Технология раскисления молока путем униполярного электрохимического воздействия

УДК 637.1

Технология раскисления молока путем униполярного электрохимического воздействия

И.В.Миронова, Д.В.Фролов, О.В.Богатова, Н.ГДогарева,

Б.Г.Рогачее, Л.Н.Павлов

ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН

Аннотация. Параметры и конструкция (устройство) активатора раскислителя молока путем униполярного электрохимического воздействия.

Summary. Characteristics and design (mechanism) of the activator of milk deacidification through unipolar electrochemical exposure

Ключевые слова: молоко, раскислитель, электрохимическая активация.

Key words: milk, deacidifier, electrochemical activation.

Разработка и внедрение технологии раскисления молока путем униполярного электрохимического воздействия имеет большое практическое значение для молочного скотоводства и определяет актуальность работы [2, 3,4, 7].

С целью определения основных технологических параметров проточного и стационарного раскисли-телей молока для последующего промышленного внедрения предварительно были проведены исследования по определению степени влияния униполярной обработки на изменение кислотности молока, уменьшения его микробной обсемененности и стабилизацию свойств молока [1].

Свойства молока, как пищевого продукта, выдвигают его на первое место среди продуктов питания, тем более, что соотношение жира, белков и углеводов в молоке наиболее близко к тому, которое отвечает потребностям человеческого организма,

В то же время молоко относится к числу особо скоропортящихся продуктов, срок хранения которого при температуре 0... 8°С не превышает 36 часов.

Средний химический состав коровьего молока включает: наибольший удельный вес занимает вода (87%), на остальные более 160 компонентов (белки, липиды, углеводы, макро - , микроэлементы, ферменты, витамины, пигменты, гормоны и посторонние химические вещества) приходится 13%.

Большая часть воды находится в свободном состоянии (83-86%). Она является растворителем органических и неорганических соединений. Как растворитель участвует во всех биохимических процессах.

Небольшое начальное нарастание кислотности молока не вызывает понижения величины pH (6,3...6,8). Так, свежее молоко, находящееся при комнатной температуре, не изменяет величины pH при кислотности до 22 °Т [5].

В сборном молоке от большого стада коров за среднюю нормальную кислотность можно принять 17-18°Т. В некоторых случаях встречается кислотность до 25-26°Т, она наблюдается чаще в летнее время, когда скот пасется на мокрых пастбищах или выпасах с кислыми злаками.

Величина электропроводности молока зависит от числа ионов (СГ, Na4, К" и др.), их природы, плотности, расстояния между электродами, площади их и температуры. С повышением температуры степень распада молекул на ионы увеличивается, то есть уменьшается сопротивление прохождения тока.

Жир, молочный сахар и белки понижают электропроводность молока. Минеральные соли дают наибольшую электропроводность.

Электропроводность увеличивается в скисшем молоке, где помимо образования большего числа ионов удаляется значительная часть коллоидных частичек, мешающих движению ионов [6].

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) является мерой окисляющей или восстанавливающей способности мсшока. показатель нормального свежего молока, определяемый потенциометрическим методом, равен 0,25...0,35 В (-250...-350 мВ). Развитие микроорганизмов в молоке редокс-потенциал понижает до -60... -120мВ.

Раскисление молока в эксперименте [1] осуществлялось на двух образцах активаторов проточной и стационарной конструкций, выполненных с учетом требований, которые предъявляются при обработке пищевых продуктов. Электроды изготовлены из графита, разделительная мембрана - из керамического материала с водопоглощением 14%, площадь рабочей поверхности электродов - 63,6 см2, объем электродных зон - 100 см?, объем рабочей камеры стационарного активатора - 1000 см\

Раскисление молока проводили в зоне отрицательного электрода, измерение редокс-потенциала происходит в первые минуты активации (рис. 1), резкое увеличение восстановительной способности характеризуется изменением кислотности (рис.2).

Ф

Продолжительность обработки, мин

Рис. 1 - Изменение редокс-потенциала молока в процессе раскисления

Продолжительность обработки, мин

Рис. 2 - Изменение активной (1) и титруемой (2) кислотности молока в процессе раскисления

На рис. 3 представлены результаты опытов, позволяющие судить о повышении эффективности процесса раскисления при увеличении силы тока.

Рш'.Л - ГШІШЄНІ1К I И I |М С.ЛЮН кисли І мисі И .ТШШКІІ I» ІфиЦСССС Ііаі'КІІСЛСНІІМ 1||>1| си. IV іика ьл. ^ і) и о л. )

Результаты серии опытов, представленные на рис.4, иллюстрируют зависимость эффективности раскисления от исходной кислотности молока. Так, для раскисления в режиме обработки при силе тока 3 А двух литров скисающего молока с исходной титруемой кислотностью 40 Т требуется более 30 мин, тогда как раскисление в тех же условиях молока с кислотностью 30°Т заканчивается через 15 мин после начала обработки.

Органолептичекий анализ раскисленного молока свидетельствует об устранении пороков сенсорного качества.

Л

£-<

О

О

о

К

К

ш

к

о

Сч

Ен

і---------1----------1----------г

25 50 35 +0

Продолжительность обработки, мин

Рис. 4 - Кине гика раскисления молока с различной исходной кислотностью

С целью Исследования возможности интенсификации процесса раскисления молока проведена серия опытов на экспериментальном образце электрохимического активатора проточной конструкции. Полученные результаты (табл.1) свидетельствуют о том, что регулируя режим электрохимической обработки с уче-

том исходных параметров, можно обеспечить эффективный процесс раскисления в активаторах непрерывного действия, что представляет большой практический интерес для решения проблемы в системе общественного питания.

Таблица 1. Режим электрохимической обработки

Режим электрообработки Титруемая кислотность исходного молока, °Т Параметры раскисленного молока

сила тока, А напряжение, В скорость истечения мл/мин титруемая кислотность, °Т активная кислотность, pH редокс- потенциал, мВ

1,0 40 100 29.1 23,5 6.30 -490

2,0 50 100 29.1 17,5 6.50 -510

2,0 60 100 34,6 15,8 6,75 -540

2,0 60 150 34.6 32,5 6.10 -450

2,5 65 150 34.6 29,9 6.15 -480

Таким образом, показана принципиальная возможность применения метода электроактивации при создании конструкций, предназначенных для восстановления кислотности скисающего молока до ее нормального значения.

Задача снижения микробной обсемененности достигается путем поляризации электродов активатора (табл. 2).

Таблица 2. Показатели микробной обсемененности от вида обработки

№ п/п Вид обработки молока Время обработки, мин Темпе- ратура, °С Кислотность, °Т рн Редокс-потенци-ал, мВ Общая микробная обсемененность

1 до обработки

(контроль) - 20 18 6,2 +100 404*105

2 после обработки:

в катодной зоне +

анодной зонах 5 28 20 6,2 +4 22*105

3 После обработки

в анодной +

катодной зонах 5 28 19 6,3 -560 280*1О5

Из таблицы 2 видно, что последовательная обработка в катодной и анодной зонах или анодной и катодной зонах приводит к снижению общей микробной обсемененности соответственно в19ив1,5раза(с 404*105 до 22*105 и 280*105). Наиболее эффективной в этом плане оказалась последовательная обработка молока - 5 мин в катодной и 5 мин в анодной зонах.

Органолептические исследования проб молока показали, что при кислотности молока от 10°Т до 35°Т представляло собой однородную жидкость без осадка или отстоя сливок, не имело несвойственных свежему молоку привкусов и запахов. Цвет оставался белым. Массовая доля жира, белка, плотность не зме-нялись в процессе электрообработки. Степень чистоты по эталону определялась по первой группе. Фосфота-за отсутствовала. Температура была в пределах от 18°С до 30°С.

Таким образом, электрообработка молока на активаторах позволяет значительно снизить общую микробную обсемененностъ, раскислить его от 50° Т практически до нормальной - 16... 17° Т и в результате после обработки молоко представляет собой однородную жидкость без осадка и отстоя сливок, не имеет несвойственных молоку запахов и вкуса. Цвет остается белым. Органолептические свойства и состав молока остаются неизменными.

г1

е-

%

Учитывая, что за последние 25 лет информационный и патентный фонд по применению электрохимической активации значительно возрос и включает свыше 500 авторских свидетельств и патентов и значительное количество научной публикации и, в частности, используя результаты проведенных экспериментов по обработке молока [1,2,3,4,7], в настоящее время метод рекомендован для промышленного внедрения.

Так, в настоящее время известна конструкция промышленно выпускаемого устройства для восстановления кислого, свернувшегося молока [11], включающего электролитические элементы модульного типа

[9].

Электролитический элемент [11] представляет собой миниатюрный диафрагменный электролизер с коаксиальным расположением внешнего цилиндрического и внутреннего стержневого электродов и трубчатой диафрагмы между ними. На внешней поверхности ячейки находятся входы и выходы, которые расположены перпендикулярно поверхностям электродных камер. Электрохимическая обработка производится путем однократного протока снизу вверх в катодной и анодной камерах ячейки.

Такое размещение каналов в катодной камере способствует появлению застойных зон, так как скисающее молоко обладает значительной вязкостью, что снижает скорость реакции и производительность ячейки.

Известен раскислитель молока [8], включающий корпус из пищевой пластмассы, центральный графитовый (либо) титановый анод, катод в виде двух прямоугольных пластин из пищевой нержавеющей стали, разделенные брезентовой диафрагмой. На патрубках подачи молока и воды имеются регуляторы расхода (краны).

Конструкция [8] названа разработчиком как демонстрационный прибор для проведения опыта по раскислению молока и не имеет возможности внедрения в промышленное производство.

С целью усовершенствования конструкции раскислителя нами разработан вариант, позволяющий стабилизировать состояние активированного молока до стандартной микробной обсемененности и кислотности в течение 7-10 часов без изменения [10],

Предлагаемый проточный электролитический элемент (фиг. 1) содержит внешний цилиндрический анод 13, внутренний стержневой катод 1 и трубчатую керамическую диафрагму 2 между ними. Электроды и диафрагма жестко закреплены при помощи уплотнительных колец 3, 7, 12 и торцовых втулок 4 из диэлектрического материала. На внешней поверхности анода расположены каналы для воды 8,9, а на втулках 4 -каналы для молока 10,11. Сборка и герметизация элемента производится при стягивании втулок 4 к торцам электрода 13 гайками 5 с шайбами 6.

Отверстия в крышках 4 выполнены по касательной к поверхности 14 и расположенные в горизонтальной плоскости (фиг. 2,3).

Предложенное решение повышает производительность электролитического элемента модульного типа для электрохимической обработки скисающего молока. За счет придания потоку поступающего молока вращательного движения в камере катода, что исключает появление застойных зон и ускорят электрохимические реакции.

Литература

1. Алехин С.А, Предварительные исследования униполярного электрохимического воздействия на молоко//Ташкент: Научно-производственная фирма «Эсиеро» УзФ ЦЭНДИСИ, 1988,44 с.

2. А.с, №904394, Способ униполярной электрообработки жидкости и устройство для его осуществления/ В.М.Бахир, С.А.Алехин и др.

3. Бахир В.М., Атаджанов А.Р., Мамаджанов У.Д., Алехин С.А., Мариампольский Н.А., Наджимит-динов А.Х. Активированные вещества. Некоторые вопросы теории и практики. //Известия АН УзССР, серия технич. наук, 1981, №5. С. 68-74.

4. Бахир В,М., Цикоридзе Н.Г., Спектор Л.Е. и др. Электрохимическая активация водных растворов и ее технологическое применение в пищевой промышленности. //Тбилиси: ГрузНИИНТИ, вып.З, сер. «Пищевая промышленность», 1988,81 с.

5. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. С. 14-112.

6. ИниховГ.С. Химия молока и молочных продуктов. М.: Пищепром. 1957, С. 13-102.

7. Макшанцев Ю. Раскислитель молока//Молочное и мясное скотоводство. 2009. №1. С. 33.

8. Машанцев Ю. Раскислитель молока // Молочное и мясное скотоводство. 2003. №1. С.33.

9. Патент на изобретение №2042639 РФ Устройство для электрохимической обработки воды / В.М. Бахир, Ю.Г. Задорожный: опубликовано 27.08.1995 г.

10. Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2012134879 Проточный электролитический элемент модульного типа, 18.01.2013 г.

11. Установка по раскислению молока МЕСМ-1. Производство ОЬТО Украина. //Адрес в ин-

тернете ЬпрУ/оИо.иаргот пег

Миронова Ирина Валерьевна, кандидат сельскохозяйственных наук, сотрудник Башкирского государственного аграрного университета; 450001, г. Уфа, ул. 8 Марта, 11;

Фролов Дмитрий Викторович, кандидат технических наук, сотрудник ОГАУ; 460023, г. Оренбург, ул. Маячная, 36;

Богатова Ольга Викторовна, доктор сельскохозяйственных наук, зав. кафедрой ОГУ, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13;

Догарева Наталья Геннадьевна, кандидат сельскохозяйственных наук, сотрудник ОГУ, 460044, г. Оренбург, пр. Дзержинского, 9/1, кв.65;

Рогачев Борис Георгиевич, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела НТИиП, 460001, г. Оренбург, ул. Чкалова, 70. кв.263.

Павлов Лев Никитович, сотрудник ГНУ ВНИИМС РАСХН, 460037, г. Оренбург, ул. Сельскохозяйственная, 11, кв. 8.