CC BY
146
Потери молочного жира при транспортировке молока в доильной установке
Л.П. Карташов, д.тех.н, профессор, А.В. Колпаков, аспирант, Оренбургский ГАУ
При перекачивании молочным насосом и транспортировке по трубопроводам доильной установки молоко подвергается механическим воздействиям со стороны внутренних поверхностей деталей молочной линии. Эти воздействия, превышающие допустимый уровень, изменяют нативное состояние молока и приводят к ухудшению его качества [1]. В результате происходит отрицательное изменение дисперсного состава жировой фазы, что проявляется образованием в молоке масляных зерен и комков жира. Последние оседают на внутренних поверхностях коммуникаций, задерживаются фильтрами и при промывке безвозвратно теряются. С целью избежания этого необходимо обеспечить такой режим течения в трубопроводах и насосе, чтобы поддерживалось равномерное диспергирование жировых шариков в молоке. По Беку [2], действующие при перемещении молока напряжения сдвига (ламинарные и турбулентные) или касательные напряжения N должны оставаться по возможности незначительными, для того чтобы оболочка жировых шариков испытывала слабые нагрузки и не претерпевала изменений.
N = — ^,
2п 5
(1)
где — продолжительность действия нагрузки; ю/2 — частота.
В то же время при перемешивании кинетическая энергия должна превышать энергию дисперсионных жировых шариков, чтобы препятствовать интенсивному образованию гроздевидных скоплений и хлопьев. Барток и Мейсон [3] установили, что жировые шарики при скоростях течения, характеризующихся малыми числами Рейнольдса, сближаясь, не входят в прямой контакт друг с другом и не соприкасаются. Следовательно, эта энергия выше, чем минимум вторичной энергии,
ф 100
1* 80
СО
* со 60 ^ о.
Я *
40
20
Турбулентное
гт;
аминарное
_|_
_|_
3 6 9 12
Максимальная скорость и0, мс-1
а)
но меньше, чем энергетический барьер между жировыми шариками.
Более высокие силы давления и напряжения сдвига ведут к деформации жировых шариков и повреждению их оболочек. Засасывание воздуха насосами вызывает пенообразование, усиливающееся вследствие турбулентности течения, что отрицательно сказывается на оболочечных веществах и ведет к их переориентации. На степень изменения жировой фазы также оказывают влияние продолжительность действия и температурный фактор. Последствия этих отрицательных воздействий на молоко приводят к следующим явлениям:
— происходит десорбция адсорбированных оболочкой жировых шариков ферментов и повышается их активность;
— образуются агломераты из поврежденных и неповрежденных жировых шариков, что приводит к увеличению количества свободного жира;
— начинает проявлять активность липаза по отношению к свободному жиру, из-за чего повышается содержание свободных жирных кислот и появляются связанные с этим изменения сенсорных показателей.
Все эти явления позволяют распознать действие механических нагрузок. Так, Бэк и Ройтер [4] показали, что с увеличением напряжения сдвига повышается активность ксантиноксидазы. Это служит предпосылкой для ее усиленной десорбции с поверхности мембран жировых шариков.
Результаты влияния ламинарных и турбулентных течений с различной максимальной скоростью при разных температурах и продолжительности воздействия нагрузки представлены графически на рис. 1. За исходную величину 100% исследователи приняли содержание жира в сыром молоке, не подвергнутом механической нагрузке. Если после образования агломератов жировых шариков профильтровать молоко через фильтр определенной величины, то агломераты жира останутся на фильтре, а в прошедшем через него молоке бу-
£2
5
100
80
60
40
20
0
|Турбулентное
Ламинарное
1
2 \
4 ^
\ 3
I
_1_
_1_
_1_
_1_
3 6 9 12
Максимальная скорость и0, мс-1
б)
Рис. 1 ■
Процентное содержание жира в молоке, подвергнутом действию нагрузки, в зависимости от максимальной скорости течения при действии нагрузки:
а - 7 мин; б - 15 мин; 1 - температура 5°С; 2 - температура 10°С; 3 - температура 15°С; 4 - температура 20°С; 5 - температура 25°С
0
дет лишь незначительное содержание жира. Наблюдения показывают, что ламинарное течение с максимальной скоростью 2,03 м/с не вызывает образования агломератов. Этот процесс начинается с турбулентной области, в зависимости от продолжительности механического воздействия, при максимальной скорости примерно 6 м/с.
Из экспериментов, проводившихся Е. Адми-ным, Л. Лебедевым, В. Федоровым [5] на молочных фермах опытного хозяйства «Терезино» Бе-лоцерковского района Украины, были получены результаты изменения состава молока после транспортировки по молокопроводу длиной 42 м. Из таблицы 1 видно, что изменения плотности и количества молока после транспортировки по молокопроводу были незначительны. Однако существенные изменения наблюдались в содержании и количестве молочного жира. После транспортировки молока его жирность оказалась меньше на
0.19%, а количество молочного жира снизилось на 0,56 кг, что соответствует 16,5 кг молока базисной жирности. Если же потери жира после одноразовой дойки пересчитать на базисное молоко, то они составят 6,3%.
1. Изменение состава молока после транспорти-
ровки по молокопроводу
Когда исследовалось молоко Плотность молока, оА Разо- вый удой, кг Жирность молока, % Кол-во молочного жира, кг
До транспорти- 28,3 223,7 3,96 8,86
ровки После транспор- 27,83 222,0 3,77 8,30
тировки
По данным А.Г. Казанкова [6], средний диаметр жировых частиц возрастает при транспортировке молока по молокопроводу длиной 34 м на 10—15%, по молокопроводу длиной 74 м — на 25-30%.
Отмечено влияние температурного фактора на процесс образования конгломератов жировых частиц [7]. При снижении температуры численность образовавшихся масляных конгломератов несколько увеличивается. Считают, что частичное охлаждение молока в молокопроводе приводит постепенно к переходу жировых частиц из эмульсионного в суспензионное состояние. К этому следует, очевидно, добавить флотирующее действие воздушных пузырьков и инерционные силы, приводящие к возникновению относительных перемещений жировых частиц. По мнению А.И. Фе-ненко [8], причинами сбивания жировых частиц и образования масляных конгломератов являются: пульсации потока молока на вертикальных участках и возникающие при этом гидравлические удары, резкие изменения направления движения потока и удары о вертикальную стенку.
Исследованиями установлено изменение дисперсного состава жировой фазы при перекачивании молока центробежными насосами. Ниже приведены данные Рана и Шарпа [9] по изменению распределения жировых частиц по размерным классам после перекачивания молока насосом (табл. 2).
2. Изменение размеров жировых частиц
Размер жировых частиц, мкм До перекачивания, % ек % р ,я g Я п н О й лв си оч С Итог
до перекачивания, % после перекачивания, %
0-2 0,57 0,26
2-3 2,90 1,40 39,67 25,31
3-6 36,20 23,65
6-9 43,50 41,86 43,50 41,86
9-14 16,83 21,95
14-17 0 10,88 16,83 32,83
Из приведенных данных видно, что относительное содержание жировых частиц до 9 мкм по всем размерным классам после перекачивания молока уменьшилось, а частиц более 9 мкм — увеличилось. При этом в молоке после перекачивания насосом обнаружены крупные частицы (14—17 мкм), которых не было в исходном молоке. Примерно такие же данные получены А.Ф. Андреевым [10]. По данным автора, при использовании центробежного самовсасывающего молочного насоса сбивание жира происходит гораздо интенсивнее, чем при работе с обычными насосами, в среднем на 8% по всем размерным классам.
Таким образом, механические воздействия на молоко со стороны внутренних поверхностей деталей молочной линии, в сочетании с пенообразо-ванием, режимом течения молока, продолжительностью воздействия и температурным режимом, являются главными факторами, оказывающими воздействие на дисперсный состав жировой фазы.
Литература
1 Тепел, А. Химия и физика молока, 1979.
2 Back, W.D. Milchwissenschaft 28 (1973), s. 628 bis 636.
3 Bartok, W., S. G. Mason: J. Colloid Science. 12 (1957), s. 243.
4 Back, W.D., H. Reuter: Milchwissenschaft 28 (1973), s. 137 bis 141.
5 Админ, Е. Потери молочного жира при транспортировке молока по молокопроводам / Е. Админ, Л. Лебедев, В. Федоров // Молочная промышленность. 1983. № 2.
6 Казанков, А.Г. Зависимость качественных показателей молока от формы течения газожидкостных смесей: исследования некоторых показателей машинного доения. Оренбург, 1970.
7 Цой, Ю.А. Молочные линии животноводческих ферм и комплексов. М.: Колос, 1982. 222 с.
8 Фененко, А.И. Теоретическое и экспериментальное исследование молоковакуумных систем доильных установок: ав-тореф. канд. дис. Киев, 1972.
9 Ран и Шарп. Физика молока и молочных продуктов. М.-Л., 1931.
10Андреев, А.Ф. Исследование методов определения дисперсности молочного жира и их использование для оценки рабочих режимов молочного оборудования: автореф. канд. дис. М., 1969.
