УДК 637.146
Применение ультразвука для формирования микропартикулятов молочного белка
– доктор технических наук, профессор,
– соискатель,
ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой
промышленности», г. Кемерово
По данным Российского информационного агентства «Новый регион» свыше 85 % россиян, практически каждый день, потребляя около 600-700 мл молока и молочных продуктов, получают около 20-25 граммов молочного жира, а это почти половина рекомендованного количества жиров и масел. Современная наука о питании доказала, что лучше потреблять растительные масла и жир из морепродуктов. Выход на лучшую структуру оптимального и здорового питания – изъятие большей части молочного жира из молочных продуктов. За рубежом такие продукты относятся к функциональным пищевым продуктам и ценятся во много раз больше чем аналогичные с содержанием молочного жира больше 3-4 %. Переход на низкокалорийные молочные продукты – это веление времени и условие сохранения здоровья и стройной фигуры [1].
Одним из способов улучшения органолептических свойств нежирных молочно-белковых продуктов является использование при их производстве имитаторов жира.
В 1984 г. канадские изобретатели Norman S. Singer, Shoji Yamamoto, и Joseph Latella подали заявку в патентное бюро США на Simplesse®. Согласно [2], Simplesse® является вторичным молочным продуктом, полученным из яичного белка и/или концентрата молочной сыворотки в процессе микрогранулирования. В процессе производства КДСБ растворимые молекулы белка денатурируют и агрегируют в строго контролируемых условиях. КДСБ действует как суррогатная дисперсная фаза, заменяющая жировые капельки, которые традиционно выполняют функции дисперсной фазы, и симулирует мажущуюся маслянистую консистенцию продуктов. Данная способность имитатора жира обусловлена размером и формой составляющих его частиц [3,4].
Частицы размером более 3 мкм в водной дисперсии ощущаются как порошковые, известковые, песчаные (при увеличении размера частиц). Частицы размером менее 2 мкм подобных ассоциаций не вызывают [5]. Наряду с верхним существует и нижний порог. Дисперсия частиц менее 0,1 мкм воспринималась как истинный раствор. Таким образом, для создания имитатора жира высокого качества необходимо, чтобы размеры его частиц были в интервале 0,5-2,0 мкм и имели сферическую или близкую к ней форму [5].
На базе имеющихся исследований мы попытались создать имитатор жира на основе казеина (основного молочного белка) с применением одного из перспективных физических методов воздействия на вещество - ультразвуковых (УЗ) колебаний
Ультразвуковые колебания - это упругие, механические колебания с частотой выше порога слышимости человеческого уха (более 20 Кгц в секунду), распространяющиеся в различных материальных средах и используемые для воздействий на жидкие, твердые и газообразные вещества.
Воздействие УЗ колебаний на различные технологические процессы в жидких средах позволяет не менее чем в 10...1000 раз ускорить процессы, протекающие между двумя или несколькими неоднородными средами (растворение, очистку, обезгаживание, измельчение, эмульгирование, экстрагирование, кристаллизацию, полимеризацию, гомогенизацию, химические и электрохимические реакции и др.); увеличить выход полезных продуктов и придать им дополнительные свойства (например, биологическую активность и стерильность); получить новые вещества (эмульсии и суспензии), а также реализовать технологические процессы, не реализуемые традиционными методами.
Получение механических колебаний ультразвуковой частоты осуществляется с помощью специальных пьезокерамических материалов, способных изменять свои геометрические размеры под действием прикладываемого к ним переменного высокочастотного электрического напряжения. Грани пластины движутся одна относительно другой, а при соприкосновении со средой, передают в нее ультразвуковые колебания.
При распространении ультразвуковых колебаний в среде возникают чередования сжатия и разряжения, причем амплитуда сжатия всегда соответствует амплитуде разряжения, а их чередование соответствует частоте колебаний ультразвуковой волны. Это явление называется ультразвуковым давлением [6].
Рабочий инструмент ультразвуковой колебательной системы не только приводит в движение прилегающие к нему частицы обрабатываемой среды относительно положения их равновесия, но и вызывает постоянное их смещение, называемое ультразвуковым ветром.
Создаваемый при прохождении ультразвуковых волн в среде ультразвуковой ветер, вызывающий интенсивное перемешивание и мощные микропотоки от захлопывающихся кавитационных пузырьков приводят к взаимному трению твердых частиц, движущихся в жидкости и их сверхтонкому измельчению (какое невозможно осуществить другими методами). Сверхтонкое измельчение увеличивает межфазную поверхность реагирующих компонентов, что в свою очередь увеличивает скорость протекающих процессов.
Проведенные исследования показали, что воздействие ультразвуковых колебаний на различные среды обусловлено эффектами кавитации, ультразвукового ветра и ультразвукового давления, причем максимальное воздействие обусловлено ультразвуковой кавитацией [6].
При такой обработке молока наблюдается еще один важный положительный эффект - стерилизация молока. При этом количество болезнетворных бактерий существенно сокращается, питательная ценность молока при этом повышается [6].
Технологический аппарат представляет собой сложную систему следующих блоков и элементов (рисунок 1); собственно технологического аппарата (объема 1 с обрабатываемым материалом 2); ультразвуковой колебательной системы 3, состоящей из преобразователя электрических колебаний 4, волноводной системы 5, концентрирующей УЗ колебания и рабочего инструмента 6 для ввода УЗ колебаний в обрабатываемые среды; электрического генератора 7; систем контроля и автоматизации 8.
Рисунок 1 - Структурная схема ультразвукового технологического аппарата.
Для исследования возможности применения ультразвуковых колебаний для формирования частиц требуемых размеров и формы было проведено дробление сычужных сгустков в ультразвуковом генераторе, обеспечивающем преобразование энергии промышленной частоты (50 Гц) в энергию электрических колебаний ультразвуковой частоты[6]. На рисунке 2 представлены результаты.
Устойчивость раздробленных смесей полученных с применением ультразвука выше, чем полученных обычным способом. Частицы являются устойчивыми и не расслаиваются в течение нескольких часов и даже суток.
Рисунок 2 - Изменение размеров белковых мицелл молока, полученных с помощью сычужной коагуляции после воздействия ультразвука
Уровень шума на рабочих местах на частоте 22 кГц не должен 100 дБ согласно ГОСТ 12,1,001-83 и СН N 2283-80, Допустимый уровень ультразвука в зоне контакта рук и других частей тела не должен превышать 110 дБ, Эта проблема легко решается применением акустических экранов, корпусов и оптимальным креплением и размещением излучателей,
Таким образом, в результате анализа литературных источников и опыта использования ультразвука в предполагаемых областях контакта с живым организмом, можно утверждать, что при обоснованном выборе диапазона технологических параметров, соотнесенных с объектом приложения излучения, его вредное влияние отсутствует или является Минимальным. Поэтому есть все основания утверждать, что ультразвук как достижение научно-технического прогресса, может быть экологически безопасным, если при проектировании его практических приложений выполняются необходимые ограничения по мощности, интенсивности и защиты. Всему этому в полной мере соответствуют многофункциональные маломощные ультразвуковые генераторы, и технологические процессы на их основе. Полученные данные показывают высокую эффективность использования технологии дробления полученных сгустков при производстве белкового имитатора жира на основе казеина.
Литература:
1. Россияне догоняют американцев по числу страдающих от ожирения. Российское информационное агентство «Новый регион». 18.08.2006. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www. *****.
2. Патент США № 000.
3. Queguiner C. et al. Microcoagulation of a Whey Protein Isolate by Extrusion Cooking at Acid pH // J. of Food Science, 1992. – Vol. 57. – № 3. – P. 610-616.
4. Schirle-Keller J.-P. Interaction of Flavor Compounds with Microparticulated Proteins/ J.-P. Schirle-Keller J.-P., H. H. Chang, Reineccius // J. of Food Science, 1992. – Vol. 57. – № 6. – P. .
5. Singer N. S., Moser R. H. Microparticulated proteins as fat substitutes. Low Calorie Foods Handbook: Altschul A. M., Ed., Marcel Dekker, New York, 1993 – chap.
6. ёв . Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве.
Реферат
УДК 637.146
Применение ультразвука для формирования микропартикулятов молочного белка
– доктор технических наук, профессор,
– соискатель,
ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой
промышленности», г. Кемерово
Одним из способов улучшения органолептических свойств нежирных молочно-белковых продуктов является использование при их производстве имитаторов жира. В данной работе показана возможность создания технологии белковых имитаторов жира за счет применения перспективного метода воздействия на вещество – ультразвуковых колебаний. Показана схема ультразвукового технологического аппарата и представлены результаты его применения.
