Гомогенизация молока

Липидная часть молока представлена жировой эмульсией прямого типа – «масло в воде». Размеры большинства жировых шариков находятся в интервале от 0,5 до 10 мкм. Число их колеблется в основном от 2 до 4 млрд. в 1 мл.

В обычном молоке заметный отстой сливок в результате коалесценции и всплывания наиболее крупных жировых шариков наблюдается уже через 2-3 ч – молоко становится неоднородным. В процессе гомогенизации этот дефект устраняют.

Наиболее широко гомогенизацию используют при производстве питьевого молока, кисломолочных продуктов, сметаны, мороженого, молочных консервов и заменителей цельного молока.

Цель гомогенизации – обеспечение такого распределения жировых шариков по размерам, чтобы подавляющее большинство их имело диаметр, не превышающий определенную, заданную величину, что обеспечит необходимую стабильность жировой фазы в молоке. Для достижения этой цели достаточно измельчить все жировые шарики до заданной величины.

Если измельчению будет подвергаться и остальная часть жировых шариков, то это приведет к лишним затратам энергии. К сожалению, лишь конструкция сепаратора-диспергатора обеспечивает дифференцированное диспергирование, а следовательно, и снижение энергоемкости процесса гомогенизации молока.

Наибольшие трудности при гомогенизации представляет деструкция оболочки, адсорбированной на поверхности жировой сферы. О размерах этих трудностей свидетельствует тот факт, что при гомогенизации с давлением 10 МПа необходимо увеличить в каждой тонне молока поверхность раздела фаз на 500 тыс. м². Гомогенизация относится к разряду самых энергоемких технологических процессов в молочной промышленности.

Восстановление адсорбционного слоя вокруг новых жировых капель, а также формирование диффузионного пограничного слоя происходит самопроизвольно, за счет белковых компонентов окружающей жировую сферу плазмы молока и фосфолипидов молочного жира. Толщина оболочки, разделяющей фазы, составляет 5-6 м (1/670 по отношению к диаметру среднего жирового шарика). Доля липидов в составе оболочечного вещества равна 0,2-0,35.

Удачное представление, отражающее процесс диспергирования жировых шариков в клапанном гомогенизаторе, предложено Н.В. Барановским. Вместе с потоком молока жировой шарик движется с начальной скоростью по каналу в седле клапана. При входе в клапанную щель скорость потока резко возрастает. Жировая капля при этом потоком плазмы растягивается в цилиндр, который под действием сил поверхностного натяжения дробится на отдельные мелкие шарики, снова принимая таким образом устойчивую форму. Помимо градиента скорости на диспергирование жирового шарика в зоне перехода влияет и разность давлений в канале и клапанной щели.

Процесс гомогенизации вносит изменения в свойства молочных продуктов. Вследствие увеличения поверхности жировых шариков и адсорбции на ней белковых компонентов возрастает вязкость. Особенно заметно такое возрастание в сливках. Отмечается рост как титруемой, так и активной кислотности, если гомогенизации подвергалось сырое молоко. Объясняется такой рост более активным воздействием липазы на молочный жир. В пастеризованном молоке, где липаза находится в основном в инактивированном состоянии, такой рост наблюдается только после определенного срока хранения.

Стабильность жировой фазы молочных смесей после гомогенизации значительно повышается, а белковой – снижается, в особенности при высоком содержании жира в продукте и повышенном давлении.

Клапанные гомогенизаторы, несмотря на их громоздкость и вибрацию при работе, получили наибольшее распространение в молочной промышленности. Предпринимались попытки использовать для гомогенизации молока ультразвуковые установки, но успешного продолжения они не получили.

Основной метод снижения энергоемкости процесса гомогенизации основан на предварительном выделении сепарированием низкожирных (12%) сливок, гомогенизации их при температуре 70°С и давлении 10-15 МПа и последующей нормализации сливок обезжиренным молоком (раздельная гомогенизация).

Наряду с диспергированием жировых шариков во время гомогенизации протекает и обратный процесс – образование конгломератов из отдельных частиц и даже слияние их в более крупные сферы. Для предотвращения этого процесса предусматривается двух- или трехступенчатая гомогенизация.

С помощью гомогенизатора добиваются не только однородности по размерам жировых шариков в молоке. Созданы специальные гомогенизаторы, которые придают сливочному маслу и плавленым сырам однородную, пластичную консистенцию.

Предпринимаются попытки заменить многоплунжерный насос клапанного гомогенизатора центробежным. В одном случае последний используется лишь для создания необходимого давления, после чего молоко поступает в диспергирующее устройство. В другом – для диспергирования используется весь путь прохождения молока от центра диска центробежного насоса до его периферии. Сама конструкция диска обеспечивает активное механическое воздействие на частицы молока. Наибольшее распространение такие диспергаторы (эмульсоры) получили в цехах по производству заменителей цельного молока.

При использовании специальной конструкции центробежных дисков агрегаты обычно называют дезинтеграторами. Применение их для гомогенизации молока и молочных продуктов имеет хорошую перспективу.