Повышение качества продукции путем усовершенствования устройства гомогенизации молочных продуктов

В питании людей важную роль играют кисломолочные продукты. Прежде всего диетические свойства этих продуктов заключаются, в том, что они ускоряют обмен веществ, улучшают выделение желудочного сока и повышают аппетит. В их составе присутствуют микроорганизмы, способные прижиться в кишечнике и подавить гнилостную микрофлору. Они приводят к притормаживанию гнилостных процессов и прекращению образования ядовитых продуктов распада белка, которые могут поступать в кровь человека.

При выработке кисломолочных продуктов немаловажной стадией является механическое воздействие на исходное сырье, иными словами гомогенизация. Она как предотвращает отстаивание жира, так и способствует получению качественных кисломолочных продуктов с улучшенной консистенцией и вкусовыми свойствами, повышению его усвояемости и полному использованию содержащихся в нем жира и витаминов [1-6].
Предлагается заменить обычный плунжерный гомогенизатор на ультразвуковой. В результате повышаются качество гомогенизации, производительность, снижаются энергетические затраты и экономятся вспомогательные материалы, сокращается время производства, что в свою очередь дает возможность уменьшить себестоимости единицы товара. Применение ультразвуковой гомогенизации так же позволяет увеличить время хранения пищевого продукта и улучшить его качество.

В плунжерных гомогенизаторах измельчение жидкого и пюреобразного пищевого продукта осуществляется за счёт пропускания его под высоким давлением с большой скоростью сквозь узкие щели. В итоге воздействия на продукт разных гидродинамических факторов начинает происходить дробление частиц продукта и их интенсивная обработка, за счёт чего изменяется дисперсность белковых компонентов, начинают изменяться физико-химические свойства продукта (плотность, вязкость). Промежуточный продукт в цилиндре гомогенизатора с помощью плунжера сжимается до давления 15…20 МПа. При проходе продукта сквозь кольцевую щель между соплом и клапаном скорость увеличивается от нулевой вплоть до 100 м/с. Затем давление резко падает и капля жидкости, которая попала в такой поток, удлиняется, а после в результате действия сил поверхностного натяжения делится на мелкие частицы.

Гомогенизация перспективна с той точки зрения, что она при определенных условиях позволяет обратиться к разработке нанотехнологий в области пищевых производств. В частности, это может быть технология сверхтонкого измельчения и смешивания различных пищевых и непищевых материалов до уровня наноструктур размерностью 300…500 нм. Обычные гомогенизаторы не способны обеспечить такой уровень измельчения. На современном этапе развития науки и техники реализация такой задачи возможна только на основе воздействия на промежуточный пищевой продукт ультразвуковых колебаний.

Ультразвуковая обработка жидких и пастообразных продуктов базируется на использовании вторичных эффектов кавитации – высоких локальных давлениях и температурах, образующихся при захлопывании кавитационных каверн. При закрытии кавитационного пузыря возникает ударная волна, которая может развивать огромное давление, которое способствует сверхтонкому измельчению жидкой среды.
На рисунке 1 представлен лопастной смеситель, который может служить для грубого перемешивания, разминания и пластификации пищевого сырья в двухкаскадной технологии измельчения материалов. Из смесителя пищевой материал направляется в гомогенизирующую головку рисунок 2.


Рисунок 1 – Лопастной смеситель


Рисунок 2 – Гомогенизирующая головка

У гомогенизирующей головки основными рабочими органами являются сопловой блок, клапан и седло, от которых зависит дисперсность частиц при гомогенизации. Их конструкция должна обеспечить высокий гомогенизирующий эффект турбулентности потока жидкости, усиления явлений кавитации. Конструкция гомогенизатора может быть такой, какой она изображена на рисунке 3. Здесь хорошо видно, как протекает процесс гомогенизации при совмещении щелей в статоре и роторе гомогенизатора.

Рисунок. 3 – Гомогенизатор

Таким образом, совмещение процессов гидродинамики потока, его турбулизации и процессов, обусловленных ультразвуковыми колебаниями в
потоке жидкости, в том числе кавитации, позволяет максимально приблизить гомогенизирующий эффект в область образования наночастиц.

Список литературы
1. Курочкин, А. А. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства / А. А. Курочкин, В. В. Ляшенко. Под общей редакцией В. М. Баутина. – М.; Информагротех, 1998. – 308 с.
2. Курочкин, А.А. Дипломное проектирование по механизации переработки продукции животноводства. / А.А. Курочкин, В.М. Зимняков, В.В. Ляшенко, В.С. Парфенов, И.А. Спицын: Учебное пособие. – Пенза: Пензенская ГСХА, 1998. – 250 с.
3. Дипломное проектирование по технологии производства и переработки продукции животноводства/ А. А. Курочкин, В. Ф. Зубриянов, В. В. Ляшенко и др. Под общей ред. д. т.н., профессора А. А. Курочкина. – Пенза, 2001. – 343 с.
4. Курочкин, А.А. Дипломное проектирование по механизации переработки сельскохозяйственной продукции. / А.А. Курочкин, И.А. Спицын, В.М. Зимняков, Г.В. Шабурова, А.Ю. Сергеев. Под ред. А.А. Курочкина. – М.: КолосС, 2006. – 424 с.
5. Оборудование перерабатывающих производств /А.А. Курочкин, Г. В. Шабурова, В. М. Зимняков, П. К. Воронина. – М.: ИНФРА-М, 2015. – 363 с.
6. Учебно-методические рекомендации по техническому и технологическому обеспечению сельскохозяйственных потребительских кооперативов по переработке молока //И.В. Палаткин, А. А. Курочкин, О. А. Атюкова, В. А. Авроров, Г. В. Шабурова, В. М. Зимняков. – Пенза, 2009. – 204 с.
7. Рыжаков В.В., Рыжаков М.В., Рыжаков К.В. Точность измерения нечеткой информации и идентификация функций принадлежности элементов нечетких множеств - Метрология. 2003. № 6. С. 3.
8. Рыжаков В.В., Рыжаков М.В., Рыжаков К.В. Алгоритмы измерения качества продукции и их характеристики - Измерительная техника. 2003. № 5. С. 9-12.

Источник: Современные проблемы развития техники и технологий