автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Научные и технические аспекты совершенствования производства сливочного масла непрерывным сбиванием

. 11 ■ ■< О 44 *

;Х " " ' ' <л

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ МЯСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

(ВНИКИМП)

На правах рукописи

БЕРЖИНСКАС Гедиминас Генрикович

УДК 637.234.04/07

НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА СЛИВОЧНОГО МАСЛА НЕПРЕРЫВНЫМ

СБИВАНИЕМ

Специальность 06.18.04 - технология мясных, молочных и-рыбных продуктов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соиснание ученой степени

донтора технических наук (в форме научного доклада)

МОСКВА -1992

Работа выполнена ь Вильнюсском университете и на молочных предприятиях Литвы и Беларусь.

Официальные оппоненты: 1 .

доктор техн.наук, профессор А.Д.ГРИЩЕНКО доктор техн.наук, академик Российской академии технологических наук В.Н.СЕРГЕЕВ доктор техн.наук, профессор гл\шилер 1

Ведущая организация - Научно-производственное объединение маслодельной и сыродельной промышленности (НПО "Углич")

Защита состоится __ 1992 г. на заседании специализированного Совета Д. 020.62.01 при Всесоюзном научно-исследовательском и конструкторском институте мясной промышленности.

С диссертацией, в форме научного доклада можно ознакомить ся в библиотеке института.

Научный доклад разослан_1992 г.

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения и подписями, просим направлять в Совет по адресу: I023I6, Москва, ул.Талалихина, до 26.

Ученый секретарь Совета

к.т.н., с.н.с А.Н.Захаров

'ОС .

! ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЫГЫ

—.>

Актуальность рабдтц. Сливочное наело и множество производных от''него изделий является незаменимым продуктом пит алия для населения средних и северных климатических широт. На производство масла расходуется значительная часть ценнейшего продукта животноводства -молока, но из-за высокой стоимости масло недоступно значительной части населения. Одной из причин цисогсой стоимости сливочного маета является сложность, дороговизна и невысокая эффективность маслодельного оборудования - в частности масдоизготовигелей непрерывного действия (МВД), которые широко используются в основных маслопроизво-дящих странах. Наметилась тенденция дальнейшего усложнения конструкций МВД, которые стали чрезвычайно дорогим оборудованием. Такие ЩД, как Альборн-315, БУД-40и0, КМ-3000 представляют собой громадные по размерам машины, эксплуатационные расходы которых непомерно высоки. Техническая сложность МВД наводит на мысль о конструктивных излишествах и неооверпгенстве. Несовершенство ЩЦ обусловлено отсутствием четкости в представлениях о физико-: ллической сущности процессов сбивания сливок, механической обработки масла, регулировании содержания влаги, оптимальности технологических параметров.

Также вашим направлением снижения стоимости масла является разработка для метода прерывного сбивания ресурсосбереганцих технологических режимов выработки разновидностей сливочного масла с уменьшенным содержанием молочного жира, исключая при этом потери ценных питательных веществ с пахтой. '

"эль и задачи работа. Прилагая ус шил по развитию .разработок АД.Грищенко, Ф.А.Р-тпемирского, Н.Н.Лкпатова в данной области, цель работы формулировалась так: рассмотреть основные технологические операции сбивания сливок и обработки масляного зерна в свете классических положений технической механики жидкостей, и физико-химической мехаш_;и дисперсных структур, разработать аналитические выражения взаимозависимостей параметров, которые, исключая элементы эмпирики, позволили бы вести конструкторский расчет ЩЦ и обосновать равдочальные .приемы и параметры получения масла непрерывным сбиванием.

Из поставленной це^и вытекали следувдие задачи:

1) развить представление об особенностях формирования структуры и консистенции сливочного масла;

2) определить движущую сиг;г процесса сбивания в сбивальных

цилиндрах ШД, найти критерий динамического подобия цилиндров сбивания;

3) рассмотреть процесс механической обработки масла с позций физико-химической механики дисперсных структур, оцределяя движущу* силу и меру обработки;

4) разработать направления сшдшшфшсации конструкции МВД;

5) обосновать технологические способы воздействия на структур но-шханическяе показатели слив о того масла;

6) подготовить технологическую базу производства сливочного масла на МВД без отделения пахты;

7) изыскать оптимальные режимы и приемы осуществления других технологических операций производств^ масла (сепарирование молока, пастеризация, физическое созревание сдивсск), позволяющие рациональным образом использовать сырье, снизить производственные затраты, достигнуть высокую степень интенсивности-производства.

Нэтчная новизну. Исходя из фундаментального закона внутренне го трбния жидкости Ньютона градиент скорости определен как мера интенсивности механического воздействия и движущая сила в процессах сбивания сливок и обработки масляного зерна. Градиент скорости можно подсчитывать по формулам, используемым в теориях вискозиметрии. На той же основе разработаны формулы расчета производительности цилиндров сбивания ЩД, потребляемой мешалкой сбивания мощности, оптимальной величины зазора мэвду краем лопасти и ■ внутренней поверхностьв цшшвдра сбивания, меры сбивания и механической обработки. Разработан критерий динамического подобия цшшндров сбивания IОД. Рас читано и уточнено время процесса сбивг ¿ля, являющееся функцией градиента скорости. Развито представлеш об особенностях формирования структура сливочного масла, изменениях его структурно-механических показателей, что позволило объяснить влияние температуры сбивания, интенсивности-обработки на реологические показатели. Сформулировано положение, согласно которому степень дисперсности твердой *)азы молочного жира является одним из доминантных факторов, определяющих структурно-механические показатели масла, но отличительной особенностью изменений степени дисперсности является образование вторичных дисперсных частиц - сферолитов. Лашиарный характер течения сяивйк в сблватвле ШД определен как предпочтительный.

Практическая значимость. Чспользуя научные результаты било разработано штанцвэ устройство для полутерметических молочных и творсйпых сепараторов, позволяющее повысить их производительность; существенно уточнены температуры'' сбивания сливок в весенне-летнее и осенне-зимнее время; прредложены дополнительные средства управления консистетщей масла - изменения температур сбивания, интенсивности обработки, скорости охтаядеяия слшзок и юс жнрнэсти; разработана и внедрена ресурсосберегающая технология низкокалорийного сливочного масла "городского"; разработаны мероприятия по существенному упрощению конструкции МВД; предложена конструкция регулятора потока сливок в ЩЦ; повышена производительность масло-гизготовители ¿1-010 - более 2,2 раза- по сравнению с паспортной.

При выработке "городского" сливочного масла по разработашюй ресурсосберегающей технологии ( без отделения пакты) на Пренайс-ком маслозавода получен экономический эффект в 311 руб. на тонну" продукта (в цена* 1986-19Я9 г.).

Аггробающ рдботд. Ряд положений и разработок со ссылками на автора диссертации изложены в монографиях А.Грщенко "Сливочное масло", М., 1986 г, и А.Белсусова "Физико-химические процессы в производстве м^сла сбиванием сливок", М., 1984 г. На новые технические решения получено десять авторских свидетельств. Важнейшие осязаемые результат (ухудшение разделяющей способности сепаратора при турбулизацзш потока, повышение производительности маслоизготовителя) зафиксированы комиссиями специалистов. Материалы диссертации докладывались на республиканских, межреспубликанских научных и практических конференциях с 1967 по 1991 г. в Каунасе, Санкт-Петербурге, Москве, Расейняй, Угличе.

Материалы диссертации обсуждены и одобрены на заседании кафедры товароведения: Вильнюсского университета (1992.01.14).

Публикации. Основные результаты и положения работы изложены в двенадцати статьях трудов Литовского филиала ВНШЖ, пяти статьях журнала "Молочная промышленность", описаниях десяти авторских бвидетельств, трех брошюрах и др.

Объем и структура работы. Диссертация в виде научного доклада изложена на 58 страницах текста, включает 6 рисунков и 12 таблиц, содержит 9 подразделов экспериментальных исследований.

РЕЗУЛЬТАТЫ гКСПЕРШЕНГАЛЬШХ ИССЛЕДОВАНИЙ I. Оптимизация сепарирования молока

В традиционной технологии производства масла используются слив ки средней жирности - 35+40%. Для некоторых марок маелоиэготовите-лей непрерывного действия (МВД) рекомендовалось повысить этот показатель до 50%, а при выработке сливочного масла пониженной энергетической ценности без отделения пахты массовую долга жира в сливках надо повысить до 65% и даже несколько больше. Обычными молочными се параторами возможно достижение жирности сливок в 50% и даже более, но тогда режимы работы сепаратора напряженные и поэтому их следует избегать. С целью оптимизации сепарирования молока до сливок лирное тыо более 60%, нами было использовано двухстадийное сепарирование: подогретое до 45-55°С молоко вначале сепарировалось на сепараторе ОСН-С и полученные сливки-жирностью 30-36% без дополнительного подо грева направлялись в сепаратор для внеокожирных сливок 0С2-Д-5СЮ. В последнем концентрация жира повышалась до 65+5%. Полученная во время второго сепарирования нежирная фракция - пакта, массовая.доля жира в которой составляла 0,2-0,4%, возвращалась и смешивалась с ис ходным молоком. Было определено, что добавление в исходное молоко пахты не снизило эффективность первого сепарирования и жирность обрата не повысилось. В таком процессе сливки повышенной жирности получаются при оптимальных режимах работы обоих сепараторов.

Первый сепаратор определяет величину потерь молочного жира, а количество полуфабриката, получаемого в нем, должно обеспечить оптимальное течение второго этапа.

С целью оптимизировать работу первого сепаратора, была модифицирована приемная посуда /19/. Наиболее широко используемые полугер метические сепараторы питаются из молокопроводной линии через прямой отвод, соединенный с центральной трубкой сепаратора. В линии по дачи молока при условном диаметре Ду =» 50 мм, критерий Рейнольдса находится в пределах (35+50)•10 . Поэтому молоко поступает в бараба в режиме периодической турбулентности, для которой характерны дорож ки Кармана. Во.внутреннем пространстве тарелкодержателя барабана,те чение расширяется, скорость готока несколько падает, но' число Рейнольдса превышает 35000, поэтому сохраняется турбулентный.характер течения..В межтарелочном пространстве молочного сепаратора требуется Ре< 200.■ Лишь, при таком условии сепаратор работает эффективно .и

стабильно. Следует полагать, что и характер течения молока, поступающего в пакет тарелок, предпочтительно должен быть ламинарным.

В ходе работы было создано и опробовано своеобразное устройство для подачи молока в сепаратор (авторское свидетельство № 614816). Устройство (рис.1.1) состоит иэ вертикальной прозрачной трубы, сообщающейся в верхней части с атмосферой,,трехходового крана, который прикреплен к центральной трубке сепаратора, и питающего патрубка, подсоединенного к горизонтальному отводу трехходового крана.

Рис.1.1. Устройство для подачи молока в сепаратор: I - вертикальная труба, 2- трехходовой кран, 3-центральная трубка сепарьтора, 4-сепаратор, 5-питающий ыолокопровод

После разгона сепаратора подача молока в барабан увеличивается до тех пор, пока в вертикальной трубе устанавливается столб жидкости высотой 1,2-1,8 м. Образование видимого столба жидкости свидетельствует об оптимальной загрузке барабана.

При испытании с таким устройством сепаратора СМВ-5, фактическая производительность которого до того не превышала 4800 л/ч, получены положительные результаты (табл.1.1). Производительность аппарата возросла более, чем на 50$, а это почти равняется геометрической пропускной способности его. Коэффициент полезного действия сепаратора ■ повысился до 0,93.

Таблица 1.1. Данные испытаний полугерметического молочного сепаратора СМВ-5

Устройство для Показатели пгоонесса сепатогоовангя

подачи молока температура молока, °С жирность сливок, кирность обжата; производительность, л/ч переработав молока без разборки, т.

I.Прямой отвод 43 36 0,02 4630 11,6

31 37 0,03 4510 10,9

29. 35 0,04 4720 12,8

26- 35 0.02 4600 12.7

- 0,029± 0.012 4615± 215 12,0+ 1.3" ■

2.Опытное с вертикальной трубой 41 35 38 35 0,02 , 0,03 8060 . 7970 ' 32,5 29,0

28 38 0,02 .7280 30,8

27 37 0,02 7470 29,8

X ±6 0,025± 0,011 76901 380 30,3+ . 1.4-

Мсшно предположить, что гидростатическое давление сникает кинетическую энергии поступающего в барабан молока, что от молока легко отделяется при таком способе подачг воздушная фаза. На таких и подобных основах фирмой "Вестфалия Сепаратор" создано устройство, обеспечивающее "систему мягкой струи" (Леман, Цеттир, 1985).

Полученный нами эффект пытались объяснить особенностями течения явдкости. Известно (Шиллор, 1936; Лойцянский, 1973), что нижнее Рекр находится около 2000. Нике данного значения течение остается ламинарным, несмотря на возмущения и помехи. Но верхний предел Ре^ не определен. При особо тщательной организации.условий течения в трубах ламинарное течение получено при Бе = и даже более. Но такое ламинарное течение крайне неустойчиво и при малейших возмущениях переходит в турбулентное..

Увеличение производительности сепараторов при наличии гидроста тического давления монет быть объяснено , двояко,' С одной стороны пра доподобнол что образованное давление ыокет улучшить загрузку верхне части пакета тарелок. Было показано (Таросян,1986),.что верхние тарелки пакета обычно используются зуяе. С другой стороны,гидростат-

ческое давление может способствовать сохранению ламинарного режима течения молока в подступах к тарелкам, а это обеспечило бы лучшие условия сохранения ламинарности и в межгарелочных пространствах.

В гвдродинамике известен метод турбулизации потока жидкости, при котором в трубе образуется препятствие с отверстием значительно меньшего диаметра, чем диаметр трубы. В таком случае образуется турбулентность, которая не затухает далеко за препятствием.

С целью определения влияния такого эффекта на качество работы сепараторов в'лаборатории сепараторного завода "Смычка" был осуществлён специальный эксперимент. Вертикальную трубу оборудовали на сепараторе открытого типа марки ОСБ с эталонным барабаном производительность!) 1000.л/час. Б нижний конец вертикальной трубы помещались втулки с калиброванными отверстиями диаметром 8,3 мм и 9,0 мм. Контрольным было устройство без втулок. Результаты фиксировались комиссией.

Полученные данные (табл. 1,2) показывают, что при использовании турбулизирущих втулок уменьшение расхода жидкости не улучшает, а наоборот - ухудшает эффект разделения. "Это противоречит установленным закономерностям процесса сепарирования молока (Липатов,1971; Таросян, 1986) ж может быть объяснено отрицательным влиянием искусственной турбулизации потока молока, лоступащего'в тарелкодер-катель сепаратора.

Таблица'1.2. Данные испытаний сепаратора ОСБ при искусственной турбулизации потока

................ и ■ , ........ . , -I.......]

Варианты " Исходное молодо_Результаты сепарирования

кптгя'4? ЛгС яирность, кислот- теше- произво- нирность, соотноше-шйявV 1° ность, ратура, дитель- обрата, нив ели-

вертакаль- °С н9%ь' 1 0б~ ной тотбой__?а?а

°0 ность, л/ч

3,5±0,1 19-20 60±Г Г260±20

3,5±0,1 19-20" 60±1 1090*10

3,5±0Д 19-20 60±1 960±10

Со втулкой

0 9,0 мм 3,5±0,1 19-20" 60±1 109СЙ0 0,061±0,003 1:11

Со втулкой 0 8,3 мм-

Использование ютащего устройства в ввде вертикальной трубы позволяет повысить производительность обычных молочных сепараторов и это выгодно тем, что количество сливок средней жирности, полученное от двух молочных сепараторов паспортной производительностью по

молоку в 10000 л/ч, достаточно для питания одного сепаратора для высокожирных сливок.

2. Особенности отвердевания молочного жира и формирования структуры сливочного масла

Степень отвердевания молочного жира, колебавшаяся во время технологических операций в пределах от 0% до, возможно,, более 60%, определяет как ход самих операдий, так и структуру готового продукта - масла. Структура в большой степени влияет н . важную характеристику продукта - консистенцию, которая включает в себя решающее товарное качество - намазываемость.

В технологическом смысле степень отвердевания жире в,суспензо-эыульсии сливок важна тем, что созд; эт предпосылки выполнения процесса сбивания. Определено гипотетически (Твердохлеб,1975; Вышем1.рс-кий,1978), что степень отвердевания жира в сливках, подготовленных к сбиванию, должна составлять 30-35% 'общего объема жира в сливках.

Принцип,непрерывности при производстве масла,сбиванием требует, чтобы процесс физического созревания сливок бьл' непродолжительным и не превышал 1ч.

Нами дилатометрическим методом определено /12,13/, что при охлаждении сливок жирностью 33-36$ ледяной водой до 4,0+0,5%С, если скорость охлаждения выше 5°С/мин и применяется умеренное перемешивание, необходимая степень отвердевания достигается уже через 10 мш-С увеличением'массовой доли жира в сливках с .орость отвердевания тру глицеридов снижается и для сливок жирностью 42 и 48% продолжительность цикла превысила 20 мин.

.При охлаждении в дилатометре сливок рассолом, температура которого была -5,0+0,5°С, и энергичном перемешивании, молочный жир отвердевал быстрее (рис.2Л). В данном случае уже через 4 мин отвер- . дело более 30% триглицеридов в сливках, содержащих 33-42% жира. Характер кривых.отвердевания указывает на то, что механическое воздействие бол. шее значение имеет лишь для начала итвердевайия (фаза нуклеации).

Параллельно были обнаружены следующие '1 миологически значительные особенности исследуемого процесса: " .

а) при повышении до П-12°С температуры предварительно охлажденных до 3-б°С и термостатированных в течение 10-20' мин сливок со-, держание отвердевших триглицеридов не снизилось, а повысилась на' Ъг

Ь%. Это увеличение может быть объяснено линейным ростом кристаллов триглицеридов. Известно Шульдер,1953), что наивысшая скорость роста' кристаллов молочного жира определена при 18-20°С. Нашими настоящими опытами было показано, что заметный рост кристаллов происходит и при И-12°С, если молочный жир находится в дисперсии сливок. Допол иитвльное образование центров сристаллизации, оптимальная температура которого„обнаруживается при 4-6°С, в денном случав оказать заметного влияния не могло.'

кг,

%

Эй

' 20

10

О fö 30 50 во НО Г60 Ъб

Рис.2.I. Отвердевание молочного жира в сливках различной жирности:

а - без механического воздействия, в - при механическом воздействии.

б) при выдержке быстроохлажде'нных до 5-6°С сливок в течение 1,0 и 2,5 ч и последующем подогрег - до 18-19°С снижение содержания отвердевшей фазы было соответственно 22,2+0,6% и 18,0+0,5%. На основе этих данных делалось заключение, что стабилизация отвердевшего молочного жира, которая проявляется повышением температуры плавления, превышает I ч, но сокращение сроков физического созревания сливок осуществимо. Впоследствии такая возможность была подтверждена путем производственных испытаний /1,3,12/.

Используя данные лабораторных и производственных опытов, была разработана конструкция аппарата.для интенсификации физического созревания сливок - сливкоподготовителя /26/. Впоследствии другими авторами (Рандис, Мотекайтис, Качераускис,1975) был разработан и испытан режим физического созревания сливок, названный низкотемпературным сокращенным. В данном режиме используется быстрое охлаждение ели вок, обработка в сливкоподготовителе, созревание в течение 1,5-2 ч при 8-12°С. Используя такой режим физического созревания, получали нежелательное увеличение твердости масла (в среднем на 30% выше значения показателей сопротивления разрезанию и предельного напряжения сдвига). Кроме того, ощутимо - до 0,2 ёдиницы - снижается показате^ термоустойчивости /I/.

При этом оставался открытым вопрос об определении иыгенсивност1< механической обработки сливок, так как показатель линейной скорости края мешалки не является инвариантным.

Кроме того, не были известны технологические приемы, позволяющие компенсировать нежелательный прирост твердости масла, получаемого при использовании низкотемпературного сокращенного режима созревания сливок.

Представления о сложных процессах формирования структуры ,сливо1 ного масла разнообразны и нередко противоречивы (Белоусов,1984).Разт яснения особенностей формирования структуры и консистенции сливочного масла, основанные на полиморфных превращениях триглицеридов мало* ного жира, оказались недостаточными, так как кристаллическая сгруктз ра молочного жира масла имеет одинаковую полиморфную характеристику (А илиформа) независимо от способа производства или режимов термомеханической обработки (Вышемирский, Терешин, Фальк, Твердохлеб, Вергелесов, Куркова,1973).

.. Формирование структуры сливочного масла и характеристика ее свойств часто базируется на выдвинутых академиком П.А.Ребиндероы положениях о коагуляционной и кристаллизационной (конденсационной) типах структуры олеофильных систем. При более произвольных интерпрв' тациях этих положений появились утверждения, что твердая фаза моло1 ного ж>.ра может образовать в масле (особенно при поточном способе производства) пространственные кристаллические структуры, которые при механической обработке неооратимо разрушаются и которые определяют структурно-механические показатели масла, следовательно и консистенцию. -. ...

Однако кристаллические пространственные структуры могут обра-

зоваться (Хайгон,1953) лишь тогда, когда кристаллизация молочного жира проходит из переохлажденного состояния при отсутствии механических воздействий.

Если кристаллизационные пространственные структуры и могут возникнуть путем сращивания мелких частиц дисперсной фазы "благодаря фазовым контактам" в некотором микрообъеме, то вероятность образования кристаллического* каркаса, как обладающего жесткостью образования, в макрообъеме гетерогенной системы масла весьма мала и трудно вообразима'.

Исследуя поляризационным микроскопом медленно (скорость менее 1°С/мин) охлажденный до 15-18°С расплав молочного жира /17/, определили, что в расплаве образуются кристаллические агрегаты-сфероли-.-ты, диаметр которых 20-80 мкм и более.

Сферолиты состоят из множества мелких иглообразных кристаллов, расположенных радиально по отношению к центр}. Сферолит не' является жестким образованием, деформируется и распадается при малейшем механическом воздействии. Но иглообразные кристаллы в течение времени вновь спонтанно флокулируют в сферолиты. Нет оснований полагать,что сферолиты ср&стаются и образуют пространственный каркас. Сферолиты являются вторичным образованием дисперсной структуры.

Кроме иглообразных кристаллов, обнаружены и пластичные кристаллы (Прехт, Бугхаим,1979), которые также образуют пучки.

Размеры основной массы'кристаллов' молочного жира менее I мкм,а размеры множества из них менее 0,1 мкм. .Встречаются кристаллические частицы размером до 5 мкм. Та основная часть кристаллов, линейные размеры которой менее I мкм, характеризуется высокой степенью асси-метрии и благодаря ориентационному взаимодействию формирует структуру, отличающиеся тиксотропными свойствами. При благоприятных условиях эти мелкие кристаллы могут флокулировать в сферолиты. Флокуля-,ция тем интенсивнее, чем меньше вязкость непрерывной фазы жидкого жира, в которой мелкие кристаллы распределены.

Отмечены также (Соне, Окада,'Зукушима, 1966) явления линейного роста кристаллов молочного жира, значэнием которого не следует пренебрегать. . •

На основании изложенного нами было сформулировано следующее положение: изменения структурно-механических показателей сливочного масла во время технологического процесса и после него в значительной мере определяются изменениями степени дисперсности кристаллической фазы. Эти изменения происходят в результате линейного роста

кристаллов и/или образова?-тя ими вторичных частиц - сфералитое.

Естественно, что решающее влияние нь структурно-механические показатели оказывает количество затвердевшего (закристаллизованного) жира. Оно зависит от химического состава молочного жира, скорости охлаждения и, очевидно, от температуры оценки. Но величина кристаллов и их образований являются инструментом управления консистенцией сливочного масла технологическими приемами.

Исходя из изложенных предпосылок, полно предусмотреть, что при изготовлении масла непрерывным сбиванием, на структуру и копистен-цию будут влиять кроме химического состава молочного жира такие технологические факторы, как скорость охлаждения сливок, ступенчатость режимов их физического, созревания, температура сбивания, интенсивность механической обработки, скорость охлаждения готозого продукта,

С целью определения влияния скорости'« охлаждения.на структурно-механические показатели масла, было испытано (моделировано) несколько режимов /I ,13/ охлаждения расплава молочного жира. Было определено, что при различных скоростях охлаждения предельное напряжение сдвига получаемых структур различается до 2 и даже более раз.

Однако, при использовании схожих скоростей для охлаждения сливок /I /, эффект оказался незначительным и изменения структурно-механических' показателей не превысили 20

Впоследствии тщательным исследованием множества технологически: режимов длительного физического созревания сливок (Кестнер,1990) бы ло подтверждено, что изменения структурно-механических показателей масла не выходят за пределы 13-16%. Такой слабый эффект варьиргвани режимов созревания объясним тем, что в сливках молочный жир находит ся в мелкодисперсном состояния, линейный рост частиц твердой фаза сильно ограничивается и.влияние термодинамического фактора малозаметно.

Современнее представления о структуре масла включают такие эле менты, как неразрушенные,частично закристаллизованные жировые шарики, скопления из кристаллов молочного жира овальной формы, непрерыв ную жировую среду из жидкой фракции молочного жира, в которой распределены капли влаги и мелкие кристаллы молочного жира. Это статическая картина, динамическое изменение которой связано с изменениями степени дисперсности в зависимости от механического воздействия, особенно его интенсивности. Определению интенсивности механическогс воздействия пссвещена значительная часть данной работы.

В заключении настоящего раздела представляется прг !ер исполь-званпя разработанных положений о динамике изменения структурно-механических свойств сливочного масла.

По вопросу за! гоимости структурно-механических поназателей масла от удельных затрат энерг .и на механическую обработку в 'журнале "Молочная промышленность" была опубликована статья (Грищенко, ГуляеЕ , 1981). На рис.2.2 представлены важнейшие результаты этого эксперимента, и котором предельное напряжение сдвига определялось при 20°С, а исследовалось мае™, полученное непрерывным сбиванием.

6 Г-

I/

/ IV

/ У

V

/

1оеа гою ¡ом ьсоо / Удёльные. уатрлты энергия, АжМг

Рис.2.2.Зависимость предельного напряжения сдвига удельных затрат энергии на механическую обработку: I - летнее масло, 2 - зимнее масло

При увеличении удельных затрат энергии на механическую обработку предельно. напряжение сдвига претерпевает значительные изменения. В начал оно увеличивается, затем снижается до постоянной величины.

".вторы работы Изменения предельного напряжения сдйига объясняют изменением соотношения коагуляционных и кристаллизационных, типов структур в сливочном масле. Повышение предельного напряжения сдвига объясняется возросшей долей кристаллизационных элементов, а последующее понижение предельного напряжения сдвига - смещением соотношения элементов структуры в пользу коагуляционных. Такое разъяснение интересных и ценных результатов' работы является несколько формальным, не раскрывает механизм физико-химических превращений в структуре масла и поэтому не-всегда может удовлмворить.

Основываясь на представленных в этой части нашей работы положениях, можно полученные результаты интерпретировать и иначе.

Известно, что в структуре сливочного масла, полученного способами сбивания, присутствует множество неразрушенных жировых шариков, включающих мелкие упорядочений расположенные кристаллики твердого

жира. Во время механической обработки эти жировые шарики разрушаются и множество мелких кристаллов распределяется по структурному объему масла. В результате этого повышается степень дисперсности твердой фазы и силы ориектационного взаймодейстрия. Это выражается, в повышении значений предельного напряжения сдвига,-коэффициента тиксотроп-ности, эластичности. В обсуждаемой работе предельное напряжение сдвига определялось при 20°С,' поэтому его увеличение не является внушительным - от Ь^КгПа до почти 6.10^ для зимнего масла. Описаны случаи (Белоусов,1984), когда твердость механически обрабатываемого сливочного масла вместо ожидаемого снижения увеличилась в 20 раз.

При дальнейшем увеличении удельных' затрат энергии на механическую (рис.2.2) обработку, часть твердой фазы расплавляется, образуется больше непрерывной жидкой фазы пониженной вязкости и в этих условиях возможен рост кристаллов и их флокуляция во вторичные образования - сферолиты. Ввиду этого степень дисперсности твердой фазы понижается, что выражается убыванием предельного напряжения сдвига, коэффициента тиксотропности, эластичности.

Естественно, что эти процессы ярче выражены в зимнем масле,где содержание тугоплавких григлицеридов больше, чем в летнем.

3. Параметрический анализ сбивальных цилиндров маслоизготовителей непрерывного действия

При исследовании процесса сбивания в цилиндрах маслоизготовите-лей непрерывного действия (МВД) приходится констатировать,что такие параметры, как линейная скорость края лопасти мешалки, частота вращения ее, соотношения геометрических размеров системы цилиндр-мешалка не могут служить мерой интенсивности механического воздействия и при оперировании такими параметрами закономерности и взаимосвязи процесса не раскрываются. ; .

Во время сбивания сливок механическая энергия расходуется на преодоление силы внутреннего трения жидкости. Эта сила, согласно первому постулату закона внутреннего.трения Ньютона, прямо пропорциональна градиенту скорости, который означает .прирост скорости на единицу длины нормали.

Градиет скорости - векгорпя величина, модуль которой равен

А+

оСГ

Сбивальный цилинд ЫВД с вращающейся внутри лопастной мешалкой з некоторой приближении кокно рассматривать как систеглу двух коаксиальных цилиндров, внутренний из которых вращается и между цилиндрами образуется коаксиальный зазор.

Если обозначить внутренний радиус цилиндра г?с » внешний радиус мешалки то коаксиальный г зор можно выразить через разницу радиусов: . ,

При угловой скорости вращения мешалки V/ истинный градиент скорости ^/(¿г » обозначаемый нами , для некоторого слоя жидкости расстоянием от оси вращения г находят так:

Констагна С характеризует вращение сливок как целого и в возникновении касательных напряжений на участвует, поэтому на процесс сбивания влияния не оказывает и может быть опущена.

Угловая скорость меняется в пределах от 2<л-п до О, а радиус от Р*тД0Кс • Поэтому необходимо разд-ление переменных и интегрирование в указанных пределах: /?с о

Далее

АРп.- <3.1)

'По формуле 13.1) вычисляется логарифмический градиент скорости, создаваемый рабочими органами. Эта формула используется в теории ро?» тационных вискозиютров.

В исследованиях действия сбивальных цилиндров, МЦЦ часто оперируется линейной скоростью края лопасти мешалки. Этот показатель полезен, кроме прочего, тем, что пользуясь им можно рассчитать средний градиент скорости (Кук, 1973):

■ (3.2)

Градиент скорости, который»создается рабочими органами аппаратов и является движущей силой процесса сбивания /9, II/.

Другим важным показателем процесса сбивания является продолжи-

тельносгь сбивания.

Полагается, что в МВД процесс сбивания осуществляется 1000 раз быстрее, чем в маслоизготовителях периодического действия (Гршцен-ко,1983); масляные зерна образуются за 5-7 с (Сурков,Липртов,1983) и даже за 3-5 с (Твердохлеб,Диланян,1991). Уточнение продолжительное ти сбивания сливок- в МВД имеет теоретический и практический смысл.

В цилиндре сбивания МВД выделим площадь сечения потока,которую при стационарном или медленно меняющемся течении можно принять за плоскость. При рабочих частотах вращения мешалки сбивания площадь" сечения сливок целесообразно приравнить разнице между площадью сечения сбивательного.цилиндра и площадью окружности, описываемой мешалкой сбивателя. Линия потока в цилиндре не является известной,но расход жидкости при установившемся процессе постоянен. Расход можно рассчитать по фактической производительности маслоизгоговнтеля:

(3.3)

** ¿too 9

где Q. - расход, м*/с ;

В - производительность маслоизготовителя, кг/ч ; Н - норма расхода сливок на единицу продукта, кг/кг/ д - плотность сливок, кг/|£

Затем средняя скорость сечения иосока может' быть рассчитана по зависимости

„ а

■ ' (3.4)

где У- - средняя скорость сечения потока, м/с; 5 - площадь сечения потока, '

Формально рлощадь лечения потока необходимо рас-ичитнвать по формуле

= ' (3 5)

Теперь время сбивания может быть найдено просто: <г _ ^

, ¿V*-— > ; . , (3.6)

где % - время сбивания, с;

- длина'цилиндра сбивания» к. Слабой стороной изложенного метода.рас^чега времени сбивания

является условность формулы С.5), но ориентировочные значения продолжительности сбивания тем не менее могут быть получены.

В табл.3.1 представлены геометрические параметры и некоторые производные от них величины характерных моделей ИЦД. Первые две модели - это серийные промышленные маслоизгоговители непрерывного действия. Первач модель имеет разделительный цилиндр, а вторая модель А1-ОЛО по конструкции, производительности иденгичнр маслоиаго-товителю марки Контима МВ-5 французской фирмы Симон Зрер и разделительного цилиндра не имеет. Модель "ПЕГИ" имеет вертикальный цилиндр, текстуратор оригинальной конструкции и создана в Санкт-Петербургском технологическом институте холодильной промышленности под руководством Ь.А.Бврезко. Последние две°модели МВД являются лабораторными и 'установлены в Литовском пищевом институте в г.Каунас.

В табл. 3.2 приведены параметры процесса сбивания сл" вок идентичной жирности и температуры в цилиндрах сбивания перечисленных" выше маслоизготовителей. Грядиент скорости', время сбивания и производительность сбивания подсчитаны соответственно по формулам (3.11, (3.3), (3.6),

Необходимо.отметить, что процесс сбивания протекал чри окружной скорости края лопасти от 8,6 м/с до 30,4 и/с. Коореляционнвя связь мевду этим покьзателем и другими параметрами процесса сбивания отсутствует. Но градиент скоррсти и время сбивания связаны явной функциональной зависимостью. По полученным результатам нами был сделан чрезвычайно важный вывод;

' * (з_7)

Этот вывод может быть интерпретирован так: произведение градиента скорости и времени сбивания для сливок определенных технологических параметров является постоянной характерной величиной, описывающей стабильность данной дисперсной системы по отношению к механическому воздействию.

В табл. 3.2 произведение градиента скорости и зрамени сбивания' обозначено М и 'названо мерой сбивания. Очевидно, что мера сбивания является"функцией многих технологических параметров сливок: температуры, жирности, дисперсности жировой фазы, хгшлческого состава жира, степени отвердевания и т.д.

Таким образом, было обозначено:

М- (Р-Г*

(3.8)

Таблица 3.1. Геометрические параметры сбивальных цилиндров масло-изготовителей непрерывного действия различных моделей

Мерка Средняя Размеры пилингра и мешалки сбивателя, мм -. Объем Соотно- Соотноше- Площадь

пп масло-изготовителя паспортная про--изводи-тельность, В,кг/ч -внутренний диаметр цилиндра Лс диаметр мешалки Длина цилиндра ¿заэор цилиндра у/У* шение • ние Ун сечения потока,

I. ФБФЦ-1 2250 337,6^0,2 334,От0,2 814+1 1,8+0,1 72,8 2,4 30,9 .19,0

2.. А1-ОЛО .1000 246,0+0,5 242,0+_0,5 740+1 2,0+0,«. 35,1 3,0 28,5 15,4

3. .ПЕГИ 500 196,0+0,5 190,0+°,5 630+1 3,0+0,5 19,0 3,3 31,6 16,0

4.' СЛАБ ■ 30 81,4+0,2 79,4+0,2 186+0,5 1,0+0,1 1,0 2,3 31,0 2,5

5. Микролаб 4 40,0+0,1 38,0+0,1 10Сч_0,3 1,0+0,1 0,13 •2,5 30,7 1,22

оэ

Таблица 3.2. Сравнительные параметры сбивания'сливок в сбиаальннх цилиндрах маслоизготовителей непрерывного действия

Марка . пп масло-изготовителя

Параметры исходных сливок

Фактичес- Частота Окружная Расчет-

_кая про- вращения скорость нов вре-

жирность, температу- изводи- мешалки,- края ме- ыя сби-

ра,

тельность „„„-I

^ Ьшп

кг/ч

шалки, м/е

вания, с

Градиент Мера сби- Осевая ско-скорости вания росгь ели-у вок в цилин-

(5, с' М дра, V,

м/с

1. йШЦ-1

2. А1-0Л0

3. ПЕГИ

4. СЛАВ

5. Микролаб

36+0,5' 14,0+0,5

1900+5 950+2

376+2 39+0,5 7,6+0,2

1740+20 1660+20

1320+20 2710+20 4340+40

30,4 21,3

13,1 11,3

■ 8,6

1,26 1,90

4,71 1,85 2,46

17004 10743

21425 20501

4449 . 20955 •11375' 21054 8872 • 21648

0,65 0,39

0,13 0,10 0,04

х± ег

2115^+508

С

Основываясь на формулах (3.6) и (3.8) для различных цилиндров сбивания можно определить критерий динамического подобия:

' % ~ V* ~ • ■ • ~ & - ..

В табл. 3.2. время сбивания является расчетным ж если толщина слоя сливок в цилшщре'сбивания; будет превышать толщину зазора, то время сбивания будет насколько больше. Тем не менее, можно полагать, что время сбивания в крупных промышленных ЩЦ находится б пределах 1-2 с. Впоследствии производительность маслоизготовите-ля А1-0Л0 нами была.повышена до 2000'и более кг в час (см. раздел 8) и в таких случаях время сбивания было даже менее I с. Таким образом, определение щ>емени сбивания в крупных МВД в пределах 1-2 с является весила близким к действительности.

При сбивании сливок идентичных технологических параметров в маслоизготовителях периодического действия время сбивания составит 30-50 мин, т.е. в срсднем 2400 с. Сопоставляя эту цифру со временем сбивания сливок на маслоизготовителе ФБ$Ц (табл. 3.2),получим, что сбивание в МВД проходит до 2000 рас быстрее, чем в маслоизгот овит елях периодического действия.

Показатель интенсивности механического воздействк : - градиент скорости мокет быть расчитан и для маслоизготовителей периодического действия. Допустил, что сливки 13 % жирности при температуре 14 °С сбивались в течении 40 мин. Поскольку мера сбивания М известна для таких сливок (см. табл. 3.2), то градиент скорости находим так: „

Г--М -М*о - ¿0-1 ^ ~г„ ~гкоо ~ •

Полученное' значение градиента скорости является осредненным для длительного периода сбивания и для всей массы сливок, поэтсацу носит иллюстрационный-характер. . '

На основании представленных формул даннЬго раздела ыоано получить формулу производительности сбивателя ИХ Секундную производительность сбивания находим по формуле (3.3):

Далее расход Q выражаем через геометрические параметры обывателя, меру сбвдания и граг,иенг скорости, используя формулы (3,4), (3.8):'

А/-/У (3'9)

Данная фор^лула позволяет определить производительность сби-вателей ЩД при градиенте скорости^ в пределах (8-17) .10- с""1.

При расчете мощности, потребляемой мешалкой сбиватедя, «ож~ но исходить из аналитического выражения закона вязкого трения Ньютона:

т^Ч&Ь (здо)

«-I,

Еде Г - сшга'трейет, ,Н\

F- поверхность соприкосновения слоев,

l^tj — абсолютное значение градиента скорости, с" ус- динамическая вязкость сливок, Па.с.

Исходя из сопоставимости осредаенных показателей турбулентного течения и показателей ламинарного течения вязкой жидкости, была предложена (Бусинеск, 1877) формула для турбулентного потока, аналогическая формуле (3.10), где 'вместо динамической (молекулярной) ламинарной вязкости фигурирует турбулентная (дольная) динамическая вязкость j^t.

Согласно полуэмпирической теории Правдтля Турбулентная динамическая вязкость может быть выражена уравнением

(3.II)

где £ ~ длина пути смешения, м.

Суммарный динамический коэффициент вязкости можно выразить

так:

^с+S'*

л

et/- .

При ламинарном режиме течения,^ = 0, а при турбулентном режиме, если число Рейнольдса достаточно большое, величиной ^/с можно пренебречь.

В формуле (ЗЛО) при необходимости определения потребляемой мощности подставим суммарный динамический коэффициент вязкости,который при экспериментальном определении называется коэффициентом эффективной вязкости и обозначается

Кроме того, поверхность соприкосновения слоев приравним внутренней поверхности сбивательного цилиндра:

р^гг-Яо-и.

При расчете расходуемой мешалкой сбивателя мощности нужно силу трения умножить на окружную скорость края мешалки:

- <3.12)

Данная формула более приемлема по сравнению с эмпирическими, приводимыми в учебниках и справочниках. Но для ее'применения необходимо иметь суммарную или эффективную вязкость созревших сливок пр1 градиенте скорости (8*20)>10 с"^ и в зависимости от жирности, вязкости и других технологических параметров. До сих пор эффективная вязкость сливок исследовалась (Ересько и др.,1976) при градиенте ск( рости до 1300 с-1. Кроме того, необходимо учитывать, что в процессе сбивания вязкость сливок не остается постоянной и в конце операции повышается до 2 раз (Гуляев-Зайцев и др.,1983).

4. Визуальное исследование процесса сбивания

Для визуального исследования процесса сбивания использовался лабораторный МВД со стеклянным сбивальным цилиндром. Эти исс..вдевания позволили установить,■что в процессе сбивания можно выделить три зоны.

В пирьой зона - начальной - изменения жировой суспензо-эмульси] не-'звме'лй: '.смс.4.1). Здесь при вращении мешалки слой сливок целико! покрывает поверхность цилиндра. В этой зоне протекает процесс (Ка-чераускис,19££) дестабилизации сливок, .поэтому и зону эту можно на' звать зоной дестабилизации...'При вйзуальном исследовании, не удалось определить разрывы., 'сплошности.потока' оянвр.?. Г

Во второй зоне сплошность потока разрушается и отчетливо различимы крупинки масла, движущиеся по поверхности цилиндра в направлении вращения мешалки. За крупинками образуются воздушные хвостики. Формируется мозаика из белого цвета пахты, яелтого'цвета крупинок масла и темно-серого цвета воздушных следов. Эта вторая зона может быть названа зоной образования и существования масляных зерен. Эта зона сравнительно узка^, занимает 10-16% длины цилиндра и вскоре исчезает, переходя в третью зону. 4

Третья зона характеризуется тем, что крупинки масла и пахта вновь смешиваются в гомогенную массу, сплошным слоем покрывающую внутреннюю поверхность цилиндра. Зту зону следовало бы назвать зоной эмульгирования.

При использовании сливок идентичных технологических параметров, тремя факторами - изменением частоты вращения мешалки,величины зазора и подачи сливок - зону масляных зерен можно передвигать от середины цилиндра в конец и наоборот. Если зона масляных зерен перемещается ближе' к началу цилиндра, то из него выбрасывается гомогенная подвижная масса сливочного масла, пагга от которой не отделяется. Если зона масляного зерна перемещается в конец цилиндра, из него выбрасывается смесь масляных крупинок, и пахты, из которой отделяется максимальное количество пахты, а после механической обработки получается масло с минимальным содержанием влаги. Это содержание влаги называется основным (Бухвальд,1981). Самое незначительное передвижение зоны масляных зерен чувствительно отражается на влажности готового масла и оперирование этим фактором позволяет вырабатывать масло с содержанием влаги от 13 до 40% и более. В крайнем .случае химический состав получаемого масла может быть идентичным химическому составу исходных сливок. Это создает предпосылки- практически осуществить процесс выработки сливочного масла без отделения пахты.

Важно, отметить, что процесс, происходящий в зоне эмульгирования, определяется тем же фактором градиента скорости, что и в зоне дестабилизации. Под действием градиента скорости происходит* диспергирование плазмы (пахты) в структуре масла. Этот факт является прямым доказательством состоятельности теоретического положения Мульдера и ден Бравера о зависимости процесса диспергирования плазмы от градиента скорости.

При производстве сливочного масла непрерывным сбиванием в его • структуру инкорпорируется значительное количество воздуха-до При выработке масла способом преобразования высокожировых сливок масло содержит значительно меньше воздуха -(0,3+0,8)Л0"5м^/кг. Воздуш-

ЗОНА 21РНА МАСЛА

ШН£НШШ£ ПОДАЧИ ¿.тиШЕНИЕ ШОРА З.У^£/1ИЧ£т£ <<АС7С>7Ы ВРАЩЕНИЯ ПШ/МИИ

Рис. 4.1. Зоны процесса сбивания в цилиндре масло-изготовителей непрерывного действия

нал фаза в структуре масла является нежелательной и формулируется требование, чтобы содержание воздуха в масле не превышало 10"® м^/кг

Используя флквдизацианный материал, мы установили, что через одну половину насадки цилиндра сбивания воздух засасывается,' а через другую половину выбрасывается. Во время опытов было установлено, что флщцизациошшй материал засасывается в полость цилиндра сбивав до его конца, где обнаружены осевшие на внутренней поверхности частицы.

Воздушная фазф участвует в процессе сбивания, часть его остается в структуре масла, поэтому должны быть разработаны строгие санитарные требования в отношении чистоты воздуха производственного помещения. -Кроле того, желательным является осуществление процесса сбивания без участия воздушной фазы.

5. Изучение процесса механической обработки сливочного масла_

Если сбпвачышй цилиндр ЩЦ является компактным, производительны:.!, конструктивно неслояним л поэтому близким к совершенству у&тш.то винтовой (шнекозый) маслообработник имеет серьезные недостатки. На нзготоатэнпе этого'узла расхочется свьше 701 всей необ-хса;г.о:Ч па мсслопзготовитель нержавзщей стаял, технологи его пзго-тогсенга трт^.оа.-.аса. В конце рабочего цикла г.иаш в текстораторе ос-

тается до 30 кг масла, которое приходится растапливать. Во время обработки масла оно не может быть эффективно охлаждено, процесс мойки обработчика длителен, но не^гарангировак. Маслообработники применяемых конструкций усложняют контроль эффективности регулировки содержания влаги ввиду того, что эффект' регулировки становится явным лишь через 1,5-2,5 минуты.

Назначение шслообработников МВД - формирование монолита масла из массы масляных зерен, тонкое дисперсирование капелек плазмы (пахты). В готовом продукте желательно, чтобы более 80& капель плазмы имели диаметр менее 3 мкм. Маслообработник (текстуратор) с данной задачей вполне направляется, поэтому ыаслоизготовители комплектуются специальными гомогенизаторами, диспергаторами и т.п.

Механические процессы, происходящие в маслообработнико, можно характеризовать как перемешивание лопастными мешалками, экструзию, сдавливание винтами, сдвиг.

Основным диспертирующш фактором принято считать экструзию Хпро-.давливание через'отверстия малого диаметра). Экструзионная обработка масла тщательно исследовалась (Климов,1974) в отношении определения взаимосвязи между скоростью экструзии, диаметром отверстий и 'степенью дисперсии плазмы. Были установлены эмпирические взаимозависимости.

Теоретические основы диспергирования плазмы в масле были разработаны Мульдером и ден Брав^ром в 1956 г. Эта теория основана на основном положении, утверждающем, что диспергирование проходит лишь тогда, когда градиент скорости достаточно большой - выше некоторого критического значения. Если градиент скорости ниже критического значения, то происходит нежелательный процесс - слияние капелек плазмы.

Состоятельностью этой теории можно убедиться,наблюдая процесс эмульгирования пахты в масляную массу в третьей зоне цилиндра сбивания МВД (см.4 раздел).

На этом основании и те механические процессы, которые протекают в маслообработнике МВД, особенно экструзию, целесообразно описывать через расчет фактора градиента скорости.

Для расчета градиента скорости в процессе экструзии воспользуемся уравнением Хагена-Пувзейля:

а ,

где 6>- расход субстанции в канале, р - перепад давлений, Па; г - радиус канала, м; I - длина канала, м; уь ~ вязкость субстанции, Па>с.

Введя понятие касательного напряжения на боковой поверхности канала , уравнение 15.1) перепишем так:

Тогда квсательное напряжение можно выразить в такой форме: 4-Я

Далее силу трения можно выразить так: 4

Полученное выражение силы трения сравнивая с аналитическим выражением "(3.10) закона внутреннего трения жидкости'и принимая во вни мание, что средняя скорость потока у „ получим:

„ ¿¿г еус'

<//• ■ ( 5.3)

' л

Это уравнение, используемое в капилярной вискозиметрии, позволяет рас читать создаваемый в рабочих органах маслообработника - экс рузионных каналах - величину градиента скорости, если известны диаме канала и расход или средняя скорость течения масла.

' В упомянутой работе (Климов,1974) определено, что дисперсность плазмы повышается при уменьшении диаметра канала и при увеличении ск росгл экструзии. Как видно по формуле (5.3), такая же закономерность связывает градиент скорости, диаметр канала и скорость экструзии.Сле довательно, дисперсность плазмы является функцией градиента скорости Для процесса экструзионной обработки масла, как оптимальные бь ли оправлены диаметр канала а!. =(2,5-5,0)'10~^м и скорость экструзч И; =(6-10)*Ю"^м/с. В данном случае диапазон, значений градиента скорости будет:

'Г + Г , В -6 -Ю-2. л 8-10-10-2 р6 ^20 а-1 Ь мин * С?мах Ь ,10-3- * 2.1)" 10

В эксплуатируемых моделях МИД определить градиент скорости в обрабстнике крайне сложно, однако по некоторым сведениям (Климов, ]974) значения градиента скорости находятся в пределах от 10 до 83 <

Представляет интерес подсчет критического значения градиента скорости по формуле Мульдера й ден Бравера:

¿> ч 2 Г аг ' г

где Б*- поверхностное натяжение на границе жир-плазма, Н^м; /• - радиус капли плазмы, м; ^ - вязкость среды, Па*с.

Пользуясь данными справочников и монографий, определили, что «Г« 13,9-КГ3 Н/м (Белоусов, 1984),/«= О.бЛО^а.с. (Вышемирский и др., 1984)'.

Допустим, что требуется во время механической обработки разделить капли плазмы , диаметр которых.равен 3,0 мкм. Тогда градиент скорости

— > 2-13,9-Ю-3__ ,3,71с-1.

З.О.Ю^.О.БЛО4

Полученное значение градиента скорости носит иллюстративный характер, так как вязкость масла является функцией скорости сдвига, а в справочниках пластическая вязкость масла приведена не указывая скорость сдвига (см.Производство сливочного масла: Справочник.-М., Агропромиздаг,1968).

Градиент скорости описывает лишь интенсивность механической обработки масла в маслообработнике. Более полно процесс может быть описан мерой механической обработки, которая аналогично формуле (3.8) может быть выражена как произведение градиента скорости и времени экструзии:

Учитывая, что время экструзии ^/ус. , мера механической обработки экструзией может быть выражена так:

м. <Р-14. 6 »6

Ъ'—ЗГ-К^-сГ' . <5-4)

где 6 - длина канала, м.

Исследуя процесс.экструзии,Климов (1974) установил, что дисперсность плазмы зависит от длины канала и эта зависимость может быть выражена так:

Д- 3-е

где Л - степень дисперсности плазмы, выражаемая удельной говерхностыо капелек, м^

ВлА - эмпирические коэффициенты, увеличиваюши~ся при уменьшении диаметра канала. Но ту же закономерность выражает и уравнение (5.4), в котором эмпирических коэффициентов нет.^

В конечном итоге можно заключить, что дисперсность плазмы является функцией меры экструзии:

Было обнаружено, что обработка масла экструзией существенно влияет на структурно-механические показатели, т.е. консистенцию сливочного масла (Климов,1974). По условиям опытов, твердость и предельное напряжение сдвига снизились соответственно на 12% и ЗС,о. Это снижение было в прямой зависимости от длины канала экструзии. Объяснение механизма явления в цитируемой работе отсутствует.,

Это изменение структурно-механических показателей можно объяснить, исходя из положений формирования структуры и консистенции сливочного масла, которые изложены во втором раздел?. При экструзии < часть твердой фазы расплавляется, а отвердевает вновь уже при весьма малых скоростях охлаждения в камерах хранения. Расплавление отвердевших триглицеридов - процесс эндотермический, но при интенсивной механической йбрабог"е (например, при гомогенизации масла) отмечается даже повышение температуры на 0,5*1,5°С. Это снижает вязкость жидкой жировой фазы. Тем самым создаются условия для роста кристаллов, флокуляции мелких кристаллов во вторичные образования - сфероллты, чем степень дисперсности твердой фазы снижается. Ввиду этого наблюдается снижение абсолютных значений структурно-механических показателей. Выделение теплоты в потоке масла происходит из-за силы трения между движущимися слоями. Величина силы трения, согласно уравнению (ЗЛО), является функцией градиента скорости.

Различают два типа структур масла: гомогеннуй и зернистую (Кноп, 1962). Цервый тип структуры характерен для масла поточного способа производства, а второй - для масла, изготовленного способами сбивания. Механизм образования этих двух типов структур можно пытаться объяснить, опираясь на категории градиента скорости и церы механической обработки.

Характерные динамические показатели упомянутых двух способов производства масла приведены в табл.5.1. Дополнительно отметим,что высокая концентрация жира в высокожирных сливках снижает устойчивость

Таблица 5.1. Динамические показатели механической обработки масла при использовании маслообразователей и маетоизготовителей непрерывного действия .

Наименование и марка аппарата Скорость охлажде--ния, ос/с Зазор ММ Частота вращения рабочих органов, с"1 Градиент скорости, с"1 Продолжительность процесса, с Мера механической обработки, М

Маслообразователь Т1-0М-2 0,17 30 2,5 133 300 40000

Модернизированный мас'ло- . образователь Я7-0М-ЗТ 0,66 5-7 2,5 796 72 57460

,сбиватгль 1,8 27 17000 1,26 21400

ЗД 2БЗЦ-1 обработник итоги • 1.2 50 100. 5000 26400

МВД AI-0J10 сбиватель обработник итого 2,0 25 0,8 10700 45 1.9 120 20500 5400 25900

м «о

дисперсии по отношению к механическому воздействию, особенно когда их температура снижается (Гуляев-Зайцев, 1986).

По данным таблицы 5.1 ввдим, что 'в маслообразователях мера механической обработки высокожирных сливок около 2-х раз больше, чём мера механической обработки сливок средней жирности в маслоизго-товителях. Поэтому в первом случае в структура масла остается мало неразрушенных жировых шариков с периферийным кристаллическим слоем, а превалирует непрерывная фаза жидкого жира, с распределенными в ней мелкими кристаллами. Такая структура и называется гомогенной, предельное напряжение сдвига ее в 1,5-3 раза больше, чем у масла, изготовленного из тех же сливок непрерывным сбиванием.

Высокая скорость охлаждения концентрированной жировой эмульсии в маслообразователях при образовании непрерывной фазы жидкого жира в начале процесса интенсифицирует образование смешанных кристалов триглицервдов и поэтому подученное поточным способом ^асло менее термостабидыю.

В некоторых частях маслообработника МВД, где градиент скорости может быть ниже 1фитичвского, может происходить не дробление, !а нежелательный _процесс слияния, (коалесценсии), капелек плазмы. Поэтому необходима такая конструкция маслообработника, где градиент скорости достоверно известен,- его можно подсчитать и эффективно ме-, нять, поддерживая на оптимальном уровне. Такой удобной и цростой была бы конструкция "цилиндр в цилиндре", внутренний из которых должен вращаться через вариатор скоростей.

Сравнивая формулы (3.8) и £5.4) мсшю" сделать вывод, что в дисперсных структурах сливок и масла процессы изменения протекают под действием той же двшущей силы - градиента скорости.

Когда осуществляется механическая обработка - гомогенизация -еще сдной дисперсной структуры - молока, можно предпологать.что движущая сила процесса будет та же - градиент скрости. В принципе, гомогенизация молока - это экструзия жидкости через щель, находящуюся дод клапаном гомогенизатора. Поэтому, используя формулу расчета градиента скорости (5.3), можно попытаться рассмотреть процесс происходящий в плунжерном гшогенизатох з серийного производства производительностью 10 т/ч. Для удобства анализа -схему гсловки гомогенизатора (рис.5.1,а) заменим на эквивалентную схему с круглыми сечениями (рис.5.I,в).

Расчеты градиента скорости в отдельных элементах головки гомо-тадизатора предета/леш в табл.5.2. При этом било известно,что рас-

Рис.5.1. Схема расчета гомогенизатора а - схема и параметры клапана в - эквивалентная схема замещения

ход в гомогенизаторе производительностью 10 т/ч составляет & =2,78. ДО-3 мЗ/о.

Как водно по данным таблицы 5.2, гомогенизация проходит при градиенте скррости более 44Р000 с-1 моментально, т.е. в режиме "удара". Большой градиент скорости означает, что деформации в массе жидкости резкие, а это создает внешний 'фактор большой мощности. В плунжерных молочных гомогенизаторах таким внешни,? фактором является давление, которое и создает большой градиент скорости.

Б ранее широко использованных безвальцевых'маслоизготовителях мощным фактором, образующим большой градиент скорости кратковременного действия было падение глыбы масла. Ударный способ гомогениза-'ции масла в безвалъцевых маслоизготовителях периодического действия был заменен на механическую о0рабогку - экструзию I, обработни-ках ШД.

Оболочка жировых шариков молока, толщина которой около 4 нм,' стойка по отношению к механическому воздействию, обладает'упругостью и релаксационными свойствами. Поэтому молочная жировая дисперсия стойка и стабильна. Стабильность оболочки жирового шарика снижается, когда происходит кристаллизация триглицервдов и шарик лишается деформационных свойств.Тогда в результате механического воздействия оболочка легче разрушается, как это происходит во время сбивания.

Таблица 5.2. Расчеты градиента скорости в молочном плунжерном гомогенизаторе

Элементы головки гомогенизатора . Геометрические параметры Средняя Градиент Время скорость скорости, течение Мера механического Критерий Рейнольдса

диаметр м-10"® площадь сечениЯе длина е, м .ю-3 потока . ¿103 с^О-4 воздействия Йе.

Канал до дели 8 5,02 10 55,: 55,4 1,80 9,97 633143

■ ! Щель | начало " 4 ' 1,26 " 7 220,6 441,2 0,44 10,65 1260571

г ! конец ' 6 2,83 98,2 . 4о,б 841714

Канал за щелью II 5,50 16 29,3 г\\ъ 5,46 11,6 ' 460429

Примечание: кинематическая вязкость молока при 60°С- у ■= 7'10~'//2/с. и плотность у = 1011,4 кг/м3

Но термический условия гомогенизации молока такови, при которых следует ощцать-наибольшей стойкости оболочки, поэтсцу приведен™ над в таблице 5.2 мера механического воздействия по является адекватно.. ожидаемой. Поэтому и формула (5.4) при использовании для описания гомогенизации молока требует, видимо, коррекции.

Течение в рабочих элемег^ах гомогенизатора турбулентное, поэтому касательные напряжения, благодаря которым происходит дробите- -ние жировых шариков, необходимо расчитывать, принимая ь^ внимание гипотезу пути смешения Прандтля:

^Ъ+Ь^&^/Щ)* (5.5)

где О - суммарное насательвое напряжение, Па ;

0< - касательное напряжение ламинарного подслоя. Па ;

Ол - касательные напрядения из-за поперечной пульсации частиц, Па ;

6 - длина, пути перемешивания, м.'

Пользуясь формулами (5.5) и (5.2) можно расчитать длину пути перемешивания. Поскольку ч^ло Рейнольд с а в июли гомогенизатора достаточно велим, членам^-¿Гг в формуле (5.5) можно пренебречь, а в. формуле (5.2) будет присутствовать'турбулентная вязкость^/?^ .

Следовательно, можно записать:

А & и*-

Учитывп, что^^.^ , » подучим:

или

(5.7)

¿¿м- ¡)е

сЬг ¿х- .

Формула (5.6) в гидромеханике известна, но метод ее получения не приводится. (Лойцянский, 1973).

Смысл представленного вывода формулы (5.6) состоит в том,что подтверждается условная применимость формула (5.2) к случ: ) турбулентного течения жидкости, имеющему место в рабочих полостях плунжерного гомогенизатора молока.

6. Уточнение некоторых параметров сбивания '_сливок __

Процесс сбивания определяется такими важными параметрами, как температура сбивания, жирность сливок, величина масляного зерна, частота вращения рабочих органов маслоиэготовителя, величина зазора медду внутренней поверхностью сбивального цилиндра и краем лопасти мешалки я т.д. Сптямизации этих параметров посвящен ряд работ, тем не менее рекомендации неоднозначны, иногда не сходятся с практикой или теоретически не обосновываются.

Тешегаггрд сбивания в справочниках, учебниках рекомендуется в весенне-летний период в пределах 7-12°С, а в осенне-зимний период - 8-14°С. Отметим, что теоретического обоснования приведенным температурным интервалам нет, а на практике нижние значения не применяются.

Известно, что время сбивания является функцией температуры и массовой доли щра в сливках. На основе изложенного в 3 и 4 разделах можно утверждать, что время сбивания является функцией и градиента скорости. Последний вывод подтверждается и результатами, полученными при сбивании слкеок в коаксиальном зазоре ротационного вискозиметра (Фавстова, Влодавец, 1958).

В этой примечательной работе т.очно указаны геометрические и технологические параметр!!, по которым можно расчитать градиент скорости, мару механического воздействия, сделать важные дополнительные выводы. В данной работе определено, что при сбивании сливок жирностью 51,5$ и температуре 15°С, суша оборотов внутрен-, него цилиндра до образования масляного зерна является постоянной (табл. 6.1)'. По данным авторов ш подсчитали градиент скорости и меру сбивактя. Полученные данные подтверждают состоятельность формулы (3.8).

Обоснование температур сбивания может опираться на трех, установленных ранее, интервалах температур:

- определено, что максимальное давление аутогезии'характер-но для масла при 14-16°С /6,14/;

- наибольшая скорость роста кристаллов молочного кпра установлена при 18-20°С Оухьдер, 1953);

- максимальная скорость агрегации жировых шариков определена при 20-22°С («Заветона, Влодавёц, 1958).

Таблица 6.1. Показатели сбивания в ротационном вискозиметре сливок жирностью 51,5% при 15°С

Данные авторов работы Частота вра- йремя щения внутрен- соива-него цилиндра, ния,

мин-1 с

иуыма оооротов до образования •зерна масла

Дополнительно подсчитано Градиент Мера сои-скорости, вания,

с"1 М

375 „ 330 . 2060 • 103 33090

250 540 2250 ' 69 37260

125 1080 2250 34 ' 36720

62,5 1860 ' ' 1940 ' 17 31620

34672+2317

Последний температурный интервал вызывает опасение,.что отход жира в пахту может быть весьма высоким, а выработанное с такой конечной температурой масло излишне мягкое для расфасовки на эксплуатируемом оборудовании. Последний фактор пришлось изучать в отдельности.

С целью определения максимальной допустимой температуры готового сливочного масла с точки зрения оптимальности и надежности работы расфасовочных автоматов, проводились наблюдения с фиксированием температуры масла. Установлено, что в весенне-летний период температура расфасовываемого масла не должна превысить 16,5+0,5°С, а в осенне-зимний период - 19+0,5°С.

Множеством опытных сбиваний сливок на различных МВД определили, что разница между начальной и конечной температурой сбивания колеблется от 2,5 до 8,б°С. Большая разница поручается тогда, когда начальные температуры сбивания йиэкие. Повышение температуры сливок во время сбивании происходит благодаря действию- силы внутреннего трения,зависящей от градиент скорости. Для создания градиента скорости расходуется .механическая .'энергия, вырабатываемая электродвигателями. Повышение температуры, сливок трансформацией механической энергии в тепло-вуя крайне неэкономично. Поэтому мы сформулировали следующий принцип: оптимальны такие термические условия процесса сбивания, при которых разница мажду начальной и'конечной температурами сбивания минимальна.

Вычитывая из ранее указанных конечных допустимых температур ми-

ншальный температурный прирост в 2,5°С, получим такие оптимальные ■начальные температуры сбивания:

- в весенне-летний.период 14±0,5°С;

- в осенне-зимний период 16,5±0,5°С.

Такие начальные тешераиуры сбивания можно рекомендовать,когда жирность сливрк соответствует жирности сливск, перерабатываемых на производстве, т.е. 36-40$.

Расчитанные таким способом начальные температуры сбивания близки тем, при которых определен максимум аут оге знойного давления масла /14/.

В обрабогнжах МВД под действием градиента скорости температура масла несколько повышается, но это повышение незначительно, обычно не превышает 0,5°С. '

При повышении гемпера^уры сбивания сливок интенсивнее протекает расплавление отвердевших триглицервдов, формируемся непрерывная фаза жвдкого молочного жира. Какое влияние оказывает повышение начальной температуры сбивания на структурно-механические показатели масла является вопросом, не лишенным практической ценности. Ра основе положений, изложенных во втором разделе, модао предполагать, что повышение начальной температуры сбивания будет осязаемо влиять на консистенцию масла, •

После обработки пласта масла в текстураторах ШД и фасовочных автоматах -оно попадает в холодильные камеры, в которых при заводских условиях температура бывает зачастую в'пределах +5 + Коэффициент теплопроводности масла крайне мал: при 0 + -2°С по данным справочников составляет всего 0,136 Вт/м.К. Поэтому, во-первых, будет протекать медленный процесс кристаллизации, которому характерен рост кристаллов, а во-вторых, фшжуляция мелких первичных кристаллов в сферояиты. Эти процессы будут протекать тем интенсивнее, чем сравнительно выше температура, а в результате их должно сЪть нюхе, особенно в центре монолита масла, предельное напряжение сдвига, сопротивление разрезанию.

Обоснованность таких предположений подтвервдено и экспериментально. Было определено (Стаховский,1990),что при сбивании кулинарного масла при 12-14°С получается заметно более мягкий продукт,чем сбиванием при Ю°С и особенно-при 7°С.

Таким образом, использование низких (7-П°С) начальных температур сбивания сливок на ЩЦ ни теоретического, ни практического обоснования не имеет и означает лишь дополнительные затраты энергии.

Жирность сливок, перерабатываемых па МВД, практически редко бывает ниже 35$ и более -42#, Такой интервал жирности апробирован про' изводетвенн ой практикой и оптимальными эксплуатационными режимами молочных сепараторов. Не удалось обнаружить веские'теоретические предпосылки , на основании, которых можно было бы однозначно определить оптимальную жирность сливок для переработки на МВД. Многие исследователи как оптимальное определяй! жирность сливок 42^2$. В общем случае следует принимать во щиманиа такие аргументы:

1) большая жирность сливок не снижает степень использования молочного жира;

2) жир, перешедший в пахту, не должен расцефпзаться, как потерянный;

3) большая жирность сливок позволяет эксплуатировать МВД при щадящих динамических нагрузках;

4) молочные сепараторы - во многих отношениях, совершенные машины и получение сливок с массовой долой жира 40-45^ и экономично, и целесообразно.

Дополнительно приводим два новых момента, вытекающие из контекста настоящей работы:

1. Большая жирность сливок предполагает меньшую скорость охлаждения, г">этому получаемое масло, при прочих условиях равных, будет более мягким. Это всегда желательно, так как масло в большинстве случаев потребляется при температурах хранильной камеры бытовых холодильников, т.е. при 6-Э°С.

2. При увеличении жирности сливок повышается загрузка масляным зерном обработника, тем самым повышается скорость экструзии,а это означает более тонкое распределение плазмы и опять такт1 получение более мягкого масла.

Дополнительно необходимо обсудить вопрос, возникающий из целесообразности осуществить сбивание масла на МВД без присутствия флотационных явлений, котбрп, как очеввдно, повышают содержание воздушной «азы в масле на 5-6,%.

Сравнивая данные, представленные в таблица. 3.2 и 6.1, мок-но заключить, что мара сбивания масла и коаксиальном зазоре ротационного вискозиметра, гдо отсутствовали флотационные явления, била в 1,5 раза больше для сравнительно жирных сливок (51,5:5), чем для сливок средней жирности (36/*) при участии ^дотационных явлений. Таким образом, расход -энергии на но^лотащгонни!! процесс сбивания в .''-{Ii будет ::;-2ч;:т,а"гь:;о болылш. Однако.э таком ел;-

:з9

чае не требовались бы дополнительные технические средства вакууми-рования пласта масла. Эти средства расходуют энергию и,кроме того, не являются достаточно .эффективными. ■

■Величина зааора между внутренней поверхностью сбивательного цилиндра и краем лопасти мешалки определяет толщину градиентного слоя и, следовательно, интенсивность процесса сбивания. Каков оптимальный зазор и существует ли он вообще? На основании измерения изменений электропроводности сбиваемых на МВД сливок'и по результатам опробования зазоров различной величины было сделано заключение (Сурков, Карнаух,1971),'что оптимальный зазор существует и что он находится между 2-мя и З'-мя мм,-

В технической-документации ЩД марки-А1-ОТО указывается, что оптимальным является зазор от 1,5 до 2,5 мм. Высказано мнение, что оптимальная величина зазора зависит также от содержания жира в сливках (Грищенко,1983), и что при жирности сливок в,40-*25б ширина зазора рекомендуется в 4-5 мм. Однако, теоретическое обоснование'величины зазора не было обнаружено. \

В настоящей работе оптимальную величину зазора пытались определить графическим и аналитическим способами. На рис.6.1 представлен графический вид функции для маслоиаготовителей.А1-0Л0 и Микролаб при характерных частотах вращения мешалок сбивателей.--Изображенные кривые являются'гиперболами. На осях координат соответствующие величины отложены в таком масштабе, чтобы получаемые гиперболы были равносторонними. Все гиперболы.имеют лишь по одной характерной точке - это точки, в которых кривые пересекаются общей реальной осью. Начертив эту ось, получим точки пересечения, абецисы которых, предположительно, будут означать величины оптимальных зазоров. Виднс что для маслоизготовителя А1-ОДО при частот- вращения мешалки п. =Ю0( мин оптимальным будет зазор в 1,1 мм, а при /г.» 2000 мин~* оптима: ный зазор - около 1,6 мм. -

Чтобы определить зазор аналитическим путем воспользуемся .асти-

тотилеским уравнением равносторонней гиперболы:

1 <6Л>

где а - длина реальной оси гиперболы.

Чтобы определить длину реальной оси в уравнение' (6.1) подстави в соответствующем масштабе простейшую (3.2) формулу расчета градиен та скорости С=ЯУЯт-ур и получим:

Поскольку

А Or-cosÁS") го I/ п.

(6.2)

G-rfs

2,0

1,6 f¿

0,8 оЛ

\ \\ /

! \ \\ \ /

\ \ \ \ \

\ ч ... 4 /К {AÍ-olo\

\ У

Ja. Micro Lab -

ОМ

0,8

<2

1,6

2,0 сГ-Ю'3п

Рис.6.1. Графики функции для сбИвателей маслоизготови-

телей непрерывного действия AI-OJIO и Микролаб при характерных частотах вращения_иешаяок, мин"^

Рассчитывая оптимальный з; зор ма-: лсизготовителю А1-0Л0 по формуле (6.2), находим, что при числе оборотов мешалки ,-ъ =>1000 мин оптимальным будет зазор S' =1,12 мм, а при л- = <.000 мин-* этот зазор больше и составляет 1,59 мм.

Таким образом, оптимальную величину зазора между внутренней юверхностыо цилиндра- сбивателя и краем лопасти мешалки определяет частота вращения мешалки и ее , радиус. Принимая во внимание, что £ = ¿¿-/i/?*,' Формула (б.2)/.'приобретаем' весьма простой вид:-

Частоту вращения мешалки в сбивальном циллндре во многом оп- . ределяот реальные параметры технической инфраструктуры. Избегая использования приходных механизмов между валами мешалки и электродвигателя» частоту вращения мешалки сбивателя следует считать оптимальной, если она близка синхронной частоте вращения магнитного поля, т.е. 3000, 1500, 1000 или даже 750 мин"*. Предпочтение следует отдавать более низким'частотам вращения ыеаадки, так как установлено /10,12/, что с повышением частоты вращения мешалки повышается и жирность пахты. ,

Скорость вращения шнеков текстуратора МВД предрешает скорость., экы/узии, а тем- самым и величину градиента скорости. При повышении частоты вращения шнеков, будет увеличиваться и количество выделяющейся теплоты, что через факторы роста кристаллов1 и флокуляции частиц во вторичные образования будет влиять на структурно-ыеханичес-кие показатели. Масло будет получаться более мягким.

Последнее предположение подтверждают данные, полученные другими исследователями (Стаховский, 1991) при обработке кулинарного масла (табл.6.2).'

Таблица' 6.2. Влияние интенсивности механической обработки на консистенцию кулинарного масла

П о ка з а т е л и ' • _ _

" ■ Термоустой- Оцанча кон

чивость' систйнции в баллах

Частота вращения шнеков об-работника,

с"1

0,40+0,05 0,60+0,05 1,20+0,05

ве^дост.,

26,0+1,5 26,0+2,0 23,0+2,5

жидкого ки|а,

13,9+0,2 . 14,4+0,3 ■ 15,1+0,1

0,65+0,03 0,83+0,02 0,80+0,02

23,1+0,3 23,5+0,2 23,8+0,2

7. Производство сливочного масла на маслоизгогови-гелях непрерывного действия без отделения пахты

Визуальные исследования процессе сбивания в прозрачном цилиндре МВД позволили предположить, что возможна выработка сливочного маеда без отделения пахты на тех же ЫВД. Для этой цели зона обра-

зованщ масляного г?ерна известными приемами отодвигается от конца цилиндра к середине и тогда в конце цилиндра происходит процесс эмульгирования пахты в массу масляных зерен. В таком случае из цилиндра сбивания выбрасывается масса масла, опадающего текучестью и определенной степенью дисперсности плазмы. Такое масло по химическому составу идентично исходным сливкам. Полученное масло необходимо расфасовывать в форму поддерживащук тару /31/.

Такой способ производства масла обладает преимуществами:

■<- можно отказаться от сложното и многостоящего узла МВД -обработника;

- решается проблема регулировки влажности масла в процессе сбивания и обработки, поскольку возможно заранее и точно контролировать и регулировать жирность, содержание COMO исходных сливок;

- процесс механической обработки протекает в тонком"сдое,* эффективно и осуществляется в том же узле ГОД, что- и сбивание;

- исходные сливки могут быть' обогащены растительными масла-га, балластными, вкусовыми'и ароматическими веществами, которые без потерь переходят в месло. Этим вырабатываемому маслу-сообщаются различнейшие товарные свойства, что весьмя важно .в маркетинге.

Такой способ производства масла был опробован в 1986-1987 г. " на Пренайском маслозаводе (Литва) и получены удовлетворяюще результаты /20,21,22/, Параметры технологического процесса (табл.

7.1) отличаются большой степенью свободное™. Полученное по такой технологии масло отличалось хорошими вкусовыми качествами, но -консистенция была недс паточно пластичная/'проявлялась' крошливость. После 30 суток хранения вкусовые качества остались хорошими (табл.

7.2).

Процесс выработки сливочного масла на МИД без' отделения пахты отличается некоторыми особенностями и должен осуществляться с учетом того, что под действием градиента скорости температура сли-■ вок повышается значительно - на 5-10°С (табл.7.3).

- Данные,' представленные в табл. 7.3, позволяют расчитать количество выделившейся теплоты, определить оптимальную меру сбивании. Однако полученные данные.не позволили установить зависимость содержания воздушной фазы от интенсивности механического воздейст-■в т.- .

■ Вырабатывая так названное "городское" масло без отделешк пах, ты,, составлялись композиции с белковыми концентра? мл молочного происхождения. Исподъзовален сухой концентрат сывороточных белков,

Таблица 7.1. Технологические 'показателя производства сливочного масла без отделения пахты

Показатели Интервал значений

Жирность исходных сливок,% начальная в смеси с белковым концентратом 56-61 49.7-50.3

Режим пастеризации температура, °С ввдержка, ч 82-84 0,50-0;75

Условия йиэичеокого созревания температура, °С продолжительность, ч 13-16 0,5-1,0 •

Температура сбивания, °С начальная конечная • 13,5-16,0 21,0-23,5

Частота вращения мешалки, мин 1 I050-II6.0

Производительн ость А1-0Л0, кг/ч ^ 800±20

получаемый ультрафильтрацией и высушиванием-- КСБ-УФ. Этот концентрат содержит не более 4% влаги. '

В другом случае концентрат молочного белка пытались получить способом сепарирования кислотного и кислотно-сычужкого молочного сгустка. Для этой цели иепытывался белковнй сепаратор марки Й5-0ТР /31/. При попытках получить белковый сгусток влажностью не <сяее 8С$ (это соответствовало бы стандартным требованиям для нежирного творога) модифицировали литащее устройство сепаратора, оборудуя вертикальную трубу с боковым питающим отводом аналогично опробованному шгаащему устройству мелочного сепаратора (см. раздел I). Такое питамщее устройство обладает следующими прешуществами:

а) естественно достигается максимальная и оптшальная производительность сепаратора,

б) отпадает необходимость использования <- шлоудобного в эксплуатации прибора контролирования потоком - ротаметра,

в) при снижении производительности сепаратора во враля рабочего цикла изменение подачи можно контролировать визуально.

При испытаниях шдифщированного таким образом,сепаратора мо-лочно-белковый концентрат с содержанием влаги ниже'801 получили, но нерегулярно. Когда содержание сухих веществ в концентрате превышало 201, текучесть белковой массы сильно снижается и отверстия

Таблица 7/2. Показатели состава и качества сливочного ласла, полученного без отделения пахты

Показатели

Мрдо

свежее посте хранения

в течение 30 _дней_

Органолептическая оценка

- вкус и запах

- консистенция • Химсостав

- влага, %

- COMO, % .Кислотность плазмы

- титруемая, °Г

° - активная, рН •

Структурно-механические показатели при 15 С

- сопротивление разрезании,Д/м

- предельное напряжение сдвига.

Па. 10*

42,3±0,6 24,3-0,2

43,9±0,1 6Д±0,1 '

22,7±0,5 6,28-0,08

40,6-0,8 24,0±0,3

43,6±0,2 6.IÍO.I

35,9ÍO,5

б,1б±о;м

26,7-0,8 27,2±0,6 0,238±0,06 ' 0,261±0,05

сопел барабёна обллтерируются.

При испытаниях влияния различных термических режимов обработки молока на эффективность процесса отделения сгустка на сепараторе Ж5-СТР было установлено, что повышение температуры пастеризации, использование ¿олее сложных ступенчатых режимой пастеризации затрудняет процесс обезвоживания. В таких случаях стойкость сгустка повышается, а интенсивность синерезиса убывает. На этом основании был разработан режим пастеризации молока' и сливок, названный ступенчатым /16,27,37/. При-таком режиме повышение температуры пастеризации сочетается с выдержкой (экспозицией) и после-дукщем понижении температуры. Данный режим может быть описан схе-ной: П-И-Т2-Е2-Т1. Оптимальными параметрами такого режима являются: Т1=360±2К, Е1> 1800с, Т2=350±2К, Е2=900-1800 с.

Используя этот режим, повышается качество кисломолочных продуктов, в том числе сметаны и сливок.

Таблица 7.3. Характерные показатели процесса образования масла из жировой композиции на маслоизг.от овит еле А1-0Л0 при производительности 800+20 кг/ч • ■ .' :

Температура композиции,

°С

Механические воздействие* Частота градиент вращения скорости, мешалки, -I

-I

мин

Температура г 01 ^во-го продукта,

°С .

Содержание воздуха

мд/100г

Характеристика процесса и продукта

• 600 2512 21,1+0,1 * Нет обмена фаз

-16,0 700 2931 22,0+0,2 Нет обмена фаз

800 3349 " 22,8+0,2 •• 8,4-8,6 Наличие свободной плазмы •

1000 • 4187 • -23,5+0,1 . . 8,4-8,5 Наличие капель свободной плазмы

15,0 1000 • 4187 •23,0+0,2 8,1-6,3 Наличие капель свободной плазмы

1200 . 5024 23,7+0,2 • .. 7,7-8,1 Гомогенная масса

16,0 1350 5652 24,1+0,2 7,8-8,2 - То же

1500 6280 ' 25,0+0,3 7,7-8,3 £о же

- . 1600 6699 - 25,5+0,1 7,6-6,2" Капельки расплавленного жира

15,0 1800 ■ 7535 26,1+0,2 - 7,8-7,9 капельки расплавленного жира

16,0 1800 7536 26,3+0,2 ~ 8,1-8,4 Прослойки расплавленного жира

8. Экспериментальная проварка теоретических предпосылок_

С .целью производстве нной' проверки важнейших теоретических положений и практической применимости данной работ был выбран МВД марки А1-ОЛО, который почти идентичен маслоизготовителга модели МВ-5 фирмы и'ямон Фрэр. Ширину зазора мезду внутренней поверхностью цилиндра сбивания и краем лопасти мешалки можно менять. Этот аппа-I и широко распространен в маслодельных цехах молокоперерабатывакн-щях заводов. Кроме того,•предполагалось, что электродвигатель привода мешалки сбивагеля у данного МВД обладает резервом мощности.

По формуле (6.3) расчигали, что оптимальный зазор для Г.ВД А1-(ШО при характерной частоте вращения мешалки сбивателя будет равным 1,4 мм. Начальная температура сбивания сливок в летнее время может быть в пределах 14-15°С, а в осенне-зимнее - до 17°С (см. раздел 6). '

Если для маслоизготовиталя установлен оптимальный зазор, а температура сливок повышена, то следует ожидать, что производительность сбивагеля сильно увеличится. Поэтому необходимо повысить и пропускную способность обработника. Для маслоизго'товителя максимальная частота вргщенш шнеков по паспорту равна 60 мин-1. В экс-г периментадьцом порядке частоту вращения шнеков установили в 79-81 мин . благодаря этому должен повыситься и градиент скорости во время обработки кассы масляных зерен-.

Установить оптимальный зазор для ЩЦ А1-ОЯО оказалось затруднительно вввду низкой точности- геометрических параметров цшшндра сбивания и малоудовлетворительной соосности вала мешалки и циливд-ра сбивангт. Поэто!«у зазор в отдельных местах колебался от 1,25 до 1,60 мм.

Результаты опытных производств приведены в таблице 8.1.

Они показали, что паспортная производительность МВД А1-СИГО может быть повышена болев' 2-х раз.'

При опытных выработках использовался серийный асинхронный электродвигатель мощностью 18,5 кВт марки 4А160ГЛГ2, который монтируется для привода мешалки сбивателя ВД Марки А1-ОЛО. Как видно по числу оборотов' мешалки, у сбиВатеЛя ещё оставался резерв производительности. Но электродвигателе,уже работал'на-предельном режиме. - '. ' " . '■''■•'■ '•'."'•. .';..',-. ' '

, Максимальные достигнутые- показатели производительности МВД

А1-ОЯО' в табл. 8.1 подчеркнуты. Данные ^етнрех' последних' строк таб-

Таблица 8.1. Данные опытных производств после модификации маслоизготовителя М-ОЛО

Дата и место вы- Жирность Температура Частота Жирность Влажность Производительность

работок сливок, сбивания > вращения пахты, масла, мае л оизг от.овит е ля,

%■ °С 7+0,1 мешалки, % % кг/ч,

х+0,5 началь- конеч- мин-^ х +0,1 ' х+0,3 х + 10

ная ная • х+1.0

1990.10.15-20, 39,5 ■ 13,5 18,2 .1430 0,5 15,7-15,9 1780

Усенский цех. .1560 1830

Литва 39,0 17,0 19,7 • 0,4 ' 25,1-25,3

1991.06.15-20, • 0,5

Березовский 38,0 14,0 ' 17,5 1280 •24,6-24,9 • 1800

сыркомбинат, Белоруссия 36,5 15,0 18,0* • 1240 * 0,5 24,9-25,2 1720"

1991.11.25-30 34,5 15,3 19,5 1360 0,2' 24,9-25,1 1200

Березовский сыркомбинат, 41,0 • 14,5 20,0 1300 - ' 0,4 ' "34,7-34,9 1200

Белоруссия 41,0 15,6' 19,0 1280 0,4 25,2-25,5 2060

38,5 1< ,2 19,8 • П50 0,4 24,8-25,2 2250_

лицы 8.1 зафиксированы комиссией, которая состояла из представителей Института сыродельной-маслодельной промышленности Российской федерации, Украинского научно-исследовательского института мясной и молочной промышленности, Санкт-Петербургского технологического института холодильной промышленности, Литовского пищевого института и Вильнюсского университета.

Расчетное время сбивания в тех случаях, когда производительность ВД А1-ОЛО была близка в 2000 кг или превышала эту величину, было менее одной секун'Ш..

При большой производительности сбивального цилиндра смесь масляного зер.на и пахты низвергается в обработали непрерывной лавиной и тем самым достигается полная загрузка обработника, что повышает градиент скорости механической обработки пласта. Выработанные виды масла с повышенным содержанием влаги - "крестьянское" и "бутербродное*" отличались хорошей консистенцией и тонким распределением влаги.

Не оправдались опасения, что повышенная температура сбивания сливок повлечет за собой нежелательное увеличение жирности пахты. Ранее /10/ исследуя зависимость жирности пахты от механических факторов нами было установлено, что жирность пахтя является для мас-лоизготовителей типа А1-0Л0 функцией частоты вращения мешалки сбивания.

. Впоследствии такая зависимость была подтверждена и для других моделей ВД (Качераускис и др., 1970), Данные таблицы 8.1 наводят на мысль, что жирность пахты может быть связана с градиентом скорости.

Необходимо отметить, •что масло при температуре 19-20°С не вызывало затруднений при расфасовке.

8. Рационализация конструкции маслоизготовителей непрерывного действия _

Конструкция маслоизготовителей непрерывного действия начиная примерно с 1965 г'., т.е. через двадцать лет после его изобретения, начала усложняться..Вначале для регулирования частоты вращения мешалки сбивателя и шнеков маслообрабйтника начато применять клиноре-менные вариаторы с раздвижными шкивами. Несколько позднее бил оборудован: разделительный адлшнд,. в котором масляное зерно можно промывать,*.в нем пахта. отделяется '.от .зерна, а само, зерно .укрупняется..

и

Чтобы подача сливок в сбивагель была строго постоянной бит применен винтовой насес, который вскоре также снабдили клиноременным вариатором. Фракционные вариаторы впоследствии были заменены на тиристорные преобразователи частоты электрического тока. Примечательно, что передача движения на вал мешалки сбивания представляет некоторуш пробдаад-. Кроме упомянутых фрикционных вариаторов использовались гидравлическая, клиноременная с электродвигателем Шраге-Ршгаера и т.д..

Маслообработник МВД был разделен на две секции с индивидуальным приводом. В первой секции от массы масляного зерна отжимается пахта. Во второй секции при большей частоте вращения шнеков в масле тонко диспергируется плазма. Мазду секциями помещена вакуумная камера, эффективность работы которой нёведака. Как упоминалось, после текстуратора часто применяются накопители - диспергаторы, гомогенизаторы, перемепшватели, что свидетельствует о не всегда достаточно аффективной работе текстураторов. ,

С целью увеличения производительности ЩЦ был разработан и применен даже специальный аппарат - подсбиватель, в котором оливки,' перед поступлением в цилиндр' сбивания, предварительно механически обрабатываются - подсбиваются. Такой аппарат повышает производительность маслоизготовителя А1ГШЮ на 20% (Климов,'1989).

Предпринималис: попытки применить механизм регулировки ширины зазора между внутренней поверхностью цилиндра сбивания и краем лопасти мешалки. -

Эти и другие более мелкие конструкционные изменения и усовершенствования до неузнаваемости изменили первоначальный вид МВД, изобретенного Фритцем в начале пятидесятых годов. Некоторая часть конструктивных изменений первой модели маслоизготовителя непрерывного действия должна расцениваться как излишества, которые безмернс повысили стоимость аппарата и значительно снизили эффект от их внедрения. Кроме того, усложнения конструкции не дают адекватных , эксплуатационных преимуществ и не оказывают решавдего влияния на качество готового продукта.

На практике зачастую используется лишь один способ регулировки режима работы маслоизготовителя - изменение частоты вращения мешалки сбивателя. Изредка используется насос-дозатор или изменение подачи сливок.

Необходимость менять частоту вращения мешалки сбивателя не является неизбежной мерой контроля режима работы. Заманчивой является идея передавать вращательное движение от электродвигателя к

валу мешалки через компенсирувдую муфту не применяя при том ни передачи, ни преоОраэователь частоты тока. Наиболее подходящей была бы частота вращения мешалки, соответствующая синхронной частоте вращения магнитного поля в 1000 об/мин. На первых ¿моделях аппарата Фрктца синхронная частота вращения электродвигателей была 50 и такой же ^ыла частота вращения мешалки сбивателя. Но такая,сравнительно высокая, частота вращения мешалки вызывала большой отход гтра в пахту /4,10,12/, возникали трудности при регулировке содержания влаги из-за узости-зоны образования зерна, несовершенства конструкции обработника. Понижение же частоты вращения мешалки до 16 с- вполне возможно и целесообразно благодаря теоретическим положениям настоящей работы.

Механизм регулировки зазора и целесообразность его использования могут явиться предметом обсуждения, но необходимо учитывать ■то, „что диапазон регулировки составит (см. раздел 6) всего1 0,5 мм.

Визуальное■изучение процесса сбивания позволили заключить,что по эффективности управления процессом изменению частоты вращения мешалки адекватно изменение подачи сливок в цилиндр. Последний способ, однако, может быть осуществлен средствами значительно более простыми и дешевым?.. Применение данного способа регулировки сдер-^ живало то, ^ето не было устройства , позволящ^го особенно точно и плавно регулировать подачу сливок в цилинд сбивания, визуально контролировать и фиксировать изменения потока. Применяемая в молочной промышленности серийная, трубопроводная арматура для этой цели непригодна, так как смещения'запорного органа необходимо"измерять в десятых долях миллиметра.

Специально для такой 'цели нами спроектирована задвижка, в которой смещения запорного органа измеряются и контролируются шкалой микрометра. Такая шкала позволяет отсчитать и осуществить перемещение запорного органа с точностью до 0,01 мл.

Основываясь на практическом опыте, накопленном при испытаниях различных моделей МВД, было сделано заключение, что вместо винтовых насосов целесообразно использовать центробежные, которые в высшей степени простые, надежные и экономичные. Приспосабливая такие насосы для подачи сливок в сбивательный цилиндр ЩЦ, следует опираться на закон пропорциональности этих насосов, который связывает производительность и частоту вращения рабочего колеса. Рабочее колесо такого насоса в юп случае, когда производительность насоса значительно превышает количество сливок, необходимых дЛй подачи в цилинд сбивания, будет выполнять и функции подсбивателя,

поскольку установлено (Раманауокас, 1983), что в центробежных насо сах создается градиент скорости порядка 1500 с"1.

При выработке сливочного масла из киронсс композиций без отделения пахты сбудут несколько иными и функции обработника. В таком случав после превращения фаз в циливдре сбивания в обработншсе необходимо осуществить тонкое диспергирование компонентов и интенсивно охлавдать готовый продукт. Для выполнения таких функций кшс рукция обработника должна быть существенно изменена и, по 'видимому, представлять собой систему "вращающийся цшганд в цшшндрэ" с jy башкой охяавдення в последнем.'

• ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Значение градиента скорости, как фактора процесса сбивания сливок, не подлежит игнорированию. Использование этою фактора проливает свет на физическую сущность процесса сбивания, позволяет вести поиск оптимальных технических решений при проектировании и эксплуатации оборудования. ' 1

Интересным является вопрос о характере течения сливок в цилиндре сбивания.

Впечатление, создающееся при изучении работ других исследователей по этим или близким вопросам, подталкивали бы на мысль, что характер течения в цилиндре МНД явно турбулентный. Но чтобы в этом убедиться, необходимо подсчитать критерий Реййольдса шш другой адекватный показатель. ' .

В теории пограничного слоя (Шлихтинг, 1974).характер течения в зазоре коаксиальных цилиндров определяется'по критериям Тейлора или Рбйнольдса, вычисляемым по формулам соответственно:

X - & • S ifT R Vi-?' Ta V-fZ v-

Обобщая данные справочников и статьей о вязкости созревших МНД марки А1-ШЕ0, на котором проводилось большинство опытов. Полу чем следующее;

а) при S" = 1,5 мм и л = 1500 мин"^ Та' в 45,2 + 316,6 и/?е = 407 + 2850; .

б) при (Г = 2 ш и п = 2000 мш'^ Та" = 93,1 * 652 и/?в = 724 + 5070.

Утверждается (Шлихтинг, 1974), что течение вязких жидкостей i коаксиальной зазоре явно турбулентное лишь тогда, когда Та > I7IE или Re > 3960.

Таким образом, приходится констатировать, что течение сливок в сбивателе, вопреки ожиданиям, условно (мешалка ^бнвателя но представляет собой сплошной циливдр) необходимо отнести к ламинарному. Тем более обосновано использование закона вязкого урения жидкости Ньютона для определения взаимозависимостей процесса сбивания.

Допустим, что сливки вязкостью 20. Ю-3 Па.с подвергаются сбиванию на модернизированном МНД 11-010 (данные в последней строке табл. 8.1) и на одной из первых моделей аппарата Фритца, параметр! которого нам известны 'Сурков, Карнаух,1971). Расчитав критерий Тейлора, подучим, что в первом случае он равен 132, а во втором -450. В последнем случае начинают проявляться элементы турбулизации потока. Здесь уместно напомнить, что при сбиваний сливок на первых моделях МНД жирность пахты нередко превышала 1%, возникали сложности при регулировке влажности.

Представляется возможным сформулировать следукщий принцип: про-цеср сбивания тем более совершенен, чем ншсе жирность получаемой пахты. Исходя ин этой установки, можно сделать, вывод, что процесс сбивания на модернизированном А1-ШЮ , при котором жирность пахты была нередко ниже 0,5%, более совершенен, чем на аппарате Фритца или даже на серийных А1-ОПО, где жирность пахты обычно выше 0,6%.

Таким образом, предварительно можно предполагать, что критерий Тейлора описывает оптимальность процесса сбивания.

. Анализируя формулу расчета критерия Тейлора, нужно отметить, что в ней фигурируют геометрические параметры сбивателя и кинематический фактор - окрушая скорость края мешалки, снижение которой является ресурсом совершенствования конструкции МНД.

Кроме того, придерживаясь такой трактовки критерия Тейлора, можно объяснить почему более легко и при меньшей жирности пахты сбиваются сквашенные сливки - вязкость таких сливок выше и это понижает значение критерия Тейлора.

Когда критерий Тейлора находится в пределах от 41,3 до 400, такое течение называется ламинарным течением Тейлора. Такому течению характерны вихри правого и левого вращений, оси которых Параллельны направлению окружной скорости вращающегося цилиндра. Такие вихри, заполняодие кольцевое пространство между вращающимися цилиндрами, могут быть причиной агрегации дестабилизированных жировых шариков.. В сбивальном цилиндре, где вращается четырехлопаст-ная мешалка, возможности образования 'вихрей по видимому* значительно ниже, чем в системе цилиндр-цилиндр. Все ж^ дата и эпизодическое образование, вихрей,в 'щШщдре: сбивания после зоны дестабилизации

явшшоь бы предпосылкой дои усовершенствования цилиндра, обивания.

В зоне дестабилизации сбивателя решающее воздействие, видимо, оказывает градиент скорости. Благодаря ецу создаются касательные напряжения, разрушающие оболочки жировых шариков. В зоне образования зерна благодаря вихревому эффекту дестабилизированные жировые шарики агрегируются в зерна. В третьей, зоне - зоне эмульгирования под действием градиента скорости происходит дробление и распределение капелек плазмы в массу масла. Такая картина процесса обивания в ШД предложена впервые. • ■

На основе результатов данной работы можно пытаться объяснить некоторые спорные ранее высказанные положения, касадциеся как процесс обивания; так и конструктивные особенности МВД.

Изучая закономерности процесса сбивания на первых моделях МВД было определено (Сурков, Карнаух, 1971), что при зазоре, равном I J процесс сбивания не свершается: "Из цилиндра сбивания штека&а? пастообразная масса подсбитых сливок". I

Расчитав по формуле (3.1) градиент скорости по условиям эксперимента, находим его равным 24115 Следовательно, градиент скорости был даже большим, ^еы в современных Щ. Очевидно, причин неудачи кроется в том, что масляное зерно образовалось в 'начале ци ливдра сбивания. Тогда в .остальной части циливдра происходила заработка пахты в зерно и из цилиндра выбрасыва ся пастообразный продукт - "пересбитые сливки".

В литература встречаются утверждения, что перфорированная "цилиндрическая вставка в 1г"лшдр сбивания обеспечивает поддержание турбулентного режима .течения и поэтому увеличивается производитель ность устройства. Однако цилиндрическая вставка толщиной стенки, скажем, в I мм уменьшает зазор на ту же величину, например, от 2,8 мм до 1,8 мм, и поэтому производительность циливдра сбивания повышается из-за увеличения градиента скорости. Таким образом, можно утверждать, что ни использование специального цилиндра - вставки, ни его* перфорирование реальных преимуществ не создает. Однако така деталь усложнит процедуру мойки цилиндра сбивания,

ВЫВОДЫ

I. Определено, что-градиент скорости является мерой интенсивности механического воздействия и движущей силой процесса сбивания в маслоизготовителях непрерывного действия. Расчет градиента скорости для ебшзателей с четырехлопастными мешалками может произво-.диться по формулам ротационной вискозиметрии.

2. Усталозлено, что время сбивания сливок в современных промышленных маслоизтч/говитслях непрерывного действия составляет преимущественно 1-2 с и д^га менее, так что процесс сбивания протекает в таких маслоизготовителях до 2000 и более раз быоррее, чем в масло-изготовителях периодического действия.

3. Найдено, что время' сбивания сливок определенных технологических параметров находится в прямой зависимости от создаваемого рабочими органами сбиватедя градиента скорости, а произведение времени сбивания и градиента скорости дает меду механической стабильности жировой суспензо-эмульсии сбиваемых сливок.

4. Впервые на основе закона внутреннего трения' вязкой жидкости Ньютона разработана формула расчета потребляемой 'мешалкой сбивате-ля мощности, а используя фактор градиента скорости получена форь^ула производительности сбивателя.

5. Установлено, ч„то существует оптимальный зазор между краем лопасти мешалки -сбивателя и внутренней поверхностью цилиндра, который является функцией радиуса мешалки, частоты ее вращения и расчитывается по разработанной формуле.

6. Определено, что характер течения сливок в-сбивальном цилиндре МВД (на основе расчета критериев Тейлора и Рёйнольдса) может бить отнесен преимущественно к ламинарному течению Тейлора; поэтому в кольцевом пространстве вероятно возникновение ячейковых вихрей.

. 7. Показано, что оптимальные'температуры сбивания сливок на маслоизготовителях непрерывного действия до 3°С выше по сравнению с таковыми , рекомендуемыми в справочниках, учебниках,, технологических инструкциях.

8. Подтверждено, что Доминантным.фактором механической обработки масляного зерна и пласта масла является градиент скорости , который находится по формуле, используемой в капиллярной вискозиметрии. Состоятельность теории ¡Дульдера и ден Бравера о решающем влйяяии градиента скорости -на диспергирование плазмы в структуре масла подтверждена визуальным исследованием процесса в сбивальном цилиндре.

9. Выдвинуто положение, что мерой механического воздействия в экструзионннх каналах является ■произведение градиента скорости на время течения;' сама,мера"является функцией' длины и, диаиетра ка-.

нала. ' . '"-';. '..'■■'

• ' . . 10. Выдвинуто предположение, что образование гомогенной структуры сливочного масла- в масло'образователях поточных линий происходит.

в частности, ввиду меры механического воздействия, превосходящей таковую в маслоизготовителях непрерывного действия более чем в 2 раза. ' .

II. Обнаружено, что кроме дифференцированных температурных режимов физического созревания сливок -элективными средствами регулирования структурно-механических показателвй сливочного масла 'является варьирование температуры сбивания и меры механической обработки. '

. 12. Сформулировано положение, согласно которому на свойства структуры сливочного масла существенное влияние оказывает дисперсность твердой фазы, которой характерно возникновение вторичных кристаллических образований - сферолктов - из мелких иглообразных и/или плоских кристаллов высокопланких фракций молочного иира. Такая особенность формирования структуры не представляет собой исключения по отношению к теоретическим положениям Освальда, о ре-шавдем влиянии размера частиц на свойства коллоидных систем.

13. Показана возможность повышения производительности серрйно го маслоизгоговителя А1-0П0 в 2,0-2,5-раза по сравнению с паспортной посредством установки оптимального зайора в сбивателе и повышением температур сбивания на 2,5-3,0°С по сравнению с рекомендуемыми нормативно-технической документацией.

14. Обоснованы возможности сшшшфикацш конструкции масло-изготовителей непрерывного действия, исключая как изящество средства изменения частоты вращений мешалки сбивателя, используя для подачи сливок серийные центробежные насосы и применяя простые по конструкции обработники системы "цилиндр'в цилиндре".

15. Показано, что в цилиндре сбивания маслоизг'отовителя непрерывного действия осуществим целостный процесс изготовления сливочного масла из сливок повышенной жирности непрерывным сбиванием без отделения пахты, вюгочанцей дестабилизацию жировой суспензо-емульсии сливок, образование масляного зерна, вработцу в пласт масла плазмы. • .

16. Сделано заключение, что градиент скорости как фактор всеобщего характера проявляется во многих технологических процесс; переработки молока, сливок, масла и рассмотрение его является перспективным с точки зрения совершенствования рабачпх органов оборудования и технологии производства.

Бб

С П- И С О К ПУБЛИКАЦИЙ

1. Бержинскас Г. Исслэдсввние технологии рациональной переработки молока в масло непрерывным сбиванием/на литовском языке/. -Вильнюс: Из-во Вильнюсского госуниверситета. 1992. 4-6 с.

2. Вержинскаг Г..Качераускис Д. Исследование липкости масла//Труды Литовского филиала ВНИШС. 1968. Т.З. С.83-87.

3. Качераускис Д..Бержинскас Г. Ускорение созрения сливок при производстве масла методом непрерывного сбивания//Молочная пр-сть 1967. !Р9. С. 15-17. • ■

4. Качераускис Д., Бержинскас Г. Определение реологических свойств сгмвочного масла//Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1966. 6. 145-148.

5. Качераус;.ис Д., Бержинскас Г. Определение упругоэластичных и,прочностных свойств сливвчного масла и ферментных сыров/Друды Литовского филиала ВНИШС.' 1968. Т.З._С.99-115. • •

6. Бержинскас Г., Качераускис Д. Адгезионное и аутогезионное Давление масла//Научно-техн,инф. Молочная пр-сть. 1968. № 15. С.6-10.

.7. Бержинскас Г., Качераускис Д., Мотекайтис П. Влияние структуры сливок на консистенцию сливочного масла//Молочная пр-сть. 1969. I 5. С.15-18,

8. Качераускис Д., Бержинскас Г. Определение реологических свойств ■ сливочного масл^. -М.:ЦИНГИпищепром. 1969» -36 с.

9. Бержинскас Г. Лабораторный маслоизготовитель непрерывного действия //Труды Литовского филиала ВНИИМС. 1969. Т.4. С.5-10.

10. Качераускис Д., Бержинскас Г. Производство сливочного масла на маслоизготовителе Контима МВ-5//Труды Литовского филиала ВНИИМС. 1969. Т.4. С.67-73.

[1. Бержинскас Г., Качераускис Д., Мотекайтис П. Влияние структуры слиеок на консистенцию сливочного 'масла//Груды Литовского филиала ВНИИМС. 1969. Т.4. С.95-100.

12.Ешемирский Ф., Качераускис Д., Климов В., Бержинскас Г. Производство масла способом непрерывного сбивания. -М.:ЦИНТИпищепром.

Л9о&. -87 с.

3. Качераускис Д., Бержинскас Г. Физическое созревание сливок при производстве масла методом непрерывного сбивания//Груды Литовского филиала ВНИИМС. 1569. Т.4. С.5745.

14, Бержинскас Г., Качераускис Д. Взаимосвязь технологии изготовления сливочного масла с его аутогезионным и адгезионным давлением// Труды Литовского филиала ВНШМС. 1970. Т.5. СЛ71-175.

15. Рамонас Р..Бержинскас Г.Повышение качества сливочного масла поточной выработки/Друды Литовского филиала ВНИИМС. 1970. Т.5.С.71-74.

16. Раманаускас Р. .Урбене С..Бержинскас Г..Пуйдокас И..Антанавичюс А. Влияние ступенчатого релмма пастеризации молока на консистенцию кисломолочных продуктов//Труды Литовского филиала ВНИИМС. 1976. Т. 10. С. 121-141.

17. Качераускис Д..Бержинскас Г. Отвердевание жира в производстве масла методом непрерывного сбиванил//Труды Литовского филиала ВНИИМС. 1976. Г. 10. С'.207-225.

18. Бержинскас Г. Урбене С. Новый вид кисломолочного, напитка из пахты //Молотая пр-сть. 1977. КВ. С.34-35.

19. Бержинскас Г., Тумасонис И., Ыатиешка С. Улучшение эксплуатационных характеристик сепараторов//Молочная пр-сть. 198£^. !!2. С.7-9.

20. Христаускене Д..Бержинскас Г.. Люткявичюс А.,Лазаускае В. Исследование й разработка технологических параметров производства нового вида низкокалорийного сливочного масла/Аруды Литовского филиала ВНШМС. 1985. Т.20. С. 133-141..

21. Лазаускас В..Бержинскас Р..Качераускис Д. Технология производства масла сливочного городского/Друды Литовского фили .ла ВШ№С. 1965. Т.20. С.67-71. ' . '

22. Качераускис Д..Лазаускас В., Бержинскас Г. Сливочное масло, обо-гощенное бзлком//А!олочная пр-сть. 1986. 18. С.П-13.

23. Бержинскас Г., Качераускис Д. Устройство для,сбивания сливок к маслоиэготовителям непрерывного действия. - Авторское свидетельство V 211206. 1967.

24. Бержинскас Г..Качераускис Д. Способ производства сливочного масла, - Авторское свидетельство Р 225663. 1967.

25. Бержинскас Р. Способ производства сливочного масла. - Авторское свидетельство Ж 247040. 1969. •

26. Качераускис Д..Бержинскас Г.. Серапинас С., МотекайтиС П. Сливко-подготовитель к установкам для производства масла. -Авторское сви детельство № 412664. 1974. .

27. Бержинскас Г., Пуйдокас И..Раманаускас Р..Урбене С.. Способ производства кисломолочных продуктов. Авторское свидетельство )Г 419213 1974.

28. Бержинскас Г., Любинскас В., Вайткус В. Способ производства творожных изделий. - Авторское свидетельство Л* 694169. 1978.

29. Тумасонис И., БегЗжинскас Г.. Центробежный сепаратор для жидкости. - Авторское свидетельство № 6I48I6. 1978.

30. Раманаускас Р., Бержинскас Г., Урбене С. Способ получения кисломолочного продукта. - Авторское свидетельство № 769088. 1978.

31. Лазаускас В..Бержинскас Г., Качераускис Д..Мотекайтис П. Способ производства низкожирного кислосливочного масла, - Авторское свидетельство !f 697126._ 1979.

32. Лазаускас В..Бержинскас Г. Способ производства сливочного масла.

Авторское свидетельство № 145346. 1968,

33. Качераускис Д..Бержинскас Г. Метод определения упругоэластичных свойств сливочного масла и сычужных сыров//Методический сборник: Методы исследования молока и молочных продуктов. -М.:АгроШИГЭ ИММП. 1988. СЛ17-120. ' .

34. BdrzinBkaa G. Grietindlea atruktarin6a-raechanin6a savyb6s//IVIII respublikln^a aokalinea-techninSa konferencijoa 1968.IV.19-27 tezia. -Kaunas. 1968. P.63-64.

35. BerSlnakaa G. IKrivlckaa C. Ar raclonaliai perdirbame'pienq/ZLiau-diea Ckia. 1974. Nr.4. Р.103-Ю4,

36. Berzhlnakaa G..Urbene 5..Puldokaa J. Influence of multipleatage pasteurization of milk on the consistency of kafir//IItt) Int. dairy Congress. Brief communications. Paria. 1978. P.840-041.

37. Berzinakaa G. . Lazauakae V. Kokj. svieatq gaminaime//Pienininkya-tfe. 1989. Hr.3. P.7-9.

38. Lazauakae V., Berzinakaa G. Grietinilis temperatOroa ¿teko pa-kartotiniara joa appara-vimui//PienoB, j 0 perdirbimaa ir kokyb6;IX moksl"in6a-techninia konferencijoa pranesimj tez6a. -Kaunaa. I960. P.55.

39. Berzinakaa G.. Lezauakaa V. Nepertraukiarao veikimo aviesto muS-tuvua turime gaminti Idetuvoje/VPienaa, <jo perdirbimaa ir kojrybi: XI mokolinia-techninis konferencijэа praneoimii tez6e. - Kaunaa. 1990. P.11.