Использование процесса гомогенизации молока на предприятиях молочной промышленности. Режимы гомогенизации. Используемое оборудование

Как известно, организму современного человека для хорошего самочувствия необходимо в день потреблять целый набор витаминов и минеральных веществ, которых в повседневной пище, к сожалению недостаточно. 

Сегодня в каждом продуктовом магазине можно увидеть в продаже молочные продукты. Крупные торговые предприятия имеют отделы молочной продукции. Холодильники и стеклянные витрины переполнены всевозможными баночками, стаканчиками, коробками и пакетами, привлекающими ярким оформлением. Эти продукты пользуются ежедневным спросом [17].

Гидромеханические процессы гомогенизации лежат в основе многих технологий и производств в самых различных отраслях промышленности: пищевой, химической, нефтехимической, угольной, горнорудной, микробиологической, фармацевтической, парфюмерной, крахмалопаточной, лакокрасочной, машиностроительной и многих других.

В технологии пищевых производств к ним относятся процессы получения и переработки различных гетерогенных сред с жидкой сплошной фазой. Интенсивность их проведения во многом определяют эффективность производства и качество ряда продуктов, получаемых в виде эмульсий, суспензий, пюре, паст и т.д. [16].

Молочные продукты обладают приятными вкусовыми качествами. Они обладают питательными и полезными свойствами.

Молоко занимает важное место в питании человека. Оно обеспечивает организм благоприятно сбалансированными и легкоусвояемыми белками, жирами, углеводами, минеральными веществами и витаминами [2].

Молоко - полноценный продукт питания. По словам лауреата Нобелевской премии академика И.П. Павлова, «между сортами человеческой еды в исключительном положении находится молоко как пища, приготовленная самой природой». Легкая усвояемость - одно из наиболее важных свойств молока как продукта питания. Более того, молоко стимулирует усвоение питательных веществ других пищевых продуктов. Основное значение молока в природе заключается в обеспечении питанием рожденного молодого организма [14].

Пищевая и биологическая ценность молока и молочных продуктов выше, чем у других продуктов, встречающихся в природе. В молоке содержится более 120 различных компонентов, в том числе 20 аминокислот, 64 жирные кислоты, 40 минеральных веществ, 15 витаминов, десятки ферментов и т.д.

При употреблении 1,5 л молока удовлетворяется суточная потребность взрослого человека в жире, кальции, фосфоре, на 53 % - потребность в белке, на 35 % - в витаминах А, С и тиамине, на 26 % - в энергии. Энергетическая ценность 1 л сырого молока составляет около 65 ккал.

Гомогенизация молока - это механическая обработка молока (сливок), которая заключается в измельчении (диспергировании) жировых шариков путем воздействия на молоко значительных внешних усилий [17].

В 1983 году американский ученый Курт Остер (Kurt A. Oster), выпустил книгу «The XO Factor: Homogenized Milk May Cause Your Heart Attack», в которой автором были сделаны ряд шокирующих заявлений, например, что в процессе гомогенизации в молоке вырабатывается фермент под названием "ксантиноксидаза", который способен не просто проникать через кишечник в кровеносную систему человека, но и вызывать повреждения кровеносных сосудов, и приводит к атеросклерозу, ну и собственно по этой причине, людям, «склонным» к сердечно-сосудистым заболеваниям, необходимо было тут же отказаться от гомогенизированного молока; также было высказано предположение проблем с усвоением в ЖКТ гомогенизированного молока у здоровых людей, и повышенный риск обострения возникновения аллергических и прочих негативных реакций у людей уже имеющих соответствующие проблемы.

Безусловно, впечатлительной общественности очень понравились очередные молочные страшилки, и вместо того, чтобы прислушаться к мнению ученых, «гомогенизированная оппозиция» начала раздувать из искры пламя. 

В том же 1983 году вышло исследование (Clifford AJ, Ho CY, Swenerton H., 1983), в котором, ксантиноксидазовая гипотеза не была подтверждена. Экспериментальными доказательствами не удалось обосновать эту гипотезу, и даже наоборот во многих случаях они опровергли ее, так [17]:

1. Не было продемонстрировано поглощение диетической ксантиноксидазы в ЖКТ;

2. Не было установлено взаимосвязи между потреблением гомогенизированного молока и уровнями активности ксантиноксидазы в сыворотке крови;

3. Не было установлена прямая роль ксантиноксидазы в истощении плазмалогены;

4. Ни формирование липосом во время гомогенизации молока, ни поглощения интактных липосом из желудочно-кишечного тракта не было установлено; и

5. Было установлено, что отсутствуют данные в поддержку утверждения, что большие дозы фолиевой кислоты могут ингибировать ксантиноксидазы в естественных условиях при заболеваниях сердца. Да и вообще, сам человеческий организм вырабатывает ощутимо больше ксантиноксидазы, чем он может попытаться получить с гомогенизированным молоком).

Гомогенизация – это процесс обработки молока (сливок), заключающийся в раздроблении (диспергировании) жировых шариков путем воздействия на молоко значительных внешних усилий [3].

При хранении сырого молока отстаивается слой сливок (жировая дисперсия молока при этом не разрушается). Это объясняется тем, что крупные жировые шарики, вследствие меньшей по сравнению с плазмой плотностью, постепенно поднимаются на поверхность молока. Образование скоплений жировых шариков зависит от соотношения межмолекулярных сил сцепления и электрических сил отталкивания между шариками,

У крупных жировых шариков силы сцепления превышают силы оттал-кивания. При столкновении в результате броуновского движения они образуют рыхлые скопления, и скорость отстаивания жира резко возрастает. Свойством склеивать (агглютинировать) жировые шарики обладают, по-видимому, содержащиеся в молоке иммуноглобулины. Мелкие жировые шарики (диаметром 1 мкм и менее) не образуют скоплений и не поднимаются на поверхность молока, так как силы электрического отталкивания между ними преобладают над силами притяжения. Чтобы предотвратить отстаивание жира, необходимо уменьшить размеры жировых шариков, то есть повысить степень диспергирования жировой фазы молока. Для этого применяют гомогенизацию (буквально: повышение гомогенности - однородности) [14].

Классификация гомогенизаторов включает в себя: клапанные, мешалочные, фильерные, винтовые, сопловые, роторные. Сюда следует добавить центробежные, вакуумные, ультразвуковые и вихревые. Если руководствоваться той же идеей о конструктивных особенностях, то известны мешалочные, центробежные, сопловые, ультразвуковые, роторные и вихревые эмульсоры.

Основным узлом современных гомогенизаторов клапанного типа является гомогенизирующая головка. Она может быть одно- или двухступенчатой. Вторая ступень обычно работает при более низком давлении, чем первая. Применение одно- или двухступенчатой гомогенизации зависит от вида вырабатываемых молочных продуктов.

На рисунке 1.3.1 показана схема одно- и двухступенчатой гомогенизирующих головок гомогенизатора клапанного типа.

При движении плунжера влево в цилиндре создается разрежение и через клапан 11 молоко засасывается в цилиндр. При обратном движении плунжера молоко проходит через открывшийся клапан 10 в нагнетательную камеру. Одновременно такое же количество молока продавливается через узкую кольцевую щель между седлом и клапаном в нагнетательную трубку. Клапан 4 и седло имеют с обеих сторон притертые друг к другу поверхности. При износе одной стороны клапан и седло переворачиваются и устанавливаются другими торцевыми поверхностями в рабочее положение. Давление регулируется винтом, с его помощью сжимается пружина, которая усиливает давление на клапан 4, плотно пришлифованный к седлу. Давление контролируется по манометру.

Эффективность гомогенизации молока определяется рабочим давлением, температурой, скоростью движения продукта при прохождении через гомогенизирующую головку, конструктивными особенностями последней, составом и свойствами компонентов, образующих оболочку жировых шариков, кислотностью, а также последовательностью технологических операций [3].

В результате изучения было установлено, что процесс гомогенизации получил большое распространение не только в молочной промышленности, но и в  пищевой промышленности в целом при приготовлении различных десертов, паст, напитков, майонезов, а также широкого спектра полуфабрикатов. 

При написании курсовой работы мной была изучена специальная литература, включающая в себя статьи и учебники по молочной промышленности, был проведен патентный поиск, описан процесс гомогенизации. 

Отражена информация о факторах, которые влияют на эффективность гомогенизации, а так же о изменениях состава молока при гомогенизации.

Описано оборудование применяемое в молочной промышленности для гомогенизации молока и молочных продуктов. Гомогенизацию пищевых сред можно реализовать в устройствах ультразвукового, центробежного, клапанного типа. Установлено, что наиболее распространенными в промышленности являются гомогенизаторы клапанного типа.

Благодаря автоматизации технологических процессов в молокоперерабатывающей промышленности  можно значительно повысить производительность и условия  труда, увеличить выход готовой продукции, а главное улучшить её качество.