Разработка температурных режимов вакуумного концентрирования молока
Автор: Ермолаев В.А., Иваненко О.Н., Онюшев М.В.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 9, 2016 года.
Бесплатный доступ
Вакуумная концентрация способствует сохранению качественных показателей продукта из-за низкого температурного уровня нагрева. Одним из технологических режимов концентрации вакуума является температура процесса. Целью этой работы было изучение влияния температуры нагрева на эффективность вакуумной концентрации молока. Объектами исследования были обезжиренное молоко и молочная жировая фракция 3 и 5%. Концентрация этих продуктов проводилась при температуре в камере от 50 до 100 ° С в течениях 10 ° С. Обнаружено изменение содержания твердых веществ в молоке в процессе вакуумного концентрирования. Было обнаружено, что с увеличением температуры концентрация и длительность процесса увеличивают массовую долю сухих веществ молока. Однако при концентрациях при 90 и 100 ° С наблюдалось снижение органолептической оценки продукта. Обезжиренное молоко имело максимальный органолептический балл (38-39 баллов) при температуре не выше 70 ° C. Аналогичное снижение наблюдалось, когда концентрация молока с массовой долей жира составляла 3 и 5%. Установлено, что в процессе вакуумного концентрирования содержание твердых веществ обезжиренного молока молоко с массовой долей жира 3 и 5% увеличивается до 5,6; 4. 1; 3,6 раза соответственно. Увеличение удельной стоимости тепла в концентрации с повышением темпе- ратуры в камере. Серийная стоимость тепла увеличивается с особенно высокой температурой под концентрацией более 70-80 ° C. На основе проведенных исследований была проведена рациональная температура и продолжительность процесса концентрации объектов повторного поиска. Молоко с концентрацией твердых веществ 48-50% необходимо для сгущения при температуре 70 ± 3 ° С в течение 5 часов. Этот температурный диапазон выбирается на основе органолептических и физико-химических параметров, а также кинетики процесса и удельной стоимости тепла на килограмм удаленной влаги.
Молоко, вакуумная сушка, температура, концентрирование молока
Короткий адрес: https://sciup.org/14088321
IDR: 14088321 | УДК: 36.95:28.072
The development of temperature conditions of vacuum concoction of milk
Vacuum concentration contributes to the preservation of quality indicators of the product due to the low temperature level of heating. One of the technological modes of the vacuum concentration is the process temperature. The aim of this work was to study the influence of heating temperature on the efficiency of the vacuum concentration of milk. The objects of research were skim milk and milk fat mass fraction of 3 and 5 %. The concentra-tion of these products was carried out at the tem-perature in the chamber from 50 to 100 °C in in-crements of 10 °C. The change in the solids con-tent in the milk during the process of vacuum con-centrating was found out. It was discovered that with increasing temperature the concentration and the duration of the process the mass fraction of dry substances of milk increased. However, at temper-atures concentration at 90 and 100 °C, the reduc-tion in the organoleptic evaluation of the product took place. Skimmed milk had a maximum organo- leptic score (38-39 points) at the temperature of concentration of not more than 70 °C. Similar de-pendence was observed when the concentration of milk with fat mass fraction was 3 and 5 %. It was established that in the process of vacuum concen-trating the solids content of skim milk, milk with fat mass fraction of 3 and 5% increased to 5.6; 4. 1; 3.6-fold respectively. The increase in unit cost of heat in the concentration with increasing tempera-ture in the chamber. The unit cost of heat increases with temperature especially hard under the concen-tration of more than 70 to 80 °C. On the basis of the conducted researches the rational temperature and duration of the process of concentration of re-search facilities. Milk to the concentration of solids 48-50 % is necessary to thicken at the temperature of 70±3 °C for 5 hours. This temperature range is selected based on organoleptic and physical and chemical parameters, and kinetics of the process and the unit cost of heat per a kilogram of removed moisture.
Текст научной статьи Разработка температурных режимов вакуумного концентрирования молока
Введение. Известно, что при выработке различных видов сухих молочных продуктов удаление влаги осуществляется в две стадии – сгущением и сушкой предварительно сгущенного продукта. При этом сгущение осуществляется до такой концентрации сухих веществ, при кото- рой продукт не утрачивает своей текучести (при данной температуре выпаривания) [1, 2]. Например, перед распылительной сушкой молоко сгущают до концентрации сухих веществ 43–48 % (реже – до 52–54%).
Отличительной особенностью концентрирования молочных продуктов в камерной сушилке от вакуум-выпарного аппарата является более низкая температура концентрируемого продукта и интенсивность процесса. Невысокий уровень температуры молока способствует сохранению его качественных показателей (витаминов, микро- и макроэлементов).
К технологическим параметрам вакуумного концентрирования молока относятся: температура, остаточное давление, плотность теплового потока, температура поверхности конденсатора.
Цель исследования: подбор эффективной температуры вакуумного концентрирования молока.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи :
– определение продолжительности вакуумного концентрирования молока при различной температуре;
– физико-химический и органолептический анализ концентрированного молока;
– анализ энергетических затрат.
Методы исследования. Выбор рациональной температуры проводили при постоянных значениях режимных параметров.
На основании обзора литературных данных [3–5] и предварительных экспериментальных исследований тепловую нагрузку приняли равной 7,36±0,3 кВт/м2, остаточное давление – 10– 11 кПа, температуру поверхности конденсатора – минус 25–30 °С.
В качестве объектов исследований выступало обезжиренное молоко и молоко с массовой долей жира 3 и 5 %. Концентрирование данных продуктов проводили при температуре в камере от 50 до 100 °С с шагом в 10 °С.
Подбор эффективной температуры концентрирования молока проводили с учетом органолептических и физико-химических показателей. Органолептическую оценку концентрированного молока проводили по разработанной методике. Максимальный балл органолептической оценки составлял 40 баллов, в том числе за внешний вид – 10 баллов, вкус и запах – 15, концентрацию – 10, цвет – 5 баллов.
Результаты исследования и их обсуждение. В таблице 1 представлена зависимость содержания сухих веществ молока от температуры концентрирования и продолжительности процесса.
С повышением температуры концентрирования и продолжительности процесса происходит увеличение массовой доли сухих веществ молока. Однако при температурах концентрирования 90 и 100 °С установлено снижение органолептической оценки молока. В таблице 2 приведена органолептическая оценка концентрированного молока.
Таблица 1
Изменение содержания сухих веществ в молоке в процессе вакуумного концентрирования
|
Температура концентрирования, °С |
Продолжительность концентрирования, ч |
Обезжиренное молоко |
Молоко с массовой долей жира 3 % |
Молоко с массовой долей жира 5 % |
|
50 |
1 |
12 |
12 |
14 |
|
3 |
22 |
22 |
24 |
|
|
5 |
38 |
39 |
40 |
|
|
7 |
50 |
52 |
52 |
|
|
60 |
1 |
14 |
14 |
15 |
|
3 |
26 |
24 |
26 |
|
|
5 |
45 |
42 |
45 |
|
|
7 |
55 |
54 |
53 |
|
|
70 |
1 |
16 |
15 |
16 |
|
3 |
32 |
30 |
32 |
|
|
5 |
50 |
48 |
49 |
|
|
7 |
63 |
60 |
62 |
|
|
80 |
1 |
20 |
18 |
18 |
|
3 |
38 |
37 |
37 |
|
|
5 |
58 |
55 |
57 |
|
|
7 |
67 |
68 |
68 |
|
|
90 |
1 |
22 |
24 |
24 |
|
3 |
40 |
42 |
40 |
|
|
5 |
62 |
64 |
63 |
|
|
7 |
73 |
75 |
75 |
|
|
100 |
1 |
30 |
32 |
32 |
|
3 |
51 |
48 |
50 |
|
|
5 |
73 |
70 |
72 |
|
|
7 |
85 |
85 |
87 |
Обезжиренное молоко имеет максимальную органолептическую оценку (38–39 баллов) при температуре концентрирования не более 70 °С. Аналогичная зависимость наблюдается при концентрировании молока с массовой долей жира 3 и 5 %. При температуре 80–100 °С в кон- систенции наблюдается отстой сливок и появление осадка. К тому же происходят изменения во вкусе, он становится слабовыраженным.
В таблице 3 приведены физико-химические показатели концентрированного молока.
Таблица 2
|
Продукт |
Температура концентрирования, °С |
Органолептическая оценка, баллы |
||||
|
Внешний вид |
Вкус и запах |
Консистенция |
Цвет |
Сумма баллов |
||
|
Обезжиренное молоко |
50 |
10 |
14 |
9 |
5 |
38 |
|
60 |
10 |
15 |
9 |
5 |
39 |
|
|
70 |
10 |
15 |
9 |
5 |
39 |
|
|
80 |
10 |
14 |
8 |
5 |
37 |
|
|
90 |
9 |
14 |
8 |
5 |
36 |
|
|
100 |
8 |
14 |
8 |
4 |
34 |
|
|
Молоко с массовой долей жира 3 % |
50 |
10 |
15 |
10 |
5 |
40 |
|
60 |
10 |
15 |
10 |
5 |
40 |
|
|
70 |
10 |
15 |
9 |
5 |
39 |
|
|
80 |
10 |
15 |
10 |
5 |
40 |
|
|
90 |
9 |
14 |
9 |
5 |
37 |
|
|
100 |
8 |
14 |
8 |
4 |
34 |
|
|
Молоко с массовой долей жира 5 % |
50 |
9 |
15 |
9 |
5 |
38 |
|
60 |
9 |
15 |
9 |
5 |
38 |
|
|
70 |
10 |
15 |
10 |
5 |
40 |
|
|
80 |
10 |
15 |
10 |
5 |
40 |
|
|
90 |
9 |
14 |
9 |
5 |
37 |
|
|
100 |
8 |
14 |
8 |
5 |
35 |
|
Таблица 3
|
Продукт |
Содержание, % |
рН |
||||
|
сухих веществ |
белка |
лактозы |
жира |
золы |
||
|
Обезжиренное молоко |
50 |
40,3 |
6,5 |
0,5 |
2,7 |
6,59 |
|
Молоко с массовой долей жира 3 % |
48 |
23,0 |
6,4 |
15,7 |
2,9 |
6,52 |
|
Молоко с массовой долей жира 5 % |
49 |
15,3 |
7,2 |
23,6 |
2,9 |
6,53 |
Органолептическая оценка концентрированного молока
Физико-химические показатели концентрированного молока
Сравнение физико-химических показателей молока до и после концентрирования показывает следующее. Концентрация сухих веществ обезжиренного молока, молока с массовой долей жира 3 и 5 % увеличивается в 5,6; 4,1; 3,6 раза соответственно. Активная кислотность концентрированных продуктов незначительно снижается относительно нативной, что проявляется в незначительно более кислом вкусе.
На рисунке 1 представлены графики концентрирования молока с массовой долей жира 3 %.
Достижение в камере температуры 70–80 °С происходило за 30–50 минут. В течение всего процесса концентрирования температура в камере была равна рациональной – 70–80 °С.
Рис. 1. Графики вакуумного концентрирования молока с массовой долей жира 3 %: а – температура в камере и продукте; б – относительная масса
Температура молока за счет интенсивного кипения (самоохлаждения) не превышала 30– 40 °С. Однако следует отметить некоторую динамику увеличения температуры продукта в процессе концентрирования. Увеличение температуры происходит за счет того, что концентрация сухих веществ увеличивается, а интенсивность испарения уменьшается. Относительная масса молока с массовой долей жира 3 % уменьшается на 52 %. Удаление влаги практически равномерно в течение всего процесса концентрирования.
Большой интерес представляют данные по удельным затратам теплоты на 1 кг удаленной влаги из молока в зависимости от температуры и продолжительности концентрирования.
На рисунке 2 представлены зависимости удельных затрат теплоты на концентрирование обезжиренного молока.
Из приведенных зависимостей следует увеличение удельных затрат теплоты на концен- трирование с ростом температуры в камере. Особенно сильно удельные затраты теплоты возрастают при температуре концентрирования более 70–80 °С.
При температурах концентрирования менее 70–80 °С удельные затраты теплоты снижаются. Однако, чем ниже температура тем меньшая степень концентрирования достигается за одинаковые промежутки времени.
Известно из литературных источников [6, 7], что удельный расход теплоты в вакуум-выпарных установках составляет 0,831– 0,959 кВт/кг удаленной влаги. По данным собственных исследований установлено, что удельные затраты теплоты на концентрирование в камерной вакуумной установке при температуре концентрирования 70–80 °С составляют 0,6–0,74 кВт/кг удаленной влаги. То есть использование камерной вакуумной установки позволяет уменьшить затраты теплоты на концентрирование практически в полтора раза.
Рис. 2. Зависимость удельных затрат теплоты на концентрирование обезжиренного молока от продолжительности концентрирования:
1 – 50 °С; 2 – 60 °С; 3 – 70 °С; 4 – 80 °С; 5 – 90 °С; 6 – 100 °С
Выводы. Таким образом, на основании проведенных исследований установлена рациональная температура и продолжительность процесса концентрирования обезжиренного молока и молока с массовой долей жира 3 и 5 %. Молоко до концентрации сухих веществ 48–50 % необходимо сгущать при температуре 70±3 °С в течение 5 ч. Данный температурный режим выбран с учетом органолептических и физико-химических показателей, кинетики процесса и удельных затрат теплоты на 1 кг удаленной влаги.
Следует отметить, что молоко можно сгущать при различных температурах и разной продолжительности в зависимости от необходимой массовой доли сухих веществ в концентрируемом продукте.
Список литературы Разработка температурных режимов вакуумного концентрирования молока
- Технология молока и молочных продуктов/Г.В. Твердохлеб, З.Х. Диланян, Л.В. Чеку-лаева . -М.: Агропромиздат, 1991. -463 с.
- Технология молока и молочных продуктов/Г.Н. Крусь, А.Г. Храмцова, З.В. Волокити-на /под ред. А.М. Шалыгиной. -М.: КолосС, 2004. -455 с.
- Просеков А.Ю., Ермолаев В.А. Подбор остаточного давления для вакуумного кон-центрирования жидких молочных продуктов//Достижение науки и техники АПК. -2010. -№ 6. -С. 69-70.
- Ермолаев В.А. Исследование влияния тем-пературы поверхности конденсатора на ин-тенсивность вакуумного концентрирования жидких молочных продуктов//Достижение науки и техники АПК. -2010. -№ 5. -С. 71-72.
- Ермолаев В.А. Исследование процессов вакуумного концентрирования молока//Современные технологии продуктов пита-ния: теория и практика производства: мат-лы междунар. науч.-практ. семинара. -Омск, 2010. -С. 91-93.
- Харитонов В.Д., Грановский В.Я. Эффек-тивность различных способов получения сухого молока: обзорная информация/ЦНИТЭИмясомолпром. -М., 1982. -31 с.
- Попова И.Д., Фиалкова Т.А., Харитонов В.Д. Способ производства концентрата молоч-ной сыворотки//Молочная промышлен-ность. -2002. -№ 1. -С. 34-36.
