Введение (стр. 46 )

Удаление воды в замороженном виде заключается в замораживании части свободной воды с последующим выделением ее в виде кристаллов льда. При замораживании части свободной воды массовая доля сухих веществ увеличивается до 30-40 %. Составные части молока при замораживании изменяются несущественно.

Без фазовых превращений вода удаляется из молочного сырья с помощью молекулярной фильтрации, на основе обратного осмоса, через мембраны из ацетатцеллюлозы или других материалов, с диаметром пор 1-3 нм, под давлением не более 5 МПа. Используя обратный осмос, можно сгущать цельное молоко до 18 %, обезжиренное молоко и сыворотку - до 30-35 % сухих веществ. При такой обработке достаточно полно сохраняются исходные свойства сгущаемого сырья, невелики затраты электроэнергии. Обратноосмотические установки занимают небольшие производственные площади и могут работать непрерывно до 20 ч при температуре процесса от 4 до 80 °С, стоимость сгущения единицы объема в этом случае в 2-2,5 раза меньше, чем при выпаривании.

В основе сгущения исходных смесей выпариванием лежит парообразование. При атмосферном давлении молоко кипит при 100,5 °С. При такой температуре происходят необратимые изменения составных частей молока. Парообразование кипением при 50 °С не сопровождается необратимыми изменениями молока. Устойчивы к такому нагреванию даже такие свойства, как вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение. Необратимые изменения отмечаются лишь при нагревании до 70 °С и выше. Таким образом, для молока оптимальными для парообразования кипением являются температуры от 50 до 70°С. Такие температуры парообразования могут быть обеспечены при кипении в разреженном пространстве (с расходом внешнего тепла), когда парциальное давление паров кипящей жидкости будет превышать действующее на него общее давление.

Вакуум-выпарные установки, применяемые для удаления воды из молока, систематизируют следующим образом: 1-я группа - одно - и многокорпусные пленочные или пластинчатые с поточным поступлением в них сырья и поточным выпуском сгущенного продукта; 2-я группа - одно - и многокорпусные циркуляционные (объемные) установки с многократной циркуляцией, поточным поступлением сырья и периодическим (однокорпусные) или поточным и периодическим выпуском сгущенного продукта (многокорпусные). Установлена оптимальная продолжительность суточного цикла работы вакуум-выпарных установок (от мойки до мойки), составляющая 18-20 ч. В молочной промышленности применяют как пленочные, так и циркуляционные вакуум-выпарные установки.

Исключение необратимых изменений составных частей молока при сгущении выпариванием обеспечивается соответствующим подбором температурного режима, продолжительности теплового воздействия и кратности концентрирования. В зависимости от числа ступеней (корпусов) температуры выпаривания колеблются от 83 до 45 °С. Выпаривание в многокорпусных вакуум-выпарных установках по расходу острого пара является более экономичным. По технологическим показателям также отдается предпочтение многокорпусному выпариванию. По мере перехода сгущаемого продукта из одного корпуса в другой массовая доля сухих веществ в нем увеличивается, а температуры выпаривания уменьшаются. Этим обеспечивается наиболее полное сохранение исходных свойств молока.

При выпаривании в пленочной трехкорпусной вакуум-выпарной установке оптимальная взаимосвязь между массовой долей сухих веществ и температурой выпаривания решена следующим образом:

Массовая доля сухих веществ, %	18-25	25-35	35-50
Температура выпаривания, °С	75-70	65-60	55-45

Циркуляционные вакуум-выпарные установки работают заполненными выпариваемым сырьем до рабочей вместимости, равной примерно 0,6 объема испаряемой влаги в час. В пленочных вакуум-выпарных установках выпариваемое сырье нагревается при нисходящем или восходящем движении его по поверхности нагрева пленкой толщиной 2-10 мм.

Продолжительность теплового воздействия при выпаривании зависит от вида вакуум-выпарной установки. В однокорпусной циркуляционной она колеблется от 1 ч - при сгущении партии молока на одну варку от 11,8 до 25,5 % сухих веществ в производстве сгущенного стерилизованного молока - до 10 ч - при сгущении партии сыворотки на одну варку от 6 до 60 % сухих веществ в производстве сгущенной сыворотки. При смешанном выпаривании (поточном на протяжении производственного цикла с периодическим выпуском сгущенного продукта - по завершении его) в двухкорпусной циркуляционной установке тепловое воздействие на сгущаемый продукт, заполняющий рабочую вместимость, продолжается на протяжении всего производственного цикла (до 20 ч).

Продолжительность теплового воздействия на сгущаемый продукт в пленочных вакуум-выпарных установках колеблется от 3 до 15 мин и зависит от числа ступеней выпаривания и заданной конечной массовой доли сухих веществ. При существенной разнице продолжительности теплового воздействия в процессе выпаривания наименьшие физико-химические изменения концентрируемого продукта происходят при сгущении в пленочных вакуум-выпарных установках.

Кратность сгущения n в соответствии с сущностью концентрирования показывает, во сколько раз увеличивается массовая доля всего сухого вещества и любой составной его части и соответственно уменьшается масса исходного сырья (смеси). В общем виде это описывается как n= Спр/Ссм=СМОпр/СМОсм=Жпр/Жсм = СОМОпр/СОМОсм = ...mсм/mпр. На основе приведенного описания рассчитывают массовые доли составных частей сухого вещества сгущенного или сухого продукта как Спр=nСсм; СМОпр/nСМОсм; Жпр = nЖсм; СОМОпр = nСОМОсм. Аналогично рассчитывают массовые доли лактозы, ККФК и др.

Основным требованием к сгущенным продуктам является сохранение их и текучем состоянии при заданной температуре. Поэтому для любого способа сгущения устанавливают показатели массовых долей составных частей сухого вещества продукта, при которых он не утрачивает текучести, хотя физико-химические свойства его в той или иной степени изменятся. В зависимости от кратности выпаривания изменения свойств молока протекают в следующем направлении.

Если при выпаривании n < 2, то вкус, запах, цвет молока существенно не изменятся. При n > 2 сгущенное Молоко приобретает солено-сладкий вкус и слабо-кремовую окраску. Эти изменения обратимы и на изменение текучести сгущаемого молока не влияют:

Вне зависимости от кратности при сгущении выпариванием жировая фаза молока остается в состоянии эмульсии. Жировые шарики по мере концентрирования сближаются, но не соединяются. Необратимых физико-химических изменений жировой фазы не происходит. Вязкость изменяется пропорционально кратности концентрирования.

При значениях n, соответствующих перенасыщению растворов солей молока, возможно выпадение их в осадок (кристаллизация). Вязкость изменяется пропорционально кратности концентрирования.

Сгущение выпариванием сопровождается увеличением массовой доли лактозы в водной части продукта. В зависимости от растворимости при некоторых значениях n и температуры выпаривания возможны перенасыщение и кристаллизация лактозы в сгущенном молоке даже в вакуум-выпарной установке. При n = 4 массовая доля лактозы в водной части сгущаемого молока составляет 26,7 %. Такое насыщение раствора не приводит к кристаллизации лактозы в процессе выпаривания (растворимость лактозы при 60 °С составляет 32 %), но при охлаждении продукта до 20 °С и ниже по условиям насыщения (растворимость лактозы при 20 °С около 14 %) неизбежна частичная кристаллизация лактозы. Аномального падения текучести, обусловленного перенасыщением лактозы, при этом не происходит.

Основное влияние на изменение вязкости в зависимости от n оказывают ККФК и сывороточные белки. По мере увеличения массовая доля ККФК в водной части сгущаемого молока увеличивается.

При сгущении выпариванием изменение структурно-механических свойств сгущаемых смесей зависит главным образом от величины массовой доли ККФК в их водной части. При температуре выпаривания сгущаемые молочные смеси сохраняют подвижность, текучесть, только до массовой доли ККФК в их водной части не более 18-20 %, что соответствует массовой доле сухого молочного остатка, близкой к 50 %. При этом изменения других составных частей сухого молочного остатка (жир, лактоза, соли) на скачкообразное повышение вязкости не влияют. Способность сгущенного молока с сахаром вытекать из вакуум-выпарной установки при температуре выпаривания и общей массовой долей сухих веществ около 70-71 % объясняются тем, что массовая доля ККФК в его водной части около 20 %. Аналогичные взаимосвязи установлены и для других продуктов консервирования цельного молока, сухих концентратов обезжиренного молока, пахты, ЗЦМ, детских продуктов.

Если необходимо сгущать цельное молоко и хранить его в последующем при низких температурах, то оптимальной массовой долей СМО является значение, близкое к 40 %.

Получение конечных значений массовых долей сухого молочного остатка в сгущаемых смесях обеспечивается автоматически при непрерывнопоточном выпаривании и периодическом контроле (по плотности на основе зависимости между массовой долей сухих веществ и плотностью) - при выпаривании в циркуляционных вакуум-выпарных установках. Для автоматического контроля применяют приборы, основанные на зависимости между массовой долей сухого молочного остатка и плотностью или массовой долей сухого молочного остатка и электропроводностью.

Теоретические основы сушки

При производстве всех видов сухих молочных продуктов сгущенные смеси высушивают до конечной влажности, устанавливаемой в зависимости от формы связи воды с составными частями сухого вещества. Конечная влажность сухого молочного продукта, представляющая собой связанную воду, составляет не более 15 % массовой доли белка в нем. На этом основано нормирование массовой доли влаги в сухих молочных продуктах, по достижении которой заканчивается процесс сушки.

Сухие молочные продукты относятся к сыпучим материалам. Они должны легко высыпаться из отверстий при минимальном сводообразовании. Угол естественного откоса, характеризующий сыпучесть сухих молочных продуктов, колеблется в пределах 48-58°.