УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КОЧУБЕЙ ОКСАНА ВАЛЕР’ЯНІВНА

УДК 637.14.22:637.1.024

ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ЗГУЩЕНИХ МОЛОЧНИХ

ПРОДУКТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ВАКУУМНОЇ ГОМОГЕНІЗАЦІЇ

05.18.04 – технологія м'ясних, молочних

та рибних продуктів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ – 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України; в лабораторії тепломасообміну у дисперсійних середовищах Інституту технічної теплофізики НАН України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент Ромоданова Валентина Олександрівна, Український державний університет харчових технологій, зав. кафедри технології молока і молочних продуктів

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, академік УААН Єресько Георгій Олексійович, Технологічний інститут молока та м’яса УААН, директор

доктор технічних наук, професор Дейниченко Григорій Вікторович, Харківська державна академія технології та організації харчування, зав. кафедри устаткування підприємств харчування

Провідна організація: | Одеська державна академія харчових технологій, кафедра технології молока і сушіння харчових продуктів, Міністерство освіти і науки України, м.Одеса

Захист відбудеться “ 11 ” жовтня 2000р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.03 при Українському державному університеті харчових технологій (01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68, корпус А, ауд.311)

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Українського державного університету харчових технологій, м. Київ, вул. Володимирська, 68

Автореферат розісланий “ 11 ” вересня 2000 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., професор |

Маринченко В.О.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Серед концептуальних підходів державної політики в області виробництва продуктів харчування найбільш важливими є розроблення і впровадження системи забезпечення стабільності технології і якості молочних продуктів та створення нових чутливих способів виявлення недоброякісності молока.

При розробленні технологій нового покоління згущених молочних продуктів та вдосконаленні існуючих вирішальну роль відіграють усі етапи виробництва, починаючи із відбору сировини та підготовки нормалізованої молочної суміші до згущення. У зв’язку з цим важливого значення набувають дослідження, спрямовані на пошук можливостей здійснення оперативного контролю якісних характеристик вихідної сировини, їх підвищення, максимального збереження під час переробки, посилення стійкості готової продукції при зберіганні.

Ефективним засобом підвищення стійкості згущених молочних продуктів до зберігання є гомогенізація. В молочній промисловості для здійснення цього процесу переважно використовують апарати клапанного типу. Доцільним є впровадження у виробництво молочних консервів нових методів гомогенізації, що характеризуються позитивним впливом на технологічні показники та меншим енергоспоживанням порівняно із традиційними. В цьому напрямку заслуговують уваги наукові дослідження, пов’язані із використанням вакуумної гомогенізації та вивченням її впливу на якісні характеристики молочної сировини та згущеної продукції.

Збереженню якості готової продукції та попередженню зайвих ресурсо- та енерговитрат при згущенні сприяє своєчасне та точне виявлення фальсифікації молока водою. Практичне значення має розроблення нових способів з високим порогом чутливості, зручних і економічних в промисловій реалізації.

Комплексному вирішенню вказаних проблем присвячена дана дисертація.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота включає дослідження, проведені в рамках бюджетної науково-дослідної роботи Українського державного університету харчових технологій (УДУХТ) (1996 – 2000 р.р.) за темою “Вдосконалення існуючих і розробка нових ресурсо-матеріало-енергоощадних технологій та високоефективного обладнання молочної промисловості” та у відповідності до теми Інституту технічної теплофізики НАНУ (ІТТФ НАНУ) №454-відомча (1997 – 1999 р.р.) “Дослідження гідродинаміки і процесу диспергування при течії багатокомпонентних рідких сумішей в зоні малих перегрівів та вивчення фізико-хімічних властивостей і специфічних явищ при впливі на термолабільні системи процесів ДІВЕ” (державний реєстраційний номер 0100U000969).

Автор приймав участь в проведенні значної частини експериментальних досліджень та підготовці рекомендацій промисловості.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є вдосконалення існуючої технології згущених молочних продуктів за рахунок використання вакуумної гомогенізації у технологічній лінії підготовки нормалізованої суміші до згущення та розроблення нового електрометричного способу визначення якісних характеристик молочної сировини. Відповідно до поставленої мети в роботі вирішувались наступні задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Об’єкт дослідження – молоко незбиране згущене з цукром, вироблене у відповідності до ГОСТ 2903-78 з використанням вакуумної гомогенізації та без неї; модельні суміші молочної сировини із заданим за планом вмістом жиру, сухого знежиреного молочного залишку (СЗМЗ), білка, лактози та добавленої води.

Предмет дослідження – технологічні властивості молочної сировини і готової продукції при використанні вакуумної гомогенізації та залежність електропровідності молока від вмісту складових компонентів та ступеня розведення його водою.

Методи дослідження. Під час виконання дисертаційної роботи досліджували: ефективність вакуумної гомогенізації – методом відстоювання жиру за В.Вайткусом; ступінь дисперсності жиру в гомогенізованому молоці – оптичним методом на спектрофотометрі СФ-26 та за допомогою оптичного мікроскопу “Opton” і лазерного приладу Mastersizer X; вплив гомогенізації на стабільність жирової фази молока – використовуючи метод В.Фавстової, модифікований метод Л.Коржеманової та шляхом підрахунку агрегатів жирових кульок на мікроскопі “Біолам-М”; вміст кисню в молоці – йодометричним методом Вінклера; вплив вакуумної гомогенізації на якісні характеристики молочної сировини та готової продукції – за допомогою стандартних методів визначення органолептичних, фізико-хімічних та мікробіологічних показників і функціонально-технологічних властивостей; ступінь відстоювання жиру в згущених молочних консервах – за модифікованим методом пошарового визначення вмісту жиру; хімічний склад об’єктів –стандартними та загальновідомими методами; електропровідність молока при виявленні її залежності від впливу концентрацій основних складових компонентів – за допомогою пристрою, розробленого колективом авторів із здобувачем у їх числі (Пат. 21620 А Україна).

Наукова новизна одержаних результатів. Вивчено вплив вакуумної гомогенізації на стабільність жирової фази молока та отримано розподіл жирових кульок за розмірами на підставі дисперсного аналізу. Проведено порівняльний аналіз гомогенізації в апаратах клапанного і вакуумного типів за показниками дисперсності і ефективності процесу.

Встановлено достатній ступінь дисперсності жиру для уповільнення процесу його відстоювання в готовій продукції, виробленій з використанням нового виду гомогенізації.

Вперше доведено підвищення теплової стабільності та позитивну зміну кислотності нормалізованих молочних сумішей після обробки на вакуумному гомогенізаторі за рахунок специфіки тепло-, масообмінних процесів, що відбуваються при адіабатному кипінні у вакуумі, видалення вуглекислоти та інших летких компонентів і збільшення ступеня дисперсності білкової фази.

Встановлено підвищену стійкість до зберігання згущеного продукту, виробленого із нормалізованої молочної суміші, обробленої на двоступеневому вакуумному гомогенізаторі.

Вперше виявлено залежність електропровідності молока від взаємного впливу концентрацій СЗМЗ та жиру, що дала можливість розробити електрометричний спосіб визначення фальсифікації молока водою починаючи з 3…4 % (патент 24594 А Україна).

Практичне значення одержаних результатів. Проведено виробниче випробовування технології виготовлення нормалізованих молочних сумішей та готової продукції із застосуванням двоступеневої вакуумної гомогенізації в умовах ВАТ “Галактон” м. Київ та ЗАТ “Бахмачконсервмолоко” м. Бахмач Чернігівської області. Розроблено рекомендації промисловості по використанню вакуумної гомогенізації у виробництві згущеного молока з цукром.

Результати експериментальних досліджень, наведені в дисертаційній роботі, впроваджені у технологію згущеного молока з цукром на ЗАТ “Бахмачконсервмолоко”, що дозволило підвищити якість та стійкість готової продукції, подовжити терміни її зберігання.

Розроблено та впроваджено у виробництво на ВАТ “ММЗ-3” м. Києва пристрій для вимірювання електропровідності молока і молочних продуктів (Пат. 21620 А Україна) та електрометричний спосіб виявлення фальсифікації молока водою.

Особистий внесок здобувача полягає в організації та проведенні наукових досліджень, обробці, узагальненні та обгрунтуванні одержаних дослідних даних, розробленні рекомендацій промисловості по виробництву згущеного молока з використанням вакуумної гомогенізації, в публікації результатів теоретичних та експериментальних досліджень, оформленні патентів на винаходи.

Наукові консультації з питань застосування вакуумного гомогенізатора при виробництві згущених молочних консервів і аналізу результатів досліджень цього процесу проводились д.т.н., зав. лабораторією теплообміну в дисперсійних середовищах Інституту технічної теплофізики НАНУ Шурчковою Ю.О.

Дослідження, що лягли в основу розроблення електрометричного способу визначення фальсифікації молока водою, здійснювались сумісно із доцентом кафедри електротехніки УДУХТ к.т.н. Смірновим В.С.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на Міжнародній науково-технічній конференції "Розробка та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість” (Київ, УДУХТ, 1997р); Міжнародній студентській науковій конференції по проблемах харчової технології та техніки (Могильов, МТІ, 1997р.); науково-практичній конференції “Підприємства і цехи малої потужності для переробки сільськогосподарської сировини: ефективність і особливості організації” (Полтава, ПКІ, 1997р.); семінарі-нараді в н/а “Укрконсервмолоко” (Київ, 1998р.); 65-й студентській науковій конференції УДУХТ (Київ, УДУХТ, 1999р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості” (Київ, УДУХТ, 1999р.).

Публікації. За тематикою дисертаційної роботи опубліковано 12 робіт.

Структура і обсяг роботи. Дисертація викладена на 197 сторінках машинописного тексту і складається із вступу, огляду літературних джерел, експериментальної частини, висновків, списку літератури (159 найменувань) та додатків. Робота містить 18 таблиць, 26 рисунків, 1 фотографію, 9 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність та доцільність роботи для розвитку молочноконсервної галузі, визначені загальна мета і спрямованість досліджень, сформульовані наукова новизна і практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі проаналізовано нові розробки в області згущених молочних консервів та підтверджено доцільність вдосконалення традиційної технології на стадії приймання сировини та підготовки суміші до згущення. Доведено важливість точного та швидкісного визначення натуральності молока при виробництві згущених продуктів. Показано практичне значення термостійкості та інших фізико-хімічних показників при їх виробництві.

Проаналізовано значення гомогенізації у виробництві згущених молочних продуктів. Проведено порівняльний аналіз процесу гомогенізації в апаратах клапанного та вакуумного типів, виявлено недостатність відомостей про вплив вакуумної гомогенізації на жирову та білкову фази молока, якісні властивості молочної сировини та готової продукції, особливо термостійкість, кислотність, стійкість до зберігання.

Рис. 1. Схема проведення експериментальних досліджень.

1 – масова частка жиру, %

2 – масова частка вологи та сухих речовин, %

3 – масова частка СЗМЗ, %

4 – масова частка білка, %

5 – масова частка лактози, %

6 – вміст кисню, мг/дм3

7 – органолептичні показники

8 – густина, кг/м3

9 – титрована кислотність, 0Т

10 – активна кислотність, рН

11 – в’язкість, Пас

12 – кількість мезофільних аеробних та факультативно анаеробних мікроорганізмів, КУО/см3 | 13 – наявність бактерій груп кишкових паличок

14 – термостійкість, група

15 – ефективність гомогенізації, %

16 – дисперсний аналіз жирової фази молока

17 – середній діаметр жирових кульок, мкм

18 – ступінь дестабілізації жиру, %

19 – кількість агрегованого жиру, %

20 – розшарування жиру в згущеному

молоці, %

21 – електропровідність,

10-2 (Ом-1м-1)

У другому розділі представлена схема проведення експерименту з вказівками на основні досліджувані показники (рис.1), дано стислу характеристику об`єктів та методів досліджень, що використовувались при виконанні дисертаційної роботи.

Для проведення порівняльного аналізу різних методів гомогенізації використовували вакуумні гомогенізатори ВГ-5 і ВГ-10 продуктивністю 5000 та 10000 кг/год; клапанний гомогенізатор А1-ОГМ-5; апарати, що входять до комплекту стерилізаційної установки “FATA” (Італія) та пастеризаційної установки “-Laval” (Швеція); лабораторний кавітаційний гомогенізатор продуктивністю 500 кг/год.

Дослідження проводились в лабораторних і виробничих умовах.

Математичну обробку результатів досліджень здійснювали за допомогою власних програм, розроблених на мові Basic та електронних таблиць Microsoft Excel.

У третьому розділі розглянуто можливості розроблення оперативного способу визначення фальсифікації молока водою з метою запобігання зайвим ресурсо- та енерговитратам при згущенні. Показником натуральності молока обрано мало застосовувану в молочній промисловості характеристику – електропровідність.

Модель механізму електропровідності молока запропоновано розглядати на основі об’єктів з матричною структурою, в яких основною фазою, що створює матрицю електропровідності, виступає розчин мінеральних солей у плазмі молока, а додатковою – включення жиру, білка, лактози.

В основу розробленого електрометричного способу виявлення фальсифікації молока водою покладено залежність електропровідності від вмісту СЗМЗ та жиру, отриману шляхом комп’ютерної обробки результатів досліджень, проведених на зразках молока із заданими за планом різними масовими частками внесеної води (від 1 до 30%). Встановлена залежність описується рівнянням:

= К1С1 + К2С2,

де - електропровідність дослідного зразка, 10-2(Ом-1м-1); К1, К2 – коефіцієнти пропорційності, (Ом-1м-1)/%; С1, С2 – вміст жиру та СЗМЗ відповідно, %.

Дослідженнями виявлено певну тенденцію зміни коефіцієнту К1 від ступеня розведення молока водою, що дало підстави вважати К1 коефіцієнтом розведення (надалі К1 позначається Кр):

де 10,1 – коефіцієнт К2, отриманий після статистичної обробки, для молочної сировини Київського регіону. Для інших регіонів робиться поправка.

За новим способом ступінь розведення молока водою визначають за калібровочним графіком в залежності від підрахованого коефіцієнту розведення. Точність аналізу при застосуванні спеціально розробленого пристрою для вимірювання електропровідності молока і молочних продуктів складає 4…6 %.

Експериментальним шляхом встановлено, що за допомогою даного способу можна виявити фальсифікацію молока водою починаючи з 3…4%, що забезпечить значні переваги з економічного боку порівняно із методами, які використовуються промисловістю сьогодні – вимірювання густини, кислотності, вмісту складових компонентів молока, оскільки вони ефективні, коли фальсифікація перевищує 10%.

При виробництві молочних продуктів не менш суттєвим ніж відбір якісної сировини є збереження та покращання вихідних властивостей молока під час технологічної переробки. Одним із важливих факторів покращання технології молочних продуктів є вдосконалення методів гомогенізації з використанням останніх досягнень науки і промислового досвіду. Широкорозповсюджені клапанні гомогенізатори забезпечують високий рівень диспергування, але потребують значних витрат електроенергії. Тому їх використання в молочноконсервній галузі вносить ряд проблем, оскільки виробництво згущених молочних продуктів і без цього досить енергоємний процес.

В ІТТФ НАНУ розроблено принципово новий апарат для гомогенізації молока – вакуумний гомогенізатор. На відміну від клапанних апаратів, де гомогенізація відбувається при високих тисках (5…25 МПа), у вакуумному гомогенізаторі процес проходить під низьким тиском (5…30 кПа), а ефект подрібнення жирової фази досягається завдяки перепаду тисків. Це забезпечує ряд переваг: в 2 - 4,5 рази меншу енергоємність та 1,5 - 4 рази меншу металоємність апаратів, відсутність додаткових витрат на придбання диспергуючих вузлів, що зносилися.

На наступному етапі дослідної роботи було розглянуто доцільність використання вакуумної гомогенізації при виробництві згущених молочних продуктів з метою покращання якості та посилення їх стійкості при зберіганні.

Ефективність гомогенізації залежить від обраних параметрів та режимів обробки. Визначальним параметром вакуумної гомогенізації, що зумовлений специфікою процесу, є перегрів рідини відносно температури насичення, що відповідає тиску у вакуум-камері.

Аналіз літературних та власних даних засвідчив, що із збільшенням перегріву ступінь відстоювання жиру (Н) і середній діаметр жирових кульок (dср) зменшуються. Найкращий результат спостерігається при перегрівах вище 30 0С (Н 10%, dср < 2 мкм).

Перегрів рідини зумовлений температурою потоку молока, що надходить до гомогенізатора, та тиском у камері гомогенізації. Експериментально виявлено, що ступінь відстоювання жиру зменшується із зростанням температури, причому найбільш різке падіння відбувається в області високих температур. При температурі гомогенізації від 80 до 100 0С ступінь відстоювання жиру складає 5…15 %, порівняно із 60…65% при температурі 40 0С.

Вплив тиску у вакуумній камері на ефективність гомогенізації незначний на відміну від клапанних апаратів, для яких цей фактор є одним із впливових. У випадку вакуумної гомогенізації можна лише говорити про деяку тенденцію зменшення ступеня відстоювання жиру із збільшенням розрідження.

Для встановлення впливу нового виду обробки сировини на якість готової продукції, зокрема, на стабілізацію жирової фази, здійснювали порівняльний аналіз ступеня дисперсності жирових кульок та ефективності процесу залежно від виду гомогенізації. За результатами дисперсного аналізу проб молока, обробленого на різному диспергуючому обладнанні, отримано полігони розподілу жирових кульок за розмірами (рис. 2).

Рис. 2 Криві розподілу жирових кульок за розмірами для дослідних зразків натурального молока (1); молока, гомогенізованого на клапанному гомогенізаторі А1-ОГМ (2); на установці “-Laval” (3); на установці “FATA” (4); на вакуумному гомогенізаторі при температурі 77 0С (5); 85 0С (6); 95 0С (7).

Встановлено, що ступінь дисперсності жирових кульок при обробці молока на вакуумному гомогенізаторі достатній для уповільнення відстоювання жиру. Середній діаметр жирових кульок становить від 1,0 до 1,5 мкм, частка жирових кульок, розмір яких не перевищує 2 мкм, складає 85…95%, ступінь відстоювання жиру, залежно від температури процесу, змінюється від 8 до 18%.

Виявлено, що вакуумна гомогенізація сприяє зменшенню кількості дестабілізованого жиру у 1,5 - 3 рази. Подібні результати були отримані для зразків, оброблених на клапанних гомогенізаторах. Спостерігався обернено пропорційний зв’язок між зміною кількості дестабілізованого жиру та температурою вакуумної гомогенізації (коефіцієнт кореляції (r) складав -0,763), але він був не настільки тісний порівняно з клапанною r = -0,987.

Вакуумна гомогенізація запобігала утворенню асоціатів жирових кульок, в той час як в зразках пастеризованого негомогенізованого молока їх кількість коливалась від 5 до 15%.

Як стверджують літературні джерела, агрегація жирових кульок може здійснюватися при зберіганні цілісності оболонки за рахунок подолання енергетичного бар’єру, зумовленого електричним потенціалом частки у відповідності до теорії ДЛФО. А для створення жирових конгломератів, що включають індивідуальні жирові кульки, вільний жир, білкові речовини, енергії броунівського руху недостатньо. Щоб цей процес, відбувся жирові кульки, що наближаються одна до однієї, повинні подолати не тільки енергетичний бар’єр електростатичного відштовхування, а й структурно-механічний. Це неможливо без руйнування оболонок. В ході наших досліджень асоціати жирових кульок не спостерігались, кількість дестабілізованого жиру була незначною, тому можна стверджувати, що сформовані адсорбційні оболонки характеризуються достатньою стабільністю і тим самим забезпечують агрегативну стійкість системи в цілому.

Доведено, що проведення вакуумної гомогенізації на стадії підготовки нормалізованого молока до згущення за режимами теплової обробки відповідно до чинної нормативної документації та розрідженні 0,05…0,15 атм забезпечує найкращі показники процесу (ступінь відстоювання жиру, дисперсність жирової фази) внаслідок високих величин перегріву рідини, інтенсифікації процесів, що зумовлюють диспергування жирових кульок, та виробництво згущених молочних продуктів без значних змін технологічної інструкції.

Важливим критерієм відбору сировини при виробництві згущених молочних продуктів є її термостійкість. Гомогенізація здатна знижувати стабільність білків, тому при впровадженні в молочноконсервну галузь доцільним є розгляд нових гомогенізаторів з боку впливу на якісні характеристики нормалізованих молочних сумішей та готової продукції.

Нашими дослідженнями встановлено, що при обробці молока на гомогенізаторах високого тиску, диспергаторах з використанням кавітаційного ефекту, кислотність та термостійкість молока суттєво не змінювались. Тільки обробка на вакуумному гомогенізаторі сприяла покращанню його якісних характеристик (табл.1).

Спостерігалось підвищення теплової стабільності молока на 1…3 групи за алкогольною пробою, зниження титрованої кислотності на (2 1)0Т і збільшення активної на (0,10 0,05) од.рН. Між температурою процесу та зміною зазначених показників виявлено тісний кореляційний зв’язок (rт = +0,597; rКи = +0,603; rрН = +0,659 відповідно для термостійкості, титрованої і активної кислотності).

Порівняльний аналіз основних показників якості молочної сировини до і після обробки на клапанному і вакуумному гомогенізаторах наведено у табл. 2.

Таблиця 1

Термостійкість молока, обробленого за різними методами гомогенізації

Термостійкість молока, група |

Клапанна гомогенізація, (t=622 0C, р=10-12 МПа) установка | Лаб. кавітаційний гомогенізатор, (t= 9550C, р=0,5 МПа) | Вакуумна гомогенізація, тиск

(8 – 10) кПа, температура в 0С

“-Laval” | А1-ОГМ | 76 2 | 80 2 | 87 2 | 92 2 | 95 2 | 99 2

До обробки | IV | IV | V | IV | III | нт | IV | V | V

Після обробки | IV | V | V | III | І | V | II | III | II

Примітка. нт означає, що молоко зсідається під дією розчину спирту 68%-ної концентрації та згідно з ГОСТ 25228 - 82 не може бути класифіковане за групою термостійкості.

Таблиця 2

Основні показники якості молочної сировини до і після обробки на клапанному і вакуумному гомогенізаторах

Показник | Вихідне сире | Гомогенізоване молоко

молоко | на клапанному апараті | на вакуумному апараті

Органолептичні показники | Відповідали діючому стандарту Вакуумна гомогенізація усуває кормовий присмак молока.

Фізико-хімічні показники

Масова частка жиру, % | 3,2 | 3,2 | 3,2

Масова частка СЗМЗ, % | 8,3 | 8,3 | 8,3

Густина, кг/м3 | 1027,2 | 1027,2 | 1027,0

Ступінь чистоти за еталоном, група | І | І | І

Титрована кислотність, 0Т | 17 | 17 | 15

Активна кислотність, од.рН | 6,62 | 6,64 | 6,72

Термостійкість, група | ІІІ | ІІІ | І

Мікробіологічні показники

КУО МАФАМ в 1 см3, тис., не більше | 260 | 100 | 0,16

Кількість продукту (см3), в якому не виявлено БГКП (коліформи) |

0,1 |

1 |

3

Експериментальними даними встановлено зниження, приблизно на 90%, вмісту кисню в молоці, обробленому на вакуумному гомогенізаторі, що запобігає розвитку “сонячного” та окисленого присмаків, характерних для гомогенізованого молока. За рахунок парової дистиляції летких речовин, розчинених у плазмі, що надають продукту неприємного кормового присмаку, покращуються органолептичні показники сировини. Тобто, гомогенізатор додатково відіграє роль дезодоратора.

Зміна кислотності відбувається за рахунок видалення з парами конденсату вуглекислоти та вільних летких жирних кислот.

Позитивний вплив вакуумної гомогенізації на термостійкість, на нашу думку, пов’язаний із специфікою тепло-, масообмінних процесів, що відбуваються при адіабатному кипінні у вакуумі, та характером їх впливу на жирову та білкову фракції молока.

Відомо, що диспергування часток при вакуумній гомогенізації відбувається за рахунок інтенсивного зростання та руйнування парових бульбашок, рівномірно розповсюджених в об’ємі обробленої рідини. Створені бульбашки пари знаходяться одна від однієї на відстані, достатній для надання колективного впливу на характер руху в міжбульбашковому просторі. При зростанні бульбашок відстань між ними скорочується, посилюється турбулізація потоку рідини в міжбульбашковому просторі і, як наслідок, здійснюється подрібнення розміщених там жирових часток. Завдяки складній гідродинамічній обстановці відбувається також диспергування міцел казеїну (на більш дрібні до окремих субміцел).

Встановлений механізм диспергування часток, на наш погляд, доповнюється тим, що створені бульбашки пари характеризуються активною поверхнею розподілу повітря-плазма молока. На цій поверхні адсорбуються вільний жир, окремі жирові кульки та молочні білки, що піддаються при цьому поверхневій денатурації. Руйнування бульбашок із, так званими, адсорбційними поверхнями приводить до подрібнення адсорбованих часток та активації їх поверхні.

Утворені жирові кульки, фрагменти зруйнованих міцел казеїну та субміцели знаходяться в нестабільному активному стані, що обумовлений наявністю надлишку вільної поверхневої енергії на межі розподілу жир-плазма та гідрофобних ділянок поверхні субміцел з плазмою молока. Прагнення молекулярних сил на вказаних міжфазних поверхнях до насичення приводить до адсорбції на знов створених жирових кульках поверхнево активних субміцел казеїну та інших компонентів плазми молока, а також до взаємодії зруйнованих міцел між собою та денатурованими сироватковими білками. Асоціати великих розмірів піддаються подальшому подрібненню.

Відомо, що дрібні міцели казеїну містять більше поверхневої -фракції порівняно з великими. Тому підвищення ступеня дисперсності часток казеїну в результаті вакуумної гомогенізації приводить до збільшення співвідношення -казеїн/-лактоглобулін. Надлишок поверхневого -казеїну по відношенню до -лактоглобуліну сприяє повному зв’язуванню останнього, запобігає його агрегації між собою, іншими сироватковими білками та міцелами казеїну з утворенням великих конгломератів. Створення вказаного комплексу на поверхні міцел із перекриттям активних функціональних груп сприяє стабілізації міцел і підвищенню термостійкості.

Певну частку у ефект підвищення термостійкості вносить збільшення рівня рН в системі на (0,10 0,05) од.рН.

Покращання мікробіологічних показників, а саме зниження загального бакобсемінення молока, після вакуумної гомогенізації пояснюється повторною тепловою обробкою у камері гомогенізації (адіабатне кипіння потоку рідини у вакуумі) та підвищенням її ефективності внаслідок рівномірного, практично миттєвого нагріву та дегазації обробленого молока.

Встановлені факти підвищення теплової стабільності, зниження кислотності, покращання мікробіологічних та органолептичних показників в нормалізованих молочних сумішах, достатній ступінь дисперсності жиру за рахунок вакуумної гомогенізації дозволяють розширити технологічні можливості використання сировини для отримання високоякісних молочних продуктів та сприяють подовженню строків зберігання.

Встановлено терміни зберігання згущеного молока, виробленого в умовах ЗАТ “Бахмачконсервмолоко” відповідно до чинної технологічної інструкції з використанням вакуумної гомогенізації. Внаслідок відсутності клапанних гомогенізаторів в технологічних лініях по виробництву згущених молочних продуктів на вітчизняних молочноконсервних комбінатах результати досліджень вакуумної гомогенізації порівнювали із згущеним молоком, виробленим із негомогенізованих нормалізованих сумішей, або з літературними даними. Нормалізовані молочні суміші для виробництва обох видів консервів мали однакові фізико-хімічні показники. Зразки зберігали протягом 20 місяців при чотирьох температурних режимах: (0-6)0С, (8-12)0С, при кімнатній температурі, близько 370С.

За органолептичними показниками згущене молоко, вироблене із гомогенізованої нормалізованої суміші, при зберіганні за стандартним температурним режимом відповідало діючій нормативній документації протягом встановленого терміну зберігання. Негомогенізовані зразки за смаковими якостями після 12 місяців зберігання поступались гомогенізованим аналогам: відчувалось легке згіркнення та борошнистість; консистенція була надмірно в’язкою, кремоподібною; через 14 місяців виявлено ознаки відстоювання жиру.

Різниця в значеннях кислотності гомогенізованих та негомогенізованих зразків згущеного молока спостерігалась на протязі всього терміну зберігання за встановленими температурними режимами і складала 3…70Т (0,1…0,2 од.рН) (рис.3,а).

Рис. 3 Дослідження зміни фізико-хімічних показників згущеного молока з цукром під час зберігання: а – титрованої кислотності; б – в’язкості.

Виявлено, що гомогенізовані зразки за стандартними температурами зберігання відповідали вимогам стандарту щодо кислотності протягом 18 місяців зберігання, при кімнатній температурі та при 370С – протягом 14 та 6 місяців відповідно. Порівняно з цим, негомогенізоване згущене молоко відповідало вимогам стандарту протягом гарантованого терміну зберігання лише за температурним режимом від 0 до 6 0С. Через 12 місяців титрована кислотність в цих зразках знаходилась на межі гранично допустимої за стандартом (480Т), за температурами (8 – 12)0С та 200С перевищувала її через 12 та 10 місяців відповідно.

Більш суттєво зразки відрізнялись за в’язкістю (рис. 3,б). В’язкість зразків згущеного гомогенізованого молока протягом встановленого терміну зберігання збільшилась на 20…37%. В той час, як у згущеному негомогенізованому молоці вона зросла у 2 - 4 рази порівняно із свіжевиготовленим продуктом і вже через 7 місяців зберігання за температури 20 0С перевищувала гранично дозволену стандартом (15 Пас), а за температурами 6 та 10 0С - через 10 місяців. В зразках, що зберігались при 37 0С, спостерігалось інтенсивне загущення. Продукт виявився нестандартним за в’язкістю вже на другому місяці зберігання. Це явище пояснюється відносно низькою в’язкістю дисперсійного середовища при 37 0С, коли посилюється броунівський рух та збільшується кількість зіткнень між частками.

Про інтенсивне структуроутворення в негомогенізованих зразках згущеного молока свідчать також експериментальні дані зростання кількості асоціатів жирових кульок під час зберігання. Встановлено, що в згущеному гомогенізованому молоці агрегати та скупчення на протязі всього терміну зберігання не утворювались, а в негомогенізованому їх кількість коливалась від 10 до 55%, залежно від температури та тривалості зберігання (рис. 4).

Рис. 4 Дослідження стану жирової фази в згущеному молоці, виробленому без гомогенізації, під час зберігання.

На підставі проведе-них досліджень разом із ІТТФ НАНУ було розроблено та затвер-джено промисловістю рекомендації по виро-бництву згущеного молока з цукром при використанні вакуум-ної гомогенізації і пропозиції по подовженню термінів зберігання готової продукції до 18 місяців за стандартним температурним режимом. Вакуумний гомогенізатор продуктивністю 10000 кг/год впроваджено у технологічну лінію виробництва згущеного молока з цукром на ЗАТ “Бахмачконсервмолоко”.

Результати досліджень, викладені в дисертаційній роботі, покладено в основу удосконалення технології згущених молочних консервів. Протоколи досліджень та акти впровадження електрометричного способу виявлення фальсифікації молока водою та вакуумного гомогенізатора у промисловість засвідчують результативність запропонованої технології як за якістю, так і за економічною ефективністю.

Встановлено, що індекс прибутковості відповідного інвестиційного проекту більше нуля – 2,9; період повернення інвестицій за простим варіантом становить 0,55 року, а за дисконтним – 0,8 року; внутрішня норма рентабельності значно перевищує обрану норму дисконту – 183,4 % проти 45 %.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в підвищенні якісних властивостей молочної сировини та згущеної продукції за рахунок використання вакуумної гомогенізації і нового електрометричного способу визначення фальсифікації молока водою.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

·

·

·

9.

10.

11.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

АНОТАЦІЇ

Кочубей О.В. Вдосконалення технології згущених молочних продуктів з використанням вакуумної гомогенізації. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.04. – технологія м’ясних, молочних та рибних продуктів. – Український державний університет харчових технологій, Київ, 2000.

Дисертація присвячена науковому обгрунтуванню доцільності впровадження вакуумної гомогенізації у технологію згущених молочних продуктів та розробленню нового оперативного способу виявлення фальсифікації молока водою.

Вивчено вплив вакуумної гомогенізації на стабільність жирової фази молока та отримано розподіл жирових кульок за розмірами на підставі дисперсного аналізу. Встановлено достатній ступінь дисперсності жиру для уповільнення процесу його відстоювання в готовій продукції, виробленій з використанням нового виду гомогенізації. Доведено, що при використанні вакуумної гомогенізації підвищується теплова стабільність, знижується кислотність, покращуються мікробіологічні і органолептичні показники нормалізованого молока, посилюється стійкість згущених молочних продуктів до зберігання.

Розроблено новий електрометричний спосіб, що дозволяє виявити фальсифікацію молока водою на підставі визначення електропровідності.

Ключові слова: згущене молоко, вакуумна гомогенізація, термостійкість, стійкість до зберігання, фальсифікація, електрометричний спосіб.

Кочубей О.В. Усовершенствование технологии сгущенных молочных продуктов с использованием вакуумной гомогенизации. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.04 – технология мясных, молочных и рыбных продуктов. – Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2000.

Диссертация посвящена научному обоснованию целесообразности внедрения вакуумной гомогенизации в технологию сгущенных молочных продуктов и разработке нового способа обнаружения фальсификации молока водой.

В работе проведен сравнительный анализ гомогенизации в аппаратах клапанного и вакуумного типов. Отмечено, что при обработке молока на вакуумном гомогенизаторе достигаются удовлетворительные показатели дисперсности жировых частиц и эффективности процесса, обеспечивающие замедление отстаивания жира в готовой продукции при хранении. Так, средний диаметр жировых шариков в гомогенизированном молоке колеблется от 1 до 1,5 мкм, доля жировых шариков, размер которых не превышает 2 мкм, составляет 85…95 % от общего числа частиц, степень отстаивания жира в зависимости от температуры процесса изменяется от 8 до 18 %. Наряду с этим вакуумные аппараты потребляют в 2 - 4,5 раза меньше электроэнергии по сравнению с клапанными.

Установлено, что вакуумная гомогенизация снижает количество дестабилизированного жира в 1,5 - 3 раза, предотвращает образование ассоциатов жировых шариков, в то время как в образцах пастеризованного не гомогенизированного молока их количество колеблется от 5 до 15 %.

На основании экспериментальных исследований доказано, что при обработке нормализованных молочных смесей на вакуумном гомогенизаторе повышается их тепловая стабильность на 1…3 группы по алкогольной пробе, снижается титрованная кислотность на (2 1)0Т и повышается активная на (0,10 0,05) од.рН.

Повышение термоустойчивости молока после обработки на вакуумном гомогенизаторе объясняется спецификой тепло-, массообменных процессов, происходящих при адиабатном кипении под вакуумом, увеличением степени дисперсности белковой фазы, соотношения -казеин/-лактоглобулин и уровня рН в системе. А изменение кислотности нормализованных молочных смесей – удалением с парами конденсата углекислоты и летучих жирных кислот.

Исследованиями установлено, что после обработки молока на вакуумном гомогенизаторе улучшаются органолептические показатели сырья за счет паровой дистилляции летучих