CC BY
107CHEMISTRY SCIENCES
ГОМОГЕНИЗАЦИЯ И СЕПАРИРОВАНИЕ МОЛОКА
Гаспарян Л.В.
Кубанский государственный технологический университет,
студент Боровская Л.В.
Кубанский государственный технологический университет,
Кандидат химических наук, Доцент
SEPARATION AND HOMOGENIZATION OF MILK
Gasparyan L.
Kuban State Technological University,
student Borovskaya L.
Kuban State Technological University, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor DOI: 10.5281/zenodo.7049538
Аннотация
В настоящее время пищевая промышленность - это крупная отрасль, специализация которой играет важнейшую роль в экономике страны. Она занимается обеспечением населения планеты необходимым количеством продуктов питания. Молочная промышленность-это важная отрасль хозяйства, которая объединят все процессы производства молочных продуктов. Существуют основные технологические операции обработки молока. Сепарацию используют для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, а также для его очистки от примесей. Молоко подвергается гомогенизации только после сепарирования. Это процесс расщепления жировых комочков для образования однородности молока. Гомогенизация необходима при дальнейшей стерилизации молока.
Abstract
Currently, the food industry is a large industry, the specialization of which plays a crucial role in the country's economy. It is engaged in providing the population of the planet with the necessary amount of food. The dairy industry is an important branch of the economy, which will combine all the processes of production of dairy products. There are basic technological operations of milk processing. Separation is used to separate milk into cream and skim milk, as well as to purify it from impurities. Milk is homogenized only after separation. This is the process of breaking down fat lumps to form milk homogeneity. Homogenization is necessary for further sterilization of milk.
Ключевые слова: молочная промышленность, молоко, сепарация, разделение, очистка, гомогенизация, расщепление.
Keywords: dairy industry, milk, separation, purification, homogenization, splitting.
На сегодняшний день в России находится бо- Одну из важных ролей в пищевой промышлен-
лее 50 тысяч предприятий, занимающихся перера- ности занимает молочная промышленность. По боткой и изготовлением продуктов питания. Пище- своим свойствам молоко предполагает собой более вая промышленность России включает в себя около совершенный вид продовольствия; состав пита-30 разнообразных отраслей и подотраслей, такие тельных веществ крайне идеально сбалансирован. как: пищевкусовая, мясо-молочная, мукомольно- Молочные продукты составляют значительную крупяная ,рыбная отрасли и т.д. долю в рационе человека; их годовое потребление
доходит до 16% всех видов пищи. Содержание полезных веществ в молоке
Элемент Свойства
Белок Строительный материал для клеток
Углеводы Источник энергии
Витамин D Укрепляет иммунитет
Ca Полезен для прочности костей
Витамины группы В Регулируют работу нервных клеток
Молоко и молочные продукты зачастую используют для лечения и профилактики различных заболеваний.
Молочный жир-самый биологически полноценный. В его состав входят множество жирных кислот, в том числе и не синтезируемые организ-мом(не вырабатываются в организме человека).Мо-лочный жир хорошо усваивается; сразу даёт энергию человеку.
В таблице представлен ход работы сепаратора
№ Этапа Принцип работы
1 В барабан заливается цельное сырьё
2 Центрифуга раскручивается и на жидкость начинает воздействовать центробежная сила
3 Ввиду того, что плотность жирных частиц меньше, чем водной части молочной массы, они постепенно отделяются от оброка и стремятся к осевой точке. Если скорость вращения достаточно высокая (от 20 оборотов в минуту и выше), то на расщепление понадобится совсем мало времени
4 Через специальные отводы поступает два вида продукта: белая струя - это обезжиренная субстанция, густая с желтым оттенком - высокожирные сливки
Сепарирование молока
Данный способ в настоящее время используют для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, а также для его очистки от примесей. Процесс сепарации молока основывается на механическом разделении молока на фракции под действием центробежной силы.
Разделение осуществляется из-за различий в плотности фракций, т.е плотность дисперсной фазы (жир) меньше, чем дисперсионной среды (плазма молока).
Сепарирование молока осуществляется на специальном оборудовании-сепоратор. На молочном производстве этот процесс проводится обычно при температуре 40-45°С. Этот процесс осуществляется под действием центробежной силы в барабане сепаратора. В барабане молоко распределяется в виде тонких слоёв и перемещается с небольшой скоростью. Это создаёт хорошие условия для полного отделения высокожирной фракции (жировых шариков) за короткий промежуток времени.
Сепарация молока основывается на законе Стокса:
где V - скорость подъема жирового шарика,
м/с;
г -радиус жирового шарика, м; рпи рж- плотности плазмы и жирового шарика, кг/м3;
т - вязкость молока, Пахс; п -частота вращения барабрана, с -1; Я-средний радиус рабочей части тарелки сепаратора, м.
Процесс сепарирования описывается уравнениями материального баланса: Мц.м = Мо.м + Мсл , Мц.м Жц.м = Мо.мЖо.м + Мсл Жсл , Мсл = Мц.м - Мо.м, Мо.м = Мц.м - Мсл,
Мц.м Жц.м = Мц,.м Жо.м - Мсл Жо.м + Мсл Жсл ,
где Мц.м, Мо.м, Мсл - масса цельного молока, обезжиренного молока и сливок, кг; Жц.м, Жо.м, Жсл- массовая доля жира в цельном молоке, обезжиренном молоке и сливках, % Из этих уравнений следует: Мсл.теор = Мц.м (Жц.м - Жо.м) / (Жсл -Жо.м),
где Мсл.теор- масса сливок теоретическая (без учета потерь), %.
Теоретический выход сливок, (Вт, %), рассчитывают по формуле:
Вт = 100 (Жц.м-Жо.м.н) / (Жсл-Жо.м.н), где Жо.м.н- нормативная массовая доля жира в обезжиренном молоке
На практике существуют потери жира при сепарировании. Поэтому масса сливок фактическая (с учетом потерь- псл):
Мсл.факт = Мсл.теор (100 - псл) / 100 = = Мц.м (Жц.м - Жо.м) (100 - псл) / 100 (Жсл -Жо.м).
Фактический выход сливок, (Вф, %), рассчитывают по формуле:
Вф = 100 Мсл / Мц.м.
Фактические потери сливок, ( Пф, %), определяют по формуле:
Пф=100 (Вт - Вф) / Вт..
Степень использования жира, (СИж, %)
СИж= Вт Жсл / Жц.м.
Глядя на формулы я могу сделать вывод, что скорость выделения жировой фракции из молока находится в прямой зависимости от размеров жировых шариков, плотности плазмы молока, размеров и скорости вращения барабана и в обратной зависимости от вязкости молока. Если мы увеличим размеры жировых шариков и плотности плазмы молока, то ускорится процесс сепарирования и отделения сливок. Чем больше содержится сухих
обезжиренных веществ в молоке, тем выше плотность плазмы и цельного молока. Можно с уверенностью утверждать, что молоко с большей плотностью будет иметь лучшие условия для сепарирования. Если повысить вязкость молока, то это приведёт к снижению скорости выделения жировой фракции.
Молочные сепараторы классифицируют:
1. По назначению:
а) сливкоотделители;
б) очистители;
в) нормализаторы - для получения определенной жирности;
г) классификаторы - для очистки молока, раздробления и получения однородных жировых шариков;
д) универсальные
2. По исполнению:
Процесс гомогенизации
Гомогенизация молока - это процесс дробления жировых шариков путём воздействия на молоко особых внешних усилий. При обработки уменьшается объём жировых шариков и скорость всплывания. В процесс гомогенизации происходит перераспределение оболочечного вещества жирового шарика, стабилизируется жировая эмульсия.
Этот метод применяется для повышения однородности и улучшения его стойкости при хранении.
Целью гомогенизации является предотвращение самопроизвольного отстаивания жира в произ-
а) открытые (подача молока, выход сливок осуществляется при соприкосновении с окружающим воздухом). Они часто используются в сельском хозяйстве.
б) полузакрытые или полугерметические- в них подача молока осуществляется открытым потоком, а выход сливок - под давлением, создаваемым самим сепаратором;
в) закрытые или герметические- подача молока и выход продуктов сепарирования осуществляется под давлением;
Из чего же состоит сепаратор? Попробуем разобраться.
Общее устройство сепаратора: станина, приводной механизм, барабан, молочная посуда. Станина является базовой деталью, к которой крепятся узлы сепаратора. Приводной механизм включает электродвигатель, валы. Барабан (сепарирующее устройство)-место, где молоко разделяется на
водстве и хранении молочных продуктов, сохранение однородной консистенции продукта без расслоения. Количество, объём, размер жировых шариков в молоке непостоянны и зависят от самого животного. Диспергирование жировых шариков, т.е. уменьшение их размеров и равномерное распределение в молоке, достигается из-за воздействия на молоко значимого внешнего усилия (давления, ультразвук, высокочастотная электрическая обработка и др.) в специальных машинах - гомогенизаторах.
Что же и как влияет на процесс гомогенизации?
фракции.
Назначение и марка сепаратора Производительность. л/ч Количество тарелок, шт Частота вращения барабана. мин1 Мощность электродвигателя. кВт Масса, кг Габаритные размеры, мм
Сливкоотделители:
Ж5-Плава-Э По молоку 50 11 12000 0.06 6 326*288*480
Ж5-Плава-100 100 0,55 755*720*700
СМО-7-600 600 56 7560 0,6 100 —
«Урал-6» 600 45 7560 0.25 90 —
Ж5-ОСЦП 3000 95 6480 7.5 428 980*615*1502
Ж5-ОС2Т-3 5000 Нет данных 6480 5,5 422 860*590*1445
ОСЗ-НС 10000 5000 15 1440 1200*1153*1785
ОЦМ-5 5000 53 6480 5,5 443 1320*880*1210
Нормализаторы-очистители:
Г-9-ОСП-ЗМ 1000 — 7370 1.3 116
Ж5-ОСЦП-1 1000 8000 1,5 110 670*455*880
Cena раторы для высокожирных сливок:
Ж5-ОВРП-ОЛ5 100...200 — — 1.5 — 780*455*900
Ж5-ОС2Д-500 350...1100 6500 6,1 450 855*655*1343
Рисунок 1-Характеристика молочных сепараторов
Рисунок 2-движение жирового шарика
Давление Средний диаметр жировых шариков уменьшается более интенсивнее при низких давлениях
Температура Понижение температуры гомогенизации приводит к повышению вязкости молока и, как следствие, к образованию скоплений молочного жира и их отстаиванию. Отстаивание сливок возрастает при температуре (30—40)°С. При гомогенизации допускается увеличение температуры молока на (5—8)°С, которое необходимо учитывать при его дальнейшей технологической обработке.
Кислотность При повышении кислотности молока снижается эффективность гомогенизации. Это объясняется тем, что уменьшается стабильность белков и образуются белковые агломераты, затрудняющие диспергирование жировых шариков.
Н.В. Барановский описал процесс гомогенизации в клапанном гомогенизаторе.
Изменение скорости
Жировой шарик в канале седла диаметром d движется с незначительной начальной скоростью ^ (несколько метров в секунду).
Жировой шарик изменяет направление и движется к пограничному сечению между седлом и клапаном с немного большей скоростью У0.
В клапанной щели жировой шарик приобретает еще более высокую скорость VI (VI > У0 > составляющую несколько сотен метров в секунду. Градиент скорости при ламинарном потоке больше, чем при турбулентном.
Барановский утверждал, что при переходе от малых скоростей к высоким в жировых шариках происходят внутренние деформации. Шарики могут не только постепенно вытягиваться в нити, особенно на входе в клапанную щель, но и разрываться там на мелкие капельки либо совершать вращательное движение, в следствии которых возникают центробежные силы, которые достаточны для преодоления сил поверхностного натяжения.
Такое быстрое вытягивание жировой капли происходит благодаря перепаду давлений между давлением гомогенизации р0 и давлением р1, действующим на жировые шарики при высоких скоростях, причём р0 значительно больше р1. Осуществляется сдавливание жирового шарика, и затем жидкий молочный жир выдавливается из него в виде капли.
По теории Н. В. Барановского, эффективность гомогенизации зависит в первую очередь от скорости потока V1 при входе жидкости в клапанную щель. Чем выше скорость V1 тем сильнее вытягивается жировая капля в нить, тем тоньше эта нить и, следовательно, меньше по размерам образующиеся капли. Скорость потока V1, зависит от перепада давлений (Ар = р0 — р1). При увеличении давления скорость повышается прямо пропорционально квадратному корню из перепада давлений.
Список литературы
1. Гомогенизация, Новый взгляд, Монография-справочник, Фиалкова Е.А., 2006
2. А.А. Брусенцев. ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ МОЛОКА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
3. https://agroplaneta18.ru/blog/molochnaja-promyshlennost/separirovanie-moloka-pti-kakoi-temperature-proishodit-separirovanie/
4. https ://milklife.by/gomogenizatsiya-moloka/
5. https ://studopedia.ru/7_36658_osnovnie -zakonomernosti-protsessa-separirovaniya-moloka.html
6. https://promf.com/reference-equipment-food-ru/538-separators-reference-description.html
СЕНСИБИЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДИОКСИДА ТИТАНОВОГО ЭЛЕКТРОДА ТЕТРАПИРРОЛЬНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Мамедова Ш.А.
Доктор философии по химии, доцент Азербайджанский Государственный Педагогический Университет,
г. Баку, Азербайджан
SENSITIZATION OF THE TITANIUM DIOXIDE SURFACE WITH TETRAPYRROLE
COMPOUNDS
Mammadova Sh.
Doctor of Philosophy in chemistry Azerbaijan State Pedagogical University, Baku, Azerbaijan DOI: 10.5281/zenodo.7049560
Аннотация
Основными требованиями к фотохимическим реакциям: энергия источ-ника излучения должна соответствовать энергии электронного перехода между орбиталями; излучение должно иметь возможность достигать целевых функциональных групп и не блокироваться реактором и другими функциональными группами. На основе гетеросистемы, разработан и в качестве анода исследован электрод на основе оксидных полупроводников (диоксида титана), поверхность которых покрыта тетрапиррольными соединениями (гемоглобином), модифицированные металлосодержащими (Pt, Pd, Ru) цеолитами типа NaY. Изменения в кинетических свойствах носителей зарядов в пленках диоксид титана оказывают определенное влияние на кинетику протекания электродных процессов на TiO2 - электродах эффективный рост анодного тока для аморфных пленок TiO2 начинается при одном и том же потенциале +1,4 В независимо от температуры прогрева. Важной характеристикой поверхности полупроводника является скорость поверхностной рекомбинации, величина которой связана с падением потенциала в дебаевской области в полупроводнике. скорость поверхностной рекомбинации на контакте полупроводник - электролит зависит от потенциала, состава раствора и состояния поверхности электрода.
Abstract
The main requirements for photochemical reactions are; the energy of the radiation source must correspond to the energy of the electronic transition beetwen orbitals; radiation must be able to reach the target functional groups and not be blocked by the reactor and other functional groups. Based on the heterosystem, an electrode based on oxide semiconductors (titanium dioxide) was developed and studied as an anode, the surface of which is coated with tetrapyrrole compounds (hemoglobin), modified with metal-containing (Pt, Pd, Ru) zeolites of the NaY type. Changes in the kinetic properties of charge carriers in titianum dioxide films impose a certain influence on the kinetics of the occurrence of electrode processes on TiO2- electrodes; an effective increase in the anode current for amorphous TiO2 films begins at the same potential of + 1.4 V, regardless of the heating temperature. An important characteristic of the semiconductor surface is the surface recembiniation rate, the value of which is related to the potential drop in the Debye region in the semiconductor. The rate of surface recombination at the semiconductor- electrolyte contact depends on the potential, the composition on the potential, the composition of the solution, and the state of the electrode surface.
Ключевые слова: фотоэлектрохимия, солнечная энергетика, полупроводниковые гетеропереходы, фотоэлектролиз воды.
Keywords: photoelectrochemistry, solar energy, semiconductor heterojunctions, water photoelectosylis.
В последние годы проблема преобразования солнечной энергии положило начало новому направлению фотоэлектрохимии. Развитие фотоэлектрохимии в значительной мере стимулировалось именно потребностью в разработке фотоэлектрохимического способа преобразования солнечной энергии как нового источника энергии,
экологически чистого и практически неичерпае-мого. Фотохимия является пограничной наукой, которая простирается от физики до биохимии и техники. Аккумулирование солнечной энергии химическими способами является одним из областей фотохимии. В фотохимии рассматриваются закономерности влияния электромагнитного излучения в
