Đồng nhất hóa là quá trình xử lý cơ học các nguyên liệu thô đi qua bộ lọc sữa, nhờ đó các hạt chất béo bị phân tán (nghiền) dưới tác động của ngoại lực - áp suất, dòng điện tần số cao, siêu âm, v.v.

Tại sao cần phải đồng nhất hóa?

Khi bảo quản đổ lon sữa sản phẩm, mỡ nổi lên bề mặt do nhẹ hơn huyết tương (ngược lại). Các nguyên liệu thô đã được giải quyết. Một khối mỡ lớn nhô lên các lớp trên và va chạm với những khối mỡ khác giống như vậy. Dưới ảnh hưởng của globulin miễn dịch, quá trình ngưng kết xảy ra (dán các nguyên tố riêng lẻ và kết tủa của chúng từ một hỗn hợp đồng nhất). Kết quả là tính nhất quán thay đổi và chất lượng giảm xuống, điều này là không mong muốn. Nếu các hạt mỡ bị vỡ thành từng mảnh nhỏ thì chúng sẽ không dính lại với nhau thành một lớp màng trên bề mặt.

Tốc độ tăng lên của một giọt chất béo phụ thuộc vào kích thước của nó - càng lớn thì càng nhanh. Theo công thức Stokes, nó tỷ lệ thuận với bình phương bán kính của khối. Kích thước của các giọt chất béo dao động từ 0,5 đến 18 micron. Sau khi đồng nhất, nó giảm khoảng 10 lần (kích thước đầu ra trung bình là 0,85 µm). Điều này có nghĩa là chúng sẽ trôi chậm hơn 100 lần. Ngoài ra, đối với những cục nhỏ có kích thước dưới 1 micron thì lực đẩy lẫn nhau lớn hơn lực hút.

Trong quá trình nghiền nát chất béo, chất vỏ của nó được phân phối lại. Một số phosphatit đi vào huyết tương và protein huyết tương đi tới lớp vỏ ngoài của những quả bóng nhỏ. Nhờ những yếu tố này mà nhũ tương béo trong sữa được ổn định. Tại bằng cấp cao phân tán, quá trình lắng không được quan sát, chất béo không nổi, bình sữa chứa đầy sản phẩm chất lượng cao hơn. Kem, phô mai, bơ, v.v., được làm từ nguyên liệu thô đồng nhất (đồng nhất), có đặc tính cảm quan và tính nhất quán tốt nhất, chất dinh dưỡngđược cơ thể hấp thụ nhanh hơn và đầy đủ hơn.

Đồng nhất hóa giúp:

• Sữa hoặc kem tiệt trùng đổ vào thùng chứa bằng thép không gỉ, thu được hàm lượng chất béo, màu sắc và mùi vị đồng đều.
• Sữa và kem tiệt trùng được bảo quản tốt hơn.
• Màng béo không hình thành trên các sản phẩm sữa lên men và các cục protein bền hơn và có độ đặc tốt hơn.
• Trong sữa đặc đóng hộp, khi bảo quản lâu ngày, pha chất béo không được giải phóng.
• Sữa bột nguyên chất có ít chất béo tự do hơn, không có vỏ protein - điều này dẫn đến quá trình oxy hóa.
• Đồ uống sữa lên men hoàn nguyên, kem và sữa không có dư vị như nước, hương vị của sản phẩm trở nên đậm đà hơn.
• Sữa có chất độn (ví dụ như ca cao) trở nên nhớt hơn, không có cặn và có hương vị ngon hơn.

Cơ chế đồng nhất

Nên đồng nhất hóa sau khi sữa đã đi qua tắm tiệt trùng lâu dài.

Đối với điều này, các loại thiết bị khác nhau được sử dụng. Phổ biến nhất là các đơn vị loại van. Về cốt lõi, chúng là máy bơm pít tông áp suất cao. Chất lỏng bị đẩy qua các lỗ rất nhỏ. Đồng thời, tốc độ dòng chảy tăng mạnh. Các hạt chất béo bị nghiền nát và tạo thành các cục nhỏ ngay lập tức được bao phủ bởi một lớp vỏ protein. Tại sao điều này xảy ra sẽ được thảo luận trong phần thứ hai của bài viết.

Máy đồng nhất được thiết kế để nghiền các hạt chất béo trong sữa, các sản phẩm từ sữa dạng lỏng và hỗn hợp kem. Chúng được sử dụng trong nhiều dây chuyền công nghệ cho sữa và các sản phẩm từ sữa. Các thiết bị khác cũng được biết đến để đồng nhất sữa (chất nhũ hóa, chất nhũ hóa, máy rung, v.v.), nhưng nó kém hiệu quả hơn.

Các chất đồng nhất dạng van được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành sữa là K5 - OG2A - 1,25; A1 - OGM 2.5 và A1 - OGM là máy bơm đa pít tông áp suất cao có đầu đồng nhất. Thiết bị đồng nhất bao gồm các bộ phận chính sau: cơ cấu tay quay có hệ thống bôi trơn và làm mát, khối pít tông có đầu đồng nhất và đầu áp suất, van an toàn và khung. Việc truyền động được thực hiện từ động cơ điện sử dụng bộ truyền đai chữ V. Cơ cấu tay quay chuyển đổi chuyển động quay, được truyền bằng bộ truyền đai chữ V từ động cơ điện, đến chuyển động tịnh tiến của pít tông. Sau đó, thông qua các vòng đệm môi, đi vào các buồng làm việc của khối pít tông và thực hiện các hành trình hút và xả, tạo ra áp suất cần thiết của chất lỏng được đồng nhất hóa. Cơ cấu thanh nối tay quay của bộ đồng nhất được mô tả bao gồm một trục khuỷu được gắn trên hai ổ đũa côn; mũ mang; thanh kết nối có nắp và lớp lót; thanh trượt được nối trục với các thanh nối bằng ngón tay; kính; con dấu; nắp vỏ và ròng rọc dẫn động, đúc hẫng đến cuối trục khuỷu. Khoang bên trong của cơ cấu tay quay là bể dầu. Đèn báo dầu và nút xả được gắn trên thành sau của vỏ. Trong bộ đồng nhất K5 - OG2A - 1.25, việc bôi trơn các bộ phận cọ xát của cơ cấu tay quay được thực hiện bằng cách phun dầu bằng trục khuỷu quay. Thiết kế của vỏ và tải trọng tương đối nhỏ lên cơ cấu tay quay của bộ đồng nhất K5 - OG2A - 1.25 cho phép dầu đặt bên trong vỏ được làm mát do truyền nhiệt từ bề mặt sang môi trường. Chỉ có pít tông được làm mát bằng nước máy. Trong các chất đồng hóa A1 - OGM - 2.5 và A1 - OGM, kết hợp với việc phun dầu vào bên trong thân máy, chúng sử dụng hệ thống cưỡng bức bôi trơn các cặp cọ xát chịu tải nhiều nhất, làm tăng khả năng truyền nhiệt. Dầu trong các thiết bị đồng nhất này được làm mát bằng nước dẫn nhiệt, đi vào cuộn dây của thiết bị làm mát đặt dưới đáy vỏ và các pít tông nước máy, cho chúng ăn qua một lỗ trên đường ống. Hệ thống được trang bị công tắc dòng chảy để kiểm soát dòng chảy của nước. Một khối pít tông được gắn vào vỏ trục khuỷu bằng hai chốt, được thiết kế để hút sản phẩm từ đường cung cấp và bơm dưới áp suất cao vào đầu đồng nhất. Khối pít tông bao gồm thân, pít tông, vòng đệm môi, nắp dưới, nắp trên và mặt trước, van hút và xả, đế van, miếng đệm, ống lót, lò xo, mặt bích, khớp nối và bộ lọc trong kênh hút của khối. Ở mặt phẳng cuối của khối pít tông có một đầu đồng nhất được thiết kế để thực hiện đồng nhất hai giai đoạn của sản phẩm do nó đi qua áp suất cao qua khe hở giữa van và đế van trong mỗi hệ thống giai đoạn. Đầu đồng hồ đo áp suất được gắn vào mặt phẳng phía trên của khối pít tông để kiểm soát áp suất đồng nhất. Đầu đồng hồ đo áp suất có thiết bị tiết lưu giúp giảm biên độ dao động của kim đồng hồ đo áp suất một cách hiệu quả. Đầu đồng hồ đo áp suất bao gồm thân, kim, phớt, đai ốc siết, vòng đệm và đồng hồ đo áp suất có phớt màng. Trong mặt phẳng cuối của khối pittông ở phía đối diện với chỗ lắp đầu đồng nhất, có van an toàn, điều này ngăn cản áp suất đồng nhất tăng lên trên áp suất danh nghĩa. Van an toàn bao gồm vít, đai ốc khóa, chân, lò xo, van và đế van. Van an toàn được điều chỉnh đến áp suất đồng nhất tối đa bằng cách xoay vít áp suất, tác động lên van thông qua một lò xo. Khung đồng nhất là một cấu trúc đúc hoặc hàn được làm bằng các kênh được phủ bằng thép tấm. Trục khuỷu được lắp ở mặt phẳng trên của khung. Bên trong, một tấm đặt thiết bị điện được gắn bản lề trên hai giá đỡ. động cơ. Ngoài ra, tấm được đỡ bằng vít điều chỉnh đai chữ V. Giường có 4 giá đỡ có thể điều chỉnh độ cao. Các cửa sổ bên của khung được đóng lại bằng nắp có thể tháo rời. Sữa hoặc sản phẩm từ sữađược cung cấp bởi một máy bơm vào kênh hút của khối pít tông. Từ khoang làm việc của khối, sản phẩm dưới áp suất đi qua van xả và đầu đồng nhất đi với tốc độ cao qua khe hở phía trước được hình thành giữa bề mặt đất của van đồng nhất và chỗ tựa của nó. Trong trường hợp này, pha lỏng của sản phẩm bị phân tán. Từ thiết bị đồng nhất, sản phẩm được đưa qua đường ống sữa để xử lý tiếp hoặc bảo quản sơ bộ.

Các đầu đồng nhất phải chịu một số thay đổi nhỏ, tuy nhiên, nguyên tắc thiết kế của chúng vẫn không thay đổi cho đến ngày nay. Hình thức bề mặt làm việc van thường phẳng, hình búp bê hoặc hình nón với góc côn nhẹ. Bộ đồng nhất có van phẳng có các rãnh đồng tâm có các rãnh giống nhau trên bề mặt ghế. Do đó, hình dạng của đường dẫn sữa thay đổi theo hướng xuyên tâm, góp phần tạo nên sự đồng nhất tốt hơn. Sản phẩm lỏng có thể được bơm vào đầu bằng bất kỳ máy bơm nào có dòng chảy đồng đều và có khả năng tạo ra áp suất cao. Với mục đích này, cần có nhiều pít tông, quay và máy bơm trục vít. Được sử dụng rộng rãi nhất là máy đồng nhất áp suất cao với máy bơm ba pít tông.

Sơ đồ thiết kế của bộ đồng nhất pít tông kiểu van được thể hiện trong hình. 3

Khi pít tông di chuyển sang trái, sữa đi qua van hút 3 vào xi lanh, khi pít tông di chuyển sang phải sẽ được đẩy qua van 4 vào buồng xả, trên đó lắp đồng hồ đo áp suất 10 để kiểm soát áp suất. . Tiếp theo, sữa chảy qua kênh vào đầu 5, tại đó sữa ép vào van 7, ép vào ghế 6 bằng lò xo 8. Độ căng của lò xo được điều chỉnh bằng vít 11. Van và ghế được nối đất với nhau. Ở vị trí không hoạt động, van được ép chặt vào ghế bằng lò xo số 8, lò xo này đã trở thành vít điều chỉnh 11, và ở vị trí làm việc, khi chất lỏng được bơm vào, van được nâng lên bởi áp suất chất lỏng và ở trạng thái “ trạng thái nổi”. Một chỉ báo đặc trưng của các chế độ đồng nhất, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh máy, là áp suất đồng nhất. càng cao thì quá trình phân tán càng hiệu quả. Áp suất được điều chỉnh bằng vít 11, được hướng dẫn bởi số đọc của đồng hồ đo áp suất 10. Khi vít được vặn vào, áp suất lò xo lên van tăng lên, do đó, chiều cao của khe hở van tăng lên. Điều này dẫn đến sự gia tăng lực cản thủy lực khi chất lỏng di chuyển qua van, tức là làm tăng áp suất cần thiết để đẩy một lượng chất lỏng nhất định.

Khả năng bơm pít tông tạo ra áp suất cao sẽ gây nguy hiểm cho sự an toàn của các bộ phận nếu kênh dẫn trong đế van bị tắc. Do đó, bộ đồng nhất được trang bị van an toàn số 9, qua đó chất lỏng thoát ra khi áp suất trong máy cao hơn mức cài đặt. Áp suất mở van an toàn được điều chỉnh bằng cách siết chặt lò xo bằng vít.

Trong bộ lễ phục. Hình 4 cho thấy một thiết bị đồng nhất có tiết lưu kép, trong đó chất lỏng lần lượt đi qua hai đầu làm việc. Ở mỗi đầu, áp suất lò xo lên van được điều chỉnh riêng bằng vít riêng. Ở những cái đầu như vậy, quá trình đồng nhất hóa xảy ra theo hai giai đoạn.

Áp suất làm việc trong buồng xả bằng tổng của cả hai hiệu số. Việc sử dụng đồng nhất hóa hai giai đoạn chủ yếu là do trong nhiều nhũ tương sau khi đồng nhất hóa ở giai đoạn đầu tiên, sự dính ngược của các hạt phân tán và sự hình thành các “cụm” được quan sát thấy ở đầu ra, làm xấu đi hiệu ứng phân tán.

Nhiệm vụ của giai đoạn thứ hai là phân mảnh và phân tán các đội hình tương đối không ổn định như vậy.

Điều này không đòi hỏi tác động cơ học đáng kể như vậy, do đó độ giảm áp suất ở giai đoạn phụ trợ thứ hai của bộ đồng nhất hóa ít hơn nhiều so với giai đoạn đầu tiên, mức độ đồng nhất hóa chủ yếu phụ thuộc vào hoạt động của nó.

Hình 4 - Sơ đồ đồng nhất hai giai đoạn

Trong thiết kế chung của máy đồng nhất hiện đại, các nguyên tắc và nguyên tắc cơ bản về thẩm mỹ kỹ thuật, vệ sinh và vệ sinh được sử dụng. Theo xu hướng mới trong việc phát triển thiết bị cho các doanh nghiệp sữa, các thiết kế đồng nhất mới được sắp xếp hợp lý, được lót và bọc bằng vỏ làm bằng thép không gỉ với bề mặt được đánh bóng.

Dựa trên hiệu suất của bộ đồng nhất và cân nhắc về thiết kế, chúng tôi chọn bộ đồng nhất nhãn hiệu A1 - OGM - 2.5 cho nguyên mẫu.

Đồng nhất hóa đã trở thành tiêu chuẩn Quy trình sản xuất, thường được sử dụng như một biện pháp giữ cho nhũ tương chất béo không bị tách ra dưới tác động của trọng lực. Gaulin, người đã phát triển quy trình này vào năm 1899, đã định nghĩa nó bằng tiếng Pháp là “Fixer la Composition des liquides”.

Đầu tiên, quá trình đồng nhất hóa dẫn đến sự phân hủy các hạt chất béo thành những hạt nhỏ hơn nhiều (xem Hình 1). Kết quả là, quá trình tạo kem bị giảm và xu hướng các hạt dính vào nhau hoặc tạo thành các khối kết tụ lớn cũng có thể giảm. Sữa đồng nhất chủ yếu được sản xuất bằng máy móc. Nó được điều khiển ở tốc độ cao thông qua một kênh hẹp.

Sự phá hủy các giọt chất béo đạt được nhờ sự kết hợp của các yếu tố như nhiễu loạn và tạo bọt. Kết quả là, đường kính của các quả bóng giảm xuống còn 1 micron và điều này đi kèm với sự gia tăng gấp bốn đến sáu lần diện tích bề mặt trung gian giữa chất béo và huyết tương. Do sự phân phối lại của chất màng bao phủ hoàn toàn các hạt chất béo trước khi chúng bị phá hủy, các hạt mới hình thành có lớp vỏ không đủ chắc chắn và dày. Những màng này cũng chứa protein huyết tương sữa được hấp phụ.

Fox và các đồng nghiệp của ông đã nghiên cứu phức hợp chất béo-protein thu được bằng cách đồng nhất hóa sữa. Ông đã chứng minh rằng casein là thành phần protein của phức hợp và nó có thể liên kết với phần chất béo thông qua lực hút phân cực. Ông cũng phát hiện ra rằng các mixen casein được kích hoạt khi chúng đi qua van đồng nhất, gây ra khuynh hướng tương tác với pha chất béo.

Yêu cầu quy trình

Điều kiện vật lý và nồng độ của phần chất béo trong quá trình đồng nhất ảnh hưởng đến kích thước của các giọt chất béo. Thực tế không thể đồng nhất hóa sữa lạnh, trong đó chất béo chủ yếu tồn tại ở trạng thái đông đặc. Chế biến sữa ở nhiệt độ 30 - 35°C dẫn đến phân tán không hoàn toàn phần chất béo. Quá trình đồng nhất hóa thực sự hiệu quả khi toàn bộ pha chất béo ở trạng thái lỏng và ở nồng độ bình thường đối với sữa. Thực phẩm có hàm lượng chất béo cao có xu hướng hình thành các khối chất béo tích tụ lớn, đặc biệt khi nồng độ whey protein thấp và hàm lượng chất béo cao. Kem có hàm lượng chất béo lớn hơn 12% không thể đồng nhất thành công ở áp suất cao tiêu chuẩn vì thiếu vật liệu màng (casein) khiến các giọt chất béo kết tụ lại thành cụm. Để đồng nhất hóa đủ hiệu quả, cần có 0,2 gam casein trên mỗi gam chất béo.

Quá trình đồng nhất được thực hiện dưới áp suất cao dẫn đến sự hình thành các hạt chất béo nhỏ. Khi nhiệt độ đồng nhất tăng lên, độ phân tán của pha chất béo tăng lên, tỷ lệ thuận với sự giảm độ nhớt của sữa ở nhiệt độ cao.

Thông thường, quá trình đồng nhất được thực hiện ở nhiệt độ từ 55 đến 80°C, dưới áp suất từ ​​10 đến 25 MPa (100-250 bar), tùy thuộc vào loại sản phẩm được xử lý.

Đặc tính dòng chảy

Khi một dòng chảy đi qua một kênh hẹp, tốc độ của nó sẽ tăng lên (xem Hình 2). Tốc độ sẽ tăng lên cho đến khi áp suất tĩnh giảm xuống mức chất lỏng sôi. Tốc độ tối đa chủ yếu phụ thuộc vào áp suất đầu vào. Khi chất lỏng rời khỏi khe hở, vận tốc giảm và áp suất bắt đầu tăng. Chất lỏng ngừng sôi và bong bóng hơi nổ tung.

Lý thuyết đồng nhất hóa

Qua nhiều năm áp dụng quá trình đồng nhất hóa, nhiều lý thuyết đã nảy sinh để giải thích cơ chế đồng nhất hóa ở mức cao.
áp lực. Hai lý thuyết giải thích hệ thống phân tán dầu-nước tương tự như sữa, trong đó đường kính của hầu hết các giọt nhỏ hơn 1 micron, vẫn chưa lỗi thời cho đến ngày nay.
Họ đưa ra lời giải thích về ảnh hưởng của các thông số khác nhau đến hiệu quả đồng nhất hóa.

Lý thuyết về sự phá hủy các quả bóng bởi các xoáy nước hỗn loạn (“vi xoáy”) dựa trên thực tế là trong một chất lỏng chuyển động với tốc độ cao, một số lượng lớn các vi dòng hỗn loạn phát sinh.

Nếu một dòng vi mô hỗn loạn va chạm với một giọt tương ứng với nó, thì giọt sau sẽ bị phá hủy. Lý thuyết này cho phép chúng ta dự đoán những thay đổi trong kết quả đồng nhất khi áp suất tác dụng thay đổi. Mối liên hệ này đã được tìm thấy trong nhiều nghiên cứu.

Mặt khác, lý thuyết tạo bọt cho rằng các giọt chất béo bị phá hủy bởi sóng xung kích do vụ nổ bong bóng hơi tạo ra. Theo lý thuyết này, sự đồng nhất xảy ra khi chất lỏng rời khỏi khe hở. Vì vậy, áp suất ngược cần thiết cho quá trình tạo bọt là rất quan trọng trong trường hợp này. Điều này đã được xác nhận trong thực tế. Tuy nhiên, có thể đồng nhất hóa mà không cần tạo bọt, nhưng trong trường hợp này nó kém hiệu quả hơn.

Hình 3 Sự phá hủy các giọt chất béo ở giai đoạn đồng nhất thứ nhất và thứ hai.
1 Sau giai đoạn đầu tiên
2 Sau giai đoạn thứ hai

Đồng nhất một giai đoạn và hai giai đoạn

Bộ đồng nhất có thể được trang bị một hoặc hai đầu đồng nhất nối tiếp. Do đó có tên: đồng nhất một giai đoạn và đồng nhất hai giai đoạn. Cả hai hệ thống được thể hiện trong Hình 5 và 6. Với quá trình đồng nhất một giai đoạn, toàn bộ mức giảm áp suất được sử dụng
trong một bước duy nhất. Với sự đồng nhất hai giai đoạn, tổng
áp suất được đo trước giai đoạn đầu tiên P 1 và trước giai đoạn thứ hai P 2.

Để đạt được hiệu quả đồng nhất hóa tối ưu, phương án hai giai đoạn thường được sử dụng. Nhưng kết quả mong muốn có thể đạt được nếu tỷ lệ P 2: P 1 xấp xỉ 0,2. Phiên bản một giai đoạn được sử dụng để đồng nhất hóa

• sản phẩm có hàm lượng chất béo thấp,
• sản phẩm đòi hỏi độ nhớt cao (hình thành các chất kết tụ nhất định).
• trong các sản phẩm yêu cầu độ nhớt thấp
• để đạt được thành tích hiệu quả tối đađồng nhất hóa (micronization).

Hình 3 cho thấy sự hình thành và phá hủy các cụm cầu mỡ ở giai đoạn đồng nhất thứ hai.

Ảnh hưởng của quá trình đồng nhất đến cấu trúc và tính chất của sữa

Hiệu ứng đồng nhất hóa có tác động tích cựcđến cấu trúc vật lý
và tính chất của sữa và được thể hiện như sau:

• Giảm kích thước của các hạt mỡ, ngăn ngừa kem lắng xuống
• Màu trắng và ngon miệng hơn
• Tăng khả năng chống oxy hóa chất béo
• Cải thiện mùi thơm và hương vị
• Tăng tính an toàn của các sản phẩm sữa lên men làm từ sữa đồng nhất.

Tuy nhiên, đồng hóa cũng có những nhược điểm nhất định. Trong số đó:

• Không có khả năng tách sữa đồng nhất
• Tăng nhẹ độ nhạy cảm với ánh sáng, cả từ ánh sáng mặt trời và từ đèn huỳnh quang- có thể dẫn tới cái gọi là vị nắng
• Giảm độ ổn định nhiệt - đặc biệt rõ rệt khi thử nghiệm giai đoạn đầu tiên của quá trình đồng nhất hóa, đồng nhất hóa sữa gầy và trong các trường hợp khác góp phần hình thành sự tích tụ các hạt chất béo
• Sữa không thích hợp để sản xuất pho mát bán cứng và cứng vì sữa đông sẽ tách váng sữa kém.

chất đồng nhất

Máy đồng nhất áp suất cao thường được yêu cầu để đảm bảo hiệu quả đồng nhất tối đa.

Sản phẩm đến máy bơm nơi áp suất của nó tăng lên bơm piston. Mức áp suất được tạo ra phụ thuộc vào áp suất ngược được xác định bởi khoảng cách giữa piston và mặt tựa trong đầu đồng nhất. Áp suất P 1 luôn có nghĩa là áp suất đồng nhất. P2 là áp suất ngược của giai đoạn đồng nhất thứ nhất hoặc áp suất ở đầu vào giai đoạn thứ hai.

Hình 4 Bộ đồng nhất là một máy bơm cao áp cỡ lớn có thiết bị tạo áp suất ngược.
1 Động cơ truyền động chính
2 bộ truyền động đai chữ V
3 Chỉ báo áp suất
4 Cơ cấu tay quay
5 pít-tông
6 Phốt pít-tông
7 Khối bơm bằng thép không gỉ đúc
8 van
9 Đầu đồng nhất
10 Hệ thống thủy lực

Hình 5 Đồng nhất hóa một giai đoạn. Sơ đồ đầu đồng nhất:
1 van
2 Vòng tác động
3 yên xe
4 Truyền động thủy lực

Máy bơm áp suất cao

Bơm piston được dẫn động bởi một động cơ điện mạnh mẽ (mục 1 trong Hình 4) thông qua trục khuỷu và các thanh kết nối - bộ truyền động này chuyển chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston bơm.

Piston (mục 5) di chuyển trong khối xi lanh cao áp.
Chúng được làm bằng vật liệu có độ bền cao. Các piston được trang bị con dấu đôi. Nước được cung cấp vào khoảng trống giữa các vòng đệm để làm mát piston. Nước ngưng nóng cũng có thể được cung cấp ở đó để ngăn chặn sự tái nhiễm bẩn của sản phẩm với vi sinh vật trong quá trình vận hành thiết bị đồng nhất. Cũng có thể sử dụng nước ngưng nóng để duy trì các điều kiện sản xuất sản phẩm vô trùng trong quá trình vận hành thiết bị đồng nhất.

Đầu đồng nhất

Hình 5 và 6 cho thấy đầu đồng nhất và hệ thống thủy lực. Bơm piston tăng áp suất sữa từ 300 kPa (3 bar) ở đầu vào lên áp suất đồng nhất 10-15 MPa (100-240 bar), tùy thuộc vào loại sản phẩm. Áp suất ở đầu vào đến giai đoạn đầu tiên trước cơ chế (áp suất đồng nhất) được tự động duy trì không đổi. Áp suất dầu trên piston thủy lực và áp suất đồng nhất trên van cân bằng lẫn nhau. Bộ đồng nhất được trang bị một thùng dầu chung, bất kể đó là phiên bản một cấp hay hai cấp. Tuy nhiên, trong thiết bị đồng nhất hai giai đoạn có hai hệ thống thủy lực, mỗi hệ thống có bơm riêng. Áp suất đồng nhất mới được thiết lập bằng cách thay đổi áp suất dầu. Áp suất đồng nhất được chỉ định trên đồng hồ đo áp suất cao.

Quá trình đồng nhất xảy ra ở giai đoạn đầu tiên. Thứ hai chủ yếu phục vụ hai mục đích:

Tạo áp suất ngược liên tục và được kiểm soát theo hướng của giai đoạn đầu, từ đó đảm bảo điều kiện tối ưu sự đồng hóa

Phá hủy các cụm cầu mỡ bám dính được hình thành ngay sau khi đồng nhất hóa (xem Hình 3).

Lưu ý rằng áp suất đồng nhất là áp suất ngược dòng của giai đoạn đầu tiên, không phải là giảm áp suất.

Các bộ phận của đầu đồng nhất được gia công chính xác máy nghiền. Vòng tác động được đặt vào đúng vị trí sao cho nó bề mặt bên trong vuông góc với lối ra khỏi khe. Chỗ ngồi được vát một góc 5 độ để cung cấp khả năng tăng tốc có kiểm soát cho sản phẩm, do đó ngăn chặn sự mài mòn tăng tốc có thể xảy ra.

Sữa dưới áp suất cao sẽ thấm vào giữa mặt ngồi và van. Chiều rộng của khe xấp xỉ 0,1 mm, gấp 100 lần đường kính của mỡ. Áp suất do bơm piston tạo ra được chuyển thành động năng. Một phần năng lượng này sau khi đi qua cơ chế sẽ lại được chuyển thành áp suất. Phần còn lại được giải phóng dưới dạng nhiệt; Cứ giảm 40 bar áp suất sau khi đi qua cơ chế này thì nhiệt độ sẽ tăng thêm 1°C. Ít hơn 1% tổng năng lượng này được sử dụng cho quá trình đồng nhất hóa, tuy nhiên quá trình đồng nhất hóa bằng áp suất cao vẫn là phổ biến nhất. phương pháp hiệu quả của tất cả những gì có sẵn ngày hôm nay.

Hình 6
Đồng nhất hai giai đoạn.
1 Giai đoạn đầu
2 Giai đoạn thứ hai

Hiệu suất đồng nhất

Mục đích của việc đồng nhất hóa phụ thuộc vào phương pháp ứng dụng của nó. Các phương pháp đánh giá hiệu quả cũng thay đổi tương ứng.

Theo định luật Stokes, tốc độ lớn lên của một hạt được xác định theo công thức sau, trong đó: v - tốc độ

q—gia tốc trọng trường p—kích thước hạt η hp—mật độ chất lỏng η ip—mật độ hạt t—độ nhớt

Hoặc v = hằng số x p 2

Từ công thức cho thấy sự giảm kích thước hạt là cách hiệu quả giảm tốc độ tăng lên. Do đó, việc giảm kích thước hạt trong sữa dẫn đến tốc độ lắng kem chậm hơn.

Phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích để xác định hiệu suất đồng nhất hóa có thể được áp dụng
chia thành hai nhóm:

I. Xác định tốc độ lắng của kem

Hầu hết cách cũ Việc xác định thời gian lắng của kem là lấy một mẫu, giữ trong một thời gian nhất định rồi phân tích hàm lượng chất béo trong các lớp khác nhau của kem. Phương pháp USPH dựa trên nguyên tắc này. Ví dụ, mẫu một lít được giữ trong 48 giờ, sau đó xác định hàm lượng chất béo ở lớp trên cùng (100 ml), cũng như trong phần còn lại của sữa. Quá trình đồng nhất được coi là đạt yêu cầu nếu phần khối lượng chất béo ở lớp dưới nhỏ hơn 0,9 lần so với lớp trên.

Phương pháp NIZO được xây dựng trên nguyên tắc tương tự. Trong phương pháp này, một mẫu có dung tích 25 ml được ly tâm trong 30 phút ở tốc độ 1000 vòng/phút ở nhiệt độ 40°C và bán kính 250 mm. Sau đó, hàm lượng chất béo của lớp dưới cùng 20 ml được chia cho hàm lượng chất béo của toàn bộ mẫu và kết quả được nhân với 100. Tỷ lệ này được gọi là giá trị NIZO. Đối với sữa tiệt trùng thường là 50-80%.

II. Phân tích phân số

Sự phân bố kích thước của các hạt hoặc giọt trong mẫu có thể được xác định bằng phương pháp được phát triển tốt bằng cách sử dụng thiết lập nhiễu xạ laser (xem Hình 7), phương pháp này sẽ gửi chùm tia laser vào mẫu nằm trong cuvet. Mức độ tán xạ ánh sáng sẽ phụ thuộc vào kích thước và số lượng hạt có trong sữa được thử nghiệm.

Kết quả được trình bày dưới dạng đồ thị phân bố kích thước hạt. Tỷ lệ phần trăm khối lượng chất béo được trình bày dưới dạng hàm của kích thước hạt (kích thước hạt chất béo). Hình 8 thể hiện ba biểu đồ điển hình về sự phân bố kích thước giọt mỡ. Lưu ý rằng khi áp suất đồng nhất tăng lên, đồ thị sẽ dịch chuyển sang trái.

Tiêu thụ năng lượng và ảnh hưởng của nó đến nhiệt độ

Công suất điện đầu vào cần thiết cho quá trình đồng nhất được biểu thị bằng công thức sau:

Máy đồng hóa trong dây chuyền sản xuất

Thông thường, bộ đồng nhất được lắp đặt ở đầu đường dây, nghĩa là trước phần gia nhiệt cuối cùng của bộ trao đổi nhiệt. Trong hầu hết các nhà máy thanh trùng để sản xuất sữa uống cho thị trường tiêu dùng, bộ đồng nhất được đặt sau phần tái sinh đầu tiên.

Trong sản xuất sữa tiệt trùng, thiết bị đồng nhất thường được đặt ở đầu quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, diễn ra trong một hệ thống có sưởi ấm gián tiếp sản phẩm và luôn ở cuối quá trình diễn ra trong hệ thống có sự gia nhiệt trực tiếp của sản phẩm, tức là. trong phần vô trùng của hệ thống lắp đặt sau khu vực khử trùng sản phẩm. Trong trường hợp này, một phiên bản vô trùng của thiết bị đồng nhất được sử dụng, được trang bị vòng đệm piston đặc biệt, miếng đệm, bình ngưng vô trùng và bộ giảm chấn vô trùng đặc biệt.

Một thiết bị đồng nhất vô trùng được lắp đặt sau phần khử trùng của hệ thống lắp đặt có gia nhiệt trực tiếp sản phẩm trong trường hợp sản xuất các sản phẩm sữa có tỷ lệ chất béo lớn hơn 6-10% và/hoặc có hàm lượng protein cao. Vấn đề là với rất nhiệt độ cao trong sữa có hàm lượng chất béo và/hoặc protein cao, các cụm cầu chất béo và mixen casein được hình thành. Một chất đồng nhất vô trùng được đặt sau phần khử trùng sẽ phá hủy các hạt kết tụ này.

Đồng nhất hoàn toàn

Đồng nhất hóa hoàn toàn là phương pháp phổ biến nhất để đồng nhất hóa sữa uống và sữa dùng để sản xuất các sản phẩm sữa lên men. Hàm lượng chất béo trong sữa và đôi khi là hàm lượng
Phần cặn khô không chứa chất béo (ví dụ như trong sản xuất sữa chua) được chuẩn hóa trước khi đồng nhất hóa.

Đồng nhất riêng biệt

Đồng nhất riêng biệt có nghĩa là phần lớn sữa gầy không được đồng nhất. Kem và một lượng nhỏ sữa gầy được đồng nhất. Phương pháp đồng nhất này thường được sử dụng cho sữa uống tiệt trùng. Ưu điểm chính của việc đồng nhất hóa riêng biệt là hiệu quả chi phí tương đối. Tổng mức tiêu thụ năng lượng giảm xuống khoảng 65% do lượng sữa đi qua máy đồng nhất ít hơn.

Vì hiệu quả đồng nhất hóa lớn nhất có thể đạt được nếu sữa chứa ít nhất 0,2 g casein trên 1 g chất béo nên hàm lượng chất béo tối đa được khuyến nghị là 12%. Năng suất theo giờ của quá trình lắp đặt trong đó thực hiện đồng nhất riêng biệt có thể được xác định bằng công thức sau.

Sản lượng sữa tiệt trùng bình thường (Q sm) mỗi giờ sẽ vào khoảng 9690 lít. Nếu chúng ta thay thế con số này vào công thức 2, chúng ta sẽ nhận được,
rằng năng suất hàng giờ của thiết bị đồng nhất là khoảng 2900 l.,
tức là khoảng một phần ba tổng công suất của nó.

Sơ đồ quy trình trong quá trình lắp đặt sữa đồng nhất một phần được thể hiện trong Hình 10.

Tác dụng của các sản phẩm sữa đồng nhất đối với cơ thể con người

Đầu những năm 1970, nhà khoa học người Mỹ K. Oster đã đưa ra giả thuyết rằng quá trình đồng nhất hóa sữa cho phép enzyme xanthine oxidase xâm nhập qua ruột vào hệ tuần hoàn. (Oxidase là một enzyme xúc tác quá trình bổ sung oxy vào chất nền hoặc tách hydro từ nó.) Theo Oster, xanthine oxidase góp phần vào quá trình tổn thương mạch máu và dẫn đến xơ vữa động mạch.

Giả thuyết này đã bị các nhà khoa học bác bỏ với lý do cơ thể con người tự sản xuất ra lượng enzyme này lớn hơn hàng nghìn lần so với lượng sữa đồng nhất về mặt lý thuyết có thể đưa vào nó.

Vì vậy, không có hại gì từ việc đồng nhất sữa. Từ quan điểm dinh dưỡng, quá trình đồng nhất hóa không mang lại bất kỳ thay đổi đặc biệt nào, có lẽ ngoại trừ việc trong các sản phẩm đồng nhất, chất béo và protein được phân hủy nhanh hơn và dễ dàng hơn.

Tuy nhiên, Oster đúng khi cho rằng quá trình oxy hóa có thể gây hại cho cơ thể con người và chế độ ăn uống rất quan trọng đối với sức khỏe.

Phương pháp xử lý cơ học sữa và các sản phẩm sữa dạng lỏng này nhằm mục đích tăng sự phân tán pha chất béo trong chúng, giúp loại bỏ sự lắng đọng chất béo trong quá trình bảo quản sữa, phát triển các quá trình oxy hóa, mất ổn định và khuấy trộn trong quá trình trộn và vận chuyển chuyên sâu.

Đồng nhất hóa nguyên liệu thô góp phần:

trong sản xuất sữa và kem tiệt trùng - đạt được tính đồng nhất (mùi vị, màu sắc, hàm lượng chất béo);

sữa và kem tiệt trùng - tăng thời hạn sử dụng;

các sản phẩm sữa lên men (kem chua, kefir, sữa chua, v.v.) - tăng cường độ và cải thiện tính nhất quán của cục protein và loại bỏ sự hình thành cặn mỡ trên bề mặt sản phẩm;

sữa đặc đóng hộp - ngăn chặn sự giải phóng pha béo trong quá trình bảo quản lâu dài;

sữa bột nguyên chất - giảm lượng chất béo sữa tự do không được vỏ protein bảo vệ, dẫn đến quá trình oxy hóa nhanh chóng dưới tác động của oxy trong khí quyển;

sữa hoàn nguyên, kem và đồ uống từ sữa lên men - tạo ra hương vị đầy đủ hơn cho sản phẩm và ngăn ngừa sự xuất hiện dư vị nước;

sữa với chất độn (ca cao, v.v.) - cải thiện hương vị, tăng độ nhớt và giảm khả năng hình thành cặn.

Việc phân tán các giọt chất béo, tức là giảm kích thước và sự phân bố đồng đều trong sữa, đạt được bằng cách tác dụng một lực bên ngoài đáng kể lên sữa (áp suất, siêu âm, xử lý điện tần số cao, v.v.) trong các máy đặc biệt - máy đồng nhất.

Phổ biến nhất trong ngành sữa là đồng nhất sữa bằng cách ép sữa qua khe van hình khuyên của đầu đồng nhất của máy. Các giọt chất béo đi qua khoảng trống này sẽ bị phân tán. Áp suất cần thiết được tạo ra bởi máy bơm. Trong quá trình sản xuất sữa nguyên chất, kích thước của các hạt chất béo giảm từ 3-4 micron xuống còn 0,7-0,8 micron.

Thành phần chính của thiết bị đồng nhất kiểu van hiện đại là đầu đồng nhất. Nó có thể là một hoặc hai giai đoạn. Giai đoạn thứ hai thường hoạt động ở áp suất thấp hơn giai đoạn đầu.

Việc sử dụng đồng nhất một hoặc hai giai đoạn tùy thuộc vào loại sản phẩm sữa được sản xuất.

Đồng nhất hóa hai giai đoạn với sự khác biệt lớnáp suất ở cả hai giai đoạn được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm sữa có hàm lượng chất béo cao (kem, hỗn hợp kem, v.v.).

Nó cho phép bạn phân tán (phá vỡ) sự tích tụ của các hạt chất béo. Để sản xuất các loại sản phẩm sữa khác, bao gồm cả sữa uống, có thể sử dụng phương pháp đồng nhất một giai đoạn.

Xử lý nhiệt sữa

Xử lý nhiệt là một trong những hoạt động công nghệ chính và cần thiết trong chế biến sữa được thực hiện nhằm mục đích khử trùng. Hiệu quả của quá trình xử lý nhiệt có liên quan đến độ ổn định nhiệt của sữa, được xác định bởi hàm lượng protein, thành phần muối và độ chua, do đó, phụ thuộc vào thời gian trong năm, thời kỳ cho con bú, tình trạng thể chất và giống vật nuôi, chế độ cho ăn và khẩu phần ăn, v.v.

Trong quá trình xử lý nhiệt, sữa và các sản phẩm từ sữa trải qua những thay đổi phức tạp về các đặc tính sinh hóa và lý hóa cũng như những biến đổi các thành phần sữa. Mục đích của quá trình xử lý nhiệt rất đa dạng, cụ thể là: giảm tổng số vi sinh vật và tiêu diệt các dạng gây bệnh, vô hoạt (hủy) enzyme sữa để tăng tính ổn định trong quá trình bảo quản lâu dài, mang lại hương vị, mùi, màu sắc và độ đặc đặc trưng, ​​​​tạo điều kiện nhiệt độ thuận lợi cho quá trình lên men, bay hơi, bảo quản cũng như các quá trình xử lý cơ học, v.v.

Xử lý nhiệt sữa là sự kết hợp giữa các chế độ nhiệt độ (làm nóng hoặc làm lạnh) và thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ này. Hơn nữa, thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ nhất định phải sao cho đạt được hiệu quả mong muốn. Trong ngành sữa xử lý nhiệt thực hiện ở nhiệt độ lên tới 100 và trên 100°C.

Khi đun nóng đến 100°C, chỉ các dạng thực vật trong sữa chết và ở nhiệt độ trên 100°C, các dạng thực vật và bào tử sẽ chết. Các quá trình xử lý nhiệt chính của sữa nhằm ức chế hoạt động sống của vi sinh vật là thanh trùng và khử trùng. Được sử dụng làm chất làm mát cho quá trình thanh trùng nước nóng và hơi nước bão hòa, và để khử trùng - hơi nước bão hòa.

Ngoài ra, trong quá trình xử lý nhiệt, sữa còn được làm mát, gia nhiệt (gia nhiệt) và xử lý nhiệt chân không.

Phương thức xử lý nhiệt sữa để sản xuất từng loại sản phẩm được xác định theo hướng dẫn công nghệ. Trong trường hợp này, sữa được đun nóng đến nhiệt độ thanh trùng, sau đó được giữ và làm nguội nhanh đến nhiệt độ cần thiết. Sự kết hợp giữa hoạt động sưởi ấm và làm mát được quyết định bởi công nghệ và yêu cầu vệ sinh, cũng như khả năng sử dụng nhiệt của sản phẩm nóng.

Để làm điều này, sản phẩm nóng được gửi đến một bộ phận đặc biệt của thiết bị (tấm hoặc hình ống) để làm nóng trước sản phẩm lạnh đưa vào thanh trùng. Hoạt động này được gọi là tái sinh nhiệt và các thiết bị hoặc bộ phận của chúng được gọi là bộ tái sinh hoặc bộ phận tái sinh. Việc sử dụng hoạt động này giúp có thể đạt được mức tiết kiệm nhất định về năng lượng nhiệt dành cho quá trình thanh trùng.

Hiệu suất của máy tái sinh được đặc trưng bởi hệ số tái sinh. Nó biểu thị tỷ lệ giữa lượng nhiệt do thiết bị tái sinh trả về với lượng nhiệt cần thiết để làm nóng sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối cùng, tức là tại đó sản phẩm bắt đầu di chuyển trở lại thiết bị tái sinh.

Làm mát và sưởi ấm

Nguyên liệu sữa tại doanh nghiệp được làm lạnh nhằm duy trì chất lượng và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật trước khi chế biến. Trong bảng Bảng 4.1 cung cấp số liệu cho thấy sự gia tăng số lượng vi sinh vật trong sữa tùy thuộc vào nhiệt độ làm lạnh và thời gian bảo quản.

Bảo quản sữa ở nhiệt độ trên 4,5°C sẽ làm tăng số lượng vi sinh vật. Trong thực tế, sữa để bảo quản ngắn hạn được làm lạnh đến 6-8°C. Vì lưu trữ dài hạn(10-14 giờ) sữa được thanh trùng rồi để nguội. Để tăng thời hạn sử dụng, các sản phẩm sữa được làm lạnh trong quá trình sản xuất.

Làm nóng (làm ấm) không đóng vai trò chính mà thường thực hiện chức năng phụ trợ (chuẩn bị) trong quá trình chế biến sữa. Sữa đun nóng được sử dụng trước khi tách, đồng nhất hóa và cả trong sản xuất các sản phẩm sữa khác nhau. Trong quá trình tách, đun nóng sữa làm giảm đặc tính độ nhớt của sữa, điều này có tác động tích cực đến việc tách các hạt chất béo ra khỏi huyết tương sữa và hình thành kem.

Đồng nhất sữa- quá trình nghiền nát các giọt chất béo bằng cách tác dụng lực bên ngoài đáng kể vào sữa. Quá trình đồng nhất hóa được sử dụng trong sản xuất sữa tiệt trùng để tăng tính đồng nhất và cải thiện thời hạn sử dụng. Mục đích của quá trình đồng nhất hóa là ngăn chặn sự lắng đọng chất béo tự phát trong quá trình sản xuất và bảo quản các sản phẩm sữa, duy trì độ đặc đồng nhất của sản phẩm mà không bị phân tách.

Số lượng và kích thước của các giọt chất béo trong sữa không cố định và phụ thuộc vào giống, điều kiện nuôi dưỡng và chuồng trại, giai đoạn tiết sữa, tuổi của vật nuôi và một số yếu tố khác. Trung bình 1 cm 3 sữa nguyên chất chứa khoảng 3 tỷ giọt chất béo. Kích thước của các giọt chất béo rất khác nhau - từ 0,1 đến 20 micron.

Trong quá trình nghiền nát các hạt chất béo trong quá trình đồng nhất hóa, sự phân phối lại chất màng xảy ra. Protein huyết tương được tiêu thụ để tạo nên lớp vỏ của các giọt chất béo nhỏ tạo thành, dẫn đến sự ổn định của nhũ tương chất béo có độ phân tán cao của sữa đồng nhất.

Trong sữa có hàm lượng chất béo trung bình, hầu như không hình thành chất béo tự do, tức là Không có sự tích tụ của các hạt mỡ nhỏ. Khi phần khối lượng chất béo trong sữa tăng lên, sự tích tụ các hạt chất béo có thể xảy ra. Cái đó. quá trình đồng nhất hóa được thực hiện đúng cách sẽ loại bỏ khả năng xuất hiện chất béo tự do, từ đó tăng thời hạn sử dụng của các sản phẩm sữa: điều chỉnh các đặc tính cấu trúc và cơ học của cục đông protein sữa; cải thiện phẩm chất hương vị các sản phẩm.

Những hậu quả không mong muốn bao gồm giảm độ ổn định nhiệt của sữa đồng nhất; sự xuất hiện của sự nhạy cảm với ánh sáng tăng lên và kết quả là có mùi vị "nắng"; không thể tách được sữa đồng nhất.

Điều kiện để đồng nhất hiệu quả:

• 1) Mỡ sữa phải ở trạng thái lỏng;
• 2) Việc nghiền các hạt chất béo chỉ có thể thực hiện được dưới tác động bên ngoài;
• 3) Việc hình thành lớp bảo vệ mới cho từng tế bào mỡ là cần thiết.

Trong quá trình sản xuất sữa tiệt trùng, chất béo sữa chủ yếu vẫn giữ được thành phần và đặc tính ban đầu. Các tác động nhiệt và cơ học không gây ra những thay đổi đáng kể trong pha chất béo của sữa.

Các loại đồng nhất sau đây hiện đang được sử dụng:

• 1) một giai đoạn - xảy ra sự hình thành các hạt mỡ nhỏ;
• 2) hai giai đoạn - sự phá hủy các tập hợp này xảy ra và sự phân tán tiếp theo của các hạt chất béo;
• 3) riêng biệt - không phải tất cả sữa đều được chế biến mà chỉ phần chất béo (kem) có hàm lượng chất béo 16-20% được chế biến.

Với quá trình đồng nhất một giai đoạn, các hạt chất béo được nghiền nát đến kích thước khoảng 1 micron, tức là. xuất hiện sự phân tán đồng nhất của pha chất béo, không có khả năng lắng xuống. Nó được sử dụng để sản xuất các sản phẩm sữa ít béo (sữa uống, v.v.).

Quá trình đồng nhất hai giai đoạn được thực hiện trong sản xuất các sản phẩm có hàm lượng chất béo cao (kem, hỗn hợp kem, v.v.). Nó cho phép bạn phá vỡ sự tích tụ của các giọt chất béo.

Việc đồng nhất hóa sữa bình thường được thực hiện riêng biệt như sau. Để làm điều này, sữa bình thường được đun nóng đến nhiệt độ 55-65 ° C sẽ được tách ra. Kem thu được có tỷ lệ khối lượng chất béo là 16-20% được đồng nhất hóa trong thiết bị đồng nhất hai giai đoạn ở áp suất 8-10 MPa ở giai đoạn đầu tiên và 2-2,5 MPa ở giai đoạn thứ hai. Kem đồng nhất được trộn theo dòng với sữa gầy rời khỏi máy tách kem và được gửi đến bộ phận thanh trùng của thiết bị làm mát thanh trùng. Kem cũng có thể được đồng nhất trước khi trộn với sữa gầy để tạo thành sữa tiêu chuẩn. Sự đồng nhất phân tách có thể làm giảm đáng kể chi phí năng lượng.

Trong sản xuất các sản phẩm sữa khác nhau, áp suất đồng nhất hóa 5-25 MPa và nhiệt độ 55-70 O C thường được sử dụng. Áp suất và nhiệt độ đồng nhất xác định chế độ của nó. Áp suất và nhiệt độ trong quá trình đồng nhất được chọn tùy thuộc vào phần khối lượng chất béo trong hỗn hợp. Hàm lượng chất béo trong hỗn hợp càng cao thì áp suất càng thấp. Việc đồng nhất phải được thực hiện ở nhiệt độ không thấp hơn 50-60 0 C. Ví dụ: khi đồng nhất sữa và kem ít béo (10-12%) ở nhiệt độ không thấp hơn 70 0 C, áp suất 10-15 MPa được sử dụng khi sản xuất kem chua có hàm lượng chất béo 25-30% - 9-10 MPa.

Trong quá trình đồng nhất hóa, chất béo tự do có thể được giải phóng, như đã đề cập ở trên. Trong sữa, với áp suất đồng nhất ngày càng tăng, lượng chất béo tự do giảm đi và trong kem lại tăng lên. Sự gia tăng lượng chất béo tự do có liên quan đến việc thiếu protein cần thiết cho sự hình thành vỏ của các hạt chất béo mới hình thành. Một trong những điều kiện hình thành lớp vỏ bảo vệ là tỷ lệ bột sữa gầy và chất béo; trong một sản phẩm đồng nhất, nó không được thấp hơn 0,6-0,8.

Hiệu quả của quá trình đồng nhất hóa được xác định bằng cách lắng chất béo, bằng cách ly tâm, bằng sự thay đổi mật độ quang học và kích thước trung bình của các hạt chất béo. Trong sữa đồng nhất, đường kính của các hạt chất béo không được vượt quá 2 micron.

Tăng độ phân tán chất béo sữa dẫn đến hệ thống đồng nhất, đồng nhất và ổn định hơn. Tăng tính ổn định của hệ thống mà không cần lắng đọng kem là cần thiết trong sản xuất nhiều sản phẩm sữa. Ngoài ra, quá trình đồng nhất hóa làm tăng độ nhớt của hỗn hợp sữa, kem và sữa, điều này có tác động tích cực đến độ đặc của thành phẩm và mở rộng việc sử dụng đồng nhất hóa trong sản xuất sữa.

Được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp sữa là máy đồng nhất dạng van, là máy bơm áp suất cao nhiều pít tông có đầu đồng nhất. Khi pít tông di chuyển, áp suất cao được tạo ra, kết quả là sữa (hoặc hỗn hợp) bị đẩy qua khe đồng nhất với tốc độ cực lớn. Khi vào khe van, tốc độ dòng sữa tăng mạnh. Một quả bóng mỡ lớn, đi qua khe hở với tốc độ lớn, bị kéo vào một hình trụ, quả bóng này bị nghiền nát thành những giọt mỡ nhỏ, ngay lập tức được bao phủ bởi một lớp vỏ protein là protein huyết tương. Với sự khác biệt lớn về tốc độ, việc nghiền các quả bóng có thể xảy ra bằng cách tách các hạt liên tiếp mà không bị kéo căng trung gian thành hình trụ. Cái đó. Chất béo của sữa chuẩn hóa được phân tán khi được ép qua khe van hình khuyên của đầu đồng nhất. Áp suất cần thiết được tạo ra bởi máy bơm. Trong quá trình sản xuất sữa nguyên chất, kích thước của các hạt chất béo giảm từ 3-4 micron xuống còn 0,7-0,8 micron.

Ngoài các thiết bị đồng nhất kiểu van, các thiết bị làm sạch đồng nhất ly tâm được sử dụng, có một buồng đặc biệt với một đĩa đồng nhất cố định. Bản thân thiết kế của đĩa mang lại tác động cơ học tích cực lên các hạt sữa.

Xác định hiệu suất đồng nhất.

Tính ổn định của nhũ tương chất béo của sữa hoặc kem có tầm quan trọng lớn trong sản xuất các sản phẩm từ sữa. Khi sản xuất một số sản phẩm nhất định, điều mong muốn là giữ cho nhũ tương chất béo ổn định càng lâu càng tốt (sữa và kem tiệt trùng và tiệt trùng, các sản phẩm sữa lên men, sữa đóng hộp và kem). Khi sản xuất các sản phẩm khác (ví dụ như bơ bò), nên loại bỏ hoàn toàn nhũ tương chất béo để kết tụ các giọt chất béo.

Ở trạng thái ổn định, một lớp kem lắng đọng xuất hiện trong sữa tươi 20-30 phút sau khi vắt, điều này có liên quan đến sự khác biệt về mật độ chất béo sữa (994-1025 kg/m 3) và huyết tương sữa (1034-1040 kg). /m3). Tốc độ bay lên của giọt mỡ trong điều kiện trầm tích tự nhiên được biểu thị bằng phương trình

n = 2*g*r 2 *(s P -Với Và )/(9* µ) ,

n là tốc độ trôi nổi của giọt chất béo, m/s;

g - gia tốc rơi tự do, m/s 2 ;

r là bán kính của cầu mỡ, m;

c n - mật độ huyết tương sữa, kg/m3;

c f - mật độ của hạt chất béo, kg/m3;

µ - độ nhớt của huyết tương sữa, Pa s.

Sự phụ thuộc của tốc độ tách vào bán kính bình phương của giọt chất béo cho thấy khả năng ngăn chặn bùn bằng cách giảm bán kính của nó, điều này đạt được bằng quá trình đồng nhất hóa.

Hiệu suất đồng nhất được xác định bằng phương pháp quang học, phương pháp lắng mỡ, phương pháp ly tâm và kích thước trung bình của các hạt chất béo; hàm lượng chất béo được xác định bằng phương pháp axit Gerber với phương pháp ly tâm 3 lần trong 5 phút đối với sữa đồng nhất.

Phương pháp quang học

Phương pháp quang học để xác định hiệu quả của quá trình đồng nhất áp dụng cho sữa và kem có hàm lượng chất béo từ 2 đến 6%. Bản chất của phương pháp là đo mật độ quang (độ đục) của mẫu ở hai bước sóng - 400 và 1000 nm. Giá trị tỷ lệ mật độ quang học ở các bước sóng khác nhau (D400/D1000) đặc trưng cho mức độ phân tán của pha chất béo trong sữa hoặc kem.

Hiệu suất đồng nhất hóa (EH) được xác định bằng tỷ lệ mật độ quang học (D400 và D1000). Đường kính trung bình của các hạt mỡ sữa được tính theo công thức:

d Thứ Tư = 2,82 - 2,58 lg D 400 /D 1000 ,

d av - đường kính trung bình của hạt mỡ, µm;

D 400 và D 1000 là mật độ quang của mẫu ở bước sóng 400 và 1000 nm.

Xác định hiệu suất đồng nhất

phương pháp lắng mỡ.

Để xác định hiệu quả của quá trình đồng nhất bằng cách lắng chất béo, sữa được giữ trong 48 giờ ở nhiệt độ 8°C mà không cần khuấy trong ống đong 250 ml. Sau đó, 100 ml sữa phía trên được loại bỏ và hàm lượng chất béo của sữa còn lại trong ống đong được xác định. Quá trình lắng chất béo được tính theo công thức:

VỀ Và =100*(F tôi -VÀ N )/VÀ tôi -K*F N ,

O - lắng đọng chất béo, %;

F m, Fn - phần khối lượng của chất béo trong sữa ban đầu và lớp sữa phía dưới còn lại trong ống trụ, %;

K là tỷ lệ giữa thể tích của lớp sữa dưới trong ống trụ với tổng thể tích của sữa (khi lấy 100 ml lớp trên thì K = 0,6).

Phương pháp ly tâm VNIMI

Hiệu quả của quá trình đồng nhất bằng cách ly tâm được xác định bằng cách sử dụng một chế độ ly tâm nhất định của sữa trong một pipet đặc biệt (xem Hình 6.1).

chế biến sữa đồng nhất ly tâm sữa

Cơm. 6.1.

Quá trình ly tâm được thực hiện trong 30 phút. Sau khi ly tâm, các pipet được lấy ra và đặt thẳng đứng trên nút. Sau đó, cẩn thận, không lật hoặc lắc, rút ​​nước ra khỏi pipet. phần dưới cùng sản phẩm để đánh dấu II vào ly, sau đó bạn đóng lỗ trên của pipet bằng ngón tay trái và tháo nút cao su khỏi đầu dưới của pipet bằng tay phải. Xác định hàm lượng chất béo của sản phẩm đã ráo nước. Mức độ đồng nhất được tính bằng công thức:

r = 100*F N /VÀ tôi ,

r - mức độ đồng nhất, % (đối với sữa đồng nhất r=75-80%);

F n - phần khối lượng chất béo ở lớp dưới cùng của sản phẩm, thoát ra khỏi pipet;

F m - phần khối lượng chất béo trong sữa ban đầu, %.

Phương pháp kính hiển vi

Khi xác định hiệu suất đồng nhất bằng phương pháp hiển vi, người ta xác định được kích thước trung bình của các hạt chất béo của sữa đã đồng nhất (d av). Để xác định kích thước của các giọt chất béo, sữa và kem được pha loãng với nước. Sử dụng micromet thị kính, kích thước của các hạt mỡ được xác định ở độ phóng đại 1350 lần (vật kính 90, thị kính 15 khi ngâm).

Các giọt chất béo được chia thành các phần (nhóm) theo đường kính của chúng, tùy thuộc vào độ phóng đại của kính hiển vi và giá trị phân chia đã đặt của micromet thị kính. Độ chính xác của giới hạn của các phân số này là một hoặc một nửa độ chia của micromet thị kính. Trong một mẫu sữa, kích thước của 600 đến 1000 giọt chất béo được xác định và phân chia thành các phần nhỏ. Kích thước của các hạt chất béo của từng phần được biểu thị bằng đường kính trung bình. Ví dụ, đối với phần III, đường kính trung bình sẽ là (2+3)/2 = 2,5 µm.