3.4.3. Факторы, влияющие на процесс гомогенизации

Рассмотрим, какие же факторы в первую очередь влияют на процесс диспергирования в гомогенизаторах клапанного типа. Эффективность гомогенизации зависит прежде всего от скорости потока при входе в гомогенизирующую щель, а следовательно, от давления гомогенизации, величину которого всегда определяет скорость.

С повышением давления усиливается механическое воздействие на продукт, возрастает дисперсность жира, а средний диаметр жировых шариков уменьшается. По данным ВНИКМИ, при давлении 15 МПа средний диаметр жировых шариков составляет 1,43 мкм, эффективность гомогенизации - 74 %, при давлении 20 МПа средний диаметр шариков уменьшается до 0,97 мкм, а эффективность гомогенизации возрастает до 80 %. Наиболее оптимальная величина давления находится в пределах от 10 до 20 МПа. Рекомендуемое давление гомогенизации зависит от вида и состава продукта. С повышением содержания жира и сухих веществ в продукте следует применять более низкое давление гомогенизации. Так, при гомогенизации сливок, особенно с повышенным содержанием жира, формирование новых оболочек шариков идет медленнее, чем в молоке, и часть жира может остаться незащищенной. Для образования новых оболочек необходимо иметь в сливках соотношение СОМО/жир выше 0,6-0,85. В сливках из дестабилизированных шариков выдавливается жидкий жир, с его помощью, а также при участии субмицелл казеина в процессе соударений шариков образуются агрегаты и скопления. Возможно слияние отдельных шариков с образованием вторичных шариков большего диаметра.

Исходя из ранее указанного, в зависимости от массовой доли жира в сливках гомогенизацию проводят при следующих режимах: для сметаны 10, 15 и 20%-й жирности - при давлении 8-12 МПа; 25%-й жирности - при давлении 7-11 МПа; 30%-й жирности - при давлении 7-10 МПа.

Для снижения массовой доли свободного жира в сухом цельном молоке сгущенное молоко, выпускаемое из вакуум-выпарного аппарата, гомогенизируют при температуре сгущенного молока 42-52 С в зависимости от конструкции аппарата и давления:

• на одноступенчатом гомогенизаторе - 10-15 МПа;

• двухступенчатом гомогенизаторе;

• первой ступени - 11,5-12,5 МПа;

• второй ступени - 2,5-3,0 МПа.

Следующим фактором, оказывающим влияние на эффективность процесса гомогенизации, является температура. Интенсивность процесса гомогенизации возрастает с повышением температуры, так как при этом жир переходит полностью в жидкое состояние и уменьшается вязкость продукта. При температурах ниже 50 С отстаивание жира усиливается, снижается термоустойчивость молока в связи с тем, что формируются очень толстые и рыхлые адсорбционные оболочки жировых шариков, способные к сцеплению между собой с образованием скоплений жировых шариков.

Высокая седиментационная устойчивость молочных эмульсий, гомогенизированных при температуре 50-60 С, обусловлена отсутствием в них скоплений жировых шариков - высокой эффективностью структурно-механического барьера, создаваемого относительно рыхлыми и толстыми оболочками жировых шариков (оболочки обладают свойствами эластичного геля, но при высоких температурах легко взаимодействуют между собой, вызывая агрегацию жировых шариков). Термоустойчивость такого молока низкая.

В интервале температур гомогенизации 65-75 С формируются тонкие и прочные адсорбционные оболочки жировых шариков, устойчивые к последующим высокотемпературным воздействиям; скопления жировых шариков не образуются (в случае гомогенизации сливок с повышенным содержанием жира образуются скопления небольших размеров), что обусловливает высокую седиментационную устойчивость и максимально возможную термоустойчивость.

При температурах гомогенизации выше 75 С создаются условия для интенсивного образования скоплений жировых шариков, особенно в случае сливок с повышенным содержанием жира, что является причиной низких показателей эффективности гомогенизации. Это возможно ликвидировать с помощью добавок низкомолекулярных поверхностно-активных веществ (лецитин, твин), а также с помощью ПАВ пахты (белково-липидных комплексов). Это предопределяет высокую термоустойчивость, предотвращает загустевание при хранении сгущенных молочных консервов и улучшает растворимость сухих.

Отсюда можно сделать вывод о том, что с повышением содержания жира в молочных продуктах роль температуры гомогенизации в обеспечении требуемого качества готовой продукции возрастает. В связи с этим гомогенизацию цельного молока возможно проводить при температурах в широком интервале - от 50 до 90 С, а сливок с массовой долей жира 25 % и более - только в интервале 65-75 С. Эти данные расходятся с действующей нормативной документацией на производство сметаны. В технологической инструкции указано, что пастеризованные сливки гомогенизируют при температуре пастеризации 84-88 С и допускается проведение гомогенизации до пастеризации.

Кроме этого, эффективность гомогенизации зависит от состава и свойств продукта (вязкости, плотности, кислотности, содержания жира и сухих веществ). С повышением кислотности молока и молочных продуктов эффективность гомогенизации уменьшается, так как в таком молоке понижается стабильность белков, образуются белковые агломераты, затрудняющие дробление жировых шариков. При повышении вязкости и плотности эффективность также снижается.

На эффективность процесса диспергирования в роторно-кавитационных гомогенизаторах оказывает влияние диаметр, количество отверстий и профилей ротора и статора, скорость вращения ротора.

На эффективность гомогенизации оказывает влияние последовательность технологических операций «гомогенизация-хранение» и «хранение-гомогениза-ция». Необходимо учитывать: если сливки или многокомпонентные смеси подлежат высокотемпературной обработке, необходимо проводить гомогенизацию свежеполученных сливок, не подвергнутых воздействию низких температур в интервале от 2 до 6 С. Хранению подлежат (если в этом есть необходимость) лишь гомогенизированные и пастеризованные сливки.

Эффективность гомогенизации (К) определяется следующими методами: методом отстаивания жира, методом центрифугирования и по размерам жировых шариков, определяемых с помощью микроскопа. При использовании первых двух методов оценивают эффективность, замерив массовые доли жира в полученных фракциях, по следующей формуле:

(13)

где Ж_т.ф. - массовая доля жира в тяжелой фракции, %,

Ж_л.ф. - массовая доля жира в легкой фракции, %.