Homogenizátor na mliečne výrobky ako si vybrať. Homogenizátor

Surové mlieko prechádza niekoľkými fázami prípravy pred vstupom na kondicionér v potravinárskom priemysle. Na tento moment Existuje niekoľko skupín operácií chemického, tepelného a biologického spracovania. Homogenizácia mlieka zaujíma osobitné miesto v celkovom komplexe prípravy surovín. Ide o technológiu mechanického spracovania, ale v závislosti od konkrétnej techniky môže zahŕňať aj samostatné postupy tepelnej a chemickej expozície.

Všeobecné informácie o homogenizácii

V zásade sa táto technológia používa ako spôsob mechanického spracovania mliečnych a iných tekutých produktov za účelom zvýšenia disperzie ich tukovej fázy. V priebehu technologického procesu sa znižuje aj heterogenita distribúcie chemické prvky v celom heterofázovom systéme. Zároveň by sa táto technika nemala zamieňať s disperziou ako takou. Podľa definície homogenizácie mlieka drvenie dispergovanej fázy nie je predpokladom technologický postup. Napríklad postup miešania pevných práškov môže túto operáciu celkom vylúčiť. Naopak, disperzia heterofázového systému môže zahŕňať a tiež vylúčiť homogenizačný postup.

Účel technológie

Ciele homogenizácie sa môžu líšiť v závislosti od Aktuálny stav požiadavky na surové mlieko a konečný produkt. Medzi najbežnejšie úlohy možno zaznamenať určitý druh separačného efektu tukových guľôčok podľa priemeru, ktorý umožňuje tvorbu krému. Tento proces tiež zabezpečuje stabilitu tuku v surovom produkte. Aby sme pochopili význam homogenizácie, stojí za zmienku, že objem a počet tukových guľôčok v surovom mlieku nie sú konštantné – tieto vlastnosti sú určené stravou, štádiom laktácie a plemenom zvieraťa. Napríklad 1 mm čerstvého mliečneho výrobku obsahuje až 4 miliardy tukových guľôčok s priemerným priemerom asi 2 až 3 mikróny s výkyvmi od 0,5 do 15 mikrónov. Hlavným účelom homogenizácie mlieka ako jedného z počiatočných procesov spracovania surovín pri výrobe syra, tvarohu, fermentovaného pečeného mlieka a pod., je zabezpečenie jednotnosti veľkostí týchto guľôčok 1 µm.

Požiadavky na proces homogenizácie

Uvažovaný spôsob spracovania mlieka nemožno posudzovať oddelene od súvisiacich technologických procesov prípravy produktu na finálnu výrobu. Najmä homogenizácia mlieka je postup, ktorý môže byť spojený so skladovaním, prepravou a následnými pasterizačnými operáciami. V súlade s tým existujú všeobecné všeobecné požiadavky na spracovanie mlieka, ktoré sa viac týkajú sanitárnych a hygienických noriem, ale existujú aj špeciálne pravidlá na vykonávanie homogenizácie. Medzi nimi sú nasledujúce:

• Surové mlieko pred spracovaním prechádza primárnou filtráciou a chladením.
• Teplota mlieka by sa mala pohybovať od 4 do 6 °C. Špecifický režim určí povolenú dobu skladovania pred a po spracovaní - spravidla nie viac ako 6 hodín.
• Priemerný tlak pri homogenizácii mlieka je 10 MPa. Súčasne, aby sa normalizovala heterofázová štruktúra, môže byť potrebné zvýšiť fázovú separáciu o 500 tisíc m2 na každú tonu suroviny.
• Homogenizácia sa vykonáva pred pasterizáciou. Výnimkou môže byť, ak sa operácia vykonáva pri 60 °C. Tento režim sa zvyčajne používa pri získavaní odstredeného mlieka a smotany, ale aj v tomto technologická schéma po homogenizácii bude nasledovať ďalšia pasterizácia.

Aplikované vybavenie

Technicky sa operácia vykonáva pôsobením vonkajšej sily, ktorej zdrojom je homogenizátor. Ide o špeciálny stroj, ktorý pôsobí na cieľový produkt mechanickým tlakom, elektrinou alebo ultrazvukom. Častejšie používané jednotky s mechanickým princípom činnosti. Hlavným pracovným prvkom takéhoto zariadenia na homogenizáciu mlieka je hlava s prstencovou ventilovou štrbinou, cez ktorú prechádzajú tukové guľôčky. Podporu výkonu zabezpečuje čerpadlo, ktorého výkon umožňuje vytvárať tlak až 20 MPa. Guličky stačí zmenšiť na 0,7 mikrónu, ale ako už bolo spomenuté, častejšie sa používa tlakový režim 10 MPa, pri ktorom sa uvoľňujú tukové častice s frakciou 1-2 mikróny. Rôzne modely homogenizátorov majú jedno- alebo dvojstupňové prevedenie. V súlade s tým je možné súčasne vyrábať jeden alebo dva produkty (s rôznym stupňom obsahu tuku).

Všeobecná homogenizačná technika

Po predbežnej príprave surového mlieka na mechanické oddelenie sa vykoná nasledujúci zoznam akcií:

• Miešanie disperzného média s kvapalným disperzným systémom pri dispergačnej kapacite.
• Mliečne médium sa čerpá pod tlakom cez hlavy homogenizátora. Tuková dispergovaná fáza sa rozdrví na požadovanú frakciu.
• Jemnejší proces homogenizácie mlieka, ktorý zahŕňa miešanie malých frakcií tuku v špeciálnych mixéroch.
• Tepelná pasterizácia.
• Chladenie produktu.

Medzi technologickými stupňami v rôznych postupnostiach možno použiť pomocné alebo medzioperačné operácie. Týka sa to ohrevu, čistenia a sterilizácie.

Kompletná homogenizácia

Tento spôsob homogenizácie sa považuje za najbežnejší v odvetviach, kde sa vyrábajú pitné mliečne výrobky. Hlavná prednosť metóda je eliminácia fázovej separácie. Inými slovami, surová hmota plnotučného mlieka sa podrobí procesu drvenia bez predbežného oddelenia. Úplná homogenizácia mlieka je Najlepší spôsob, ako získanie normalizovaného suchého beztukového zvyšku, ktorý možno neskôr použiť pri výrobe jogurtov.

Samostatná homogenizácia

Táto metóda je tiež široko používaná, ale považuje sa za špecializovanejšiu. Faktom je, že proces oddelenej homogenizácie je zameraný na prácu s určitou časťou nakladanej surovej hmoty. Napríklad určitý podiel mastného produktu sa prideľuje podľa špecifických vlastností. Pri klasickej schéme sa hlavná časť odstredeného mlieka odreže, existujú však aj medzimetódy separácie a ďalšej homogenizácie, pri ktorých separácia prebieha podľa špecifických parametrov tuku. Medzi výhody tejto techniky patrí nielen možnosť získať lepší produkt, ale aj nákladová efektívnosť procesu. Najvyšší koeficient účinnosti homogenizácie mlieka s oddelením frakcií sa dosiahne, ak na 1 g tuku pripadá aspoň 0,2 g kazeínu.

Teplota mlieka počas homogenizácie

Jeden z najdôležitejšie parametre, ktoré určujú aj stupeň kvality finálny produkt a efektívnosť celého procesu. Stačí povedať, že kritický pokles teplotný režim môže viesť k zvýšeniu viskozity surového mlieka a tvorbe hustého tuku. Aby sa zabezpečilo usadzovanie smotany, teplota homogenizácie mlieka by mala byť minimálne 30 – 40 °C.

Ale tiež príliš vysoké teploty môžu nepriaznivo ovplyvniť fyzikálno-chemický stav heterofázového média. V tomto prípade sa na pracovných plochách zariadenia môžu vytvárať proteínové usadeniny, čo skomplikuje proces mechanických operácií. Na reguláciu tepelného stupňa homogenizácie mlieka sa používajú medzipasterizačné prostriedky s postupným zvyšovaním teploty o 5-8 °C. V rovnakom technologickom štádiu je možné použiť sterilizačné operácie a tepelné vákuové ošetrenie, ak je potrebné upraviť ďalšie parametre mlieka.

Účinky homogenizácie

Z hľadiska výroby potravín a spotrebiteľských kvalít pomáha táto technológia spracovania zabezpečiť nasledovné vlastnosti produktu:

• Pre smotanu a mlieko - zvýšenie jednotnosti (vo farbe, chuti a obsahu tuku).
• Pre sterilizovanú smotanu a mliečne výrobky - predĺženie doby skladovania.
• Pre sušené plnotučné mlieko - regulácia kyslosti a tuku.
• Pre fermentované mliečne výrobky - vylúčenie tukových zátok na povrchu, zvýšená trvanlivosť, zlepšená konzistencia bielkovín.
• U kondenzovaných produktov - pri dlhodobom skladovaní prirodzená regulácia uvoľňovania tukových fáz.
• Pre mliečne výrobky s plnivami - zvýšenie viskozity, zlepšenie chuti a minimalizácia rizika sedimentácie.

Vo všeobecnosti možno povedať, že správne organizované procesy sterilizácie, homogenizácie a pasterizácie mlieka komplexne ovplyvňujú biologické a fyzikálno-chemické vlastnosti surovín, ktoré ovplyvňujú obsah a gastronomické kvality spracovávaného produktu.

Kontrola kvality homogenizovaného surového mlieka

Po mechanickom spracovaní sa sledujú vlastnosti mliečneho výrobku. Do úvahy sa berú najmä ukazovatele ako hmotnostný podiel tuku, stupeň čistoty atď.. Čo sa týka podielu tuku, ten sa stanovuje metrickými, expresnými a kyslými metódami. Napríklad posledná metóda je najobľúbenejšia. Ide o zmiešanie určitej dávky mlieka s koncentrovanou kyselinou sírovou s následným odstredením. Ďalej sa pomocou odmernej časti butyrometra v riadiacom zariadení zisťuje objem uvoľneného tuku.

Čistotu mlieka určujú špeciálne filtre, doplnené vpichovanou termo handričkou. Stupeň čistoty produktu je daný objemom nečistôt. Sú tam aj fondy komplexná analýza. Pomocou pipety na homogenizáciu mlieka s hodnotou delenia asi 0,1 cm 3 sa odoberú vzorky, ktoré sa následne skúšajú zahrievaním, chemickými a biologické reakcie. Nakoniec sa vypracuje laboratórna správa o vlastnostiach homogenizovaného mliečneho výrobku.

Záver

So všetkými pozitívnymi účinkami homogenizácie ju mnohí odborníci kritizujú kvôli produkcii škodlivých enzýmov. Momentálne však neexistujú spoľahlivé štúdie, ktoré by odhalili významný rozdiel pre ľudské zdravie medzi prírodným a takto spracovaným mliečnym výrobkom. Navyše dnes je homogenizácia mlieka komplexom výrobných procesov, ktoré sa v potravinárskom priemysle stali nevyhnutnosťou. Tento spôsob mechanického spracovania sa využíva nielen vo vzťahu k čerstvému ​​mlieku, ale aj pri zhodnocovaní sušených mliečnych surovín úpravou stupňa obsahu tuku. Iná vec je, že v každom prípade sa používajú aj modifikujúce chemické prísady, ktorých prítomnosť v produkte v zásade znižuje jeho hodnotu.

Homogenizácia je drvenie (disperzia) tukových guľôčok vystavením mlieka alebo smotany významným vonkajším silám. Pri spracovaní sa zmenšuje veľkosť tukových guľôčok a rýchlosť ich plávania počas skladovania. Dochádza k redistribúcii obalovej hmoty tukovej guľôčky, stabilizuje sa tuková emulzia a nedochádza k usadzovaniu homogenizovaného mlieka.

Homogenizátory ventilového typu sa používajú na spracovanie mlieka a smotany, aby sa zabránilo ich oddeleniu počas skladovania.

Homogenizátory-zmäkčovadlá rotačného typu sa používajú na zmenu konzistencie mliečnych výrobkov ako sú tavené syry a maslo. V masle spracovanom s ich pomocou sa vodná fáza rozptýli, vďaka čomu sa produkt lepšie skladuje.

Princíp činnosti homogenizátorov ventilového typu, ktoré sú najpoužívanejšie, je nasledujúci.

Vo valci homogenizátora je mlieko vystavené mechanickému pôsobeniu pri tlaku 15...20 MPa. Keď sa ventil zdvihne a mierne otvorí úzku medzeru, mlieko vytečie z valca. To je možné pri dosiahnutí prevádzkového tlaku vo valci. Pri prechode úzkou kruhovou medzerou medzi sedlom a ventilom sa rýchlosť mlieka zvyšuje z nuly na viac ako 100 m/s. Tlak v prúde prudko klesá a kvapka tuku, ktorá spadla do takého prúdu, sa vytiahne a následne sa pôsobením síl povrchového napätia rozdrví na menšie kvapôčky-častice.

Pri prevádzke homogenizátora na výstupe z ventilovej medzery sa často pozoruje priľnavosť drvených častíc a tvorba „zhlukov“, ktoré znižujú účinnosť homogenizácie. Aby sa tomu zabránilo, používa sa dvojstupňová homogenizácia (obr. 3.17). V prvej fáze sa vytvorí tlak rovnajúci sa 75% pracovného tlaku, v druhej fáze sa nastaví pracovný tlak. Pre homogenizáciu by teplota surového mlieka mala byť 60...65°C. Nižšie teploty zvyšujú usadzovanie tuku, zatiaľ čo vyššie teploty môžu vyzrážať srvátkové bielkoviny.

Ryža. 3.17.

• 1 - sedlo ventilu; 2 - ventil; 3 - zásoba; 4 - prítlačná skrutka; 5 - sklo;
• 6 - pružina; 7,8 - budovy

Homogenizátor s dvojstupňovou homogenizačnou hlavou pozostáva z rámu (obr. 3.18), telesa, piestového bloku, homogenizačnej hlavy, pohonu a kľukového mechanizmu.

Posteľ je vyrobená z kanálov a z vonkajšej strany je opláštená oceľovým plechom. Vo vnútri je na doske nainštalovaný elektromotor, ktorý je zavesený na ráme na dvoch konzolách.

Piestový blok pozostáva z telesa, okrajových tesnení, sacích a výtlačných ventilov a sediel ventilov. Počas činnosti jedného páru piestov vstupuje kvapalina do homogenizačnej hlavy v pulzujúcom prúde. Na jej vyrovnanie v homogenizéroch sa zvyčajne používajú trojpiestové čerpadlá poháňané kľukovým hriadeľom, v ktorom sú kolená voči sebe posunuté o 120 stupňov.

Dvojstupňová hlava piestu, manometrická hlava a poistný ventil umiestnený na opačnej strane homogenizačnej hlavy sú priskrutkované k bloku piestu. Manometrická hlava je vybavená škrtiacim zariadením, ktoré umožňuje znížiť amplitúdu kmitov ukazovateľa manometra počas prevádzky homogenizátora.

Ryža. 3.18.

1 - elektrický motor; 2 - posteľ s pohonom; 3 - kľukový mechanizmus s mazacím a chladiacim systémom; 4 - piestový blok s homogenizačnými a manometrickými hlavicami a poistným ventilom; 5 - manometrická hlava; 6 - homogenizačná hlava

Kľukový mechanizmus pozostáva z kľukového hriadeľa uloženého na dvoch kuželíkových ložiskách, ojníc a hnanej remenice. Spojovacie tyče sú kĺbovo spojené s posúvačmi.

Pohon homogenizátora obsahuje elektromotor a remeňový pohon.

Priemysel vyrába homogenizátory rôznych kapacít (tabuľka 3.2).

Tabuľka 3.2

Základné technické údaje homogenizátorov na mlieko a tekuté mliečne výrobky

Ak je pri homogenizácii potrebné vylúčiť prístup mikroorganizmov k spracovávanému produktu, používajú sa špeciálne aseptické homogenizačné hlavy. V takýchto hlavách je priestor obmedzený dvoma tesniacimi prvkami zásobovaný horúcou parou o tlaku 30...60 kPa. Táto zóna vysokej teploty pôsobí ako bariéra, ktorá bráni baktériám vniknúť do valca homogenizátora.

Homogenizátory-plastifikátory sa líšia od homogenizátorov ventilového typu princípom činnosti a zariadením. Pracovným orgánom v nich je rotor, ktorý môže mať rôzny počet lopatiek - 12, 16 alebo 24.

Homogenizátor-plastifikátor(obr. 3.19) pozostáva z rámu, korpusu so závitovkami, prijímacieho zásobníka a pohonu, ktorý umožňuje nastaviť rýchlosť otáčania podávacích závitoviek (pomocou variátora) v rozmedzí 0,2. ..0,387 s-1. Frekvencia otáčania rotora s lopatkami nie je nastaviteľná a je 11,86 cg 1 .

Ryža. 3.19.

• 1 - rotor; 2 - posteľ; 3 - rám; 4 - upevnenie trysky; 5 - tryska;
• 6 - zámok; 7 - skrutková komora; 8 - bunker; 9 - ovládací panel

Princíp činnosti stroja je nasledujúci. Maslo sa privádza do bunkra, odkiaľ sa pomocou dvoch protismerne otáčajúcich sa skrutiek pretlačí cez rotor a z trysky s membránou ide do bunkra plniaceho stroja. Aby sa zabránilo lepeniu oleja, pracovné časti homogenizátora sú pred začatím práce namazané špeciálnym horúcim roztokom. Výkon homogenizátora závisí od rýchlosti podávacích skrutiek a je 760... 1520 kg/h. Výkon pohonu stroja 18,3 kW.

Homogenizátor YaZ-OGZ je určený na spracovanie roztavenej syrovej hmoty pri výrobe tavených syrov a pozostáva z nasledujúce časti: základňa, telo, súprava náradia na homogenizáciu, násypka, vykladač a pohon.

Základňa slúži na pripevnenie komponentov homogenizátora k nej. Puzdro obsahuje pracovné jednotky a tesniace zariadenia.

Homogenizačný nástroj (obr. 3.20) na podávanie, mletie a miešanie roztavenej syrovej hmoty je vyrobený vo forme pohyblivých a pevných nožov oddelených dištančnými krúžkami, ako aj nakladacieho lopatkového kolesa a vykladacieho rotora. Špeciálne drážky v pohyblivých nožoch, vyrobené pod určitým uhlom ku koncovému povrchu, uľahčujú pohyb drveného produktu k vykladaciemu zariadeniu. Hriadeľ homogenizačného nástroja sa otáča frekvenciou 49 s -1.

Ryža. 3.20.

• 1 - pevný krúžok; 2 - pohyblivý krúžok; 3 - lopatkové koleso;
• 4 - bunker; 5 - pohyblivý nôž; 6 - telo; 7 - pevný nôž;
• 8 - vykladací rotor; 9 - hriadeľ homogenizátora

Vykladacie zariadenie vo forme dvoch rúrok spojených navzájom pomocou žeriavu je určené na vykladanie homogenizovanej hmoty do dávkovača plniaceho stroja.

Pohon tvorí 11 kW motor určený na prenos rotácie z hriadeľa na pohyblivú časť homogenizačného nástroja.

Spracovanie produktu na homogenizátore YAZ-OGZ sa uskutočňuje nasledovne. Roztopená syrová hmota sa periodicky alebo kontinuálne privádza do násypky homogenizátora. Pôsobením vákua vytvoreného nakladacím obežným kolesom sa produkt dostáva do homogenizačného nástroja, v ktorom sa postupným prechodom cez pohyblivé a pevné nože homogenizuje a privádza do vykladacieho zariadenia.

Použitie homogenizátora umožňuje upustiť od technologickej operácie filtrovania syrovej hmoty na odstránenie jej neroztopených častíc.

Homogenizácia - mechanické drvenie tukových guľôčok v mlieku (smotane) s cieľom rovnomerne rozložiť tuk v celkovej hmote výrobku a zabrániť jeho usadzovaniu. Rozdielna hustota tuku a plazmy v zložení mlieka a smotany vedie k oddeleniu tukovej frakcie počas skladovania produktov. Na stabilizáciu konzistencie štruktúry mlieka a zlepšenie chutnosti dispergovanej zmesi sa používa potravinový homogenizátor.

Homogenizátor mlieka mechanicky pôsobí na spracovávané suroviny. Dispergačný proces zabezpečuje stabilizáciu vysoko dispergovanej tukovej emulzie a dodáva produktu homogenizovanú konzistenciu, teda látka v škrupine a štruktúra tuku obsiahnutá v mlieku prechádza redistribúciou, mobilizujú sa plazmatické proteíny, fosfatidy prechádzajú zo škrupiny mlieka. tukové guľôčky do plazmy produktu.

Princíp činnosti

Princíp činnosti hlavných typov homogenizátorov mlieka je založený na tlakovom rozdiele v systéme, pri ktorom sa kvapaliny s polydisperznými vlastnosťami premieňajú na produkty s homogénnou konzistenciou. Zariadenie môže byť vybavené pracovnou hlavou jedno- alebo dvojstupňového typu. Najnovšia modifikácia jednotiek je určená na spracovanie surovín s vysokým percentom obsahu tuku.

Homogenizácia sa stala štandardným výrobným procesom, ktorý sa bežne používa ako prostriedok na zabránenie separácie tukovej emulzie gravitáciou. Gaulin, ktorý tento proces vyvinul v roku 1899, mu dal nasledujúcu definíciu vo francúzštine: „Fixer la composition des liquides“.

Po prvé, homogenizácia vedie k rozdeleniu tukových guľôčok na oveľa menšie (pozri obr. 1). Výsledkom je zníženie krémovitosti a tiež môže byť znížená tendencia guľôčok zlepovať sa alebo vytvárať veľké aglomeráty. V zásade sa homogenizované mlieko vyrába mechanicky. Je poháňaný vysokou rýchlosťou cez úzky kanál.

Deštrukcia tukových guľôčok sa dosahuje kombináciou faktorov, ako je turbulencia a kavitácia. V dôsledku toho sa priemer guľôčok zmenšuje na 1 mikrón, čo je sprevádzané štvor- až šesťnásobným zvýšením plochy medzipovrchu medzi tukom a plazmou. V dôsledku prerozdelenia škrupinovej hmoty, ktorá tukové guľôčky pred ich zničením úplne prekryla, majú novovzniknuté guľôčky nedostatočne pevné a hrubé obaly. Tieto membrány tiež zahŕňajú adsorbované mliečne plazmatické proteíny.

Fox spolu so svojimi kolegami skúmal komplex tukov a bielkovín získaný homogenizáciou mlieka. Dokázal, že kazeín je proteínovou zložkou komplexu a že je pravdepodobne spojený s tukovou frakciou prostredníctvom polárnych príťažlivých síl. Zistil tiež, že kazeínové micely sa aktivujú, keď prechádzajú cez ventil homogenizátora, čo ich predisponuje k interakcii s tukovou fázou.

Požiadavky na proces

Fyzický stav a koncentrácia tukovej frakcie počas homogenizácie ovplyvňuje veľkosť tukových guľôčok. Homogenizácia studeného mlieka, v ktorom je tuk prítomný hlavne v stuhnutom stave, je prakticky nerealizovateľná. Spracovanie mlieka pri teplote 30-35°C vedie k neúplnému rozptýleniu tukovej frakcie. Homogenizácia je skutočne účinná, keď je celá tuková fáza v tekutom stave a pri koncentráciách, ktoré sú pre mlieko bežné. Potraviny s vysokým obsahom tuku majú tendenciu vytvárať veľké tukové guľôčky, najmä pri nízkych koncentráciách srvátkového proteínu s vysokým obsahom tuku. Smotanu s obsahom tuku vyšším ako 12 % nemožno úspešne homogenizovať pri štandardnom zvýšenom tlaku, pretože nedostatok membránového materiálu (kazeínu) spôsobuje, že sa tukové guľôčky zlepia do zhlukov. Pre dostatočne účinnú homogenizáciu by jeden gram tuku mal obsahovať 0,2 gramu kazeínu.

Výsledkom vysokotlakových homogenizačných procesov je tvorba malých tukových guľôčok. So zvyšovaním teploty homogenizácie sa zvyšuje disperzita tukovej fázy - úmerne s poklesom viskozity mlieka pri zvýšených teplotách.

Homogenizácia sa zvyčajne vykonáva pri teplote 55 až 80 °C, pod tlakom 10 až 25 MPa (100-250 bar), v závislosti od typu spracovávaného produktu.

Charakteristiky toku

Keď prúd prechádza úzkym kanálom, jeho rýchlosť sa zvyšuje (pozri obr. 2). Rýchlosť sa bude zvyšovať, kým sa statický tlak nezníži na úroveň, pri ktorej kvapalina vrie. Maximálna rýchlosť závisí hlavne od vstupného tlaku. Keď kvapalina opúšťa štrbinu, rýchlosť klesá a tlak začína stúpať. Varenie kvapaliny sa zastaví a bubliny pary explodujú.

Homogenizačné teórie

V priebehu rokov aplikácie procesu homogenizácie vzniklo mnoho teórií, ktoré vysvetľujú mechanizmus homogenizácie na vysokej
tlak. Dve teórie vysvetľujúce disperzný systém olej-voda analogicky s mliekom, kde je priemer väčšiny kvapiek menší ako 1 mikrón, sa dodnes nestali zastaranými.
Poskytujú vysvetlenie vplyvu rôznych parametrov na účinnosť homogenizácie.

Teória ničenia guľôčok turbulentnými vírmi („mikrovírmi“) je založená na skutočnosti, že v kvapaline pohybujúcej sa vysokou rýchlosťou vzniká veľké množstvo turbulentných mikroprúdov.

Ak sa turbulentný mikroprúd zrazí s kvapkou porovnateľnou s ňou, táto sa zničí. Táto teória umožňuje predpovedať zmeny výsledkov homogenizácie so zmenami aplikovaného tlaku. Tento odkaz bol nájdený v mnohých štúdiách.

Na druhej strane teória kavitácie tvrdí, že kvapôčky tuku sú zničené rázovými vlnami, ktoré vznikajú pri výbuchu bublín pary. Podľa tejto teórie dochádza k homogenizácii, keď kvapalina opustí medzeru. Protitlak potrebný na kavitáciu má teda v tomto prípade veľký význam. To sa v praxi potvrdilo. Homogenizácia je však možná aj bez kavitácie, no v tomto prípade je menej účinná.

Obr. 3 Deštrukcia tukových guľôčok v prvom a druhom stupni homogenizácie.
1 Po prvej etape
2 Po druhej etape

Jednostupňová a dvojstupňová homogenizácia

Homogenizátory môžu byť vybavené jednou homogenizačnou hlavou alebo dvoma zapojenými do série. Odtiaľ pochádza názov: jednostupňová homogenizácia a dvojstupňová homogenizácia. Oba systémy sú znázornené na obrázkoch 5 a 6. Pri jednostupňovej homogenizácii sa využíva celý pokles tlaku
v jedinom kroku. Pri dvojstupňovej homogenizácii sa celk
tlak sa meria pred prvým stupňom P 1 a pred druhým stupňom P 2 .

Pre optimálnu účinnosť homogenizácie sa zvyčajne používa dvojstupňový variant. Požadované výsledky však možno získať, ak pomer P2:P1 je približne 0,2. Na homogenizáciu sa používa jednostupňová verzia

• nízkotučné výrobky
• produkty vyžadujúce vysokú viskozitu (tvorba určitých aglomerátov).
• vo výrobkoch vyžadujúcich nízku viskozitu
• na dosiahnutie maximálnej účinnosti homogenizácie (mikronizácie).

Obrázok 3 ukazuje tvorbu a deštrukciu nahromadenia tukových guľôčok v druhom stupni homogenizácie.

Vplyv homogenizácie na štruktúru a vlastnosti mlieka

Účinok homogenizácie je pozitívny vplyv na fyzickej štruktúre
a vlastnosti mlieka a prejavuje sa nasledovne:

• Zmenšenie veľkosti tukových guľôčok, ktoré zabráni usadzovaniu krému
• Belšia a príjemná farba
• Zvýšená odolnosť proti oxidácii tukov
• Vylepšená vôňa a chuť
• Zvýšená bezpečnosť fermentovaných mliečnych výrobkov vyrobených z homogenizovaného mlieka.

Homogenizácia má však aj určité nevýhody. Medzi nimi:

• Nemožnosť oddelenia homogenizovaného mlieka
• Mierne zvýšená citlivosť na svetlo, ako zo slnka, tak aj zo žiariviek, môže viesť k takzvanej slnečnej chuti.
• Znížená tepelná odolnosť - obzvlášť výrazná pri testovaní prvej fázy homogenizácie, homogenizácie odstredeného mlieka a v iných prípadoch, ktoré prispievajú k tvorbe tukových guľôčok
• Nevhodnosť mlieka na výrobu polotvrdých a tvrdých syrov, keďže zrazenina nebude dobre oddeľovať srvátku.

Homogenizátor

Na zabezpečenie maximálnej účinnosti homogenizácie sú zvyčajne potrebné homogenizátory vysoký tlak.

Produkt vstupuje do čerpacej jednotky, kde je natlakovaný piestovým čerpadlom. Úroveň vytvoreného tlaku závisí od protitlaku, ktorý je určený vzdialenosťou medzi piestom a sedlom v homogenizačnej hlave. Tlak P 1 vždy znamená tlak homogenizácie. P2 je protitlak prvého stupňa homogenizácie alebo tlak na vstupe do druhého stupňa.

Obr.4 Homogenizátor je veľké vysokotlakové čerpadlo s protitlakovým zariadením.
1 Hlavný hnací motor
Pohon 2 klinovým remeňom
3 Tlakomer
4 Kľukový mechanizmus
5 piest
6 Tesnenie piestu
7 Blok čerpadla z liatej nehrdzavejúcej ocele
8 ventilov
9 Homogenizačná hlava
10 Hydraulický systém

Obr.5 Jednostupňová homogenizácia. Schéma homogenizačnej hlavy:
1 ventil
2 Nárazový krúžok
3 Sedlo
4 Hydraulický pohon

Vysokotlakové čerpadlo

Piestové čerpadlo je poháňané silným elektromotorom (poz. 1 na obr. 4) cez kľukový hriadeľ a ojnice - tento prevod prevádza rotáciu motora na vratný pohyb piestov čerpadla.

Piesty (poz. 5) sa pohybujú v bloku vysokotlakových valcov.
Sú vyrobené z vysoko pevného materiálu. Piesty sú vybavené dvojitými tesneniami. Voda sa privádza do priestoru medzi tesneniami na chladenie piestov. Môže sa tam privádzať aj horúci kondenzát, aby sa zabránilo opätovnej kontaminácii produktu mikroorganizmami počas prevádzky homogenizátora. Je tiež možné použiť horúci kondenzát na udržanie podmienok aseptickej výroby produktu počas prevádzky homogenizátora.

Homogenizačná hlava

Obrázky 5 a 6 znázorňujú homogenizačnú hlavu a jej hydraulický systém. Piestové čerpadlo zvyšuje tlak mlieka z 300 kPa (3 bar) na vstupe na homogenizačný tlak 10-15 MPa (100-240 bar), v závislosti od typu produktu. Tlak na vstupe do prvého stupňa pred mechanizmom (homogenizačný tlak) je automaticky udržiavaný konštantný. Tlak oleja na hydraulický piest a homogenizačný tlak na ventil sa navzájom vyrovnávajú. Homogenizátor je vybavený jednou spoločnou olejovou nádržou bez ohľadu na to, či ide o jednostupňovú alebo dvojstupňovú verziu. V dvojstupňovom homogenizátore sú však dva hydraulické systémy, každý s vlastným čerpadlom. Nový homogenizačný tlak sa nastavuje zmenou tlaku oleja. Homogenizačný tlak je indikovaný na vysokotlakovom manometri.

V prvej fáze prebieha proces homogenizácie. Druhý slúži hlavne na dva účely:

Vytvorenie konštantného a kontrolovaného protitlaku smerom k prvému stupňu, čím sa zabezpečia optimálne podmienky homogenizácie

Zničenie lepkavých zhlukov tukových guľôčok, ktoré sa tvoria ihneď po homogenizácii (pozri obr. 3).

Všimnite si, že homogenizačný tlak je tlak pred prvým stupňom, nie diferenčný tlak.

Časti homogenizačnej hlavy sú opracované na presnej brúske. Tlmičový krúžok je usadený na svojom mieste tak, že jeho vnútorný povrch je kolmý na výstup zo štrbiny. Sedadlo je skosené pod uhlom 5 stupňov, aby produkt získal kontrolovanú akceleráciu, čím sa zabráni zrýchlenému opotrebovaniu, ktoré by inak bolo nevyhnutné.

Mlieko pod vysokým tlakom preniká medzi sedlo a ventil. Šírka medzery je približne 0,1 mm, čo je 100-násobok priemeru tukového tlaku vytvoreného piestovým čerpadlom, premeneného na kinetickú energiu. Časť tejto energie sa po prechode mechanizmom opäť premení na tlak. Druhá časť sa uvoľňuje ako teplo; každý pokles tlaku o 40 barov po prechode mechanizmom zvýši teplotu o 1°C. Na homogenizáciu sa vynaloží menej ako 1 % všetkej tejto energie, a predsa vysokotlaková homogenizácia zostáva najviac efektívna metóda zo všetkých momentálne dostupných.

Obr.6
dvojstupňová homogenizácia.
1 Prvá etapa
2 Druhá etapa

Účinnosť homogenizácie

Účel homogenizácie závisí od spôsobu aplikácie. V súlade s tým sa menia aj metódy hodnotenia účinnosti.

V súlade so Stokesovým zákonom je rýchlosť rastu častice určená nasledujúcim vzorcom, kde: v je rýchlosť

q je gravitačné zrýchlenie p je veľkosť častice η hp je hustota kvapaliny η ip je hustota častice t je viskozita

Alebo v = konštanta x p 2

Zo vzorca vyplýva, že zmenšenie veľkosti častíc je efektívnym spôsobom zníženie zvýšenia rýchlosti. Preto zníženie veľkosti častíc v mlieku vedie k spomaleniu rýchlosti usadzovania smotany.

Analytické metódy

Analytické metódy na stanovenie účinnosti homogenizácie môžu byť
rozdelené do dvoch skupín:

I. Stanovenie rýchlosti usadzovania krému

Najstarší spôsob, ako určiť čas usadzovania smotany, je odobrať vzorku, nechať ju odležať určitý čas a potom analyzovať obsah tuku v rôznych vrstvách. Na tomto princípe je založená metóda USPH. Napríklad jednolitrová vzorka sa nechá zrieť 48 hodín, potom sa obsah tuku v Horná vrstva(100 ml), ako aj vo všetkom ostatnom mlieku. Homogenizácia sa považuje za uspokojivú, ak je hmotnostný podiel tuku v spodnej vrstve 0,9-krát menší ako v hornej vrstve.

Metóda NIZO je založená na rovnakom princípe. Podľa tohto spôsobu sa vzorka s objemom povedzme 25 ml podrobí centrifugácii počas 30 minút pri 1000 otáčkach za minútu pri 40 °C a polomere 250 mm. Obsah tuku v spodnej vrstve 20 ml sa potom vydelí obsahom tuku v celej vzorke a výsledok sa vynásobí 100. Tento pomer sa nazýva hodnota NIZO. Pri pasterizovanom mlieku je to zvyčajne 50 – 80 %.

II. Frakčná analýza

Distribúciu veľkosti častíc alebo kvapôčok vo vzorke je možné určiť osvedčenou metódou pomocou nastavenia laserovej difrakcie (pozri obr. 7), ktorá vysiela laserový lúč do vzorky v kyvete. Stupeň rozptylu svetla bude závisieť od veľkosti a počtu častíc obsiahnutých v skúmanom mlieku.

Výsledok je znázornený vo forme grafov distribúcie veľkosti častíc. Hmotnostné percento tuku je uvedené ako funkcia veľkosti častíc (veľkosť tukových guľôčok). Obrázok 8 ukazuje tri typické grafy distribúcie veľkosti tukových guľôčok. Všimnite si, že keď sa homogenizačný tlak zvyšuje, graf sa posúva doľava.

Spotreba energie a jej vplyv na teplotu

Dodávané elektrická energia, potrebný na homogenizáciu, je vyjadrený nasledujúcim vzorcom:

Homogenizátor vo výrobnej linke

Homogenizátor sa zvyčajne inštaluje na začiatok linky, t.j. pred konečnú vykurovaciu sekciu vo výmenníku tepla. Väčšina pasterizačné závody na výrobu konzumného mlieka pre spotrebiteľský trh je homogenizátor umiestnený za prvým regeneračným úsekom.

Pri výrobe sterilizovaného mlieka sa homogenizátor zvyčajne umiestňuje na začiatok procesu vysokoteplotnej úpravy v nepriamo ohrievanom systéme a vždy na konci procesu v systéme priameho ohrevu produktu, t.j. v aseptickej časti závodu po sekcii sterilizácie produktu. V tomto prípade sa používa aseptická verzia homogenizátora vybavená špeciálnymi piestovými tesneniami, tesneniami, sterilným kondenzátorom a špeciálnymi aseptickými klapkami.

Aseptický homogenizátor je inštalovaný za sterilizačnou sekciou jednotiek s priamym ohrevom produktov v prípade výroby mliečnych výrobkov s podielom tuku nad 6-10% a/alebo s vysokým obsahom bielkovín. Ide o to, že pri veľmi vysoké teploty spracovaním v mlieku s vysokým obsahom tuku a/alebo bielkovín vznikajú akumulácie tukových guľôčok a kazeínových miciel. Aseptický homogenizátor umiestnený za sterilizačnou sekciou rozkladá tieto aglomerované častice.

Kompletná homogenizácia

Úplná homogenizácia je najbežnejšou metódou homogenizácie konzumného mlieka a mlieka určeného na výrobu fermentovaných mliečnych výrobkov. Obsah tuku v mlieku a niekedy aj obsah
suché odtučnené zvyšky (napríklad pri výrobe jogurtu) sa pred homogenizáciou normalizujú.

Samostatná homogenizácia

Samostatná homogenizácia znamená, že väčšina odstredeného mlieka nie je homogenizovaná. Smotana a malé množstvo odstredeného mlieka sa homogenizujú. Tento spôsob homogenizácie sa zvyčajne používa pre pasterizované konzumné mlieko. Hlavnou výhodou oddelenej homogenizácie je jej relatívna hospodárnosť. Celková spotreba energie sa zníži až o 65 % vďaka menšiemu množstvu mlieka, ktoré prejde cez homogenizátor.

Keďže najvyššiu účinnosť homogenizácie možno dosiahnuť, ak mlieko obsahuje minimálne 0,2 g kazeínu na 1 g tuku, odporúčaný maximálny obsah tuku je 12 %. Hodinový výkon zariadenia, v ktorom sa vykonáva oddelená homogenizácia, možno určiť podľa nasledujúceho vzorca.

Produkcia pasterizovaného normalizovaného mlieka (Q sm) za hodinu bude približne 9690 litrov. Ak dosadíme toto číslo do vzorca 2, dostaneme,
že hodinový výkon homogenizátora je približne 2900 litrov,
teda asi tretinu jeho celkového výkonu.

Schéma tokov v zariadení pre čiastočne homogenizované mlieko je znázornené na obr.10.

Vplyv homogenizovaných mliečnych výrobkov na ľudský organizmus

Začiatkom 70. rokov 20. storočia prišiel americký vedec K. Oster (K. Oster) s hypotézou, že homogenizácia mlieka umožňuje enzýmu xantínoxidáze preniknúť cez črevá do obehového systému. (Oxidáza je enzým, ktorý katalyzuje pridávanie kyslíka do substrátu alebo odstraňovanie vodíka zo substrátu.) Podľa Ostera xantínoxidáza prispieva k procesu poškodenia krvných ciev a vedie k ateroskleróze.

Túto hypotézu vedci zamietli s odôvodnením, že samotné ľudské telo produkuje tisíckrát veľké množstvá tohto enzýmu, než by mu teoreticky mohlo priniesť homogenizované mlieko.

Takže homogenizácia mlieka nemôže byť na škodu. Z nutričného hľadiska neprináša homogenizácia žiadne špeciálne zmeny, snáď okrem toho, že tuk a bielkoviny sa v homogenizovaných produktoch odbúravajú rýchlejšie a ľahšie.

Oster má však pravdu, že oxidačné procesy môžu byť pre ľudský organizmus škodlivé a že strava je pre zdravie dôležitá.

Homogenizácia je drvenie (disperzia) tukových guľôčok vystavením mlieka alebo smotany významným vonkajším silám. Počas spracovania sa zmenšuje veľkosť tukových guľôčok a rýchlosť stúpania. Dochádza k redistribúcii obalovej hmoty tukovej guľôčky, stabilizuje sa tuková emulzia a nedochádza k usadzovaniu homogenizovaného mlieka.

Homogenizátory ventilového typu sa používajú na spracovanie mlieka a smotany, aby sa zabránilo ich oddeleniu počas skladovania.

Homogenizátory-zmäkčovadlá rotačného typu sa používajú na zmenu konzistencie mliečnych výrobkov ako sú tavené syry a maslo. V masle spracovanom s ich pomocou sa vodná fáza rozptýli, vďaka čomu sa produkt lepšie skladuje.

Princíp činnosti homogenizátorov ventilového typu, ktoré sú najpoužívanejšie, je nasledujúci. Vo valci homogenizátora je mlieko vystavené mechanickému pôsobeniu pri tlaku 15...20 MPa. Keď sa ventil zdvihne a mierne otvorí úzku medzeru, mlieko vytečie z valca. To je možné pri dosiahnutí prevádzkového tlaku vo valci. Pri prechode úzkou kruhovou medzerou medzi sedlom a ventilom sa rýchlosť mlieka zvyšuje z nuly na hodnotu presahujúcu 100 m/s. Tlak v prúde prudko klesá a kvapka tuku, ktorá spadla do takého prúdu, sa vytiahne a potom sa v dôsledku pôsobenia síl povrchového napätia rozdrví na malé kvapôčky-častice.

Pri prevádzke homogenizátora na výstupe z ventilovej medzery sa často pozoruje priľnavosť drvených častíc a tvorba „zhlukov“, ktoré znižujú účinnosť homogenizácie. Aby sa tomu zabránilo, používa sa dvojstupňová homogenizácia, pričom v prvom stupni sa vytvorí tlak rovnajúci sa 75 % pracovného tlaku, v druhom stupni sa nastaví pracovný tlak.

Ryža. 2.22. Homogenizačná hlava

Pre homogenizáciu by teplota surového mlieka mala byť 60...65 °C. Nižšie teploty zvyšujú usadzovanie tuku, zatiaľ čo vyššie teploty môžu vyzrážať srvátkové bielkoviny.

Homogenizátor s dvojstupňovou homogenizačnou hlavou pozostáva z rámu, tela, piestového bloku, homogenizačnej hlavy, pohonu a kľukového mechanizmu.

Obr.2.23. Homogenizátor A1-OGM-5:

1 - elektromotor; 2 - lôžko s pohonom; 3 - kľukový mechanizmus s mazacími a chladiacimi systémami; 4 - piestový blok s homogenizačnými a manometrickými hlavicami a poistným ventilom; 5 - manometrická hlava; 6- homogenizačná hlava; 7- Prevod klinovým remeňom

V prípade, že pri homogenizácii je potrebné vylúčiť prístup mikroorganizmov k spracovávanému produktu, používajú sa špeciálne aseptické homogenizačné hlavy. V takýchto hlavách je priestor obmedzený dvoma tesniacimi prvkami zásobovaný horúcou parou o tlaku 30...60 kPa. Táto zóna vysokej teploty pôsobí ako bariéra, ktorá bráni baktériám vniknúť do valca homogenizátora.

Homogenizátory-plastifikátory sa líšia od homogenizátorov ventilového typu princípom činnosti a zariadením. Pracovným orgánom v nich je rotor, ktorý môže mať rôzny počet lopatiek - 12, 16 alebo 24.

Homogenizátor-plastifikátor pozostáva z rámu, tela so skrutkami, prijímacej násypky a pohonu.

Obr.2.24. Súprava nástrojov na homogenizáciu homogenizátora:

1-pevný krúžok; 2- pohyblivý krúžok; 3 - lopatkové koleso; 4- bunker; 5 - pohyblivý nôž; 6- telo; 7- pevný nôž; 8- vykladací rotor; 9- hriadeľ homogenizátora

Pohon umožňuje nastaviť frekvenciu otáčania podávacích skrutiek (pomocou variátora) v rozmedzí 0,2 ... 0,387 s 1 . Rýchlosť rotora s lopatkami nie je nastaviteľná a je 11,86 s“.

Princíp činnosti stroja je nasledujúci. Maslo sa privádza do bunkra, odkiaľ sa pomocou dvoch protibežných skrutiek pretláča cez rotor a vystupuje z trysky s membránou do bunkra plniaceho stroja. Aby sa zabránilo lepeniu oleja, pracovné časti homogenizátora sú pred začatím práce namazané špeciálnym horúcim roztokom. Výkon homogenizátora závisí od frekvencie otáčania podávacích skrutiek a je 0,76 ... 1,52 m 3 / h. Výkon pohonu stroja je 18,3 kW.

Homogenizátor YAZ-OGZ je určený na spracovanie roztavenej syrovej hmoty pri výrobe taveného syra a skladá sa z týchto častí: základňa, telo, sada homogenizačných nástrojov, násypka, vykladač a pohon.

Základňa slúži na pripevnenie komponentov homogenizátora k nej. Puzdro obsahuje pracovné jednotky a tesniace zariadenia.

Homogenizačný nástroj na podávanie, mletie a miešanie roztavenej syrovej hmoty je vyrobený vo forme pohyblivých a pevných nožov oddelených dištančnými krúžkami, ako aj nakladacieho obežného kolesa a vykladacieho rotora. Pohyblivé nože majú špeciálne drážky vytvorené pod určitým uhlom ku koncovému povrchu, čo uľahčuje pohyb drveného produktu k vykladaciemu zariadeniu. Hriadeľ homogenizačného nástroja sa otáča s frekvenciou 49 s 1 .

Bunker na príjem a akumuláciu syrovej hmoty má tepelne izolačný plášť.

Vykladacie zariadenie v podobe dvoch rúrok spojených navzájom pomocou žeriavu slúži na vyloženie homogenizovanej hmoty do dávkovača plničky.

Pohon tvorí 11 kW motor určený na prenos rotácie z hriadeľa na pohyblivú časť homogenizačného nástroja.

Spracovanie produktu na homogenizátore YAZ-OGZ sa uskutočňuje nasledovne. Roztopená syrová hmota sa periodicky alebo kontinuálne privádza do násypky homogenizátora. Pôsobením vákua vytvoreného nakladacím obežným kolesom sa produkt dostáva do homogenizačného nástroja, v ktorom sa postupným prechodom cez pohyblivé a pevné nože homogenizuje a privádza do vykladacieho zariadenia.

Použitie homogenizátora umožňuje upustiť od technologickej operácie filtrovania syrovej hmoty za účelom odstránenia jej neroztopených častíc.