Что такое деминерализация сыворотки
Что такое деминерализация сыворотки
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СЫВОРОТКА МОЛОЧНАЯ ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННАЯ
Demineralized dairy whey. Specifications
Дата введения 2016-07-01
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным научным учреждением «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности» (ФГБНУ «ВНИМИ»), Федеральным государственным автономным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет» (ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»)
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ OIML R 76-1 Государственная система обеспечения единства измерений. Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания
ГОСТ 8.579 Государственная система обеспечения единства измерений. Требования к количеству фасованных товаров в упаковках любого вида при производстве, расфасовке, продаже и импорте
ГОСТ 12.1.004 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 12.1.005 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
ГОСТ 12.1.007 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 12.4.009 Система стандартов безопасности труда. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание
ГОСТ 12.4.021 Система стандартов безопасности труда. Системы вентиляционные. Общие требования
ГОСТ 61 Реактивы. Кислота уксусная. Технические условия
ГОСТ 450 Кальций хлористый технический. Технические условия
ГОСТ 1770 (ИСО 1042-83, ИСО 4788-80) Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия
ГОСТ 3118 Реактивы. Кислота соляная. Технические условия
ГОСТ 3626 Молоко и молочные продукты. Методы определения влаги и сухого вещества
ГОСТ 4207 Реактивы. Калий железистосинеродистый 3-водный. Технические условия
ГОСТ 4232 Реактивы. Калий йодистый. Технические условия
ГОСТ 4461 Реактивы. Кислота азотная. Технические условия
ГОСТ 5037 Фляги металлические для молока и молочных продуктов. Технические условия
ГОСТ 5823 Реактивы. Цинк уксуснокислый 2-водный. Технические условия
ГОСТ 5867 Молоко и молочные продукты. Методы определения жира
ГОСТ 6709 Вода дистиллированная. Технические условия
ГОСТ 9147 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия
ГОСТ 9218 Цистерны для пищевых жидкостей, устанавливаемые на автотранспортные средства. Общие технические условия
ГОСТ 10163 Реактивы. Крахмал растворимый. Технические условия
ГОСТ 10354 Пленка полиэтиленовая. Технические условия
ГОСТ 10444.12 Продукты пищевые. Метод определения дрожжей и плесневых грибов
ГОСТ 12026 Бумага фильтровальная лабораторная. Технические условия
ГОСТ 14919 Электроплиты, электроплитки и жарочные электрошкафы бытовые. Общие технические условия
ГОСТ 15846 Продукция, отправляемая в районы Крайнего Севера и приравненные к ним местности. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение
ГОСТ 16337 Полиэтилен высокого давления. Технические условия
ГОСТ 18677 Пломбы. Конструкция и размеры
ГОСТ 18680 Детали пломбирования. Общие технические условия
ГОСТ 19360 Мешки-вкладыши пленочные. Общие технические условия
ГОСТ 19908 Тигли, чаши, стаканы, колбы, воронки, пробирки и наконечники из прозрачного кварцевого стекла. Общие технические условия
ГОСТ 23285 Пакеты транспортные для пищевых продуктов и стеклянной тары. Технические условия
ГОСТ 23327 Молоко и молочные продукты. Метод измерения массовой доли общего азота по Кьельдалю и определение массовой доли белка
ГОСТ 23452 Молоко и молочные продукты. Методы определения остаточных количеств хлорорганических пестицидов
ГОСТ 23651 Продукция молочная консервированная. Упаковка и маркировка
ГОСТ 25336 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры
ГОСТ 26663 Пакеты транспортные. Формирование с применением средств пакетирования. Общие технические требования
ГОСТ 26754 Молоко. Методы измерения температуры
ГОСТ 26809.1 Молоко и молочная продукция. Правила приемки, методы отбора и подготовка проб к анализу. Часть 1. Молоко, молочные, молочные составные и молокосодержащие продукты
ГОСТ 26927 Сырье и продукты пищевые. Методы определения ртути
ГОСТ 26929 Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения токсичных элементов
ГОСТ 26930 Сырье и продукты пищевые. Методы определения мышьяка
ГОСТ 26932 Сырье и продукты пищевые. Методы определения свинца
ГОСТ 26933 Сырье и продукты пищевые. Методы определения кадмия
ГОСТ 27068 Реактивы. Натрий серноватистокислый (натрия тиосульфат) 5-водный. Технические условия
ГОСТ 27752 Часы электронно-механические кварцевые настольные, настенные и часы-будильники. Общие технические условия
ГОСТ 28498 Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний
ГОСТ 29169 Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки с одной отметкой
ГОСТ 29227 (ИСО 835-1-81) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Часть 1. Общие требования
ГОСТ 29245 Консервы молочные. Методы определения физических и органолептических показателей
ГОСТ 29246 Консервы молочные сухие. Методы определения влаги
ГОСТ 29247 Консервы молочные. Методы определения жира
ГОСТ 30178 Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов
ГОСТ 30305.1 Консервы молочные сгущенные. Методики выполнения измерений массовой доли влаги
ГОСТ 30305.4 Продукты молочные сухие. Методика выполнения измерений индекса растворимости
ГОСТ 30347 Молоко и молочные продукты. Методы определения Staphylococcusaureus
ГОСТ 30538 Продукты пищевые. Методика определения токсичных элементов атомно-эмиссионным методом
ГОСТ 30648.2 Продукты молочные для детского питания. Методы определения общего белка
ГОСТ 30711 Продукты пищевые. Методы выявления и определения содержания афлатоксинов B и М
ГОСТ 31502 Молоко и молочные продукты. Микробиологические методы определения наличия антибиотиков
ГОСТ 31659 Продукты пищевые. Метод выявления бактерий рода Salmonella
ГОСТ 32031 Продукты пищевые. Методы выявления бактерий Listeriamonocytogenes
ГОСТ 32161 Продукты пищевые. Метод определения содержания цезия-137
ГОСТ 32163 Продукты пищевые. Метод определения содержания стронция-90
ГОСТ 32164 Продукты пищевые. Метод отбора проб для определения стронция-90 и цезия-137
ГОСТ 32219 Молоко и молочные продукты. Иммуноферментные методы определения наличия антибиотиков
ГОСТ 32254 Молоко. Инструментальный экспресс-метод определения антибиотиков
ГОСТ 32901 Молоко и молочная продукция. Методы микробиологического анализа
Деминерализованная сыворотка
В настоящее время в странах с развитой молочной промышленностью все более широко применяется электродиализная и нанофильтрационная обработка сыворотки. Использование этих процессов в технологии молока дает возможность получить дополнительный источник углевод-содержащего сырья, при правильной переработке которого можно значительно повысить эффективность работы молокоперерабатывающей предприятий, организовать безотходное производство молочного сырья, а также расширить ассортимент вырабатываемых продуктов. Можно выделить следующие основные направления переработки и использования деминерализованной молочной сыворотки на основе электродиализа: детское питание, молочно-белковые концентраты, сиропы, напитки, лечебные и диетические продукты, продукты спортивного питания, мороженое и др.
Следует отметить, что, несмотря на значительные успехи, достигнутые в переработке молочной сыворотки на пищевые цели, все же область использования этого ценного белково-углеводсодержащего сырья ограничена. В первую очередь, это связано с высоким содержанием в сыворотке минеральных солей, наличие которых затрудняет разработку технологии молочных и пищевых продуктов и обуславливает органолептические и видовые пороки.
Молочную сыворотку разделяют на следующие виды: подсырную (сладкую), получаемую при производстве твердых сыров, в основе которой лежит сычужная коагуляция белков молока; творожную (кислую), получаемую при производстве творога, домашнего сыра и некоторых видов мягких сыров на основе кислотно-сычужной или кислотной коагуляции белков молока; казеиновую, получаемую при производстве казеина.
Перечисленные виды сыворотки различаются между собой по составу и физико-химическим показателям:
Кислотность, град. Т
Из данных таблицы можно заключить, что в молочной сыворотке содержится большое количество минеральных веществ в виде макро- и микроэлементов. Для их удаления возможно применение двух эффективных вариантов — использование электродиализа и использование диализа на нанофильтрационных мембранах.
Основная задача электродиализной обработки сыворотки заключается в ее деминерализации, тогда как при диализе на нанофильтрационных мембранах, по мимо деминерализации возможно и концентрирование сыворотки. Удаление солей в процессе электродиализа позволяет получить обессоленный раствор лактозы, переработка которого дает возможность вырабатывать молочный сахар повышенной чистоты, а также открывает новые возможности для переработки деминерализованного лактозного раствора. Следует также отметить, что незначительное содержание солей в сгущенном растворе лактозы способствует более быстрой кристаллизации ее и интенсифицирует производство молочного сахара.
При проведении электродиализной обработки сыворотки скорость снижения содержания ионов минеральных веществ в ходе обессоливания различна. Причиной этому является ионная подвижность, которая зависит от степени диссоциации минеральных солей. Кроме того, часть солей находится в виде комплексов или в нерастворимой форме, что, естественно, сказывается на скорости деминерализации. По многочисленным экспериментальным данным, в начале электродиализной обработки удаляются только однозарядные ионы (К+, Nа+, Cl- ), а ионы, имеющие более высокий заряд, удаляются только после 50%-ного уровня деминерализации.
Противоположная картина наблюдается в процессе удаления микроэлементов. Массовая доля таких микроэлементов, как Fe, Cu, Zn, Mn в процессе электродиализа меняется незначительно. Поэтому их процентное содержание в сухом веществе обессоленной сыворотки не только не снижается, но даже увеличивается. Следовательно, эти металлы не восприимчивы к электродиализу. Примерно такая же картина наблюдается при проведении диафильтрации на нанофильтрационной мембране, т.к. нанофильтрационная мембрана (НФМ) с легкостью пропускает однозарядные ионы, создавая достаточно большую помеху движению двух и более зарядных ионов. Предполагается, что микроэлементы существуют в неионной форме и связаны с белковыми веществами. Вместе с тем, следует обратить внимание, что при электродиализе и диализе НФМ из сыворотки практически полностью удаляются ионы хлора. Следовательно, при деминерализации сыворотки хорошо удаляются анионы неорганических кислот. Что же касается удаления органических кислот, то согласно данным по молочной кислоте, они выводятся со скоростью, промежуточной между таковой у одно- и двух-зарядных неорганических анионов (это очень важный параметр, для безреагентного снижения кислотности сыворотки).
Массовые доли сывороточных белков, лактозы и витаминов в процессе электродиализа и нанофильтрации молочной сыворотки практически не подвержены каким-либо качественным и количественным изменениям. Потери белков в ходе этого процесса составляют всего 2 — 3 %, количество небелковых азотистых веществ снижается на 25 %, а содержание лактозы при уровне деминерализации 90 % уменьшается всего на 6%. Снижение массовой доли небелковых азотистых веществ, происходит за счет удаления диссоциированных ионов мочевины, содержащейся в исходной молочной сыворотке.
Уменьшение содержания минеральных солей сыворотки в процессе электродиализа, естественно, приводит к снижению ее титруемой кислотности. Для подсырной сыворотки при уровне деминерализации 58 и 90 % степень раскисления составляет соответственно 29 и 60 %, а для творожной сыворотки при уровне деминерализации 50 — 33 %. Однако, не последнюю роль в этом процессе играет удаление анионов неорганических и органических кислот.
Важное значение, при определении путей переработки деминерализованной молочной сыворотки имеет неизменность величины рН в процессе электродиализной обработки. Исходя из этого, деминерализованную творожную сыворотку в связи с ее низкими значениями рН необходимо раскислять смешиванием с пищевым сырьем, имеющим нейтральную величину рН. В процессе же диализа на НФМ, происходит естественная коррекция pH, за счет нейтральной воды и вымывания низкомолекулярных кислот.
Опыт деминерализации сыворотки методом электродиализа
Проблема использования молочной сыворотки на пищевые цели или в качестве одного из главных компонентов при выработке сухих заменителей цельного и обезжиренного молока (ЗЦМ и ЗОМ) для молодняка сельскохозяйственных животных и птицы становятся все более актуальной в сложившейся экономической ситуации. Объемы производства и переработки молока в стране продолжают снижаться, производственные мощности молокоперерабатывающих предприятий используются недостаточно. Так, в 2003 г. в России произведено 32 млн. т молока, а использовано на переработку всего 16,5 млн. т, при этом получено 2,447 млн. т молочной сыворотки, из которых на переработку направлено всего 636 тыс. т. Возврат хозяйствам сыворотки в натуральном виде (без переработки), а также сброс составляют около 85%.
Однако в последние два года интерес предприятий молочной промышленности к переработке молочной сыворотки имеет устойчивую положительную тенденцию. Потребность в сухой и деминерализованной сухой сыворотке заметно возросла у предприятий, производящих мороженое, молочную, кондитерскую и другие виды пищевой продукции. Переработка подсырной и творожной сыворотки на пищевые и кормовые цели (для производства ЗЦМ) молочными комбинатами, располагающими мощностями по сгущению и сушке, является одним из факторов, определяющих эффективность их работы.
Инженерами ОАО «Молоко» на базе тамбовской электродиализной установки и надежных импортных комплектующих была разработана и смонтирована автоматизированная электродиализная установка «Молога-1М». Одновременно проводилось техническое переоснащение цеха сушки с наращиванием мощностей по сгущению и сушке. Была введена в эксплуатацию вторая сушильная установка ВРА-4, что позволило увеличить вырабатку объемов сухой сыворотки и сухих ЗЦМ, обеспечивающие запросы потребителей, более четко организовать производство и использование мощностей цеха сушки.
Технические характеристики установки «Молога-1М»
Наличие стабильно работающей электродиализной установки, дооснащение двух вакуум-выпарных установок «Виганд-8000» вакуумными кристаллизаторами для охлаждения и кристаллизации сгущенной сыворотки в потоке позволили осуществить сушку молочно-жирового концентрата ЗЦМ на распылительных сушилках ВРА-4 в оптимальных режимах и постоянно наращивать объемы вырабатываемой продукции.
В 2002 г. объем переработки подсырной сыворотки с одним комплектом электродиализной установки «Молога-1М» составил 8426 тыс. т, в 2003 г. – 20 646 тыс. т, в 2004 г. – 27 874 тыс. т. Соответственно выработано ЗОМ «Молога-1» и ЗЦМ «Молога-2000» в 2002 г. – 2000 тыс. т; в 2003 г. – 4012 тыс. т и в 2004 г. 6100 тыс. т.
Расчетная производительность электродиализного модуля при 4 пакетах электродиализаторов – 12 м3/ч. Степень деминерализации подсырной сыворотки после обработки на установке «Молога-1М» составляет 70%.
Для получения высокого выхода обязательным условием является хорошее обезжиривание и очистка сыворотки путем сепарирования. После этой обязательной операции сыворотка не содержит взвешенных частиц, поэтому для обеспечения стабильной работы и надежности электродиализной установки достаточно проводить одну мойку установки через 24 ч работы.
Принцип электродиализа
При классическом обессоливании сыворотки с использованием катионо- и анионообменных мембран сталкиваются с двумя потенциальными препятствиями, обусловленными засорением мембран: осаждением малорастворимых кальциевых солей и отложением на поверхности анионообменных мембран белковых фракций (в основном аминокислот).
Задачу предотвращения отложения осадка неорганического фосфата кальция на поверхности и внутри мембран можно решить с помощью приемов, используемых обычно для устранения накипи при обессоливании воды (работа при плотностях тока ниже критического значения плотности, при скоростях потока выше критической скорости, поддерживание соответствующего распределения потоков в электродиализном пакете). Из наблюдений и анализа мембран, засоренных неорганическими веществами при обработке сыворотки следует, что общая причина засорения заключается в образовании слоя фосфата кальция на катодной поверхности катионообменной мембраны. В этом случае в электродиализных камерах наблюдаются типичные значения градиентов концентрации ионов. Неорганические осадки, содержащие кальций и обнаруживаемые в камерах концентрирования солей на поверхности катионообменных мембран, обычно удаляются промывкой мембран кислотой.
В варианте электродиолиза с катионои анионообменными мембранами при деминеральзации сыворотки анионные белковые фракции также осаждаются на поверхности анионообменных мембран в камерах с сывороткой. Многие денатурированные компоненты белка представляют собой крупные отрицательно заряженные ионы, которые движутся внутри мембранного пакета под влиянием электрического тока. Эти частицы слишком велики, чтобы быть в состоянии пройти через анионообменные мембраны, поэтому они отлагаются тонким слоем в камерах с сывороткой на поверхности анионообменных мембран. Осадки с поверхности мембран можно удалить изменением полярности тока, однако это не всегда приводит к нужным результатам.
Производительность установки определяется количеством электродиализаторов, агрегатированных в электродиализном модуле, и производительностью установленных насосов.
Многолетний опыт работы установки «Молога-1М» для производства сухой деминерализованной сыворотки, отвечающей требованиям ТУ 99229-131-04610209-2004, вызывает практический интерес у специалистов предприятий молочной промышленности, на которых имеются ресурсы молочной сыворотки. Шушенский молочноконсервный комбинат и ПК «Глазовмолоко» были первыми заказчиками, для которых изготовлены и поставлены электродиализные установки «Молога-1М», проведено обучение обслуживающего персонала при прохождении их стажировки на Бежецком молочном комбинате.
Необходимо отметить, что для многих сыродельных и молочных комбинатов проблема переработки молочной сыворотки приобретает все большее экономическое и экологическое значение. Особенно острой является проблема переработки казеиновой сыворотки, содержащей в составе соляную или серную кислоту, что исключает возможность применения ее в необработанном виде для кормления животных. При нейтрализации такой сыворотки каустиком или известью образуются минеральные соли, которые при скармливании сыворотки телятам приводят к расстройству их желудочно-кишечного тракта. Проведение деминерализации методом электродиализа позволяет в необходимой степени снизить уровень минеральных солей и сыворотку после обработки использовать в кормовых целях.
Г.В. Кузнецов, А.В. Косицын, А.И. Березкин, ОАО «Молоко»
Что такое деминерализация сыворотки
При производстве некоторых видов молочной продукции, такой как сыры, творог, казеин, остается большое количество побочного продукта – молочной сыворотки.
Получение данного побочного продукта на сегодняшний день достигло действительно колоссальных объемов. Ежегодного в мире после производства сыров, творога и казеина остается более 170 млн. т молочной сыворотки и с годами объемы только растут пропорционально росту переработки молока. До недавнего времени, эти колоссальные объемы достаточно ценного продукта зачастую не использовались, большая часть сыворотки просто сливалась в канализацию или шла на корм скоту. Переработка сыворотки с целью использования в пищу человеком, являлась не рентабельной, и сама природа натуральной сыворотки не позволяла широко использовать в пищевых продуктах.
В связи с этим возникает обратная задача по восстановлению СМС для дальнейшего использования после консервации. При этом промышленность формирует следующие требования к качественным показателям восстановленной молочной сыворотки:
— получение стабильных растворов на основе сухой молочной сыворотки;
— приближённость свойств полученных растворов показателям, присущих натуральной сыворотке, которая была до получения сухого концентрата;
— отсутствие в рецептуре химических стабилизаторов, консервантов;
— получение растворов СМС с требуемыми физико-химическими свойствами, соответствующими конкретным видам готовой продукции, в том числе показателем активной кислотности.
Для соответствия данным требованиям для получения восстановленной сыворотки возможно применить метод ультразвуковой кавитации (КД-обработки) и электрохимической обработки воды и получить восстановленный продукт с необходимыми физико-химическими свойствами, и высокой стабильностью.
Материалы и методы исследования
Для восстановления использовали деминерализованную молочную сыворотку с уровнем деминерализации 50% ГОСТ Р 53492-2009 «Сыворотка молочная сухая». Данная сыворотка наиболее часто встречается в рецептурах напитков повышенной биологической ценности, продуктах детского питания и молочных десертов.
Результаты исследования и их обсуждение
Основным технологическим оборудованием для КД-обработки (кавитационной дезинтеграции), являлся ультразвуковой процессор Hielscher UP 400S (Рисунок 1) мощностью 400 Вт и частотой колебаний 24 кГц. Данный прибор представляет из себя генератор (источник энергии) и преобразователь (сонотрод). Сонотроды в свою очередь являются тем устройством, которое передает ультразвуковые колебания в обрабатываемую среду.
Методология работы на ультразвуковой установке HielscherUP400S возможно разделить на два этапа, подготовительный и рабочий.
1. Установка выбранного сонотрода в ультразвуковой процессор.
2. Подключение к интерфейсу ПК Box UPCT-L температурного зонда.
3. Подключение к компьютерной рабочей станции по средствам интерфейса ПК Box UPCT-L
1. Установка режимов обработки в управляющей программе UPCT-L (время обработки, с.; амплитуда механических колебаний, %; дробность цикла работы установки, от 0 до 1.)
2. Установка образца на предметный столик в звукозащитном боксе установки. (объем, глубина погружения, тип тары)
3. Извлечение обработанного образца.
4. Очистка рабочих поверхностей сонотрода и поверхностей звукозащитного бокса.
Результаты обработки напрямую зависят от выбора сонотродов и режимов работы оборудования. В связи с этим имелась задача выбора наиболее оптимальной конфигурации оборудования и его режима работы.
Проведя анализ использования ультразвукового оборудования в пищевой промышленности и, исходя из физико-химических свойств исследуемой среды, были установлены следующие критерии для подбора рациональных режимов и комплектации ультразвукового процессора [1, 2, 3, 4, 6, 7]:
— внесение большого количества энергии за меньший промежуток времени;
— минимальное различие температуры от начала обработки до её завершения;
— применимость сонотрода при объёмах до 500 мл.
По данным критериям проведено аппаратное исследование ультразвукового процессора с четырьмя различными сонотродами, которые соответствуют установленным выше критериям.
Проведенное аппаратное исследование обладало следующими условиями и порядком:
— при аппаратном исследовании использовались сонотроды H3, H7, H14, H22
— замеры были произведены при значениях амплитуды 20% и 100% для каждого типа сонотрода;
— время обработки 10 и 120 секунд.
— обрабатываемой средой являлась питьевая вода;
— параметр «Цикл» (пределы регулирования параметра от 0 до 1) во всех замерах был установлен на максимальное значение – 1, что соответствует непрерывной работе установки в течение заданного времени.
Рис. 1. Ультразвуковой процессор HielscherUP400S: 1 – ультразвуковой процессор; 2 – звукозащитный бокс; 3 – сонотрод
Анализ полученных зависимостей позволяет установить, что выделяемая при ультразвуке энергия не всегда зависит от размера и диаметра сонотрода. На это указывает и тот факт, что при одинаковом времени обработки, которое в данном случае было равно 120 секундам, сонотрод Н14 выделил в систему на 3973,36 Вт·с больше чем сотнотрод Н22, хотя сонотрод Н22 имеет больший диаметр, чем Н14.
Результаты данного аппаратного исследования представлены в таблице Таблица 1. Название сонотродов в таблице соответствует их основному геометрическому параметру – диаметру. К примеру, сонотрод Н22 имеет сечение диаметром 22 мм. Данное правило распространяется и на остальные сонотроды в таблице Таблица 1.
Результаты аппаратного исследования ультразвукового процессора HielscherUP400S
Начальная температура, tн, °С
Конечная температура, tк, °С
Проведенное аппаратное исследование позволило определиться с необходимой комплектацией данного аппарата с учетом заданных критериев. Основным сонотродом был принят сонотрод Н22, так как он обладает максимальными характеристиками вносимой энергии в обрабатываемую среду при кратковременной обработке, а также при его применении не происходит значительного повышения температуры.
Полученные результаты аппаратного исследования были использованы при исследовании влияния ультразвуковой кавитации на буферность показателя активной кислотности растворов сухой молочной сыворотки.
В этом исследовании использовалась вода, активированная различными способами: католит электроактивированной воды (рН=10,5-11,0 ед.), кавитационно-дезинтегрированная вода (рН=8,00-8,15 ед.) и католит воды, подвергшийся кавитационной дезинтеграции (рН=10,5-11,5 ед.). В качестве контроля использовали питьевую воду (рН=7,85-8,15 ед.).
Основным контролируемым параметром являлся уровень активной кислотности (pH, ед.). По полученным значениям рН построены графики зависимости уровня активной кислотности раствора от процентного содержания в нем сухой молочной сыворотки, приведенные на Рис. 2 и Рис. 3.
На рисунках Рис. 2 и Рис. 3 приведены графические зависимости и уравнения, адекватно описывающие экспериментальные данные. Данные зависимости ближе всего описывает степенная функция с отрицательным степенным значением.
Рис. 2. Зависимость уровня рН от процентного содержания сухой молочной сыворотки: 1) с применением кавитационной дезинтеграции, при использовании питьевой воды2) без применения кавитационной дезинтеграции, при использовании питьевой воды
Анализ полученных зависимостей позволил установить общую закономерность для всех типов растворов: при увеличении процентного содержания СМС в анализируемых растворах снижается уровень активной кислотности и уменьшается разность уровня pH между близкими значениями процентного содержания СМС, что, предположительно, связанно с буферностью получаемой коллоидной системы.
Кроме общей закономерности снижения активной кислотности от процентного содержания СМС, также установлено, что дополнительная активация католита путем кавитационной дезинтеграции приводит к снижению рН раствора в среднем на 0,12 ед. При аналогичной обработке питьевой воды величина рН раствора снижается более интенсивно и составляет, в среднем, 0,5 ед.
Проведенные исследования показали, что применение католита и кавитационно-дезинтегрированного католита взамен питьевой воды для приготовления растворов СМС целесообразно при концентрациях СМС до 8%. Дальнейшее увеличение содержания СМС в растворе приводит к формированию системы со значениями активной кислотности, близкими к рН =6,5.
В этой связи определённый научный интерес представляет возможность изучения получения растворов молочной сыворотки путем предварительного смешивания СМС и активированной воды с последующей кативитационной дезинтеграции с целью их эффективного смешивания.
Рис. 3. Зависимость уровня рН от процентного содержания сухой молочной сыворотки: 1) с применением кавитационной дезинтеграции католита 2) без применения кавитационной дезинтеграции католита
Следующим экспериментальным исследованием являлось: исследование по установлению влияния активированных сред на основные параметры восстановленной молочной сыворотки, путем предварительного смешивания СМС и активированной воды с последующей кативитационной дезинтеграции с целью их эффективного смешивания.
Основными контролируемыми физико-химическими свойствами восстановленных растворов молочной сыворотки являлись: активная кислотность (рН, ед.), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, мВ), вязкость (η, мПа), плотность (ρ, кг/м3) и активность воды (aw, ед.)
В работе применялся следующий порядок получения восстановленной сыворотки. Сухую молочную сыворотку предварительно растворяли в воде в соотношении, определяемом требуемой концентрацией раствора – от 5 до 20% сухой молочной сыворотки от объёма раствора. Значения концентраций растворов были определены по результатам анализа рецептур молочных продуктов, вырабатываемых с применением сухой молочной сыворотки.
Полученные растворы подвергались обработке путем кавитационной дезинтеграции на ультразвуковом процессоре «Hielscher Ultrasound UP-400S» разной интенсивности и временной продолжительности. Интенсивность регулировалась изменением амплитуды, которая задавалась аппаратно от 20 до 100% с учетом технических характеристик аппарата.
Продолжительность обработки устанавливали в пределах от 10 до 90 секунд. Максимальная продолжительность обработки в 90 с обусловлена значительным повышением температуры обрабатываемой среды на 25-30 Со при максимальной интенсивности обработки, что нежелательно для обеспечения высоких качественных показателей восстановленной сыворотки. Кроме того, известно, что при нагревании молочной сыворотки до 50 °С начинается процесс агломерации глобул белка, обусловленный их денатурацией. Денатурированные белки, потеряв устойчивость, при 75-80 °С образуют хлопья, которые медленно оседают. Порог денатурации сывороточных белков находится на уровне 50-65 °С, а их видимая коагуляция наблюдается при 75-80 °С.
При планировании и организации исследования применена методика трехфакторного эксперимента на основе греко-латинских квадратов с дальнейшей обработкой в программном комплексе Statistica 8.0. Для использования метода определены неповторяющиеся сочетания факторов, из которых составлена матрица эксперимента.
Для использования метода определены неповторяющиеся сочетания факторов, из которых составлена матрица эксперимента, представленная в таблице 2.
Основными контролируемыми физико-химическими свойствами восстановленных растворов молочной сыворотки являлись ранее уставленные параметры: активная кислотность (рН, ед.), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, мВ), вязкость ((η, мПа), плотность (ρ, кг/м3) и активность воды (aw, ед.)
Матрица математического планирования эксперимента