I.2.4 Гомогенизация

При хранении молока жировые шарики, имеющие более низкую плотность, чем плазма, поднимаются вверх, вызывая отстаивание жира. Это приводит к образованию пробки, трудно размешиваемой с остальной массой молока, ухудшается внешний вид, теряется часть жира, оставаясь на стенках ёмкости, затрудняются некоторые технологические процессы.

Скорость всплывания жировых шариков на поверхность определяется формулой Стокса:

2 ρ ₁ – ρ ₂

v = –– g r² –––––––, м/с

9 μ

где g – ускорение силы тяжести, м/с²;

r – радиус жировых шариков, м;

ρ ₁ и ρ ₂ – соответственно плотность плазмы молока и молочного жира, кг/м³;

μ – динамическая вязкость молока, Па·с.

Т.е. скорость всплывания жировых шариков зависит от размеров жировых шариков и вязкости молока при постоянных g, ρ ₁ и ρ ₂. Для уменьшения этой скорости и, следовательно, для снижения отстаивания сливок необходимо уменьшить размеры жировых шариков и повысить вязкость молока. Это можно достичь в процессе гомогенизации (гомогенный – однородный), сущность которой заключается в дроблении (диспергировании) жировых шариков путем воздействия на молоко значительных внешних усилий, вызываемых перепадом давлений, ультразвуковой или высокочастотной обработкой. В процессе гомогенизации уменьшается размер жировых шариков с 2…4 мкм (в среднем) в свежем молоке до 1 мкм, несколько повышается вязкость, тем самым снижается возможность отстоя сливок при хранении молока (в гомогенизированном молоке практически нет отстоя сливок).

Гомогенизация широко применяется в молочной промышленности как один из прогрессивных технологических процессов, значительно повышающих качество продукции. Повышение дисперности жировой фазы устраняет такие нежелательные явления, как отстаивание жира, развитие окислительных процессов, подсбивание при интенсивном размешивании и транспортировке; улучшается консистенция молочных продуктов. Гомогенизация молока используется в технологических процессах производства питьевого пастеризованного молока, стерилизованного молока и сливок, кисломолочных продуктов и мороженого, творога на линии Я9-ОПТ, плавленого сыра и сливочного масла.

В промышленности для гомогенизации молока применяют специальные аппараты – гомогенизаторы клапанного типа и сепараторы-диспергаторы (или кларификсаторы), а для гомогенизации вязких молочных продуктов (плавленый сыр, масло) – гомогенизаторы-пластификаторы клапанного типа.

Основной способ гомогенизации, используемый в производстве – продавливание молока через узкую щель, образующуюся между седлом и клапаном гомогенизирующей головки, в нагнетательную трубку.

В настоящее время нет достаточно обоснованного объяснения механизма дробления жировых шариков. Рассмотрим одну из гипотез – гипотезу Барановского для клапанного гомогенизатора. Автор объясняет процесс дробления жировых шариков таким образом (рис. 5):

Рис.5. Механизм дробления жирового шарика в клапанном гомогенизаторе

Скорость жировых шариков при гомогенизации изменяется от весьма малой начальной скорости V₀ (несколько м/сек) в канале седла диаметром d до весьма большой V₁ (несколько сот м/сек) в клапанной щели высотой h из-за резкого изменения сечения потока. При переходе от малых скоростей к высоким в жировых шариках происходят внутренние деформации: его передняя часть при подходе к клапанной щели приобретает скорость V₁, вытягивается в нить и раздробляется в виде мелких капелек в результате действия сил поверхностного натяжения. Быстрому вытягиванию жировых шариков и отрыву от него мелких частиц способствует гидродинамическое давление на жировые шарики Р₀, которое по бокам и позади капли значительно больше давления Р₁ в зоне высоких скоростей.