Галстян А.Г., Петров А.Н. (ГНУ Слухаючи РАСГН, м.Москва)

Чістовалов Н.С. (WATER.RU, м.Москва)

В останні роки відзначено значне збільшення обсягів переробки сухих молочних продуктів (СМП). Важливим етапом в технологіях переробки СМП є процес їх розчинення у воді або, в технологічній інтерпретації - відновлення. Прийняті на сьогоднішній день параметри і процеси відновлення сухого молока базуються в основному на емпіричних уявленнях, які потребують серйозних теоретичних і експериментальних узагальненнях. І в першу чергу це відноситься до води - розчинника СМП і надалі компонента харчової системи.

Систематизовані теоретичні дослідження літературних ис-джерел дозволили виділити ряд факторів, що впливають на ефективність відновлення, зокрема, хімічні властивості води і концентрацію сухих речовин молока. При цьому одним з найбільш важливих властивостей води, що впливають на кількісне вираження процесу відновлення є значення загальної жорсткості (суми молярних концентрацій еквівалент іонів кальцію (1/2 Са2 +) і магнію (1/2 Mg2 +)).

Зважаючи на вищенаведене було проведено ряд експериментів по визначенню розчинності сухого цільного молока (СНМ) і сухого знежиреного молока (СОМ) в залежності від зміни загальної жорсткості води в діапазоні: 1,2 ... 10 моль / м3. В якості контролю використовували дистильовану воду, жорсткість якої умовно прийняли за 0 моль / м3. Отримання води з необхідною жорсткістю проводили за двома варіантами:

1. Пом'якшення певних обсягів води з подальшим змішуванням з вихідною водою. При цьому необхідну кількість зм'якшувати води W визначали за формулою:

де: Жо.і. - загальна жорсткість вихідної води, моль / л3; Жо.н. - необхідна загальна жорсткість води, моль / л3; Жо.у. - жорсткість пом'якшеної води, моль / л3. Так як в якості пом'якшеної води використовували дистильовану воду із загальною жорсткістю умовно прирівняної до 0 моль / л3, то формула перетворюється в: W = Жо.і.- Жо.н. / Жо.і. (2)

2. Підвищення жорсткості досягали використовуючи довідкові дані, що од-ному мг-екв / л відповідає вміст у воді 20,04 мг / л Ca2 + або 12,16 мг / л Mg2 +.

Паралельно досліджувався вплив підвищення масової частки сухих речовин (СВ) молока (від 9% до 27,5% з першим кроком 3,5%, а наступними 2,5% для зразків СОМ і СЦМ відповідно) на ефективність процесу розчинення СМП при різних значеннях жорсткості води.

У зв'язку з тим, що методика визначення повноти розчинення (індекс розчинення) сухих молочних продуктів передбачає концентрацію СВ в досліджуваних зразках на рівні 9,0 і 12,5% відповідно для СОМ і СЦМ, а з підвищенням концентрації СВ в досліджуваних зразках паралельно підвищується кількість нерозчинного осаду по відношенню до початкового, то була запропонована наступна кореляційна формула, що враховує підвищення кількості не розчиниться осаду за рахунок збільшення СВ в суміші:

де:? Р - реальна розчинність зразка при даній масовій частці СВ в суміші,%; РСТ - розчинність зразка при масовій частці СВ 9,0 або 12,5% для СОМ і СЦМ відповідно; V ст - об'єм не розчинився осаду аналогічного зразка при масовій частці СВ 9,0 або 12,5% для СОМ і СЦМ відповідно, мл сирого осаду; Vр - об'єм не розчинився осаду зразка при даній масовій частці СВ, мл сирого осаду; R - розведення, яке визначається за формулою:

R = СВ / К, де (4)

СВ - реальна масова частка СВ в досліджуваних зразках,%; К - коефіцієнт розведення,% (для СОМ К = 9,0; для СЦМ К = 12,5).

Температура води-розчинника для всіх зразків була в межах 50 ± 0,50С (середнє значення рекомендоване технологічною інструкцією по відновленню СМП - від 40 до 600С).

Для виявлення шуканої залежності був застосований повний факторний план (ПФП) для квадратичної моделі представляє всі можливі комбінації рівнів категоріальних предикторов. Інтервали варіювання факторів і відповідні їм кодовані значення факторів приведені в таблиці 1.

Отримана матриця помітно відрізняється від рекомендованих для квадратичних моделей. Причина використання подібної матриці полягає в наступному: в процесі планування експерименту ми не були впевнені в тому, що досліджувану залежність можна буде описати поліномом 2 або навіть 3 ступеня, так як згідно з деякими попередньо-них міркувань на поверхні відгуку не було виключено наявність декількох екстремальних точок . Фактично вийшло, що ми використовували так званий метод Гаусса, тобто досить часту сітку дослідів, накладену на факторний простір. У разі наявності кількох екстремальних точок вони могли бути ідентифіковані по аномально великий дисперсії адекватності. У подібному випадку була можливість «вирізати» область навколо виявленої точки і обробити її як окремий ПФП. На практиці це не знадобилося.

Результати досліджень впливу жорсткості води на динаміку віднов-лення зразків СЦМ і СОМ з різною масовою часткою сухих речовин у розчині представлені на рис. 1 і 2

Як випливає з експериментальних даних, збільшення загальної жорсткості води призводить до істотного зниження ефективності розчинення СОМ і СЦМ. Підвищення масової частки СВ молока в розчині інтенсифікує цей процес.

Так, зокрема, при дослідженні зразків СОМ і СЦМ з масовою часткою сухих речовин у розчині 9,0 і 12,5% відповідно, при збільшенні жорсткості води від 1 до 10 моль / м3 спостерігається зниження розчинності зразків на 3,30 і 3, 62% відповідно. Подальше збільшення масової частки СВ СОМ і СЦМ до 27,5% в даному діапазоні жорсткості призводить до більш інтенсивного зниження розчинності: 8,27 і 6,21% відповідно. Необхідно відзначити, що збільшення масової частки СВ призводить до зниження розчинності навіть при низьких значеннях жорсткості. При цьому спостерігається тенденція в динаміці розчинності від підвищення показника жорсткості при різних значеннях масової частки СВ, що виражається у відносній стабільності процесу зниження розчинності зі збільшенням показника жорсткості.

Для визначення точки оптимуму ми використовували метод забору приватних похідних, що полягає в наступному: беруть приватні похідні по першому і другому фактору і прирівнюють отримані вирази до нуля. Отримують систему двох рівнянь з двома невідомими. Коріння цієї системи і є координати точки оптимуму. В даному випадку координати точки оптимуму в натуральних значеннях за умови досягнення максимального відгуку наведені в таблиці 2.

Контурні графіки на рис. 1 і 2 дають нам можливість визначити співвідношення факторів необхідні для досягнення заздалегідь заданого індексу розчинності. При цьому ці графіки візуально дозволяють не-скільки розширити область оптимальних значень.

За результатами досліджень рекомендовано для інтенсифікації процесу розчинення при різних концентраціях М.Д. СВ (в со-ності з вимогами технології конкретного продукту) проводити пом'якшення води до значень не більше 3 моль / м3.

Для промислового впровадження результатів досліджень специали стами ГНУ Слухаючи спільно з співробітниками ІНЕОС ім. А.Н. Несмеянова була розроблена універсальна схема водопідготовки , Яка складається з таких основних блоків: очищення від механічних домішок, очищення від залишкових кількостей хлору, пом'якшення та обезжелезования, стерилізація ультрафіолетом, тонке очищення.

Так як вибір станції з водопідготовки безпосередньо залежить від вихідних даних аналізу води на виробництві та її витрачається кількості ....