CC BY
14
УДК 539.215.4:637.147:621.926.88
Изменение дисперсности распыла обезжиренного кобыльего молока в зависимости от применяемого пневмодентробежного способа распыления
Changing dispersion spray of fat-free mare's milk depending on pneumatic centrifugal spraying method used
Доцент А. А. Усупкожоева, (Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова) Кыргызско-Германский технический институт, тел.+996312548818 E-mail: [email protected]
доцент Р.Ш. Элеманова (Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова) кафедра технологии консервирования, тел. +996312561492 E-mail: [email protected]
Associate Professor А.А. Usupkozhoeva, (Kyrgyz State Technical University named after I. Razzakov) director of the Kyrgyz-German Technical Institute, tel. +996312548818 E-mail: [email protected]
Associate Professor R.Sh. Elemanova (Kyrgyz State Technical University named alter I. Razzakov) chair ol technology ol preservation, tel. +996312561492 E-mail: [email protected]
Реферат. Исследовали изменение дисперсности распыла обезжиренного кобыльего молока в зависимости от применяемого пневмодентробежного способа распыления. Представлены результаты экспериментальных данных влияния сжатого воздуха, подаваемого в распылитель, на дисперсность распыла кобыльего молока. Изначально исследования проводились на холодном факеле, затем по подобранным параметрам получали сухое обезжиренное кобылье молоко. Было установлено, что подача сжатого воздуха положительно влияет на дисперсность распыла, а также на выход готового продукта. При применении пневмодентробежного способа распыления удалось повысить выход готового продукта на 10 %, было исключено налипание частиц на стенки камеры сушилки. При подобранных параметрах размеры частиц сухого обезжиренного кобыльего молока составили 95-110 мкм, что оказало положительное влияние на растворимость готового продукта.
Summary. This paper is devoted to the study of changing dispersion spray of fat-free mare's milk depending on pneumatic centrifugal spraying method used. The paper gives the data of experimental results of compressed air effect, supplied to the dispenser, on the dispersion of mare's milk spray. Original studies were carried out on a cold torch. Then, according to the selected parameters, a dry fat-free milk was obtained. Studies have also shown that the supply of compressed air positively influences on the dispersion of spray and output of the finished product. When using pneumatic centrifugal spraying method had increased output of the finished product by 10 %, it was excluded adherence of particles on the walls of chamber dryers. At the selected parameters, the particle size of diy fat-free mare's milk was 95-110 pm, which had a positive effect on solubility of the finished product.
Ключевые слова: распылительная сушка, дисперсность, сжатый воздух, пневмоцентробежный способ.
Keywords: spray drying, dispersion, compressed air, pneumatic centrifugal method.
© Усупкожоева A.A., Элеманова Р.Ш., 2017
Переработка молока как сложной полидисперсной фазы требует правильно выбранной технологии. Результаты различных исследовательских работ показывают, что на качество готового сухого продукта влияет как предварительная обработка молока перед проведением процесса сушки, так и сам процесс сушки (конструкция сушильного устройства, параметры процесса сушки и т.д.). Если молочный продукт подвергать распылительной сушке, то необходимо обеспечить хорошую дисперсность распыла, так как она является основной характеристикой эффективности процесса. На сегодняшний день данный вопрос актуален, так как производство продуктов с хорошими физико-химическими и органолептиче-скими показателями качества важно при обеспечении населения здоровым питанием [1].
Дисперсность распыла является основным критерием качества, который характеризуется средневзвешенным диаметром образующихся капель. Если средний диаметр капель имеет меньший размер, то соответственно можно получить хороший распыл, который, в свою очередь, влияет на качественные показатели сухого готового продукта.
Как известно, кобылье молоко представляет собой сложную полидисперсную систему, состоящую из дисперсионной среды (вода - 82-91 %) и дисперсионной фазы (жир, белки и др. компоненты - 10-16 %). Лактоза находится в ионно-молекулярном, белки - в коллоидном и жир в грубодисперсном состоянии [2, 3].
В последнее время большой интерес представляют сухие продукты, полученные из кобыльего молока, которые обладают легкой усвояемостью и широко применяются для лечения различных заболеваний. Особенно актуальным является производство обезжиренного кобыльего молока, которое можно использовать во время диет, при похудении, так как в нем содержится мало калорий. Пищевая ценность обезжиренного кобыльего молока почти в 2 раза меньше, чем жирного молока. Несмотря на низкую калорийность, в обезжиренном кобыльем молоке сохраняются многие виды минеральных веществ, витаминов. Однако их количество гораздо меньше, чем в свежем кобыльем молоке. Употребление обезжиренного кобыльего молока позволяет укрепить кости. Благодаря наличию в составе молока фосфора и кальция можно применять данный продукт в качестве укрепляющего средства при выпадении волос. Очень полезно обезжиренное кобылье молоко при сердечно-сосудистых заболеваниях. Это, прежде всего, связано с наличием в нем калия, который регулирует процессы работы сердечно-сосудистой системы [4].
Для изучения изменения дисперсности распыла обезжиренного кобыльего молока во время распылительной сушки, от которой зависит качество готового продукта, был применен пневмоцентробежный способ распыления [5, 6].
Исследовали обезжиренное кобылье молоко, пищевая ценность которого на 100 г продукта составляла: вода - 91,87 г; белки всего - 2,33 г, лактоза - 5,31 г, жир - 0,07 г, а также 0,42 г микроэлементов и витаминов.
Распылительная сушка проводилась в специально сконструированной распылительной сушилке лаборатории Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. Дополнительные анализы проводились на приборах Берлинского технического института.
Определение основных компонентов обезжиренного кобыльего молока осуществлялось на универсальном экспресс-анализаторе «МилкоСкан РГ 120». Пробы взвешивались весами \¥А ЕМВ 2200-0. Влагосодержание в продуктах определялось прибором «ЕеисЬЬпеввег 8аг1огш8 МА-30». Определение размеров частиц сухого обезжиренного кобыльего молока осуществлялось на приборе «ЬазеграгИкйтевэег ЬА 950».
На сегодня известен ряд методик исследования дисперсности распыла [7]. Самой распространенной и доступной является методика микрофотографического исследования, основанная на улавливании капель на поверхности предметных стекол микроскопа, покрытых иммерсионной жидкостью с последующим их микрофотографированием, которая и была использована в данной работе.
Исследования изначально проводились на холодном факеле при оптимальных параметрах процесса, установленных при ранее проведенных исследованиях. Затем, подобрав оптимальные параметры, проводили распылительную сушку обезжиренного кобыльего молока. В ходе неоднократных исследований были по-
Сж - 17■10_4кг/с
добраны следующие параметры процесса: расход жидкости ;
Л = 55>5 ■ 10-4мэ/с
расход теплоносителя ; окружная скорость диска
0 = (21 + 63)к/с Р = 19уЬ ■ 10*Па
; давление сжатого воздуха и расход
!Я1= 83-10-4м3/с .. _
, подаваемого в неподвижный кожух распылителя и без него.
В связи с тем что дисперсность капель изменялась по сечению факела распыла, улавливание последних производилось на семь предметных стекол микроскопа размером (0,016x0,040) м, установленных в пазы описанной выше ловушки с интервалом 0,0142 м вдоль радиуса камеры, что позволило получить достоверные данные.
Время экспозиции определялось на основе ряда поисковых опытов 35 с. Заданное время выбиралось из условия, с одной стороны, более полного сбора распыленных капель и с другой - исключения соударения последних и их слипания.
Отбор проб производился на высоте 0,2 м и ниже уровня пневмоцентробеж-ного распылителя (в основной зоне распространения факела).
В целях уменьшения дробления, слияния капель или их отскакивания на поверхность стекол наносился слой иммерсионной жидкости толщиной более 3 диаметров капель, состав которой подбирался экспериментально в соответствии с требованиями, предъявляемыми к иммерсионным средам. Была подобрана иммерсионная среда, представляющая собой смесь кедрового, вазелинового и касторового масел. Пропорциональность компонентов устанавливалась опытным путем.
Определение размеров капель осуществлялось микрофотографическим методом. Микрофотографирование капель производилось микроскопом с помощью фотоаппарата. Проводили опыты в трехкратном повторе. Для большей точности в процессе микрофотографирования поверхность предметных стекол была разбита на пять зон, в которых выборочно фотографировались участки с наибольшим количеством капель. В каждой из семи точек отбирались 250-300 шт., а из всего радиуса факела улавливалось 1500-2300 капель. Затем по фотографиям производился их обсчет.
По результатам экспериментальных исследований дисперсности распыла была построена графическая зависимость (рисунок). Особое внимание было уделено исследованию влияния сжатого воздуха, подаваемого в кожух распылителя, на дисперсность распыла - как основной характеристики эффективности процесса.
1- без подачи сж.возд. (9=21м/с)
Г- с подачей сж.возд. (9=21м/с)
2'- с подачей сж.возд. (9=63м/с)
2- без подачи сж.возд. (9=бЗм/ с)
Рисунок. Кривая распределения числа капель по их диаметру: сплошные линии - без подачи сжатого воздуха в кожух распылителя с параметрами: Р = 19,6 • 104Па, = 83 ■ 10-4м/с
; пунктирные линии - с подачей сжатого воздуха в коСя = 17 • 10~Лкф I = 555 ■ 10"4м3/с Л=21к/с жух распылителя при: , , 1-1- , 2-2-
-&2 = 63м/с
Так как дисперсность распыла при распылении пневмоцентробежным распылителем зависит в основном от окружной скорости распылителя, то в работе исследовалось влияние последней на дисперсность получающегося распыла, поз-
■8 = 63 м/с
волившее установить, что при окружной скорости максимальное число
<?к = (2 -ь 10") ■ 1СП6 м
капель 2 приходится на капли диаметром , при уменьшении
■д = 21 м/с
окружной скорости распылителя до максимум находился в диапазоне
£к=(6+ 14М0"6 м _
диаметров . Это объясняется уменьшением скорости струи на
выходе из сопла за счет уменьшения окружной скорости распылителя и, как
следствие, ухудшением процесса дробления жидкостной струи. Таким образом,
на дисперсность распыла значительное влияние оказывает окружная скорость
распылителя.
По подобранным параметрам была проведена распылительная сушка обезжиренного кобыльего молока с целью изучения влияния параметров процесса на качественные показатели сухого продукта. Следует отметить, что для сравнительной оценки способов распыления, исследования проводились с подачей сжатого воздуха в кожух распылителя и без него.
В табл.1, 2 представлены результаты исследований при применении двух распылителей.
Таблица 1
Анализ физико-химических свойств сухого обезжиренного кобыльего молока
Параметры Центробежный лопастной Пневмоцентробежный
диск распылитель
Влагосодержание в готовом продукте, % 7,4 % 3,7
Размеры частиц, мкм » 60 % и 67 %
65-85 95-110
Растворимость, мл 0,39 0,15
Как показывают результаты исследований физико-химических свойств сухого обезжиренного кобыльего молока, влагосодержание при применении центробежного продукта превышает нормы стандартов, т.е. при норме влажность продукта не должна превышать 5 %. При применении центробежного лопастного диска она составляет 7,4 %. При применении пневмоцентробежного распылителя влажность продукта отвечает требованиям стандарта, т.е. 3,7 %.
Так как частицы сухого молока размером выше 100 мкм (до 140^-150 мкм) лучше смачиваются, то хорошую смачиваемость показало сухое обезжиренное кобылье молоко, полученное пневмоцентробежным способом распыления. Известно, что смачиваемость зависит от наличия свободного жира в продукте. Наличие свободного жира зависит от влагосодержания в сухом продукте, которое не должно превышать 5 %. Плохую смачиваемость показал продукт, полученный с помощью центробежного лопастного диска, так как влагосодержание в продукте составляло 7,4 %. Сухой продукт, полученный пневомцентробежным способом, имел хорошую смачиваемость.
Индекс растворимости сухого продукта при применении пневмоцентробежного способа распыления составил 0,15 мл нерастворимого осадка в 50 мл восстановленного обезжиренного кобыльего молока. Продукт, полученный с применением центробежного лопастного диска, имеющий влагосодержание выше чем 5 %, имел растворимость, которая составила 0,39 мл.
Таблица 2
Органолептические показатели сухого кобыльего молока
Органолептические показатели Продукт, полученный центробежным лопастным диском Продукт, полученный пневмоцентробежным распылителем
Вкус и запах Свойственный свежему кобыльему молоку, со слегка сладковатым привкусом и без постороннего запаха Свойственный свежему кобыльему молоку, со слегка сладковатым привкусом и без постороннего запаха
Цвет Белый с кремовым оттенком Белый с кремовым оттенком
Консистенция Сухой, порошок с небольшими комочками, не распадающихся при механическом воздействии Сухой порошок без комочков
По органолептическим показателям продукт, полученный с помощью центробежного лопастного дискка немного уступал продукту, полученному пневмоцентробежным способом распыления. Консистенция сухого обезжиренного кобыльего молока, полученного с применением центробежного лопастного диска, имела небольшие комочки, не распадающиеся при механическом воздействии.
На основании анализа экспериментальных данных исследования дисперсности распыла видно, что на дисперсность получающегося распыла значительное влияние оказывает окружная скорость вращающегося распылителя. При окруж-13 = бЗк/с
ной скорости максимальное число частиц z приходится на частицы
= (95 110) мкм
диаметром , при уменьшении окружной скорости распылителя
13 — 21 м/с дк = (160 -ь ISO) мкм
до максимум находится в диапазоне диаметров
Чем ниже была окружная скорость распылителя, тем хуже процесс дробления капель. Подача сжатого воздуха в кожух распылителя способствовала повышению степени распыления обезжиренного кобыльего молока за счет дополнительного дробления уже частично раздробленной под действием центробежных сил струи. Также в ходе исследований было установлено, что при применении пневмоцен-тробежного способа распыления практически отсутствовало налипание частиц на стенки камеры, что положительно влияло на выход готового продукта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Weber, Н. (Hrsg.). Milch und Milchprodukte. -Berlin: Einband fest, Auflage 2006. - 492 Seiten.
2. Der Milch- und Molkereitechnik. - Essen: Verlag Th.Mann GmbH, 2012. -464 Seiten
3. Ахатова, И.А. Молочное коневодство [Текст]/ И.А. Ахатова.- Уфа, 2004. -С. 56-148.
4. Товажнянский, A.A. Общая технология пищевых производств в примерах и задачах [Текст]/ A.A. Товажнянский. - Киев, 2005. - 496 с.
5. Усупкожоева, A.A. Применение пневмоцентробежного способа распыления для получения сухого молока 25 % жирности [Текст]/ A.A. Усупкожоева // Вестник БГСХА. - 2016. - Т. 45. - № 4. - С. 101-108.
6. Патент KP 705. Устройство для распыления растворов и суспензий /А. А. Усупкожоева, С. В. Кочнева. - Бишкек: Кыргызпатент, 2014.
REFERENCES
1. Weber, Н. (Hrsg.). Milch und Milchprodukte. -Berlin: Einband fest, Auflage 2006. - 492 Seiten.
2. Der Milch- und Molkereitechnik. - Essen: Verlag Th.Mann GmbH, 2012. -464 Seiten.
3. Akhatova I.A. Molochnoe konevodstvo [Daily horse breeding], Ufa, 2004, pp. 56-148 (Russian).
4. Tovazhnyanskiy L.L. Obshchaya tekhnologiya pishchevykh proizvodstv v pri-merakh i zadachakh [General technology of food Produktion in examples and tasks], Kiev, 2005, 496 pp. (Ukraina).
5. Usupkozhoeva A.A. Primenenie pnevmotsentrobezhnogo sposoba raspyleniya dlya polucheniya sukhogo moloka 25 % zhirnosti [Use of a pneumatic centrifugal spraying method to produce 25 %fat content of diy milk] Vestnic of BGSHA, 2016, T. 45, No 4, P. 101-108.
6. A.A. Usupkozhoeva, S.V. Kochneva Ustroystvo dlya raspyleniya rastvorov i suspenziy [Device for spraying solutions and suspensions], Patent KR 705, 2014.
