ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОДОПОДГОТОВКИ В
ПРОИЗВОДСТВЕ ВОССТАНОВЛЕННЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Галстян А.Г., Петров А.Н. (ГНУ ВНИМИ РАСХН, г. Москва)


Чистовалов Н.С. (WATER.RU, г. Москва)


В последние годы отмечено значительное увеличение объемов переработки сухих молочных продуктов (СМП). Важным этапом в технологиях переработки СМП является процесс их растворения в воде или, в технологической интерпретации - восстановление. Принятые на сегодняшний день параметры и процессы восстановления сухого молока базируются в основном на эмпирических представлениях, нуждающихся в серьезных теоретических и экспериментальных обобщениях. И в первую очередь это относится к воде – растворителю СМП и в дальнейшем компонента пищевой системы.

Систематизированные теоретические исследования литературных ис-точников позволили выделить ряд факторов, влияющих на эффективность восстановления, в частности, химические свойства воды и концентрацию сухих веществ молока. При этом одним из наиболее важных свойств воды, влияющих на количественное выражение процесса восстановления является значение общей жесткости (суммы молярных концентраций эквивалент ионов кальция (1/2 Са2+) и магния (1/2 Mg2+)).

В свете вышеизложенного был проведен ряд экспериментов по определению растворимости сухого цельного молока (СЦМ) и сухого обезжиренного молока (СОМ) в зависимости от изменения общей жесткости воды в диапазоне: 1,2…10 моль/м3. В качестве контроля использовали дистиллированную воду, жесткость которой условно приняли за 0 моль/м3. Получение воды с требуемой жесткостью проводили по двум вариантам:

1. Умягчение определенных объемов воды с последующим смешением с исходной водой. При этом необходимое количество умягчаемой воды W определяли по формуле:

W=Жо.и.- Жо.н./Жо.и. - Жо.у.(1)
где: Жо.и. – общая жесткость исходной воды, моль/л3; Жо.н. – необходимая общая жесткость воды, моль/л3; Жо.у. – жесткость умягченной воды, моль/л3. Так как в качестве умягченной воды использовали дистиллированную воду с общей жесткостью условно приравненной к 0 моль/л3, то формула преобразовывается в: W=Жо.и.- Жо.н./Жо.и.(2)

2. Повышение жесткости достигали используя справочные данные, что од-ному мг-экв/л соответствует содержание в воде 20,04 мг/л Ca2+ или 12,16 мг/л Mg2+.

Параллельно исследовалось влияние повышения массовой доли сухих веществ (СВ) молока (от 9 % до 27,5% с первым шагом 3,5%, а последующими 2,5% для образцов СОМ и СЦМ соответственно) на эффективность процесса растворения СМП при различных значениях жесткости воды.

В связи с тем, что методика определения полноты растворения (индекс растворения) сухих молочных продуктов предусматривает концентрацию СВ в исследуемых образцах на уровне 9,0 и 12,5 % соответственно для СОМ и СЦМ, а с повышением концентрации СВ в исследуемых образцах параллельно повышается количество нерастворимого осадка по отношению к изначальному, то была предложена следующая корреляционная формула, учитывающая повышение количества не растворившегося осадка за счет увеличения СВ в смеси:

ΔР = Рст – ((Vст - VрΔR) Δ10),(3)

где: ΔР – реальная растворимость образца при данной массовой доле СВ в смеси, %; Рст – растворимость образца при массовой доле СВ 9,0 или 12,5 % для СОМ и СЦМ соответственно; Vст – объем не растворившегося осадка аналогичного образца при массовой доле СВ 9,0 или 12,5 % для СОМ и СЦМ соответственно, мл сырого осадка; Vр – объем не растворившегося осадка образца при данной массовой доле СВ, мл сырого осадка; R – разбавление, определяемое по формуле:

R = СВ / К, где(4)

СВ – реальная массовая доля СВ в исследуемых образцах, %; К – коэффициент разбавления, % ( для СОМ К=9,0; для СЦМ К=12,5).

Температура воды-растворителя для всех образцов была в пределах 50±0,50С (среднее значение рекомендованное технологической инструкцией по восстановлению СМП - от 40 до 600С).

Для выявления искомой зависимости был применен полный факторный план (ПФП) для квадратичной модели представляющий все возможные комбинации уровней категориальных предикторов. Интервалы варьирования факторов и соответствующие им кодированные значения факторов приведены в таблице 1.




Полученная матрица заметно отличается от рекомендуемых для квадратичных моделей. Причина использования подобной матрицы заключается в следующем: в процессе планирования эксперимента мы не были уверены в том, что исследуемую зависимость можно будет описать полиномом 2 или даже 3 степени, так как согласно некоторым предвари-тельным соображениям на поверхности отклика не было исключено наличие нескольких экстремальных точек. Фактически получилось, что мы использовали так называемый метод Гаусса, то есть достаточно частую сетку опытов, наложенную на факторное пространство. В случае наличия нескольких экстремальных точек они могли быть идентифицированы по аномально большой дисперсии адекватности. В подобном случае имелась возможность «вырезать» область вокруг выявленной точки и обработать ее как отдельный ПФП. На практике это не понадобилось.

Результаты исследований влияния жесткости воды на динамику восста-новления образцов СЦМ и СОМ с различной массовой долей сухих веществ в растворе представлены на рис. 1 и 2





Рис. 1 Динамика индекса растворимости (Р,%) СЦМ от концентрации (С,%) сухих веществ и жесткости воды (G, моль/м3)


Рис. 2 Динамика индекса растворимости (Р,%) СОМ от концентрации (С,%) сухих веществ и жесткости воды (G, моль/м3)

Как следует из экспериментальных данных, увеличение общей жесткости воды приводит к существенному понижению эффективности растворения СОМ и СЦМ. Повышение массовой доли СВ молока в растворе интенсифицирует данный процесс.

Так, в частности, при исследовании образцов СОМ и СЦМ с массовой долей сухих веществ в растворе 9,0 и 12,5% соответственно, при увеличении жесткости воды от 1 до 10 моль/м3 наблюдается понижение растворимости образцов на 3,30 и 3,62 % соответственно. Дальнейшее увеличение массовой доли СВ СОМ и СЦМ до 27,5% в данном диапазоне жесткости приводит к более интенсивному понижению растворимости: 8,27 и 6,21 % соответственно. Необходимо отметить, что увеличение массовой доли СВ приводит к понижению растворимости даже при низких значениях жесткости. При этом наблюдается тенденция в динамике растворимости от повышения показателя жесткости при различных значениях массовой доли СВ, выражающуюся в относительной стабильности процесса снижения растворимости с увеличением показателя жесткости.

Для определения точки оптимума мы использовали метод забора частных производных, заключающийся в следующем: берут частные производные по первому и второму фактору и приравнивают полученные выражения к нулю. Получают систему двух уравнений с двумя неизвестными. Корни этой системы и есть координаты точки оптимума. В данном случае координаты точки оптимума в натуральных значениях при условии достижения максимального отклика приведены в таблице 2.




Контурные графики на рис. 1 и 2 дают нам возможность определить соотношения факторов необходимые для достижения заранее заданного индекса растворимости. При этом эти графики визуально позволяют не-сколько расширить область оптимальных значений.

По результатам исследований рекомендовано для интенсификации процесса растворения при различных концентрациях м.д. СВ (в со-ответствии с требованиями технологии конкретного продукта) проводить умягчение воды до значений не более 3 моль/м3.

Для промышленного внедрения результатов исследований специали-стами ГНУ ВНИМИ совместно с сотрудниками ИНЭОС им. А.Н. Несмеянова была разработана универсальная схема водоподготовки, состоящая из следующих основных блоков: очистка от механических примесей, очистка от остаточных количеств хлора, умягчение и обезжелезование, стерилизация ультрафиолетом, тонкая очистка.

Так как выбор станции по водоподготовке непосредственно зависит от исходных данных анализа воды на производстве и ее расходуемого количества….

Все публикации

Вверх