Характеристика молочной сыворотки и ее концентратов как объектов центробежного разделения

13-05-2014, 22:21

Молочная сыворотка и ее сгущенные концентраты рассмотрены как гетерогенные дисперсные системы. Качественная характеристика дисперсных систем в молочной сыворотке и ее сгущенных концентратах представлена в табл. 6.1. Свойства дисперсной фазы и дисперсионной среды определяют способность гетерогенной системы разделяться под действием гидромеханических факторов. Учитывая, что жировые шарики имеют белковую оболочку, а белковые частицы — мономолекулярный адсорбционный слой, плотность дисперсной фазы можно считать зависимой от двух величин: температуры и размера (эквивалентного диаметра) частицы.

Формирование системы «жировые шарики — плазма» в молочной сыворотке происходит как за счет синерезиса, так и за счет последующего механического воздействия на сгусток.
Большая скорость синерезиса сразу же после разрезки пласта ведет к тому, что сывороткой из сгустка вымывается значительное количество жировых шариков, а формирование системы «жировые шарики — плазма» происходит на ранней стадии получения сырного (творожного) зерна (сгустка). Основное формирование системы «казеиновые частицы — плазма» происходит за счет некачественной разрезки сгустка.
Количество дисперсных частиц системы «хлопья скоагулированных белков — плазма» непосредственно зависит от степени коагуляции белковых веществ в сыворотке. Хороший результат коагуляции и создание устойчивой крупнодисперсной суспензии одновременно ухудшают физико-химические и органолептические свойства получаемого белкового концентрата, а также повышают остаточное количество коагулянта в осветленной сыворотке. Дестабилизация концентратов молочной сыворотки рассмотрена как процесс образования дисперсных фаз. Исследование характера дестабилизации предопределило выбор вариантов сепарирования сгущенных концентратов молочной сыворотки в двухсекционных барабанах сепараторов: при массовой доле сухих веществ до 20 % — в свежем виде или после хранения и тщательного перемешивания; при массовой доле сухих веществ около 30 % — только в свежем виде.
Изменение плотности ρ и вязкости η плазмы неконцентрированной молочной сыворотки от температуры (t) описывается зависимостями вида:

с коэффициентами, приведенными в табл. 6.2.

Плотность плазмы концентрированной подсырной сыворотки при температуре 20 °С в зависимости от массовой доли сухих веществ (С), согласно полученному результату, можно определить по формуле:

в интервале температур 20-60 °С и массовой доле сухих веществ 13-30% коэффициент эффективной вязкости плазмы концентрированной подсырной сыворотки изменяется согласно уравнению:

При более высокой степени сгущения концентрированная молочная сыворотка начинает проявлять неньютоновский характер течения, поскольку более выраженным становится влияние состояния белковой фракции и для сепарирования такого продукта необходима дополнительная обработка, например, гидролиз лактозы.
Плотность жировых шариков в молочной сыворотке определена с учетом наличия белковой оболочки, толщина которой изменяется в некотором интервале. Тогда зависимость плотности этой дисперсной фазы от температуры и относительной толщины оболочки (do) определяется уравнением:

Плотность белковых частиц (казеиновых частиц и частиц скоагулированного белка) зависит от их влажности, а также определяется с учетом наличия так называемого мономолекулярного адсорбционного слоя жидкости (воды).
Для такого расчета была получена формула:

где ρ2(t) — функция зависимости плотности дисперсионной среды от температуры, кг/м3;
ρ6ч — плотность белковой частицы с учетом ее влажности, кг/м3.
Наиболее вероятной фракцией казеиновых частиц в молочной сыворотке являются частицы эквивалентного диаметра около 50 мкм, средневесовой диаметр частиц системы составляет 52,7 мкм. Для хлопьев скоагулированного белка наивероятнейшей фракцией являются частицы диаметром 30-40 мкм.
Примеры изменения разделяемости дисперсных систем в молочной сыворотке и ее концентратах от температуры показаны на рис. 6.1.

Сравнение разделяемости с удельным разделяющим фактором сепараторов позволило определить возможности центробежного выделения дисперсных фаз из молочной сыворотки. Как показали расчеты, остаточное содержания жира в неконцентрированной сыворотке должно быть не более 0,03 %, в концентрированной — не более 0,05 %. Величина разделяемости исследованных дисперсных систем может использоваться при проектировании специальных сепараторов для молочной сыворотки и ее концентратов.