9.1 Факторы, влияющие на растворимость сухого молока

Размер частицсухого молока влияет на его растворимость. Обычное сухое молоко, полученное распылением, состоит из мелких частиц различного размера от 10-25мкм (9-20 %), 25-50 мкм (50 %), 50-75 мкм (20 %), 75-100 мкм (15-7 %), 100-150 мкм (1,8 %).

В процессе растворения легче всего увлажняются наиболее мелкие частицы. При этом они, соединяясь в комочки, обволакиваются влажной слизистой пленкой, препятствующей проникновению воды внутрь частиц, что сильно затрудняет и удлиняет процесс восстановления молока. В этом случае смачиваемость сухого молока будет плохой и скорость перехода сухих веществ в раствор невелика. Смачиваемость - проявление взаимодействия молекул на границе твердой, жидкой и газообразной фаз. Одна из главных характеристик смачивания - краевой угол смачивания. Краевой угол растворения в сухом молоке 70 градусов. От смачиваемости зависит скорость растворения порошка. Чем большего размера частицы молока получаются при сушке, тем легче растворяется сухое молоко, лучшей смачиваемостью обладают частицы размером 100-150 мкм.

Молочный сахар.Основная часть молочного сахара находится в сухом молоке в аморфном состоянии, т.е. густом сиропообразном состоянии. Это объясняется тем, что при распылительной сушке, которая является практически мгновенной, не успевают образоваться центры кристаллизации молочного сахара. Кроме того, при высыхании молока лактоза образует аморфную стекловидную оболочку вокруг частиц сухого молочного порошка и непрерывную фазу внутри них. При пленочной сушке лактоза теряет некоторую часть кристаллизационной воды. Ангидридная форма лактозы придает продукту пленочной сушки большую гигроскопичность. При остывании такой порошок интенсивно поглощает воду. Внешняя оболочка частиц лишь слегка проницаема. Она удерживает воздух внутри вакуолей и изолирует

Жир.Содержание "свободного" жира в продукте распылительной сушки составляет 3-19 %. В целом же "жировая фаза" сухого молока представлена в виде жировых

шариков диаметром 4-5мкм.

Содержание воздуха и жира в продуктев значительной мере влияют на смачиваемость его. Сухое обезжиренное молоко смачивается и растворяется быстрее, чем цельное. Жир с пониженной точкой плавления (19-21°С) дает быстрорастворяющийся в воде порошок. В сухом молоке воздух находится не только внутри частиц, но и между ними. Содержание воздуха колеблется от 9 до 48 %, Чем меньше воздуха в продукте, тем выше качество последнего, т.к. при этом ограничиваются окислительные процессы молочного жира.

Таким образом, размер частиц сухого молока, состояние лактозы, количество жира в продукте, содержание "свободного жира", легкоплавкость молочного жира, количество воздуха в продукте являются основными факторами, влияющими на растворимость сухого молока. Как правило, сухое молоко требует длительного времени для растворения.

В целях устранения этого недостатка в последние годы стали вырабатывать

быстрорастворимое сухое молоко (инстант).

Существуют 2 метода получения :

• Двухступенчатый;

• одноступенчатый прямой.

2. Двухступенчатый метод получения быстрорастворимого сухого молока

Двухступенчатый процесс характеризуется тем, что сначала получают сухое молоко распылительной обычной сушкой, а затем обрабатывают в инстантайзере.

Сущность процесса заключается в том что исходный молочный порошок увлажняют, (молочный сахар в аморфном состоянии весьма гигроскопичен и легко впитывает влагу), вследствие чего в лактозе образуется кристаллическая решетка, и создаются кристаллы. При этом частицы продукта агрегируются и приобретают пористую структуру. По многочисленным капиллярам, образовавшимся между кристаллами лактозы, вода может легко проникать внутрь частиц, что значительно увеличивает смачиваемость сухого молока и его растворение. Лучшая растворимость сухого молока достигается при увлажнении его до 7%и последующем высушивании при 100 °С.

Принципиальная схема установки для получения быстрорастворимого сухого молока (Вlaw Кпох) США.Исходный продукт поступает из сушильной камеры в бункер, а затем в питатель. Из питателя через шиберную заслонку сухое молоко поступает в верхнюю часть камеры увлажнения в виде тонкого слоя шириной 150 мм, толщиной 25 мм. Здесь молоко увлажняется паром, насыщенным под давлением 0,4-0,6 атм. (0,04-0,06 МПа).

Врезультате этого частицы приобретают некоторую клейкость и агломерируются. Затем укрупненные частицы продукта падают вниз, попадают в турбулентный поток нагретого воздуха в камере 5 и подсушиваются. Далее продукт передается на вибрационную сушилку-просеиватель, где частицы порошка окончательно высушиваются нагретым до 100 °С воздухом, подаваемым вентилятором, до содержа­ния влаги 3-5 %. Для улавливания мелких частиц порошка, захваченных воздухом, служит циклон.

Полученное быстрорастворимое молоко просеивают и направляют на расфасовку. Продукт состоит из довольно крупных частиц, имеет незначительный объемный (насыпной) вес (0,3 г/смЗ) и быстро растворяется в воде. Одно из преимуществ его - полное отсутствие молочной пыли.

2. Одноступенчатый метод получения быстрорастворимого сухого молока

Одноступенчатый процесс производства быстрорастворимого сухого молока не требует повторной обработки уже готового молочного порошка в специальных установках. Свойство быстрой растворимости instantmilk- приобретает в самом про­цессе его изготовления. Исключена повторная обработка готового продукта.

Этим способом можно получить instantmilkcкрупными частицами, а также агломерированный, получаемый при подаче мелких частиц сухого молока в зону распыления жидкости в сушильной камере.

Для проведения одноступенчатого процесса наиболее целесообразно применять распылительные сушилки прямоточного типа.

Технологический процесс в прямоточной распылительной сушилке французской фирмы «Cifal». Сгущенное молоко из вакуум-выпарной установки насосом откачивается в промежуточный бак с мешалкой, откуда насосом подается в распылительную сушилку на распиливающую двухступенчатую турбинку, скорость вращения которой регулируется. Воздух, нагретый в калорифере, нагнетается в верхнюю часть сушильной башни и при вихревом движении вниз увлекает распыленные частицы молока, высушивая их.

Основная масса порошка оседает на дне башни, собирается скребковым механизмом и после охлаждения в сите подается на расфасовку. Воздух, подаваемый в сито, охлаждается. Наиболее мелкие, витающие частицы сухого молока вместе с отработавшим воздухом отсасывается в центре башни через патрубок, проходит через батарею циклонов, затем воздух отделяется, а мелкие частицы подхватываются вентилятором и возвращаются в сушильную башню, поступают на вторую ступень распиливающей турбинки, при помощи которой смешиваются с распыленной жидкостью. При этом тонкие фракции порошка агломерируются с мелкими каплями молока, в результате чего образуются более крупные частицы. Это дает возможность получить продукт повышенной растворимости.

Иначе сконструирована датская сушилка «Niro Atomizer».На этой установке достигается более низкая температура выходящего воздуха.

В состав установки входит инстантайзер,в который поступает влажный продукт для дальнейшей обработки, В корпусе аппарата имеется перфорированная пластина, разделенная на три секции, через которые снизу вверх проходит воздух. Пластина вибрирует, благодаря чему продукт медленно продвигается вперед. В I секции частицы агломерируют, во II подсушиваются до влажности сухого молока, в III -охлаждаются. Мелкие частицы порошка из циклона основной башни поступают по специальной трубе в зону распыления, где диспергированные капли сгущенного молока и сухие мелкие частицы агломерируются.

Аналогично работает установка «Апgidro».Для окончательного высушивания крупных частиц продукта в самой сушильной башне требуется увеличить продолжительность процесса или повысить температуру сушки. Но, длительное воздействие, тепла отрицательно влияет на белки молока. Поэтому отмечаетсятенденция к высоким сушильным башням,в которых частицы витают длительное время в воздухе. В США такие установки делают с башнями от 17 до 40 м высотой.

Экспериментальная установка Висконсинского университета (диаметр 2,7 м, Н=17 м) для нагрева воздуха использует паровые калориферы и газовую топку. В сушилке расположены 5 распыливающихфорсунок: четыре наверху (параллельно), пятая на 90 см ниже, в центре.

Во время работы сухие частицы из верхних четырех форсунок смешиваются с относительно влажными частицами (из нижней пятой). Происходит агломерация частиц. Влажность готового продукта в этом случае составляет 6-7%, вследствие чего требуется подсушка сухого молока вне сушильной башни.

Расход пара и электроэнергии при одноступенчатом процессе сушки меньше, чем при двухступенчатом.

Сухое молоко, полученное одноступенчатым способом растворяется в воде с температурой 25 °С за 10-30 сек. Частицы молока при одноступенчатом методе несколько меньше, чем при двухступенчатом.

В настоящее время вырабатывают сухое быстрорастворимое молоко с применением ПАВи, в частности, лецитина: молоко с содержанием жира 3,2% и сухих веществ 11,9 % пастеризуют при 110 °С в течение 30 сек, сгущают до содержания сухих веществ 45 %, нагревают до 72 °С и распыляют в сушилке при скорости вращения диска 5500 об/мин. Одновременно с подачей молока и воздуха с температурой 150 °С в камеру вводят 6%-ный раствор лецитина под давлением 0,44-

0. 51.МПа. Перед выходом из сушильной камеры продукт подвергают агломерированию. Сухое молоко содержит 0,3 % влаги, 0,1-0,5 % лецитина, восстанавливается в воде в течение 15 секунд (патент ГДР № 207392).

Существуют иначе организованные двухступенчатые процессы производства сухого «инстант» молока. В системе Сherry Burrel (USА)исходный молочный порошокагломерируется в горизонтальной камере путем обработки влажным воздухомдо содержания влаги 6-10%. Сухое молоко в виде агломератов поступает сначала в I, а затем во П коллектор циклонов. Увлажненные частицы за время прохождения по трубопроводу высушиваются движущимся потоком воздуха, нагретого до 132-149 °С до конечного содержания влаги 2,8-3,6%. Затем молоко растирается, охлаждается, расфасовывается.

В системе Риblesисходный порошок подается в верхнюю часть вертикальной агломерационной камеры, смешивается с тонко распыленной водой и воздухом, насыщенным паром. Увлажненные частицы при прохождении через камеру слагаются, образуют комочки, падающие на ленту конвейера. Порошок, влажностью 10-20% подается дальше на вибросушилку, где высушивается до содержания влаги 3,5-4 %. При этом основная часть лактозы превращается из аморфной в кристаллическую.

Таким образом, в зависимости от возможности предприятий можно любым способом получать быстрорастворимое сухое молоко.