автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОДНОСТАДИЙНОГО РАСТВОРЕНИЯ МОЛОЧНОГО КАМНЯ С ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ В МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

А -згл/

всксоншшй нлучн0-исс1ед0влткльс:кий институт мясноп мромыш.чкнности

Ма правах рукописи Для служебного пользования

№

* О

Моргунова Татьяна Семеновна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОДНОСТАДИЙНОГО РАСТВОРЕНИЯ МОЛОЧНОГО КАМНЯ С ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ В МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой стенени кандидата технических наук

Москва - 1981

Ф

Работа выполнена в лаборатории синтетических ыоодих средств Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института поверхнеетно-активннх вещее тв(ВШ1Ш1А£)

Научные руководители: доктор биологических наук,старвай научнмй сотрудкик|Алагезян Рафик| I Григорьевич I

кандидат технических наук Маневич Ханна Ивановна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,профессор Дьяченко Павел Федорович кандидат технических наук,старший научный сот1 <гднкк Богданова Г г серина Андреевна

Ведущая организация Харысовскк

Защита диссертации состоите < часов на заседании специг «> 1рос при Всесоюзном научно-с « ,ват прошвленностн по адрес*; ¿СЬОг.9

чочкый комби?*!

совета К ¡С э(.0? он институте ) - нов (ва,ул.Талдал на,26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке г Автореферат разослан " // "

■а.

Учены! секретарь специализированного совета, каад .техн .наук

.Л. "Л

Разработка рецептур toxhi'/icciSíx мокших средств для

одностадийного растворения загряэшжий, образующиеся «а поверхности теплооСаешшх аппаратов при тепловой обработке молока, является вшюЯ и перспективной, так как двухстадийная санитарная обработка оборудования на предприятиях молочной промышленности -- длительный и трудоёмкий процесс, который занимает до 25-3 рабочего времени.

Актуальность исследования. 3 Постановлениях ЦК KIJCC, решениях съездов Коммунистической партии неоднократно подчеркивалось, что "главная задача,., состоит в последовательной осуществлении курса Коммунистической партии на подъём материального и культурного уровня яиэнк порода..."; в том, чтобы "обеспечить дальнейшее улуч-еиис структура питания советских людей за счет роста потребления наиболее цонних в питательной отнесении продуктов - мясных, молочных... и других".

Ллн удовлетворения растушх потребностей населения налей стршш в молоко и молочних продуктах важно не только улучленив качества продукции при одновременном увеличении ее количества,но и повышение качества самого процесса производства,производительности и улучшения уелоил2 труда за счет применения новых, более э^ктавных моюдих средств. Этому ze направлению - исследованию процесса одностадийного растворения молочного камня или пригара с поверхности теплооСмешшх аппаратов в молочной пронкилевнооти с помоцью вновь разработашщх мокслх препаратов посвящено настоящее исследование в связи с тем, что подобные средства в насей отрано практически но ьыпускайтея.

Цель исследовании :: постановка основных задач. Целью диссертационной расоти является исследование процесса одностадийного растворения молочного камня или пригара с помодью вновь разраСэташшх T^í, позвздню-лх интенсифицировать процесс тепловой обработки молока на существующем оборудовании.

В задачи исследования входило: уточнить химический состаь молочного камня и пригара, изучить их структуру и строение; провести систематические исследования зависимости скорости растВоронин молочного камня, пригара и их составных частей в водных растворах различных кислот, «елочо!*, а такие их смесей с ловерхност-но-активяыми веществами (нАЗ), электролитами, ан. ..коррээионтаыи, оорастворителями в завоюет от мш^аяцвьшиЕЙДЁ^-^;о-

OTIU-i-i:!!.; , llh ruiCHii.OOTi;

фонд научной литературы

w. _

химического, экономического, коллсидпо-ххмичэского критериев и доступности сырья и реагентов отобрать наиболее подходящие соединения л во их основе разработать рецептуры кио^отвих и цедочвих ТКС; изучить Зизако-коддолдшю свойства рдвработанных препаратов н его рабочих растворов, включая оценку эконсиачоскоЯ,бактерицидной »^ективности применения препаратов; выпустить несколько партия разработанных мощих препаратов и исситать их активность в промысленных условиях.

Научная новизна работы заключается в следующем: на основании исследования химического состава, структур» tt отроошш предложена классификация полочного камня д пригара к поковано, что молочный камовь можно растворить в одну стадия T1ÍC кислотного Tima, a молочный пригар - препаратами целочиого типа; исследована скорость растворения полочного камня л ого составных частей и установлено, что процесо взаимодействия составных частей и самого камня о различными кислотами в водных растворах кинетически протекает как реакция 2-го порядка в дя^уаяоаяси режиме и слабо зависит от перемесивания и теилоратуры, во с увеличением концентрации средотва в 2 pasa скорость растворения калия увеличивается также в 2 раза; растворение полочного пригара в сэлочных ТИС кинетически описывается уравнением 3*0,5-го порядка, оно протекает в диффузионном режиме я о ростом концентрация вдвое и температуру на Ю°С скорость растворения увеличивается на 40-fi0¡8; добавление в индивидуальные кяолоти и целочи нязкопенных ПАВ, ¡электролитов я других активных наполнителей приводит к увеличение скорости растворения камня или пригара от 10 до IOOfc установлено оптимально соотнозение кшшопентов в рецептурах поронкообравных кислотных и палочных ТИС для растворения молочного камня и пригар";разработано б препаратов кислотного и 4 щелочного типов; иоелвдовано влияние ПАВ на окорооть растворения молочных загрязнений в среда кислот ti целочей, на поверхностное натяжение, вмульгирущуп tt сма-чивзюздю способности водных растворов втих вецеств; впервые современными методами определены £иэико-коялоидные свойства растворов разработанных препаратеэ - поверхностное натяжение, эмульгирующая и смачивающая способность, диспероный состав образующихся шудь-сий, время, температура a концентрация средств при их применении; устингвлен Сект снижения поверхностного натяжения водных растворов гидроокиси натрия, азотной a сульфамдновой кислот*

Практическая ценность работы вакдвчаетоя в разработке пре-

паратов кислотного и целочвого тгаов для удаления полочного немил и пригара s одну стадии в течение 10-12 шш вря 75-90°С, что позволит увеличить np о и зв одятел ьв о сть суцвотвущего оборудования для твидовой обработка молока на 12-15$. Ожидаемый вкснсаа-чоокий гФ-íext о* ънодравия разработки составляет 0,6-3 икн.рублей в год.

Публикация. По тепе диссертации ояублшеовано 5 печатных работ, подано 7 заявок яа предполагаемые ивобротения so ВН2КГПЭ, вэцицащио составы раз ра бота няшс рецептур к препаратов н подучено 2 похохитолышх рооонил В5ШГПЭ на выдачу авторских свидетельств.

Апробация роботы. Основана положения н отдельные разделы работа докладывались на 7 ВсеоопваоЯ конференции по ПАВ,г.Белгород, сентябрь 1979 г.; секция Ученого Совета ВШШАВ по ПАВ, г.ЕеСеккно, сентябрь 1980 г. я сентябрь 1981 г.; Ученой Совета БНИ1С1, сентябрь 1981 г.

Обтём робот«. Диссертация состой яз введения, четырех глав, выводов и за кличе над о б? cu объёмом 264 страниц, в той чясло: 120 страниц маоявепдепого текста; 43 таблицы; 39 риоувхов; списка литературы яз 235 источников, аз которых IC6 яа иностранной языке, на Z4 ограницах; я 8 прилехепия ва 36 страницах.

Содержание работы

Цатаркаац_и методы исследования. В качество доходного сырья использовали колочяые загрязнения (камень идя пригар), образующиеся при тепловой обработке молока в прсмыоленкых условиях на разных продпраятапх и рааоых установках.

Содержанке белка во всех случаях определяла по методу Дека; содержание жиро по методу ГерСера. В отдельных случаях кар вкотра-гировзли по методике определения несмылнекых в частично cuпленных жирах яли приборе Сокслета по методике якотракцяи ыаола из маслич-них семян.

Содержание воды (обдай и кристаллизационной) определяли по методу Фисера, a количество свободной.воды - высувнванием в термостате при 105 °С до постоянного веса. Разница в содержании воды по Фишеру и свободной водой дает кристаллизационную воду.

Остаток, за вычетом содержания белка, хера и обцей воды, представляет собой минеральную чаогь пригара или камня.

Помимо промышленных образцов молочного камня и пригара и с- з

пользовали шшпигдуалыша зсшцчоовио соединения: орго-, глдр о opto- и дигидроортоСос^ати кальция и магпия, а такхв дитраты кальция и магния марки "хч".

Boa лабораторкца акспаркиенты воли в термостатированном стеклянном или цилиндрическом на норхавощвй стали стаканах, которые <J tern сна б» вы скоростными (го 7000 об/кия) пропеллерными ме&алкамн. Чтобы скорость растворения не зависела от игрокакивания, во всех случаях растворенно вели при числе оборотов ивсаган во менее 500 об/лия, а ва 100 г рабочего раствора заданной концентрации (от 0,5 до 5J6 маоо) добавляли от I до 3 г молочного каиня, пригара иди минеральных солей. За ходом растворения следили \гибо по умевьпевио содержания одного иа реагентов - щи очи или кислоты традиционным методом отбора проб, либо по умевьсени» веса нерастворяввейся части навески, которую отделяли от навески раствора вакуум-фильтрованием с посяедущей сушкой остатка оря 105°С. В отдельных случаях sa ходом растворения следили визуально по исчезновении камня или индивидуальных солей*

В других случаях sa ходом достаточно быстрых реакций расходования кислот оря растворении минеральных солей следили по времени обосцвечаваная индикатора рН вентаметооксикраоного (понта-иетоокснрога), который меняет окраску от красно-фиолетовой до бесцветной при изменения рН от 1,2 до 3,2. Реагенты подбирали таким образом, чтобы время обесцвечивания индикатора соответствовало расходование реагентов на опредвленнув глубину.

Поверхностное ватяжевне рабочих растворов определяли ва тенвиометре типа Дю-Нуи; пеаообравущую способность - по методу Росса-Найлса; смульгирующую способность по отношение к молочному хиру - по методике Адагёаяна Р.Г.; дисперсный состав омульвий - 0 помочь» очетчика Коултера (. Coulter Counter, лоdel Х.ТА-Aorkaheef ) по инотрукции к прибору. О сначивавдей способности во всех случаях судили по краевому углу смачивания капли испытуемого раствора на поверхности парафина и поверхности хаблетиро-вавных обраоцов молочного камня или пригара.

Бактерицидное», разработанных препаратов определена по методике Адагёаяна Р.Г.; дерматологические свойства в ЦХВИ (.г.Иоск-ва); токсикологачеокне свойства - в лаборатории токсикология ШШ&1АВ (г.Белгород).

Микрофотографии молочного камня и пригара выполнены с по-мозьв микроскопа типа 11Ш-6. Содерхааяе кальция, магния,4ос£ора

£ образцах пригара ил» кочня определяли извосгкими методами аналитической одни, а такхо с помсаъв лабораторного планового Touotpa типа ФЯД-Ш по инструкции к иону.

Применяемая в диссортациоиноЯ работе методика проведения гкслорлаонтов позволяет получить основныо результаты о погрев-ностыэ »5-1а кянотлческио исследования о аогревноетья ÏI5-20SS.

Химический состав молочного камня и ппигара приводится в таблице I, из которой видио, что полочный прлгар в молочный ка-ыонь резко отличаются между собой и прояде всего по содержании води и минеральных солэЯ. В полочном канве в среднем в 10 pas больсо минеральных солей а в 5 pas меньше воды* чем во влажном молочной пригаре, снятом с поверхности пластин пастеризаторов.

Таблица I

Состав» молочных загрязнений

Соде£»аня0_к£мпоненщвА g масо..

ДолочннЯ прагар___¡Молочный

влажный ;высуиеяный (.свежий) :при 105°С

камень

I. Вода

общая

кристаллизационная

2» Белок 3. Хир

Минеральные соха, всего

в тон числе: ортофосфа® кальция гидроортофосфат кальция дигидроортофйсфат кальция ортофосфа? магния гидроортофосфат магния цитрат кальция цитрат кагшш 5. Кальций й. Магний 7. Фосфор

65*5 - 14*2,0

.5*1 5*1 3*0,5

22*3 55*5 0*2

9*2 22*5 5*2

7*2 18»5*5 73*5

1,7*0,2 4,5*0,5 30*5

2,1*0,3 5,5*0,5 35*5

3,1*0,4 8,2*0,5 -

3,3*0,5

0,1*0,05 0,28*0,1 3,5*0,5

— — 1,0*0,5

- - 0,2*0,1

2,0*0,2 5,5*0,5 25,0*3,0

0,2*0,1 0,5*0,2 1,5*0,5

1,9*0,2 5,0*0,5 18,0*3,0

С другой стороны в пригаре примерно вдвое выше содержание белка

tt хора. Euecte о том составы образцов молочных пригаров, звятых о резких установок, различается нозначительно (.в продол ох 10,5), что связано с вадержаванмем на люс одшшх для всего Сосэа лори ведения технологического pesmia, Вполне естественно, пря изиона-зии параметров тепловой обработки молока состав полочного пригара будет заметным обрзэш наняться, что н каблпдаетоя па практике при сравнена» иаскх данных с результатами сорубежных авторов, тогда как они сравнимы с таковыми у советских ясследозамдеп.

В отличие от молочного кайля, в состав молочного пркгара не входят цитрат кальция и нагнал, зато содержится значительное количество масс):дкгидроарто£ос$ато кальция, отсут-

ствущего в полочном канне. При высусаваниа влажного (свежего) иолочпого пригара до постоянного веса при 105% концентрация Солка, жира и минеральных солоП в вей увеличивается в сродной в 2,6 раза, но соотяосонсе кемпоиентов при этой существенно на изменяется*

Строение к структура молочного клмпя tt пригара также оказались в обета случаях розлачшша. 05дкм является липь наличке адгезионного слоя белковых частиц, ойоспочявосцого прочнее сцепление молочного камня или nparapa о металлической поверхность» тепло-обменного аппарата и повторяемого его рельеф. АдгэвяонниО слой белка имеет тохдпну около 100 микрон (I0**4 и) о состой; кз сцеп-лепных между собой глобул белка paauopon 5-8 микрон Д5-8)«КГ^и/, которые пронняаны порами диаметром 1-5 микрон / (1-5)-Ю"6 к /. Но поверхность szoro адгезионного слоя белка и происходит даль-па Впо о отлехение составных частей молочного камня ела прлгара.

Полочный камень спеет сложную структуру и включает от 5 до 20 слоев толцнной от 50 до 200 микрон / (5-20)-Ю-5 н / при об-цей толчане молочного камня ог 0,5 до 1,5 ш / (5-15)«Ю-3 н /. Молочные камень ярониаан порами, диаметр которых уыеньвавтоя о 20-50 до 5-8 микрон при переходе от поверхности во стороны пастеризуемого молока к поверхности, прилегающей к металлу пастеризатора. Верхняя часть полочного камня и сами слои камня, в основной выстланы минеральными солями, в которых ваметны вкрапления белко-■вых глобул размером ох 10 до 50 микрон. Микроскопическими исследованиями образцов молочного камня нам не удалось обнаружить.или отличать шариков молочного жира, размер которых,как известно, составляет от 2 до 10 микрон. Таким образом, оудя по составу и строении, в молочном камне минеральные соли составляют основу 6

!

капая, s бешся цементируют агрегаты минеральных солей.

Боковой paspes молочного пригара и его верхняя чао», граничащая с пастерзяуеаш* молоком, резко отличаются по структуре и строению от молочного камня. иолочпыК пригар состоит, в основном, из относительно крупных глобул белка диаметром от IOO до * 500 микрон, которые пронизаны порами подобного ко размера и во влажном пригаре ааполнонных жидкостью. Сак» же глобулы белка про-пиааяц еце более мелкими порами диаметром от 20 до 50 микрон. В мозочясм пригаре белковые глобулы составляют основу, тогда как минеральные соля как бы дяспоргяроваии в белок я яе имеют прочной связи между собой.

S связи*с вышеизложенный при раотворании молочного пригара или камня в водоем растворо кислоты на поверхности металла будет оставаться своеобразная сетка, состоящая на белковых вацеств, а в случае растворения белковых глобул в растворе цаяочд Зудег оставаться относительно рыхлый аморфный осадок минеральных солей, что я наблюдается на практике при двухотадийном цикле мойки топ-лообмеяпых аппаратов о немочью растворов индивидуальных кислот и цолочой.

Цехппизи обрааовопия молочного пригара дли камин заключиeren в следухцеи. При двааэняи струя пастеризуемого молока по каналам пастеризатора скорость её элементов (.профиль скоростей) различна, причем она убывает от центра струя к сё периферии. В частности, одой молока толцкной so , который зависят от состава молока и прилегает к поверхности металла, мохяо очитать практически неподвижным. Белки молока, являясь поверхностно-активными веществами (ПАВ), выбывают резкое снижение поверхностного яатпхз-вия у молока на границе с воздухом (до 40-50 хН/м) по сравнению с чистой водой (72,5 Mil/»). Вследствие этого концентрация белков ва поверхности раздела (слой зо ) между молоком и металлической поверхностью ва много порядков высо, чем в струе или обгёме молока. Кроме того молоко, обладая низким поверхностным натяжением, легко смачивает поверхность металла. В каждом конкретней случае для образования новых поверхностных планок требуется от нескольких секунд до нескольких часов, что необходимо для переноса молекул белка к границе раздела фаз, a также ковариационных иамено- . нив, которым они там подвергаются. Таким образом, ловызенная концентрация белка ва грапицо раздала фаз я приводит к образованию адгезионного сдоя белка за счот его денатурации и гидро$ильяостн

к маталлячеокоН поверхности именно в неподвижной сдое Зо , тогда как видимых изменений в объеме молока не наблвдаетоя.

Особую роль выполняет казеин молохе (ила его комплексы о другими белками), который в осажденном виде обладает свойствами отличного адгезява (клея) о очень высокой механической прочности)» Так как казеин относительно стоек к нагревания.и для образования поверхностной пленки на его основе, переноса его к границе раздела, кон$ормационяых изменений требуется несколько ч»сох, то вполне естественно в первый период работы пастеризаторе! отложения нараотапт медленно, а затем ухо после образования адгезионного слоя белка интенсивность процесса реако возрастает эв счет отдо-жония других нетермостаСильных белков и солей из молока. Длительная эксплуатация установок по тепловой обработке молохе приводит либо х сбра&овапи» молочного пригара, либо (при более высокой температуре) молочного камни, наиболее трудно удаляемому виду отложений.

Цохоинем растворения молочного камня или ппигапа в водных растворах индивидуальных кислот и щелочей, несмотря на существенную разницу в их составе и структуре, имеет много общего б обоих случаях. Он вклочоот следущие стадии: I - подвод кислоты или цолочк из раствора в поворхпосишЯ слой жидкости, прилегающей к поверхности отложения; 2 - ди££уэия реагентов к реакционной поверхности; 3 - адсорбция реагентов на поверхность молочного камня или пригара; 4 - взаимодействие кислоты или щелочи с минеральными солями или белком; 5 - десорбция продуктов реакции в поверхностный слой; б - диффузия продуктов реакция из итого слоя;

7 - отвод реакционных продуктов из поверхностного слоя в объём раствора. Лимитирующей стадией растворения молочного камня или пригара оказалась стадия деоорбаии продуктов реакции в поверхностный слой и их диффузия из этого олоя в раотвор, так как не-десорбированные продукты растворения препятствуют протеканию процесса. Поетому процесс растворения протекает в диффузионном режима и слабо зависит ох перемешивания и температуры.

Минеральные соли молочного камня или пригара в водных растворах кислот разлагаются о выделением более слабых кислот или кислых содей. Так, ¿илример, в избытке аэотяой кислоты протекают такие реакции:

Сй(Н2Р0л)г + 2ШЮ3 ■■■■ Сй(110^)г + 2Н3РОд (X)

л*

СаНРОд * 2Н5-»- Са(КО^)г * ПдК>4 (2)

Св5(Р0^)2 + 6ВЕ03 -Са<К03)2 + 2Н?Р04 (5)

Со.3(С6Н507)г + OCIO,-»- 5Са№0?) + 2С6Па0? с*)

Dps недостатка кислоты образуется дпгидрооргофоо^ат кальция по слаяуюн реакциям:

2СаНР04 * aCJOj — С а (пор 2 ♦ СаСЦ^^ (5)

Са5(Р04)г ♦ 4ÍET03 -гСа01О3)2 + CaíngTOjJg (б)

Эгасоль обладав г ограниченной расгшргиосгьп (1,6$ прзЗО°С) я npz BO-IOO°C нодваргаогся гидролизу о образ овшшш перасгвори-uux орго- и гидросргофоофагов лддтддя. Так .как диглдроорrojocjar кальция в водном .paoreopo создает рН « 3,2+0,1; то для ирогояапдя пошли-реакций 5,6 дообидкма кислота с константой ддссопдлсдд по ндха 5'ХО*4. Гарантировано зга будут растворять шпшралыше соля камня со реоксшШ'1-4 лнаь те кходогы, кшстапта досоошшдпп кото-puz дроктааг 7,б*ЮГ^ - серку» соцсгадгу диссогдапдд фосфорной ЕДслоги. ПОДОбНЫЗ К2СЛ0Ш могут раогюрягь Ц0ЛОЧЩ1Й ЕШ!0ЦЬ на 9092% ыасс, а тутпттргп «агочшД пригар - дна» на 75-SÜÍ, гак как по условиям ыойкз онх не способны перевести болок в растворимое состояние.

Перевод балка в водцорасгвордыос состояние иохяо осуздотвагь либо часпгаши paсаопленкам белка в присугствал селочп до алзбу-моз, пептонов sat содшд! гидролизом по реакции: / дакгольбумш / + 852 + наон -352 и - сц - сосна (?)

Í.TU

либо пойгралезадпой. свободных карбоксильных груш йлков о образованием водораспюрпшх тзешштов сха хакгаяьбушшатов пагрия:

/ лакгадьбумжн / +• яаон -»— /яактазьбушшаг/ + НлО (8)

натрия

осадок раствор либо реакцпеЗ обмена: tíllg - R - (СОО)6Са? + GlaOll-----(СОСУ a)b+Ca(С!I)2 (9)

Bee ota реакция протекает о приемлемой скоростью лшпь. пря избытка С5ЭЛ0ЧИ не ндая 0,I-0,3Í масс, что обеспечивает рН раствора выше 12 единиц.

А кг явный .атомарный кислород (in statu nasccodi) также способен подвергать разжгагат ыодекудн белка за счет ошелигель-ного растепления на водорастворимые фрагменты.

Растворение минеральных солой молочвого комая или пригара иохио ооуцествить и с поаоцыз годного раствора комялекоообраэо-ватоля, например, тршюля;о<£ага натрия по реакции:

заа/Нв4(Рэ010)/ * —— ЭИа/Ма2Са(Р3010)/+Р04 (10)

Таким образом и молочниЯ пригар и камень можно растворять в водной растворе о псмозь» соответственно подобранных кислот, це-лочей, окислителей а ксмплексообразователей.

При исследовании скорости растворения полочного камня и его минералы»« солей выявлена полная непригодность водных растворов уксусной, адипиновой, салициловой, оульфаплловой, борной, щавелевой, глихолевоЯ, пропионовой, масляной, нитрилтриуксуспой, муравьиной кислот для раотворения минеральных.оозей и камня. Не удавалось полностью растворить оти волн я в псмозьо серной кявло-ты, бисульфата и бисульфита натрия иэ-эа выпадавинг в процессе растворения малорастворимих сульфата и сульфата кальция. С точки зрения доступности, стоимости а объективности растворения и применения наиболее подходящими оказались растворы ауль£¡шиповой, малоивовой, и о нохлорукау сн ой кислот; пирата мочевины и п-То-дуолсульфскнслоты, которые при комватной температуре представляют собой кристаллические или поросхообразниа вецества с температурой плавления висе 60°С. Трюаорукоусная, лимонная н оксиатидядедцн-фоо£оаовая кислоты уступом и» по стокмооти, о фосфорная по эффективности.

глоперименхами установлено, что время полного раотвореякя минеральных солей и молочного камня колеблется в пиропах пределах от б до 625 о при изменении соотноаения кислота:соль от 4:1 до 1:1, ввятых по окваваленту массы, прячем время раотворонхя сокращается примерно в два раза при увеличения концентрации кислот вдвое. Найдено такта, что с уменьпением константы диссоциация применяемых кислот возрастает время полного растворения, напротив рост температуры относительно слабо сокращает длительность процесса.

Бремя растворения молочного камня в 1,5-3 рааа выае, чем индивидуальных солей и связано.о тем, что в камне соли сцементированы денатурированным белком. Наиболее оптимальной температурой раотворания молочного камня является 80-90°С.

Обнаружено также, что при растворении молочного камня в растворах хислот концентрацией от I до 5% масс, и вшае во всех случаях наблюдалось выделение белковых частиц,в том числе адге-Ю

васиного слоя белка, который легко агрегируется в комочки, прилп-паех в поверхности стокла и металла и но смывается горячий водой при ополаскивании.

Добавление ПАВ в вруше ростаоси кислот вызывает не только сянховко временя раогворояия молочного компя (.таблица 2), ио также во счет взаимодействия ПАВ о белком и гидро^обааации его по-герхвооти по отпосошто к металлу ликвидирует ого агрегации и прилипание к стенкой.

Таблица 2

Время полного растворошш молочного камня в растворах рааних кислот я приоутохвяи и отсутствии ПАВ (ка I г кампл давали от I до 4-х да. кислоты) при 80%

____8£вмя_йаотворвН11ЯА секунду____

без ПАВ : ПАВ - смесь 0,05% косо,

; ЙС-Ю и 0,03^ суль£о-поло

- — — — т^^т-1 — т — — —,— —

I охв:2 окв:4 8Кв:1 окв;2 акв ; 4 окв

I. Азотная 54 38 20 48 29 20

г. Сул1£аминовап 90 56 36 75 50 28

3. Кодеиновая 124 76 38 105 70 30

4. в -Толуодоудьфо- 156 44 40 125 58 30

ниолоха

5. Окоиатштидендифоо- 625 230 178 550 180 150

(*опиевая

6. Ыовохдоруноусноя попол-вое раство- 290 142 700 240 120

рение

Ио внрокого первчпя ПАВ охобран оонтанол £С-10, который отличается низким пенообрлооваяяем, устойчивостью в кислых и окислитель-пых средах, доступностью. Температуру помутнения раствора отого ПАВ удалось повивать до 100°С добавлением 2Ц$ и выве сульфонола.

Введение окислителе^ (монопероулгфахов аммония, патрлп или калия), аятикооровкавтов (нитратов натрия и аммония), адактроли-тов (хлористый аммоний) а годные раотворы кислот в присутствии ПАВ практически не вызвало изменения скорости раоглорения молочного камня и его минеральных солей, во способствовало лучпей т

растворимости белковой части молочного камня.

Рецептуры разработанных кислотных технических мощих средств представлены в табл. 3, из которой видно, что порошкообразные препараты для одностадийного растворения молочного каина должны иметь в своей составе в качестве обязательных компонентов eo^SJt масс, кристаллической или порошкообразной водораотворимой кислоты или кислой соли; 2,5*1,5$ поверхностно-активных ведеств илв их смесей; антикоррозиантов и 6*2$ злектролитов. В качестве желательных компонентов следует добавлять до 5$ масс окислителей; до 0,4$ бактерицидов и до активных наполнителей в зависимости от состава препарата.

Всо использованные компоненты является доступными,деезвыми и, как правило, они либо уже сейчас по отдельности используются в пицевой промыяленности, либо предлагались к использованию.

Прл исследования скорости растворения молочного пригара в водных растворах целочей и цвлочпых солей установлено, что ове-жяй молочный пригар (.белковая часть) может быть растворен за приемлемое время 15-25 мин при 75-90°С либо растворена гидроокиси нотрия (калия) концентрацией не менее 0,1-0,3$ масс, и соотноге-нсе молочный прдгар:мокциЛ раствор в пределах (,1-2):100; либо растворами сильных солевых окислителей при концентрации 0,3-0,5$ масс, способных при нагревании выделять активный атомарный кислород, который in statu naskendl расцепляет белковые глобулы на водорастворимые фрагменты. Опыты показали также, что целочные соли, например, карбонат натрия, практически но способны растворить молочный пригар.

Экспериментами установлено, что время растворения молочного пригара в водных растворах целочей, окислителей или их смесей при 75-90°С колеблется в пределах*от 5 до 100 мин при изменении соотнесения молочный пригар:Ц0л04L от 0,5 до 1,5$ масс. При увеличении температуры на Ю°С и концентрации целочи в два рзза происходит сохранение врокенп растворения пригара примерно в 1,5 разо. Таким образом, в отличие от скорости растворения молочного камня в растворах индивидуальных сильных кислот, молочный пригар растворяется в целочи з среднем на 1-1,5 порядка медленнее, причем повышение концентрации целочи вызывает увеличение скорости лись примерно в 1,5 раза, тогда как у молочного камня она возрастает в сродном в два раза. Наоборот, температурная зависимость скорости растворения значительно выше у молочного пригара.

Таблица 3

Рецешуры TUC кислотного юта для одностадийного растворения молочного камня

_Со^арханк_э ксмпошштов в препаратах^ % мае о.. ; PIK-AK;Flß-ffiii ~ Тда^-Тш^ш-Щш^

*-1 ;-1 ;тк-1п ;-I -1

1. Химическое растворение минеральных со- 55£-вая нитрат п-толуол- 1/оно- Сульф- Колея- Оксявти-лэя молочного камня азотная иочова- сульфо- хлор- аияао- новая лшн-

кневота ец кислота у ко? с- ввя киеао- jatocio-85-86 85-90 78-80 над кис- кис- та (ан- нязвая

лота лота гидрид) кислота

65-70 82-88 75-60 84-90

2. ПАВ - кощее вмулмяруиСаятанол ДС-Ю 1,7-2,0 1,6-1,8 0,8-1,2 2-3 1,5-2,5 1-2 1,5-2,0 цве,диспвргиру15цве(раои(;„л1*ояоз ул:уч_

ворятее действие : ценный ,45^ 0,8-1,2 0,8-1,2 0,6-0,8 1-2 1-1,5 0,8-1,2 0,8-1,2

3. Антнкорровиант - нитрат натрия 6-8 3-4 3-4 4-6 3-5 24 3-5

4. Окислктеяь-баетери- монолерсульфа* ид и расщепитель натрия или г" елка та аммоняя

5. Эдеирми* хаорзсшя аымош до до I0Q5 ,0 ш ,0 „ ш до до

Л. АКТЙИЙИ* ХЯ0ПИСТ115 ЙИМЙЯИЙ iwfi

¿ид и расщепитель натрия или калия 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 белв"

6. Активный хлористый анмонай наполнитель I02,M сульфонат

натрия - - 8-12 13-15 -

7. Бактерицид «танин АБ 0,0-0,4 0,0-0,4 0,0-0,3 0,0-0,6 0,0-0,5 0,0-0,4 0,0-0,5

8. Ориентировочная цена I т

100%-ного препарата, руб. 100 150 190 520 410 690 6800

Опыты показали, что скорость растворения влажного (свежего) полочного пригара в средней в 3 раза больше скорости раотзоровая того же количества сухого пригара. Поэтому на молочных заводах мойку пастеризаторов необходимо проводить сразу же поело окончания работы аппарата. Этот вывод подтверждается практикой мойки пастеризаторов от загрязнений свежим и застарелым молочным пригаром.

Как и следовало ожидать, растворы щелочи и окислителей оказались неспособными растворить ни минеральные соля молочного пригара, ни тем более молочный камень. Эти соли после прекращения перемеаивания всегда осаждаются на поверхности и плохо удалястоя при ояолашеиваиии овежой водой.

Добавление ПАВ в водные растворы щелочей, окислителей и их смесей вызывает прежде всого сокращение времени растворения белковой части пригара в 1,5-2 раза. Так, напрлыор, осла время растворения свожого молочного пригара при 80°С в 1^-пои раотворо гидроокиси натрия в среднем равно 23 мяв, то добавление 0,05$ масс сноси ПАВ елнтанола ЛС-10 и суль^оноло в соотисгошщ 1:1 вызывает снижение времени растворения в тех же условиях до 14-16 мая. Это связано с растворяющим и диспергирущим действием ПАВ на балки пригара. Кроме того, в присутствии ПАВ мииераяышо соли после раствореиия пригара отлагаются в ыоиьпеи количестве (па 15-3056) и ого, вероятно, связано с диспергирующим дейотвием введенных ПАВ. Опыты показали, что в рецептуры препаратов для растворения молочного пригара в качество ПАВ, лучеэ всого вводить смесь сайта нолг ДС-Ю и сульфонала, которая отличается низким ценообразованием, устойчивостью в щелочных и окяслителышх средах, доступность». Кроне того сти ПАВ разросопы для применения в молочной прсмысленности.

Введение электролитов и яптикорроэнпптов в виде карбоната натрия и мотаоилшеата натрия (жидкое стекло) в врдныо растворы щелочей и окислителей в присутствия ПАВ снижает время раотворе-ния молочного пригара на 5-2С(£, но глубина растворения молочного пригара практически не.меняется по сравнению с растворением пригара в растворе щелочи.

Применение ^риполк^оо^атэ натрия, яаиболее долевого и доступного коиплексообраэователя для ионов кальция и магния, в водных растворах щелочи в присутствии ПАВ при концентрации 0,4-0,6% масс оказалось достаточным для перевода минеральных солей молочного 14

пригара в pacxBopwoa сосгошшо. При подобной zo ¡>Мективности другие ксмплексообразоватоли, например, трилон "Б" уступает три-подс£ос$ату по стоимости.

Использование Сурц (натрий тотрасорнокисдый) в щелочных растворах приводит к образованию буферного раствора с постоянным знэчошшн рН, что позволяет осуществлять процесо растворения при постоянной скорости, о пря изменении соотнооекия копонеатов регулировать скорость растиоронап.

Рецептуры разработанных псрогкоосразгшг щелочных препаратов для одностадийного раствсрения молочного пригара представлены в табл. 4. Из отой таблицы видно, что в качестве основного раство-ритоля белка в состав препарата введено 35-4масс, гидроокиси натрия, порборато натрия или их снес». В F1CI-4 введена бура в количестве 10-14% вес, что способствует растворошш пригара в мягких условиях.

Сизико-коллоиднца и другие свойства разработанных нощах средств приводятся в табл. 5. Как видно из табл. 5 рабочая концентрация препаратов кислотного типа составляет от 1,4 до масс, а цолочного типа - 1,36$ масс. При атом средства кислотного типа обеолечнвовт попноо растворение молочного камня за I-IO мин при 80°С, а щелочные препараты - за 19-22 шш в тех хе условиях. Разработанные препараты отличаются в водных растворах низким ледообразованием и высокими поверхностно-активными свойствами; хо-рогини смачивавдши! и амульгирущиии способностями. Креме того они обладает низкой корровнонпоЯ способностью по отнесению к нержавеющей стали и высокими бактерицидными свойствами к равны» патогенным микробам.

Экономическая &!йективяость применения разработанных препаратов кислотного или садочного типов складывается за счет вконо-мии электроэнергии, воды и теплоэнергии при сокращения времени мойка о 80-100 нив при существующем двухстадяйнск способе мойки до Х0-20 мин при одностадийном способе с помощью разработанных средств. Расчетный экономический эффект применения но^ых препаратов щелочного типа колеблется от 22,6 до 48,5 тыс.рублей при переработке I млн.х молока. Средства кислотного типа.в тех хе условиях могут иметь эффект от 35,9 до 75 тыс.рублей. Кроме того, применение новых препаратов поаволяет повыоить производительность установок на 12-15$.

Одытно-иромажяевныа испытания чаоти оавработанвых ТИС для растворения молочного пригара иди камня проведены на Харьковском15

"абгина 4

Рецептуры TUC щелочного тала для одностадийного растворения точного

пригара

Название компонента

; Содержаниекомпонентов в препаратах,

f • ф » 1 * PMtl-I : рш-2 * : ри-з * : Ш4 •

гидроокись натрия 3540 20-24 6-8

перборат натрия - 3540 15-18 15-18

Синтанол ДС-Ю 1-4 14 1-4 14

Сульйонол улучшенный 45^-ныи раствор 1-4 1-4 . 14 14

метасилика* натрия (.жидкое стекло) 6-8 6-в 6-8 6-8

кальцинированная сода до IOQí до 100£ До 1Щ до ioo¡&

триполифосфаг натрия 28-32 28-32- 28-32 28-32

Бура - - - 10-14

_ 300 660 360 455

ного пригара ив водорастворимые фрагменты

2. ПАВ - мощее,эмульгатор хиров, диспергатор минеральных солей, растворитель белка

3. Антикоррозиант

4. Электролит - сорастЕоритель белка, понижает KKU ПАВ, улучшает смачивание

5. Кмшлексообразователь - связывает ионы кальция,магния в растворимые комплекса

6. Активный наполнимль - обеспечивает растЕореаие пригара при определенно! значении рН

7. Ориентировочная стоимооть I т препарата, .руб./т

Табдипа 5

«наиво-коллоидные и другие свойства разработанюл препаратов гая одностадийного растворения водочного камея яли пригара

I¿

п/о

Наименование пока&атедя

Препараты

кисл05ЕОГО_Т2па _______:_щлочаого_тгаа _

йв-тш- "ífik-~:p)k-~ tpík-;fig-cs-:pj£i-i :т~г ífjñ-з

aií-i:n,TK-i:ie:-i ;-CH-I :IU-I: -i * _ ♦ ___? __*_ _ * _

Р1П-4

2,6 3>? I.* 2Д 2,5 2,2 1,36 1,36 1,36 1,36

1,0 2,0 9,7 1,1 1,5 8,5 - - - -

_ - - - - - 22 20 22 19

I»* 1,9 2,5 1.2 1.5 1.7 хз,з 11,2 12,4

30,5 40,0 31,3 42,0 31,5 54,0 Я:8 8* В* Щ 11:2 S-.8 т

77,0 60,0 79,0 82,0 81,0 63,0 85,0 85,0 84,0 60,0

15,4 15,8 14,6 15,0 15,2 15,5 13,9 16,6 17,3 И,6

32 37 27 31 33 32,5 22 30 20 20

1. Рабочая концентрация препарата, % масс.

2. Время распоренЕЯ иолочшй при SObC г 1р^-нси камень избытке средства n-„»mrt, прим аквиважевта, ¡™3И

млну1Ы пригар

3. РН водного раствора лрл рабочей концентрации препарата

4. Поворхиостксе натяжение,мЗ/u при 25°С

5. КрзевоЗ угол скачивания,градуса

6. Биульгирущая способность, %

7. Дясперсяый состав емульем;

усреднеиныа размер жировых са-ряксв, микроны

количество варяков в I щ раствора, клн.птук

8. Певообсаэущая сяособхосхь, Не

при 80&С, не болев . у»£§ 0,120 0,080 0,090 0,060 0,060 0,070 0,092 0,121 0,115 0,100

9. Скорость коррозия н/стахн

H8HI0I, мм/год 0,0042 0*0015 0,0010 0,0012 0,0022 0,0006 0,0012 0,0018

0,0014 0,0016

и Владимирском гориолзаводах, СаСопиаском маолоааводо л показали высокую о^^октиэаость.

в и в о д и

1. Уточнен состав отложений, образующихся па поверхности аппаратов при тепловой обработке молока и условно продлохово навивать полочным капнем отложения состава ($ масс.): белок - 8*2» жир - 5*2» минеральные соля - 73*5, вода - 14*1; а молочным пригаром - болок 22*3, жир - 9*2, минеральные соли - 7*2, вода -65*5.

2. Показано, что вследствио значительной разницы в составах и структуре молочного камня я пригара, для одностадийного удаления молочного камня необходима разработка рецептур ТЫС кислотного тюха, а для пригара - щелочного типа.

3. Процесс растворения молочного камня протекает как бимолекулярная реакция 2-го порядка в режиме, близком к диффузионному; слабо зависит от перомевивашш; о ростом температуры на Ю°С скорость процесса возрастает на 10-30$, а с повысокяем концентрации сродства вдвое она также увеличивается примерно вдвое.

Процесс одностадийного растворения молочного пригара протекает по уравнению 3*0,5-го порядка; с ростом томпоратуры на Ю°С скорость процесса возрастает на 40-60$, а о полысенцам концентрации щелочного средства вдвое - на 50-80%. Время растворения молочного пригара почти на порядок выге, чем молочного камня, зтот процесс также протекает в диффузионном режиме и слабо аоак-сит от перемезивания.

5. Препараты для одностадийного удаления молочного камня должны содержать в качестве обязательных компонентов {% маос.)

- 80*5 кислоты; 2,5*2 ПАВ; 4*1 антикоррозиантов и 6*2 электролитов; а в качестве желательных - 0,0-0,4 бактерицида и 0-14 активных наполнителей.

6. В щелочные препараты для одностадийного удаления молочного пригара необходимо включать (в % маос.): 30-40 реагента для химического расщепления идя диспергирования белка (.окислителя, щелочи или их смеси), 1-4 ПАВ, 6-8 антикоррозиавтов, 28-32 ксм-плексообраэователя, 10-20 влектролитов; а в качестве жедателышх

- 0-14 активного наполнителя и 0-0,4 бактерицида.

7. Разработано б порошкообразных препаратов кислотного типа (РНК) для одностадийного удаления молочного камня при 80*5°С в

18

течение 3-5 мин при концентрации средств в водных растворах в пределах 2-5$ масс, и лрд соотношении молочный кзиеиь:мсю;ий раствор как 1,0:100.

8. Разработано 4 порошкообразных препарата мелочного типа (РКП) для одностадийного удаления полочного пригара при 90*5°С в течение 10-15 май при концентрации средств в водной растворе в продолах 1-3$ касс, и при соотношении молочный пригар:иоюгиа раотвор как 1,7:100.

9. Препараты Р1К и P1Q обладают хорскими растворяющими время удаления отложоний 5-15 мин), смудьгнрук;:ши ^80^5^ масс.; тошшдиопорснап зиульсия жара, 70,i аировых сариков меньге 10 микрон) и смачиващиии (краевой угол смачивашш 40-60 градусов) свойствами; низкой полообразуемой способность» (устойчивость пени меньсе 0,1); xopocett бактерицидностью по отношению к патогенной микрофлоре молока и лиэким корроэнотош действием на нержавоссую сталь (скорость коррозии меньсе О,СО» 5 им в год).

10. Проведены промышленные испытания разработанных препаратов PJGC u РШ. Установлены слодущио параметры применения средств: температура 85*5°С; длительность иойки - но свыше 20 мии, концентрация препаратов в воде 0,5-5$ масс.

11. Ожидаемый экономический э^окт от применения PÍCC и PÜ1 в прсиизлешшх условиях в масштабе страны составляет от 0,6 до 3,0 млн.рублеП в год. „

12. Водные растворы гидроокиси и карбоната латрия при концентрации вине 0,5-1,5!« касс, способны снизить поверхностное натяжение до 42-48 мН/м и 52-55 m}J/Íi; обладают относительной xopocett смачивающей способностью по отнесению к поверхности молочного камня ила пригара (.краевой угол смачивания соответственно 40-60

и 60-70 градусов).

13. При змульгированни молочного кира гидроокись и карбонат натрия образуют грубодиспероцув евстому со средним размером париков жира в раотворе гидроокиси натрия - 55; карбоната натрия -65; в чистой воде - 68 микрон. Эти растворы плохие эмульгаторы молочного жира.

По материалам диссертации опубликованы следующие основные работы:

X. Алагёзян Р.Г., Моргунова Т.С. Современные способы очистки теп-лообгенных аппаратов. - ti.: ЩШИТа1ыясомолпром, серДельнсмо-лоч.пром-сть, 1980, 30 с. 19

Ианевлч 2.И., Моргунова Т.е., Павлова И.В., Цулсгою Н.П. Новое мопце-д эзивфицируицее средсгво сел ыойкд оборудования цельномолочной промышленности. - Ыолоч.иром-сгь, 1900, £10, с.12-16.

Моргунова Т.О., Малевич Е.И. Ешшае ПАВ на раогЕоргуоогь молочного пригара в вещных растворах шлочой. - В кн.: Тр. ЩИИыолоч.пром-сги, М;, 1981, с.85-е9.

Алагйзян Р.Г., Моргунова Т. С. Полоаигельаоо ре=сш:о ШЕППЭ по заявке 2975695/24-04 ог 23.08.80г. Ношо-дсзщфаируюсее средсгво "ШК-СК-2" для очистки полочного оборудования". Моргунова Т.О., Алагёзян Р.Г. Полошгелыкю розеине КЕКШЗЭ со заявке 2975303/23-04 от 22.0B.S0. "Коксую средсгво "ШП-1" для очясгки молочного оборудования".

1С0

еСх04/±2 - 1,25 п..-.. г

гзо-жгслънсе щ'юЕьЕа^стьо Г