Одним из важных технологических процессов в молочной промышленности является гомогенизация молочных продуктов. Этот процесс используется:

• для гомогенизации молока при производстве стерилизованного молока и кефира;
• для гомогенизации сливок при производстве сметаны;
• при приготовлении смесей для мороженного и т.п.

Технология, разработанная на основе созданной в НЦ НВМТ РАН теории нелинейных колебаний многофазных систем, позволяет интенсифицировать технологический процесс гомогенизации. Принцип предлагаемой технологии гомогенизации основан на специальном волновом воздействии с определенными характеристиками на двухфазную жидкость, позволяющем получить высокие степени гомогенизации.

Эти волны возбуждаются специальным гидродинамическим генератором, устройством, разработанным в НЦ НВМТ РАН. Генератор функционирует под действием потока жидкости, прокачиваемой через него. Частота и амплитуда излучения подобраны таким образом, что шарики жира, находящиеся в молоке, теряют устойчивость. Под действием излучения оболочки шариков (так называемые липидные оболочки) разрываются, и шарики делятся.

Предлагаемая технология обладает следующими преимуществами:

• Гомогенизация молока и молочных продуктов обеспечивается при значительно более низком рабочем давлении. Так если обычные щелевые гомогенизаторы проводят процесс при давлении 100 - 140 атм., то волновой гомогенизатор при 40 - 70 атм.
• Низкое рабочее давление позволяет отказаться от плунжерных насосов в гомогенизаторах. Вместо них возможно использование шестеренчатых насосов. Что в свою очередь снижает материалоемкость гомогенизатора, делает его экономичнее и значительно дешевле.
• Значительно упрощается конструкция гомогенизатора и облегчается его техническое обслуживание.
• Конструкция волнового гомогенизатора позволяет легко промывать его без разборки, а наличие волнового генератора значительно улучшает качество мойки.
• Новая гомогенизирующая головка не содержит подвижных деталей и значительно меньше изнашивается.
• Волновой гомогенизатор позволяет не только гомогенизировать молочный жир, с его помощью можно диспергировать в молоке различные добавки, например, растительный жир, сиропы, порошки. Также этот гомогенизатор способен эффективно диспергировать сухое молоко, разрушая комки сухого вещества и ускоряя его растворение.

В НЦ НВМТ РАН были изготовлены и испытаны опытный образец волнового гомогенизатора производительностью 1 т/час и гомогенизирующая головка, рассчитанная на производительность 5 т/час. Это оборудование было испытано на Звенигородском молочном заводе. В настоящее время это оборудование проходит сертификацию на Мытищинском молокозаводе.

НЦ НВМТ РАН готов поставить опытные образцы этой техники любому заинтересованному заказчику.

Ниже представлены результаты испытаний волнового гомогенизатора на Звенигородском молокозаводе.

Схемы опытных установок.

Рисунок 1. Опытный образец волнового гомогенизатора. 1 - емкость с молоком;   2 - насос;   3 - волновой генератор; 4 - привод;   5 - инвертор;   6 - вентили;   7 - манометры; 8 - пьезодатчик давления;   9 - осцилограф.

Схема опытной установки показана на рис.1. Молоко или сливки из емкости /1/ с помощью насоса /2/ поступали в рабочую камеру, в которой установлен волновой генератор /3/. В рабочей камере благодаря излучению генератора происходила гомогенизация продукта. Датчик давления /8/, осцилограф /9/ использовались для контроля функционирования волнового генератора. Подача насоса и давление регулировалось изменением частоты вращения эл.мотора /4/, для чего использовался инвертор /5/. Рабочее давление гомогенизатора составило 30 - 40 атм., максимальная производительность 1 т/час.

Рисунок 2. Испытания волновой гомогенизирующей головки. 1 - пятитонный гомогенизатор Одесского машиностроительного завода; 2 - воздушный колпак для гашения пульсаций давления; 3 - волновой генератор;   4 - дроселльная шайба;   5 - манометры; 6 - датчик давления;   7 - осцилограф.	Рисунок 2а. Внешний вид гомогенизирующей головки

На рисунке 2 показано устройство волновой гомогенизирующей головки, предназначенной для совместной работы с пятитонным трехплунжерным гомогенизатором производства Одесского машиностроительного завода. Щелевая гомогенизирующая головка в этом случае отсоединялась от насосного агрегата. Рабочее давление гомогенизатора составило 60 - 70 атм.

Результаты испытаний.

Испытания проводились на следующих продуктах: молоке, сливках и смеси вода - растительное масло (3-5 об.%). Смесь вода - масло использовалась в опытах в качестве заменителя молока для отладки технологии (как более дешевый продукт). Кроме этого были проведены исследования по диспергированию в обезжиренном молоке растительного масла (до 3 об.%). Опыты показали, что это происходит легко. Причем эмульсия растительного жира не отстаивается со временем, что объясняется, по-видимому, осаждением белковых соединений на поверхности шариков масла. Вкус и запах молока также заметно не изменился.

Важным параметром, оказывающим влияние на качество гомогенизации, является частота волнового воздействия. Так при частоте 15 кГц максимальный размер жировых шариков в 2 мкм был получен при амплитуде волнового воздействия порядка 0,3 атм. В то время как при частоте 20 кГц уже при амплитуде 0,17 атм. А при частоте волнового воздействия равным 10 кГц удалось добится дисперсности жировых шариков всего лишь 3 мкм, хотя амплитуда достигала 0,5 атм. Величина максимальной полученной дисперсности от частоты воздействия показана на рис.3.

Рис.3. Средний размер жировых шариков от частоты волнового воздействия.

Другим важным параметром является перепад давления на гомогенизирующей головке, поскольку от этого параметра зависит амплитуда волн. На рис. 4. показана полученная степень дисперсности как функция перепада давления, а на рисунках 5 представлены микрофотографии сливок.

Рис.4. Средний размер жировых шариков от перепада давления.

Рисунок 5.Микрофотографии сливок

Негомонизированные сливки	Давление гомогенизации P=20атм
Давление гомогенизации P=35атм	Давление гомогенизации P=35атм

Третий важный фактор - температура обрабатываемого продукта. С повышением температуры уменьшается коэффициент поверхностного натяжения жировой пленки, поэтому силы, скрепляющие жировой шарик ослабевают. Однако при высоких температурах в обрабатывемой среде происходит пенообразование. Если щелевой гомогенизатор малочувствителен к этому явлению, то для волнового гомогенизатора это является критичным, при пенообразовании качество гомогенизации резко ухудшается. Таким образом, существует оптимальный диапазон температур для обрабатываемого сырья. Эти зависимости показаны на рис.6.

Рис.6. Зависимость дисперсности молочного жира от температуры
сырья во время гомогенизации. Рабочее давление - 30 атм.

Web-master: Студия "Сигнал-дизайн", www.signal-design.ru