Гомогенизация молока

Зачем нужна гомогенизация?

Цель гомогенизации заключается в том, чтобы избежать слипания жира на поверхности молочного продукта при хранении. Без гомогенизации крупные комочки жира могут собираться вверху, что приводит к изменению текстуры и снижению качества продукта. Раздробленные жировые шарики после процесса гомогенизации не склеиваются, что предотвращает образование пленки на поверхности.

Скорость всплытия жировых шариков зависит от их размеров, чем больше шарик, тем быстрее он всплывает. Применяя формулу Стокса, можно установить, что размеры шариков жира обычно изменяются от 0,5 до 18 мкм. После гомогенизации их размер уменьшается примерно в 10 раз, что замедляет их возможное всплытие на поверхность до 100 раз. Более того, для маленьких комочков размером менее 1 мкм силы отталкивания преобладают над притяжением.

При процессе жирового разрушения, структура его оболочки претерпевает изменения. Некоторые фосфатиды перемещаются в плазму, а плазменные белки направляются к поверхности мельчайших частиц. Этот взаимодействие существенно способствует стабилизации жировой эмульсии в молоке. При высокой дисперсности жира не происходит фазового разделения, что предотвращает его отделение. Продукты, такие как молоко, сливки, сметана, масло, йогурт и другие, произведенные из однородного сырья путем гомогенизации, обладают улучшенными органолептическими свойствами и текстурой, что способствует более эффективному усвоению питательных веществ организмом.

Гомогенизация приносит следующие выгоды:

• Пастеризованное молоко и сливки, разлитые в нержавеющие стальные емкости, приобретают однородность по жирности, цвету и вкусу.
• Стерилизованное молоко и сливки дольше сохраняют свои свойства.
• На кисломолочных продуктах не образуется жировая пленка, белковые сгустки становятся более прочными и улучшается их текстура.
• В молочных сгущенных консервах не происходит отделения жирной фазы при хранении в течение длительного времени.
• В цельном сухом молоке содержится меньше свободного жира без оболочек из белка, предотвращая окисление.
• Восстановленные кисломолочные напитки, сливки и молоко не имеют водянистого привкуса, а их вкус становится более насыщенным.
• Молоко с добавлением наполнителя, такого как какао, приобретает более плотную текстуру, без осадка и с более насыщенным вкусом.

Механизм работы процесса гомогенизации

Рекомендуется проводить гомогенизацию молока после его пастеризации на протяжении определенного времени. Для этой цели применяются различные устройства, одним из наиболее распространенных являются агрегаты клапанного типа. Эти устройства, по своей сути, представляют собой плунжерные насосы высокого давления, через которые жидкость проходит через мельчайшие отверстия, что значительно увеличивает скорость потока. В результате этого жировые шарики разрушаются, а образующиеся мелкие комочки покрываются белковой пленкой.

В клапанном устройстве наличествует зона резкого изменения поперечного сечения потока у пропускной щели. По принципам гидротехники, которым следуют все устройства в пищевой промышленности, начиная от доильного оборудования и молочных насосов, и заканчивая анализаторами соматических клеток, через поперечное сечение трубы с переменным диаметром в единицу времени проходит одинаковый объем жидкости. Это означает, что произведение скорости потока на площадь поперечного сечения остается постоянным. Таким образом, чем меньше радиус трубы, тем выше скорость потока, и резкое изменение площади поперечного сечения требует соответствующего изменения скорости.

Следовательно, в этой зоне происходит резкое переход от низких к высоким скоростям потока. Когда жировой шарик попадает в эту зону, он деформируется: его передняя часть приближается к гомогенизирующей щели, вливается в поток с высокой скоростью, вытягивается в тонкую нить, а затем разбивается на крошечные капли. После этого процесс повторяется: содержимое жирового комочка вытягивается и разбивается еще раз. Хотя, конечно, в реальности шарики жира не стоят в очереди у отверстия, так как в 1 мл молока содержится от 2 до 4 миллиардов шариков. Однако схематически именно так можно представить этот процесс.

Факторы, влияющие на интенсивность гомогенизации

Эффективность процедуры гомогенизации, то есть степень раздробленности жировых комочков, зависит в первую очередь от скорости потока жидкости перед пропускной щелью. Скорость определяется давлением, создаваемым плунжером. Чем выше это давление, тем выше степень дробления жира и, следовательно, меньше средний диаметр шариков. Но также важно чтобы и продукт подаваемый на гомогенизатор тоже был под давлением, так нагрузка на рабочие части гомогенизатора будет более равномерной.

При достижении давления на уровне 15 МПа, что соответствует параметрам пищевых центробежных насосов, средний диаметр комочков составит приблизительно 1,43 микрона, что соответствует эффективности гомогенизации на уровне 74%. При давлении 20 МПа комочки уменьшаются до 0,97 микрона, повышая эффективность до 80%. Однако следует учитывать, что более высокое давление также требует больше электроэнергии. Поэтому оптимальным считается диапазон давления от 10 до 20 МПа. Чем выше жирность продукта, тем ниже давление, согласно данным анализатора молока.

Сегодняшние гомогенизаторы преимущественно делятся на одноступенчатые и двухступенчатые. Первые могут способствовать склеиванию мелких комочков жира в крупные образования, в то время как вторые разрушают такие образования, обеспечивая более высокую степень дисперсии жиров. Другим фактором, влияющим на интенсивность процесса гомогенизации, является температура продукта. Повышение температуры сырья уменьшает вязкость продукта, что облегчает процесс раздробления жировых комочков. Однако слишком высокая или низкая температура может повлиять на качество продукта и процессы его хранения. Также свойства продукта, такие как содержание сухих веществ и жира, кислотность, плотность и вязкость, оказывают влияние на интенсивность гомогенизации.

Раздельная гомогенизация

Процедура раздельной гомогенизации представлена следующим образом: после отделения сливок и обрата через фильтр для молока, сливки проходят через гомогенизатор. Полученную однородную смесь затем смешивают с обезжиренным сырьем, нормализуют до необходимого процента жирности, подвергают пастеризации и охлаждают в ванне. При одноступенчатой гомогенизации содержание жира в сливках не должно превышать 16%, а при двухступенчатой - 25%.

Многоступенчатая гомогенизация

Многоступенчатая гомогенизация предполагает проведение процедуры длительной пастеризации сырья, поскольку это повышает устойчивость молочной эмульсии к высоким температурам. Для обеспечения стабильности жировой фракции в конечном продукте необходимо наличие достаточного количества белка в сырьевой массе, что способствует быстрой рекристаллизации мелких жировых частиц. Важным условием является правильное объемное соотношение СОМО и жира, превышающее шесть десятых.

Электрогидравлические и ультразвуковые гомогенизаторы

Принцип работы электрогидравлической гомогенизации молока основан на создании сверхвысоких импульсных давлений в жидкости, что порождает ударные волны. Этот эффект электрогидравлического удара успешно разламывает жировые шарики, уменьшая их размер в 7-8 раз, не оказывая продолжительного воздействия на свойства продукта. Однако длительное воздействие может повлиять на вкус продукта.

Ультразвуковой молочный гомогенизатор, сопровождающийся насосом для молока, представляет собой гидродинамическое и электромеханическое устройство. Он направляет ультразвуковые и звуковые волны на молоко. Один из наиболее распространенных типов - гидродинамический свисток. Этот метод включает подачу жидкости в область наибольшего ультразвукового воздействия, создаваемого потоком жидкости. В результате поток разделяется на отдельные струи, летящие с высокой скоростью и пересекающиеся многократно. Таким образом возникают высокочастотные акустические колебания и интенсивные вихри. При выходе из сопла, вихри усиливаются, а колебания усиливаются резонаторами, создавая кавитационные полости с последующим гидроударом.