Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам гомогенизации молока. Способ гомогенизации молока заключается в воздействии на молоко энергией акустической кавитации с амплитудой переменного звукового давления в пучностях давления акустических волн, не менее чем в 2,5 раза превышающей статическое давление в молоке. Перед гомогенизацией в молоко добавляют белки в количестве не менее чем Ср·dS, где Ср - исходное содержание белка в молоке; dS - ожидаемое относительное увеличение удельной поверхности жировой фазы молока в результате гомогенизации. Представлено также молоко гомогенизированное, полученное этим способом. Способ позволяет повысить стабильность гомогенизируемого молока - его устойчивость к расслоению. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам гомогенизации молока, и может быть использовано также для гомогенизации сливок.
Известен способ гомогенизации молока в многоступенчатом роторно-пульсационном аппарате [RU 2222952, 2002]. В таком аппарате гомогенизация происходит под воздействием энергии гидродинамической кавитации [1], которая возникает в результате появления градиентов давления в обрабатываемой жидкой среде. При увеличении площади поверхности жировой фазы молока в процессе гомогенизации на поверхности шариков жира возникает дефицит оболочечных веществ, стабилизирующих эмульсию молока, частью которых служат белки гидрозоля, являющегося его дисперсионной средой [2]. Для образования оболочек на увеличившейся границе раздела фаз при такой гомогенизации кроме дефицита белков недостаточно еще и других стабилизирующих веществ, таких как ди- и моноглицериды жирных кислот. Известно, что по максимально достижимым импульсам давления гидродинамическая кавитация аналогична акустической кавитации с амплитудой переменного звукового давления не выше 0,5·105 Па [3]. Известно также, что условия, при которых происходит гидролиз жиров с образованием ди- и моноглицеридов жирных кислот, требуют преодоления порога кавитации в этих жирах [4], который при гидродинамической кавитации осуществим только в особых условиях [RU 2172207, 2001]. Такие условия существования непосредственного контакта поверхности, с которой распространяются колебания, с жиром, в молоке осуществить невозможно, так как оно является эмульсией прямого типа, в которой жир существует в виде эмульсионной фазы [5]. Все это впоследствии ведет к обратной гомогенизации и диспергированию процесса расслоения с образованием сливок с последующей коагуляцией и коалесценцией жира. Полученное таким способом гомогенизированное молоко как водно-жировая эмульсия нестабильно.
Из [SU 576998, 1977] известно устройство для гомогенизации молока, в котором также используется эффект гидродинамической кавитации, следовательно, обладающее в части достижения технического результата настоящего изобретения теми же недостатками.
Существует способ производства кисломолочного продукта [RU 2101969, 1998], в котором молочное сырье перед пастеризацией нормализуют сухим обезжиренным молоком. Белки сухого молока, добавляемые в цельное молоко без его гомогенизации, будут существовать в нем в виде самостоятельных белковых хлопьев и глобул в среде, а не на границах жировой фазы, оболочка которой в этом случае сохраняет целостность, так как удельная поверхность ее не меняется.
Известен способ приготовления сыра с нормализацией молока сливками и последующей ультразвуковой обработкой [RU 2095992, 1992]. Здесь в результате получают твердый продукт - сыр - то есть технический результат настоящего изобретения здесь вовсе не имеет смысла.
Известен способ, описанный в патенте на устройство, которое используется для гомогенизации, в том числе и молока по [СА 2111802, 1992]. В способе, реализуемом этим устройством, невозможно управление соотношением гидростатического давления и переменного звукового давления в пучностях акустической волны. Зазор, где протекает процесс, в устройстве настолько мал, что не содержит даже одной единственной пучности акустической волны, как известно, располагающейся на расстоянии от источника волны, равном четверти длины волны в жидкости [6-8], и содержащей максимум переменного давления в волне. То есть, хотя кавитация в этом устройстве по способу возбуждения и является акустической, но по трансформируемому уровню энергии она идентична гидродинамической, недостатки которой в достижении технического результата описаны выше.
Наиболее близким аналогом является способ гомогенизации молока [RU 2172107, 2000], включающий обработку молока путем рециркулирования через акустический излучатель в условиях кавитации. Обработку проводят при температуре +40...+85°С. Именно нагрев молока является недостатком этого способа, препятствующим достижению сформулированного ниже технического результата. Как известно [6], кавитационный порог в жидкостях при увеличении температуры снижается, но это сопровождается и снижением энергии самой кавитации. Вблизи температуры кипения жидкости кавитация в ней как физическое явление невозможна вообще. Поскольку температура кипения воды ниже, чем температура кипения молочного жира, то этим способом также невозможно создать условия преодоления порога кавитации в молочном жире.
Задачей настоящего изобретения является получение устойчивого к расслоению, коагуляции и коалесценции жира гомогенизированного молока.
Указанная задача решается тем, что на молоко воздействуют энергией акустической кавитации, причем амплитуда переменного звукового давления в пучностях давления акустических волн составляет не менее 2,5·Р0, где Р0 - статическое давление в молоке. Кроме того, перед гомогенизацией в молоко добавляют белки в количестве не менее, чем Cp·dS, где Ср - исходное содержание белка в молоке; dS - ожидаемое относительное увеличение удельной поверхности жировой фазы молока в результате гомогенизации.
Для обеспечения устойчивости к расслоению требуется ввести в состав оболочки жировых шариков эмульгирующие вещества. Например, молочный жир наружных слоев жирового шарика в молоке, содержит большое количество высокоплавких триглицеридов. Известно, что продукты гидролиза триглицеридов жира: ди- и моноглицериды, являются стабилизаторами эмульсий, так как обладают двойственной растворимостью [4]. При кавитации в жире и воде за счет локальных флуктуаций температуры и давления одновременно могут происходить отщепление ацилов от триглицеридов и диссоциация воды на ионы водорода и гидроксилы. В результате происходит реакция гидролиза, протекающая по схеме [7]:
где RCOOH - жирнокислотный остаток (ацил).
Таким образом, кавитационная гомогенизация может сопровождаться частичным кавитационным гидролизом молочных жиров водой, являющейся эмульсионной средой молока. Для этого необходимо, чтобы кавитация возникала не только в среде, но и в жировой фазе, или хотя бы на границе их раздела. Экспериментально было установлено, что порог акустической кавитации в липидах с температурой кристаллизации ниже +5°С при статическом давлении 105 Па составляет 2,5·105 Па. Наибольшее значение переменного давления достигается в пучности акустической волны, а при изменении статического давления амплитуда переменного звукового давления для сохранения соотношения потенциальной и кинетической энергии кавитации должна изменяться пропорционально [9].
Дисперсность молока как любой дисперсной системы обратно пропорциональна среднему диаметру частиц и определяется удельной поверхностью, то есть отношением общей поверхности частиц дисперсной фазы к единице объема этой дисперсной фазы - жира. Удельная поверхность является усредненным показателем дисперсности [10]. Следовательно, при гомогенизации и диспергировании увеличивающаяся площадь поверхности раздела фаз эмульсии молока пропорциональна увеличению удельной поверхности жировой фазы. Существует множество методов определения эффективности гомогенизации, основанных на явлении седиментации - расслоения под действием внешних сил, например гравитации (метод отстаивания) или центробежной силы (метод центрифугирования) [2], точно указывающих на изменение удельной поверхности.
Поскольку белки являются стабилизаторами эмульсии, то при гомогенизации нужно добавлять их в количестве, как минимум, пропорциональном увеличению удельной поверхности жира. Тогда продукты гидролиза жира и добавленные белки создадут оболочку, идентичную натуральной оболочке жировых шариков молока на вновь образовавшихся границах раздела фаз. Белки могут добавляться в виде коллоидного раствора или сухого вещества. Если эти белки будут добавлены в молоко перед гомогенизацией, то в процессе ее они также подвергнутся кавитационному диспергированию и гидратации [11], что лучше подготовит их к образованию оболочек на шариках жира.
Таким образом, анализ сущности заявленного способа и сравнение его с наиболее близким аналогом из технических решений, характеризующих известный заявителю уровень техники в области предмета изобретения, показывают, что заявленный способ обладает существенными по отношению к указанному техническому результату отличительными признаками.
Известен способ обработки рассола для посола мясного сырья воздействием энергии кавитации [RU 2245624, 2004], в котором осуществляют управление переменным звуковым давлением относительно гидростатического давления в рассоле. Однако целью такого управления является исключение из посолочного рассола неорганических влагоудерживающих и цветостабилизирующих добавок, а также снижение содержания консервантов за счет повышения диссоциирующей способности воды под воздействием кавитации. Кроме того, применение способа ограничено обязательным использованием аппарата, в котором акустические колебания образуют стоячую волну. Известно, что в стоячей волне всегда наблюдается эффект разделения взвешенных в жидкости частиц по размерам за счет действия сил Бьеркнеса и Бернулли [7], то есть эффект, обратный гомогенизации и способный привести к коагуляции жира.
Таким образом, при анализе отличительных признаков заявленного способа кавитационной гомогенизации не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, касающихся установления требований к возбуждающему кавитацию переменному давлению, и соотношению содержания белка и удельной поверхности жировой фазы, с целью повышения стабильности гомогенизируемого молока - его устойчивости к расслоению.
Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован следующим примером реализации. В качестве аппарата для поточной гомогенизации молока или сливок может быть использован аппарат для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред типа «Сиринкс 2500» (СИТБ.443146.002ТУ). Амплитуда переменного давления в акустической волне, образующейся в реакторе аппарата при его работе, известна из его технических характеристик и составляет 3,5·105 Па. Таким образом, для выполнения первого отличительного признака изобретения, который требует амплитуды звукового давления в пучности давления не меньшей, чем 2,5·P0, статическое давление P0 в гомогенизируемом молоке должно быть не ниже 3,5·10 5:2,5=1,4·105 Па. Это обеспечивалось дросселированием потока молока на выходе из реактора аппарата, в который оно подавалось центробежным насосом.
В таблице 1 приведены данные о составе сырья использованного при реализации конкретного применения изобретения. В таблице 2 приведены примеры конкретного использования изобретения в сравнении с ближайшим аналогом.
| Таблица 1 | |||
| ПАРАМЕТР/СЫРЬЕ | СОСТАВ, % | ||
| Белок | Жир | Углеводы | |
| Молоко цельное коровье | 2,8 | 3,2 | 4,6 |
| Молоко сухое обезжиренное | 32,0 | 1,5 | 50,0 |
| Пахта (обезжиренное молоко) | 3,3 | 0,4...0,7 | 4,7 |
Молоко обрабатывали в аппарате «Сиринкс 4000» с производительностью процесса 450 л/ч, гидростатическим давлением 1,5 атм, при температуре +18...+19°С. При сравнении заявленного способа с ближайшим аналогом по достижению с их помощью технического результата изобретения молоко во втором случае нагревали до температуры +40°С.
Величина изменения удельной поверхности жировой фазы при гомогенизации предварительно определялась следующим образом.
Известно, что увеличение удельной поверхности фазы эмульсии, состоящей из сферических частиц, при диспергировании пропорционально уменьшению среднего радиуса частицы. Средний радиус капельки жира в молоке определяется посредством вычисления из значений оптических плотностей, измеренных при пропускании через образец молока световых потоков с двумя разными длинами волн 400 и 1000 нм, монохроматического излучения известным методом, используя спектрофотометр для этого [12]. Этим методом было установлено, что гомогенизация молока в режиме, соответствующем первому признаку изобретения, привела к разделению жирового шарика среднего диаметра приблизительно на 4 шарика меньшего в 1,6 раза диаметра. Следовательно, при неизменной массе жира в молоке удельная поверхность жировой фазы увеличилась в 
раза. Значит, приращение dS составило 0,6. Это в соответствии со вторым признаком изобретения требует добавления перед гомогенизацией на один килограмм молока (см. таблицу 1) 1000·0,028·0,6=16,8 г молочных белков, которые содержатся в 52,5 г сухого обезжиренного молока или в 510 г пахты.
Устойчивость полученного гомогенизированного молока к расслоению проверялась методом центрифугирования посредством известного и используемого в молочной промышленности параметра, характеризующего седиментационную устойчивость и называемого «степень гомогенизации» [2]. Результаты сравнения с прототипом в виде средних значений по 10 экспериментам сведены в таблицу 2.
| Таблица 2 | |||
| ПАРАМЕТР/ВАРИАНТ ввода белка | СТЕПЕНЬ ГОМОГЕНИЗАЦИИ, % | ||
| Заявленный способ | Прототип | ||
| 1-й признак | оба признака | ||
| В виде сухого обезжиренного молока | 82±2,0 | 85±1,9 | 65±1,7 |
| В виде пахты | 89±1,9 | ||
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления заявленного изобретения с помощью описанных в заявке или известных ранее средств и методов, а также о возможности достижения указанного выше технического результата при воплощении совокупности признаков изобретения.
Литература
1. Пастеризация молока и сыворотки в суперкавитирующем аппарате роторно-пульсационного типа // Молочная промышленность, 1999, 8, с.32-33.
2. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2003.
3. Рогов И.А., Шестаков С.Д. Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность. Ч.1 // Хранение и переработка сельхозсырья, 2004, 7, с.24-28.
4. Шестаков С.Д. Кавитационный реактор как средство приготовления и стабилизации эмульсий // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, 3, с.27-30.
5. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. Т.1. - М.: ИИЛ, 1955.
6. Knapp R., Daily J., Hammitt F. Cavitation. - New York: McGraw Book Company, 1970.
7. Шестаков С.Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции. Теория кавитационного реактора. - М.: ЕВА-пресс, 2001.
8. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М: ИИЛ, 1956.
9. Рогов И.А., Шестаков С.Д. Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность. Ч.2 // Хранение и переработка сельхозсырья, 2004, 10, с.9-13.
10. Большая Советская Энциклопедия. - М: Изд. Советская Энциклопедия, т.8, ст. «Дисперсность», 1972.
11. Шестаков С.Д. Энергетическое состояние воды и ее связываемость биополимерами пищевого сырья: Новые возможности // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, 4, с.35-37.
12. Г.Н.Крусь, А.М.Шалыгина, З.В. Волокитина. Методы исследования молока и молочных продуктов. - М.: Колос, 2002.
1. Способ гомогенизации молока путем воздействия энергией акустической кавитации, отличающийся тем, что амплитуда переменного звукового давления в пучностях давления акустических волн составляет при этом не менее 2,5 Р0, где Р0 - статическое давление в молоке.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед гомогенизацией в молоко добавляют белки в количестве не менее чем Ср·dS, где Ср - исходное содержание белка в молоке; dS - ожидаемое относительное увеличение удельной поверхности жировой фазы молока в результате гомогенизации.
3. Молоко, гомогенизированное в соответствии с п.1 или 2.
www.freepatent.ru
Нужны ли молочные продукты?
Начнем именно с них, так как много противоречивой информации по этому вопросу. Лично я уже несколько лет не употребляю молочных продуктов, дочка тоже. Исключения составляют редкие случайные «пробы» во время путешествий, в которых дочка обычно не участвует. Правильно это или нет, давайте разберемся...
Что важно для веганов и вегано-сыроедов?
Именно в детском питании Мюллер не рекомендует отказываться от молочных продуктов, ведь они обеспечивают детей витаминами B₁₂ и D, кальцием и белком высокой биологической ценности. Несомненно, можно вырасти здоровым и без молочных продуктов; однако образ питания, на 100% лишенный животных белков, в первую очередь у детей может таить в себе некоторую опасность.
Так употреблять или не употреблять молочные продукты?
Тонкие энергии
Продукты питания влияют не только на наше физическое тело, но и на уровень нашего сознания. С энергетической точки зрения, молоко обладает приземляющими свойствами, что с одной стороны, помогает нам твердо стоять на ногах и выполнять ежедневные обязанности, а с другой стороны «притупляет» нас духовно. Поэтому если вы движетесь по пути духовного развития,то молоко для вас является лишь переходным продуктом.
Переваривание
Идеальным условием для переваривания молока является сычуг. Хотя наша желудочная кислота осаждает молочный белок, а пищеварительные ферменты способны расщепить его на аминокислоты, все же в случае с молоком этот процесс, пожалуй, не работает. Иначе оно не могло бы так легко «ослизнять» нас. Речь не идет о парном молоке (см. ниже).
Если мы употребили слишком много молока за раз, смешали его вместе с другими пищевыми продуктами( например с соленными), плюс к этому, у нас имеется недостаточная выработка пищеварительных соков, то молоко нормально не перевариться и отложится в виде слизи.
Поэтому уже многие тысячелетия производятся легко усвояемые пищевые продукты, такие как йогурт, кефир, творог или сыр. Кроме того, важно правильно сочетать молочные продукты с другой пищей.
Что говорят древние?
Вспомните «Евангелие от Ессеев», что говорил Иисус, парное молоко от известной вам здоровой коровы, является чудодейственным продуктом питания для человека (о других чудодейственных продуктах, см. отдельную статью). Пока молоко не остыло и остаётся теплым, оно обладает противоположными свойствами - легко переваривается, питает и омолаживает наш организм.
Чудодейственный рецепт?
Наилучшей комбинацией, является сочетание молока с мёдом в такой пропорции: 200 мл парного молока + 1 ч.л. мёда =размешать и выпить. Принимать как отдельный прием пищи.
При регулярном употреблении, организм омолаживается. Детям можно разбавить водой.
Если молоко остыло?
Когда молоко остывает, оно превращается в тяжелый слизеобразующий продукт.
По этой же причине, Аюрведа тоже рекомендует употреблять всегда теплое молоко, но с добавлениями специй, которые улучшают переваривание молока и нейтрализуют излишнее действие слизи. Можно подогреть молоко и добавить в него немного куркумы, кардамона, корицы и имбиря. Выпить теплым, как моно продукт.
Пастеризация
При пастеризации молоко на несколько секунд нагревается до 71-74⁰C - 84⁰C или на 30 минут до 63-65⁰C. Изначально таким путем хотели предотвратить заражение туберкулёзом от крупного рогатого скота и других опасных заболеваний. Правда, этот процесс немного парадоксален, так как туберкулезные бактерии при данных относительно низких температурах уничтожаются лишь отчасти.
Конечно, в процессе доения в молоко могут попасть и другие бактерии; но они, как правило, далеко не так опасны, как например туберкулезные бактерии.
В результате же пастеризации частично или полностью уничтожаются не только болезнетворные микроорганизмы, но и встречающиеся в свежем молоке лактобациллы, которые обычно препятствуют росту нежелательных бактерий. Кроме того, частично денатурируется молочный белок.
Во всяком случае, вследствие пастеризации, значительно уменьшается живость молока, из-за чего оно становится менее здоровым пищевым продуктом.
Поэтому если Вы знакомы с крестьянином, который пасет здоровых коров и кормит их соответственно виду, то против сырого молока и продуктов из него, таких как творог и сыр, вовсе нечем возразить. В таком случае свежее молоко, как правило, можно не кипятить даже для питания младенца.
Гомогенизация
Гомогенизация представляет собой совершенно неудачную и излишнюю обработку молока. Для того чтобы оно не отстаивалось, им брызгают через опрыскиватель под большим давлением о стальную пластину, при этом молочный жир разбивается на микромелкие капельки и равномерно (гомогенно) распределяется в молоке. Поэтому этот процесс называют гомогенизацией.
Однако с точки зрения здоровья это весьма сомнительно.
Дело в том, что гомогенизированные частицы жира столь малы, что они отчасти в непереваренном виде могут перейти через стенку кишечника в лимфу и кровь. Насколько всосанный непереваренный гомогенизированный молочный жир вреден для здоровья, сказать трудно, тем более что целые молекулы жира в лимфе или в крови не являются ничем необычным. Но с другой стороны нет сомнений, что определенный фермент молока, ксантин-оксидаза, который обычно находится на крупных молекулах жира в молоке и тем самым может уничтожаться пищеварительными соками, в результате гомогенизации попадает в мелкие частицы жира. Но внутри жировых шариков он больше не может осаждаться и разрушаться пищеварительными соками и в конечном итоге в непереваренном виде попадает в кровь. Этот фермент может оседать на стенках кровеносных сосудов и причинять там вред, вследствие чего могут начаться артериосклеротические изменения.
УВТ – молоко
Столь же нездоровым молочным продуктом является так называемое УВТ-молоко, которое на считанные секунды нагревается до 150⁰C и в результате этого может храниться несколько месяцев. Правда, молочный белок при этом процессе денатурируется до 90%, а у водорастворимых витаминов, таких как B-витамины и витамин C, потери составляют до 20%.
Но еще большие витаминные потери происходят при стерилизации молока, при которой оно на 10-30 минут нагревается до 110-120⁰C. До 50 % витаминов могут разрушаться в результате этого, у витамина B₁₂ потери и вовсе составляют 80-100%.
Какое молоко лучше употреблять обработанное или нет, решать вам.
Очевидно, что гомогенизированные продукты - молоко, йогурт, творог, сливочное масло, кефир, сливки - употреблять нельзя. Читайте внимательно упаковку!
Для себя я решила использовать чудодейственные свойства молока и начать употреблять его по вышеизложенному рецепту. Буду делиться своими ощущениями...
tizdorov.com
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам гомогенизации молока. Способ гомогенизации молока заключается в воздействии на молоко энергией акустической кавитации с амплитудой переменного звукового давления в пучностях давления акустических волн, не менее чем в 2,5 раза превышающей статическое давление в молоке. Перед гомогенизацией в молоко добавляют белки в количестве не менее чем Ср·dS, где Ср - исходное содержание белка в молоке; dS - ожидаемое относительное увеличение удельной поверхности жировой фазы молока в результате гомогенизации. Представлено также молоко гомогенизированное, полученное этим способом. Способ позволяет повысить стабильность гомогенизируемого молока - его устойчивость к расслоению. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам гомогенизации молока, и может быть использовано также для гомогенизации сливок.
Известен способ гомогенизации молока в многоступенчатом роторно-пульсационном аппарате [RU 2222952, 2002]. В таком аппарате гомогенизация происходит под воздействием энергии гидродинамической кавитации [1], которая возникает в результате появления градиентов давления в обрабатываемой жидкой среде. При увеличении площади поверхности жировой фазы молока в процессе гомогенизации на поверхности шариков жира возникает дефицит оболочечных веществ, стабилизирующих эмульсию молока, частью которых служат белки гидрозоля, являющегося его дисперсионной средой [2]. Для образования оболочек на увеличившейся границе раздела фаз при такой гомогенизации кроме дефицита белков недостаточно еще и других стабилизирующих веществ, таких как ди- и моноглицериды жирных кислот. Известно, что по максимально достижимым импульсам давления гидродинамическая кавитация аналогична акустической кавитации с амплитудой переменного звукового давления не выше 0,5·105 Па [3]. Известно также, что условия, при которых происходит гидролиз жиров с образованием ди- и моноглицеридов жирных кислот, требуют преодоления порога кавитации в этих жирах [4], который при гидродинамической кавитации осуществим только в особых условиях [RU 2172207, 2001]. Такие условия существования непосредственного контакта поверхности, с которой распространяются колебания, с жиром, в молоке осуществить невозможно, так как оно является эмульсией прямого типа, в которой жир существует в виде эмульсионной фазы [5]. Все это впоследствии ведет к обратной гомогенизации и диспергированию процесса расслоения с образованием сливок с последующей коагуляцией и коалесценцией жира. Полученное таким способом гомогенизированное молоко как водно-жировая эмульсия нестабильно.
Из [SU 576998, 1977] известно устройство для гомогенизации молока, в котором также используется эффект гидродинамической кавитации, следовательно, обладающее в части достижения технического результата настоящего изобретения теми же недостатками.
Существует способ производства кисломолочного продукта [RU 2101969, 1998], в котором молочное сырье перед пастеризацией нормализуют сухим обезжиренным молоком. Белки сухого молока, добавляемые в цельное молоко без его гомогенизации, будут существовать в нем в виде самостоятельных белковых хлопьев и глобул в среде, а не на границах жировой фазы, оболочка которой в этом случае сохраняет целостность, так как удельная поверхность ее не меняется.
Известен способ приготовления сыра с нормализацией молока сливками и последующей ультразвуковой обработкой [RU 2095992, 1992]. Здесь в результате получают твердый продукт - сыр - то есть технический результат настоящего изобретения здесь вовсе не имеет смысла.
Известен способ, описанный в патенте на устройство, которое используется для гомогенизации, в том числе и молока по [СА 2111802, 1992]. В способе, реализуемом этим устройством, невозможно управление соотношением гидростатического давления и переменного звукового давления в пучностях акустической волны. Зазор, где протекает процесс, в устройстве настолько мал, что не содержит даже одной единственной пучности акустической волны, как известно, располагающейся на расстоянии от источника волны, равном четверти длины волны в жидкости [6-8], и содержащей максимум переменного давления в волне. То есть, хотя кавитация в этом устройстве по способу возбуждения и является акустической, но по трансформируемому уровню энергии она идентична гидродинамической, недостатки которой в достижении технического результата описаны выше.
Наиболее близким аналогом является способ гомогенизации молока [RU 2172107, 2000], включающий обработку молока путем рециркулирования через акустический излучатель в условиях кавитации. Обработку проводят при температуре +40...+85°С. Именно нагрев молока является недостатком этого способа, препятствующим достижению сформулированного ниже технического результата. Как известно [6], кавитационный порог в жидкостях при увеличении температуры снижается, но это сопровождается и снижением энергии самой кавитации. Вблизи температуры кипения жидкости кавитация в ней как физическое явление невозможна вообще. Поскольку температура кипения воды ниже, чем температура кипения молочного жира, то этим способом также невозможно создать условия преодоления порога кавитации в молочном жире.
Задачей настоящего изобретения является получение устойчивого к расслоению, коагуляции и коалесценции жира гомогенизированного молока.
Указанная задача решается тем, что на молоко воздействуют энергией акустической кавитации, причем амплитуда переменного звукового давления в пучностях давления акустических волн составляет не менее 2,5·Р0, где Р0 - статическое давление в молоке. Кроме того, перед гомогенизацией в молоко добавляют белки в количестве не менее, чем Cp·dS, где Ср - исходное содержание белка в молоке; dS - ожидаемое относительное увеличение удельной поверхности жировой фазы молока в результате гомогенизации.
Для обеспечения устойчивости к расслоению требуется ввести в состав оболочки жировых шариков эмульгирующие вещества. Например, молочный жир наружных слоев жирового шарика в молоке, содержит большое количество высокоплавких триглицеридов. Известно, что продукты гидролиза триглицеридов жира: ди- и моноглицериды, являются стабилизаторами эмульсий, так как обладают двойственной растворимостью [4]. При кавитации в жире и воде за счет локальных флуктуаций температуры и давления одновременно могут происходить отщепление ацилов от триглицеридов и диссоциация воды на ионы водорода и гидроксилы. В результате происходит реакция гидролиза, протекающая по схеме [7]:
где RCOOH - жирнокислотный остаток (ацил).
Таким образом, кавитационная гомогенизация может сопровождаться частичным кавитационным гидролизом молочных жиров водой, являющейся эмульсионной средой молока. Для этого необходимо, чтобы кавитация возникала не только в среде, но и в жировой фазе, или хотя бы на границе их раздела. Экспериментально было установлено, что порог акустической кавитации в липидах с температурой кристаллизации ниже +5°С при статическом давлении 105 Па составляет 2,5·105 Па. Наибольшее значение переменного давления достигается в пучности акустической волны, а при изменении статического давления амплитуда переменного звукового давления для сохранения соотношения потенциальной и кинетической энергии кавитации должна изменяться пропорционально [9].
Дисперсность молока как любой дисперсной системы обратно пропорциональна среднему диаметру частиц и определяется удельной поверхностью, то есть отношением общей поверхности частиц дисперсной фазы к единице объема этой дисперсной фазы - жира. Удельная поверхность является усредненным показателем дисперсности [10]. Следовательно, при гомогенизации и диспергировании увеличивающаяся площадь поверхности раздела фаз эмульсии молока пропорциональна увеличению удельной поверхности жировой фазы. Существует множество методов определения эффективности гомогенизации, основанных на явлении седиментации - расслоения под действием внешних сил, например гравитации (метод отстаивания) или центробежной силы (метод центрифугирования) [2], точно указывающих на изменение удельной поверхности.
Поскольку белки являются стабилизаторами эмульсии, то при гомогенизации нужно добавлять их в количестве, как минимум, пропорциональном увеличению удельной поверхности жира. Тогда продукты гидролиза жира и добавленные белки создадут оболочку, идентичную натуральной оболочке жировых шариков молока на вновь образовавшихся границах раздела фаз. Белки могут добавляться в виде коллоидного раствора или сухого вещества. Если эти белки будут добавлены в молоко перед гомогенизацией, то в процессе ее они также подвергнутся кавитационному диспергированию и гидратации [11], что лучше подготовит их к образованию оболочек на шариках жира.
Таким образом, анализ сущности заявленного способа и сравнение его с наиболее близким аналогом из технических решений, характеризующих известный заявителю уровень техники в области предмета изобретения, показывают, что заявленный способ обладает существенными по отношению к указанному техническому результату отличительными признаками.
Известен способ обработки рассола для посола мясного сырья воздействием энергии кавитации [RU 2245624, 2004], в котором осуществляют управление переменным звуковым давлением относительно гидростатического давления в рассоле. Однако целью такого управления является исключение из посолочного рассола неорганических влагоудерживающих и цветостабилизирующих добавок, а также снижение содержания консервантов за счет повышения диссоциирующей способности воды под воздействием кавитации. Кроме того, применение способа ограничено обязательным использованием аппарата, в котором акустические колебания образуют стоячую волну. Известно, что в стоячей волне всегда наблюдается эффект разделения взвешенных в жидкости частиц по размерам за счет действия сил Бьеркнеса и Бернулли [7], то есть эффект, обратный гомогенизации и способный привести к коагуляции жира.
Таким образом, при анализе отличительных признаков заявленного способа кавитационной гомогенизации не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, касающихся установления требований к возбуждающему кавитацию переменному давлению, и соотношению содержания белка и удельной поверхности жировой фазы, с целью повышения стабильности гомогенизируемого молока - его устойчивости к расслоению.
Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован следующим примером реализации. В качестве аппарата для поточной гомогенизации молока или сливок может быть использован аппарат для кавитационной дезинтеграции жидких пищевых сред типа «Сиринкс 2500» (СИТБ.443146.002ТУ). Амплитуда переменного давления в акустической волне, образующейся в реакторе аппарата при его работе, известна из его технических характеристик и составляет 3,5·105 Па. Таким образом, для выполнения первого отличительного признака изобретения, который требует амплитуды звукового давления в пучности давления не меньшей, чем 2,5·P0, статическое давление P0 в гомогенизируемом молоке должно быть не ниже 3,5·105:2,5=1,4·105 Па. Это обеспечивалось дросселированием потока молока на выходе из реактора аппарата, в который оно подавалось центробежным насосом.
В таблице 1 приведены данные о составе сырья использованного при реализации конкретного применения изобретения. В таблице 2 приведены примеры конкретного использования изобретения в сравнении с ближайшим аналогом.
| Таблица 1 | |||
| ПАРАМЕТР/СЫРЬЕ | СОСТАВ, % | ||
| Белок | Жир | Углеводы | |
| Молоко цельное коровье | 2,8 | 3,2 | 4,6 |
| Молоко сухое обезжиренное | 32,0 | 1,5 | 50,0 |
| Пахта (обезжиренное молоко) | 3,3 | 0,4...0,7 | 4,7 |
Молоко обрабатывали в аппарате «Сиринкс 4000» с производительностью процесса 450 л/ч, гидростатическим давлением 1,5 атм, при температуре +18...+19°С. При сравнении заявленного способа с ближайшим аналогом по достижению с их помощью технического результата изобретения молоко во втором случае нагревали до температуры +40°С.
Величина изменения удельной поверхности жировой фазы при гомогенизации предварительно определялась следующим образом.
Известно, что увеличение удельной поверхности фазы эмульсии, состоящей из сферических частиц, при диспергировании пропорционально уменьшению среднего радиуса частицы. Средний радиус капельки жира в молоке определяется посредством вычисления из значений оптических плотностей, измеренных при пропускании через образец молока световых потоков с двумя разными длинами волн 400 и 1000 нм, монохроматического излучения известным методом, используя спектрофотометр для этого [12]. Этим методом было установлено, что гомогенизация молока в режиме, соответствующем первому признаку изобретения, привела к разделению жирового шарика среднего диаметра приблизительно на 4 шарика меньшего в 1,6 раза диаметра. Следовательно, при неизменной массе жира в молоке удельная поверхность жировой фазы увеличилась в 
раза. Значит, приращение dS составило 0,6. Это в соответствии со вторым признаком изобретения требует добавления перед гомогенизацией на один килограмм молока (см. таблицу 1) 1000·0,028·0,6=16,8 г молочных белков, которые содержатся в 52,5 г сухого обезжиренного молока или в 510 г пахты.
Устойчивость полученного гомогенизированного молока к расслоению проверялась методом центрифугирования посредством известного и используемого в молочной промышленности параметра, характеризующего седиментационную устойчивость и называемого «степень гомогенизации» [2]. Результаты сравнения с прототипом в виде средних значений по 10 экспериментам сведены в таблицу 2.
| Таблица 2 | |||
| ПАРАМЕТР/ВАРИАНТ ввода белка | СТЕПЕНЬ ГОМОГЕНИЗАЦИИ, % | ||
| Заявленный способ | Прототип | ||
| 1-й признак | оба признака | ||
| В виде сухого обезжиренного молока | 82±2,0 | 85±1,9 | 65±1,7 |
| В виде пахты | 83±1,9 | 89±1,9 |
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления заявленного изобретения с помощью описанных в заявке или известных ранее средств и методов, а также о возможности достижения указанного выше технического результата при воплощении совокупности признаков изобретения.
Литература
1. Пастеризация молока и сыворотки в суперкавитирующем аппарате роторно-пульсационного типа // Молочная промышленность, 1999, 8, с.32-33.
2. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2003.
3. Рогов И.А., Шестаков С.Д. Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность. Ч.1 // Хранение и переработка сельхозсырья, 2004, 7, с.24-28.
4. Шестаков С.Д. Кавитационный реактор как средство приготовления и стабилизации эмульсий // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, 3, с.27-30.
5. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. Т.1. - М.: ИИЛ, 1955.
6. Knapp R., Daily J., Hammitt F. Cavitation. - New York: McGraw Book Company, 1970.
7. Шестаков С.Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции. Теория кавитационного реактора. - М.: ЕВА-пресс, 2001.
8. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М: ИИЛ, 1956.
9. Рогов И.А., Шестаков С.Д. Надтепловое изменение термодинамического равновесия воды и водных растворов: заблуждения и реальность. Ч.2 // Хранение и переработка сельхозсырья, 2004, 10, с.9-13.
10. Большая Советская Энциклопедия. - М: Изд. Советская Энциклопедия, т.8, ст. «Дисперсность», 1972.
11. Шестаков С.Д. Энергетическое состояние воды и ее связываемость биополимерами пищевого сырья: Новые возможности // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, 4, с.35-37.
12. Г.Н.Крусь, А.М.Шалыгина, З.В. Волокитина. Методы исследования молока и молочных продуктов. - М.: Колос, 2002.
1. Способ гомогенизации молока путем воздействия энергией акустической кавитации, отличающийся тем, что амплитуда переменного звукового давления в пучностях давления акустических волн составляет при этом не менее 2,5 Р0, где Р0 - статическое давление в молоке.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед гомогенизацией в молоко добавляют белки в количестве не менее чем Ср·dS, где Ср - исходное содержание белка в молоке; dS - ожидаемое относительное увеличение удельной поверхности жировой фазы молока в результате гомогенизации.
3. Молоко, гомогенизированное в соответствии с п.1 или 2.
www.findpatent.ru
