышленность. Молочная промышленность-это важная отрасль хозяйства, которая объединят все процессы производства молочных продуктов.

По своим свойствам молоко предполагает собой более совершенный вид продовольствия; состав питательных веществ крайне идеально сбалансирован. Молочные продукты составляют значительную долю в рационе человека; их годовое потребление доходит до 16% всех видов пищи.

Содержание полезных веществ в молоке

Элемент	Свойства
Белок	Строительный материал для клеток
Углеводы	Источник энергии
Витамин D	Укрепляет иммунитет
Ca	Полезен для прочности костей
Витамины группы В	Регулируют работу нервных клеток

Молоко и молочные продукты зачастую используют для лечения и профилактики различных заболеваний.

Молочный жир-самый биологически полноценный. В его состав входят множество жирных кислот,в том числе и не синтезируемые организмом(не вырабатываются в организме человека).Молочный жир хорошо усваивается;сразу даёт энергию человеку.

Сепарирование молока

Данный способ в настоящее время используют для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, а также для его очистки от примесей. Процесс сепарации молока основывается на механическом разделении молока на фракции под действием центробежной силы.

В таблице представлен ход работы сепаратора

№ Этапа	Принцип работы
1	В барабан заливается цельное сырьё
2	Центрифуга раскручивается и на жидкость начинает воздействовать центробежная сила
3	Ввиду того, что плотность жирных частиц меньше, чем водной части молочной массы, они постепенно отделяются от оброка и стремятся к осевой точке. Если скорость вращения достаточно высокая (от 20 оборотов в минуту и выше), то на расщепление понадобится совсем мало времени
4	Через специальные отводы поступает два вида продукта: белая струя – это обезжиренная субстанция, густая с желтым оттенком – высокожирные сливки

Разделение осуществляется из-за различий в плотности фракций,т.е плотность дисперсной фазы (жир) меньше, чем дисперсионной среды (плазма молока).

Сепарирование молока осуществляется на специальном оборудовании-сепоратор. На молочном производстве этот процесс проводится обычно при температуре 40-45°С. Этот процесс осуществляется под действием центробежной силы в барабане сепаратора. В барабане молоко распределяется в виде тонких слоёв и перемещается с небольшой скоростью. Это создаёт хорошие условия для полного отделения высокожирной фракции (жировых шариков) за короткий промежуток времени.

Сепарация молока основывается на законе Стокса:

г
де V - скорость подъема жирового шарика, м/с; r -радиус жирового шарика, м; pпи pж- плотности плазмы и жирового шарика, кг/м3; m - вязкость молока, Па×с; n -частота вращения барабрана, с –1; R-средний радиус рабочей части тарелки сепаратора, м.

Процесс сепарирования описывается уравнениями материального баланса:

Мц.м = Мо.м + Мсл ,

Мц.м Жц.м = Мо.мЖо.м + Мсл Жсл ,

Мсл = Мц.м – Мо.м,

Мо.м = Мц.м – Мсл,

Мц.м Жц.м = Мц,.м Жо.м – Мсл Жо.м + Мсл Жсл ,

где Мц.м, Мо.м, Мсл – масса цельного молока, обезжиренного молока и сливок, кг; Жц.м, Жо.м, Жсл– массовая доля жира в цельном молоке, обезжиренном молоке и сливках, %

Из этих уравнений следует:

Мсл.теор = Мц.м (Жц.м – Жо.м) / (Жсл – Жо.м),

где Мсл.теор– масса сливок теоретическая (без учета потерь), %.

Теоретический выход сливок, (Вт, %), рассчитывают по формуле:

Вт = 100 (Жц.м–Жо.м.н) / (Жсл–Жо.м.н),

где Жо.м.н– нормативная массовая доля жира в обезжиренном молоке

На практике существуют потери жира при сепарировании. Поэтому масса сливок фактическая (с учетом потерь– псл):

Мсл.факт = Мсл.теор (100 – псл) / 100 =

= Мц.м (Жц.м – Жо.м) (100 – псл) / 100 (Жсл – Жо.м).

Фактический выход сливок, (Вф, %), рассчитывают по формуле:

Вф = 100 Мсл / Мц.м.

Фактические потери сливок,( Пф, %), определяют по формуле:

Пф=100 (Вт – Вф) / Вт..

Степень использования жира, (СИж, %)

СИж= Вт Жсл / Жц.м.

Глядя на формулы я могу сделать вывод,что скорость выделения жировой фракции из молока находится в прямой зависимости от размеров жировых шариков, плотности плазмы молока, размеров и скорости вращения барабана и в обратной зависимости от вязкости молока. Если мы увеличим размеры жировых шариков и плотности плазмы молока, то ускорится процесс сепарирования и отделения сливок. Чем больше содержится сухих обезжиренных веществ в молоке, тем выше плотность плазмы и цельного молока. Можно с уверенностью утверждать,что молоко с большей плотностью будет иметь лучшие условия для сепарирования. Если повысить вязкость молока,то это приведёт к снижению скорости выделения жировой фракции.

Молочные сепараторы классифицируют:

1.По назначению:

а) сливкоотделители;

б) очистители;

в)нормализаторы – для получения определенной жирности;

г) классификаторы – для очистки молока, раздробления и получения однородных жировых шариков;

д) универсальные

2.По исполнению:

а) открытые (подача молока, выход сливок осуществляется при соприкосновении с окружающим воздухом). Они часто используются в сельском хозяйстве.

б) полузакрытые или полугерметические- в них подача молока осуществляется открытым потоком, а выход сливок – под давлением, создаваемым самим сепаратором;

в) закрытые или герметические– подача молока и выход продуктов сепарирования осуществляется под давлением;

Из чего же состоит сепаратор?Попробуем разобраться.

Общее устройство сепаратора:станина,приводной механизм, барабан,молочная посуда. Станина является базовой деталью, к которой крепятся узлы сепаратора. Приводной механизм включает электродвигатель,валы.Барабан(сепарирующее устройство)-место, где молоко разделяется на фракции.

Рисунок1-Характеристика молочных сепараторов

 

Процесс гомогенизации

Гомогенизация молока-это процесс дробления жировых шариков путём воздействия на молоко особых внешних усилий. При обработки уменьшается объём жировых шариков и скорость всплывания. В процесс гомогенизации происходит перераспределение оболочечного вещества жирового шарика, стабилизируется жировая эмульсия.
Этот метод применяется для повышения однородности и улучшения его стойкости при хранении.

Целью гомогенизации является предотвращение самопроизвольного отстаивания жира в производстве и хранении молочных продуктов, сохранение однородной консистенции продукта без расслоения. Количество,объём,размер жировых шариков в молоке непостоянны и зависят от самого животного. Диспергирование жировых шариков, т.е. уменьшение их размеров и равномерное распределение в молоке, достигается из-за воздействия на молоко значимого внешнего усилия (давления, ультразвук, высокочастотная электрическая обработка и др.) в специальных машинах – гомогенизаторах.

Что же и как влияет на процесс гомогенизации?

Давление	Средний диаметр жировых шариков уменьшается более интенсивнее при низких давлениях
Температура	Понижение температуры гомогенизации приводит к повышению вязкости молока и, как следствие, к образованию скоплений молочного жира и их отстаиванию. Отстаивание сливок возрастает при температуре (30—40)°С. При гомогенизации допускается увеличение температуры молока на (5—8)°С, которое необходимо учитывать при его дальнейшей технологической обработке.
Кислотность	При повышении кислотности молока снижается эффективность гомогенизации. Это объясняется тем, что уменьшается стабильность белков и образуются белковые агломераты, затрудняющие диспергирование жировых шариков.

Н.В Барановский описал процесс гомогенизации в клапанном гомогенизаторе.

Изменение скорости	Жировой шарик в канале седла диаметром d движется с незначительной начальной скоростью V0 (несколько метров в секунду).
	Жировой шарик изменяет направление и движется к пограничному сечению между седлом и клапаном с немного большей скоростью V'0.
	В клапанной щели жировой шарик приобретает еще более высокую скорость V1 (V1 > V'0 > V0), составляющую несколько сотен метров в секунду. Градиент скорости при ламинарном потоке больше, чем при турбулентном.

Рисунок2-движение жирового шарика

Барановский утверждал,что при переходе от малых скоростей к высоким в жировых шариках происходят внутренние деформации. Шарики могут не только постепенно вытягиваться в нити,особенно на входе в клапанную щель,но и разрываться там на мелкие капельки либо совершать вращательное движение, в следствии которых возникают центробежные силы, которые достаточны для преодоления сил поверхностного натяжения.
Такое быстрое вытягивание жировой капли происходит благодаря перепаду давлений между давлением гомогенизации р0 и давлением р1, действующим на жировые шарики при высоких скоростях, причём р0 значительно больше р1. Осуществляется сдавливание жирового шарика, и затем жидкий молочный жир выдавливается из него в виде капли.
По теории Н. В. Барановского, эффективность гомогенизации зависит в первую очередь от скорости потока V1 при входе жидкости в клапанную щель. Чем выше скорость V1 тем сильнее вытягивается жировая капля в нить, тем тоньше эта нить и, следовательно, меньше по размерам образующиеся капли.Скорость потока V1, зависит от перепада давлений (∆р = р0 — р1). При увеличении давления скорость повышается прямопропорционально квадратному корню из перепада давлений.

Список источников:

1.Гомогенизация, Новый взгляд, Монография-справочник, Фиалкова Е.А., 2006

2.А.А. Брусенцев ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОКА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

3.https://agroplaneta18.ru/blog/molochnaja-promyshlennost/separirovanie-moloka-pti-kakoi-temperature-proishodit-separirovanie/

4.https://milklife.by/gomogenizatsiya-moloka/

5.https://studopedia.ru/7_36658_osnovnie-zakonomernosti-protsessa-separirovaniya-moloka.html

6.https://promf.com/reference-equipment-food-ru/538-separators-reference-description.html

Код для цитирования: Скопировать