При производстве некоторой продукции, при подготовке образцов к исследованиям и в других целях используется гомогенизация. Она необходима для придания различным растворам и смесям определённых свойств. В статье расскажем, что, как и зачем можно гомогенизировать.
Гомогенизация: простыми словами о сложном
Гомогенизация – это простыми и понятными словами процесс, суть которого заключается в равномерном распределении в жидкой среде определённых веществ. Это необходимо для придания однородности жидкостям – некоторым отдельным продуктам, многокомпонентным смесям. Также термин описывает получение твёрдых веществ, порошков, растворов с однородной, постоянной структурой.
Продукция, которая чаще всего гомогенизируется, – это молоко и молокосодержащие продукты. Они после обработки становятся однородными, не расслаиваются при хранении, не сворачиваются при нагревании. Это достигается за счёт разбивания комков молочного жира, распределения жировой составляющей по всему общему объёму, разделения белков крупных размеров на мелкие частицы и предупреждения их повторного слипания.
Виды гомогенизации
Гомогенизирование, в зависимости от особенностей протекания процесса, делится на следующие виды:
- Полное. При нём сливки не отделяют, то есть через установку пропускается первичная, цельная продукция. Это подходит для изготовления жидких продуктов, например, йогуртов, молочных коктейлей, питьевого детского или обычного молока.
- Раздельное. При нём сначала от обрата предварительно отделяются жировые компоненты. Данная фракция убирается с помощью гомогенизатора. Процесс включает несколько этапов: начальную фильтрацию, сепарацию, гомогенизацию отделённых сливок, их введение в сыворотку в количестве, необходимом для достижения требуемого процента жирности, а также пастеризацию, охлаждение и финальную обработку либо отправку на хранение. Раздельный вид используют, если продукция должна получиться идеально однородной, со стабильными свойствами сывороточных белков. Примеры – изготовление творога, сыра.
- Одноступенчатая. Она предполагает однократное пропускание сырья через гомогенизирующий аппарат.
- Многоступенчатая. При ней обработка в гомогенизаторе осуществляется многократно, причём с разными показателями давления. Это необходимо, чтобы сократить концентрацию свободного жира и уменьшить диаметр жировых включений до 1 мкм и менее. Многоступенчатое гомогенизирование применяют при приготовлении сливочных воздушных кремов, мороженого.
Выбор конкретного вида зависит от исходных характеристик сырья, от конечного качества продукции, от технологических условий производств, действующих стандартов и требований.
Используемые методы
Гомогенизирование – это процесс, который может осуществляться следующими методами:
- Химический. При нём лизис, то есть растворение клеток выполняется химически – с применением бензола, толуола, метанола, эфира или иных органических растворителей, а также детергентов и поверхностно-активных веществ типа хоатропных солей, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Химические способы используют в биохимии, медицине, химической промышленности, например, для выделения из образцов нуклеиновых кислот, извлечения липидов.
- Ферментативный. Его принцип заключается во введении в образцы ферментов, подбираемых по строению обрабатываемых веществ. Например, грибки и дрожжи гомогенизируются хитиназой, пектиназой, целлюлазой.
- Механические. Их суть – в физическом воздействии. Механических методов немало, к ним относятся измельчение в бытовых или специализированных промышленных блендерах, ручное перетирание пестом в ступке, обработка ультразвуком, встряхивание и перемешивание с металлическими или стеклянными шариками, действие высокого давления.
Сферы применения
Процесс гомогенизации востребован в различных областях, таких как:
- Пищевая промышленность. Это изготовление фруктовых и ягодных нектаров и соков, детских пюре, соусов (кетчупа, майонеза и других), мясных деликатесов типа суфле и паштетов, густых напитков из орехов или злаков, а также различной молочной продукции – мороженого, маргарина, сливочного масла, коктейлей, творога, сыров, ряженки, йогуртов.
- Химические производства: запуск и ускорение хода некоторых реакций, доведение сырья до нужных консистенций, изменение форм веществ.
- Строительство – подготовка разных строительных и облицовочных растворов типа бетона, штукатурок, цемента.
- Лакокрасочные производства – получение пигментов для колеровки лаков или эмалей, изготовление готовых к нанесению красок.
- Энергетика – производство ракетного или водоугольного топлива.
- Изготовление взрывчатых веществ типа пороха.
- Фармацевтика – производство некоторых препаратов, БАД.
- Косметология – получение эмульсий, кремов, гелей, сывороток.
Гомогенизация: оборудование и дополнительные приспособления
Чаще всего для рассматриваемого процесса применяют специализированное оборудование – гомогенизаторы. Они бывают следующих типов:
- Механические – аппараты, в конструкции которых вращающийся ротор и не двигающийся статор.
- Ультразвуковые – установки, в которых излучатель образует ультразвуковые высокочастотные колебания с одинаковыми амплитудами и запускает кавитацию, позволяющую гомогенизировать твёрдые среды.
- Приборы высокого давления. В них жидкие смеси под большим напором, создаваемым винтовым, роторным или плунжерным насосом, продавливаются через сопло или узкую щель. Крупные частицы при такой обработке давлением разрушаются.
- Проточные. Измельчение жидких образцов происходит в потоке за счёт непрерывной рециркуляции. Далее полученная суспензия подаётся в реактор.
- Погружные. Они по принципу действия напоминают блендеры или миксеры.
Некоторые продукты можно обрабатывать другими устройствами, например, такими:
- Магнитные мешалки. Они создают магнитное поле, которое вращает находящийся в обрабатываемой жидкой среде магнитный якорь.
- Верхнеприводные мешалки. Прибор данной категории имеет двигатель, соединённый с валом и передающий вращательное движение рабочему инструменту – мешальнику.
В качестве дополнительных приспособлений, применяемых для подготовки или финишной обработки, могут использоваться, например, фильтровальные вакуумные установки, различные фильтровальные материалы типа бумаги, мембранных и шприцевых фильтров.
Подробнее о гомогенизации молочной продукции
Наиболее востребованный технологический процесс – гомогенизация молока, которая делает молокосодержащие продукты однородными, устойчивыми к формированию сгустков, сворачиванию и расслоению. Происходит увеличение площади жировой фракции: частички жира вступают в связи с белками, содержащимися в молочной плазме. То есть белковая составляющая подвергается изменениям. Также активизируются некоторые ферменты, повышается концентрация кальция в сыворотке, а фосфаты и цитраты переходят на поверхность оболочек жиров.
Цели
Молочную продукцию гомогенизируют для достижения таких эффектов:
- улучшение вкусовых качеств;
- получение однородной, стабильной консистенции без расслаивания, отделения сливок и сыворотки;
- предотвращение образования поверхностной плёнки, пенки;
- продление сроков хранения стерилизованных сливок, молока, йогуртов;
- однородная жирность;
- придание равномерного оттенка;
- снижение концентрации свободного жира в цельном сухом молоке.
Требования
Гомогенизирование – важная технологическая стадия производства, от результатов которой зависит качество конечного продукта. Поэтому действуют определённые требования, которые затрагивают санитарно-гигиенические нормы, режимы транспортировки и хранения, пастеризацию.
Рассмотрим обязательные к соблюдению условия:
- Первичная очистка с последующим охлаждением.
- Поддержание определённых температурных режимов, устанавливаемых техническими условиями (ТУ) или технологическими требованиями. Температура гомогенизации – не менее +50 градусов Цельсия. А после окончания обработки требуется охлаждение до значений не более +6°C.
- Поддержание давления. Так, согласно ГОСТ под номером Р 54647-2011, значения давления не должны быть меньше 150 кгс/см2, что в мегапаскалях составляет 15 МПа. Возможно снижение давления до 10 МПа и увеличение до 20 единиц. Оптимальные значения зависят от жирности: чем она ниже, тем больше должно быть давление.
- Отсутствие у молока нехарактерных привкусов, постороннего запаха.
- Процент жирности – от 2,5% до 3,2%.
- Концентрация микроорганизмов не может превышать 100 КОЕ/мл.
- Допустимая кислотность не может быть больше 20Т.
- Гомогенизированное молоко должно быть упаковано в герметичную тару.
Что влияет на результаты
Результаты зависят от нескольких факторов:
- Температура. Чем её значения выше, тем медленнее отслаивается жировая составляющая. Но если нагревание будет чрезмерно сильным, то имеющийся в сыворотке белок может денатурироваться и образовать осадок. Оптимальный температурный режим – порядка 60 градусов Цельсия. Но в некоторых случаях технологические условия допускают снижение до 37°C и повышение до 65°C.
- Давление. При его значениях, находящихся в диапазоне 10-15 мегапаскалей, частицы жира измельчаются до диаметра, равного примерно 1,5 мкм. Если давление составляет 20 МПа, то размер получается меньше – около 1 мкм. Но при этом наблюдается быстрое увеличение площади жировых капель, а белков для формирования их оболочек не достаточно. Это провоцирует повышение концентрации свободного жира, который снижает качество продуктов, а также способен окисляться. Кроме того, мелкие частицы жира склонны к повторному слипанию в большие жировые образования. Чем исходное сырьё жирнее, тем ниже требуется давление, что обусловлено повышенными рисками формирования больших включений жира.
- Плотность, кислотность, вязкость молока. Чем эти показатели выше, тем менее эффективна гомогенизация.
Результаты оцениваются разными способами. Обычно анализируются массовая доля жира и концентрация мелких жировых частиц заданных диаметров.
Заключение
Гомогенизирование позволяет получать продукцию с заданными свойствами. Его результаты зависят от соблюдения технологии и действующих требований, а также от используемого оборудования. Устройства, комплектующие и дополнительные приспособления для гомогенизации и других производственных или лабораторных процессов можно приобрести в интернет-магазине «Пять Капель».
