Файл: Гуляев-Зайцев, С. С. Физико-химические основы производства масла из высокожирных сливок.pdf

Рис. 17. Опытная установка М-3.

снятия слоя продукта с охлаждающей поверхности, потенциометра 10, строботахометра 11 и универсального источника питания 12.

Комплекс, включающий в себя холодильную машину, испаритель, емкость с антифризом, погружной насос и ультратермостат, предназначен для акку­ мулирования холода, создания и поддержания постоянной скорости охлаж­

линдра миксера, и периодическим включением электрических нагревателей ультратермостата, управляемых специальным электрическим приводом.

Миксер, скребковый механизм 8, универсальный источник питания, при­ боры для измерения температуры и частоты вращения предназначены для механической обработки охлаждающегося продукта с контролем и регулиро­ ванием основных параметров ее.

Устройство основного аппарата установки— миксера— показано на рис. 18. Движение от электродвигателя 24 через ременную передачу 25, веду­ щий вал 1, соединенный упругим элементом 23 с ведомым валом 4, пере­ дается мешалке 7, воздействующей на обрабатываемый продукт. Продукт помещается во внутренний цилиндр 5, который образует с наружным ци­ линдром 8 кольцевую полость 6 для хладоносителя. Вход и выход послед­ него осуществляется через патрубки 9, расположенные тангенциально к поло­ сти. Продуктовый цилиндр закрыт сьемной крышкой 10, на которой размещен узел для измерения вязкости обрабатываемого продукта и скребковый

механизм.

Узел для измерения вязкости состоит из тензометрического валика 19, расположенного в шарикоподшипниках 11, упругого элемента 15, стрелки 12, отсчетного диска 13 и держателя 16, установленного в кронштейне 14. Скребок 20 получает движение от электродвигателя 17 через ременную передачу 18. Поверхности устройства, соприкасающиеся с продуктом, выполнены из нер­ жавеющей стали.

Жир или высокожирные сливки загружают во внутренний цилиндр и за­ крывают крышкой, затем для лучшего хладообмена (теплообмена) включают скребки, частота вращения которых составляет 0,15 с-1. Выбрав параметры механической обработки, включают мешалку, интенсивность ее воздействия регулируют частотой вращения и размерами обрабатывающих органов (меша-

61

Рис. 18. Устройство миксера.

лок). С помощью универсального источника питания изменением напряжения, подаваемого на коллекторный электродвигатель постоянного тока 24, уста­ навливают частоту вращения мешалки.

Затем в кольцевую полость хладоноситель направляют центробежным насосом или насосом ультратермостата. Первым пользуются для получения более высоких скоростей охлаждения. Антифриз поступает в ультратермостат из емкости и поддерживается на заданном уровне поплавковым регулятором. Это необходимо для постоянного расхода жидкости, проходящей через ру­ башку миксера. Из рубашки хладоноситель частично возвращают в ультра­ термостат, другая его часть поступает в емкость. Соотношения этих частей зависят от скорости охлаждения и регулируются краном во время опыта. Постоянная скорость охлаждения жира или сливок обеспечивается равномер­ ным вращением электроконтактного термометра через редуктор от привода.

Установка позволяет реализовать ступенчатые режимы охлаждения про­ дукта с термостатированием его на отдельных стадиях процесса (в схему включают дополнительный ультратермостат). Температура продукта опреде­ ляется термопарой 22 и записывается на автоматическом потенциометре.

В процессе обработки и охлаждения вязкость жира или сливок изме­ ряется следующим образом. Во время работы устройства продукт, получаю­ щий вращательное движение от мешалки, увлекает измеритель вязкости 21 вместе с тензометрическим валиком 19. Величина смещения его фиксируется стрелкой 12 на шкале диска 13. При этом упругий элемент 15 препятствует

62

повороту валика. Чем выше вязкость продукта при постоянной частоте вра­ щения рабочей мешалки, тем больше деформируется упругий элемент и тем на больший угол отклоняется стрелка. Таким образом, предварительно про­ градуировав прибор по жидкости с известной вязкостью (например, масло МС-20), можно определить изменение вязкости жира во время охлаж­ дения и механической обработки. В качестве упругого чувствительного эле­ мента применяют стальную нить или трос, работающие в пределах упругой деформации.

При обработке продукта мешалка 7 вместе с ведомым валом смещается относительно ведущего вала 1 на некоторый угол, определяемый величиной сопротивления обрабатываемых жира или сливок. Смещение фиксируется стрелкой 3 на шкале 2 и снимается при помощи строботахометра. С помощью градуировочной кривой (смещение упругого элемента — крутящий момент) по величине смещения определяют крутящий момент, который и пересчитывают в удельную мощность механической обработки, затрачиваемую на обработку жира или сливок. Выбор упругого элемента производится таким образом, чтобы получить достаточно большой угол закручивания.

Эксплуатация установки показала, что жир или высокожирные сливки можно обрабатывать с удельной мощностью 0—80 Вт/кг при скорости охлаж­ дения 0—15° С/мин. Кроме того, изменяя частоту вращения мешалки во время опыта, можно регулировать удельную мощность механической обработки на разных стадиях кристаллизации и структурообразования продукта. На любой стадии процесса охлаждение и механическую обработку продукта можно пре­ рвать и отобрать пробы жира или сливок, чтобы определить их физико-хими­ ческие и структурно-механические свойства.

Опыт эксплуатации установки показал достаточную точность ее измери­ тельных элементов, хорошую воспроизводимость экспериментальных данных и надежность в работе.

Указанные установки были использованы для установления влияния способов и параметров механических воздействий на температуру массовой кристаллизации, эффект вторичного отвердевания и групповое плавление твердой фазы.

Температура массовой кристаллизации. Влияние низкочастот­ ных механических колебаний на температуры массовой кристал­ лизации молочного жира показано на рис. 19 и 20 [15]. Опыты выполнены при частотах колебаний со от 14 до 67 Гц и амплиту­

вибрационной обработке показывают, что он отвердевает в двух

t °с

с 7.2/ ______________________________________ ______________________

Рис. 19. Зависимость температур массовой кристаллизации жира *,|2

от частоты колебаний с амплитудами

0,66 мм (а); 0,42 мм (б)\ 0,12 мм (в)

при скорости охлаждения 1,5° С/мин:

1 - 2—t-i.

163

температурных зонах или имеет две температуры массовой кристаллизации t\ и /2 либо две точки отвер­ девания.

' При скорости охлажде­ ния 1,5° С/мин (см. рис. 19) механическая обработка ‘значительно изменяет про­ цесс отвердевания молоч­ ного жира, смещая .массо­ вую кристаллизацию в об­ ласть повышенных темпера­ тур. Особенно эффективно

Рис. 20. Зависимость температур массо­ .влияет вибрация на вторую

пространяется до 50 Гц, для второй она зависит от амплиту­ ды и лежит при частотах колебания ниже 25—45 Гц. В дальней­ шем с увеличением частоты вибрации температуры массовой кристаллизации последовательно возрастают и при 67 Гц

и амплитуде 0,66 мм они совмещаются. Обе группы глицеридов отвердевают при 20,5° С. При этом t\ повышается на 2° С, а /2— на 6,5° С. Значительное повышение температур кристаллизации также наблюдается при меньших амплитудах колебания, но эф­ фект совмещения их лежит в области более высоких частот. Таким образом, эффект механической обработки увеличивается с повышением частоты и амплитуды вибрации, которые опреде­

ляют интенсивность воздействия на систему.

Подобное влияние оказывают низкочастотные колебания при охлаждении жира со скоростью 0,9° С/мин (см. рис. 20). При частоте колебания 50 Гц точки отвердевания совмещаются, ниж­ ний предел обработки расположен в области от 0 до 25 Гц. При охлаждении жира со скоростью 0,5° С/мин большее влияние вибрационная обработка оказывает на первую точку отверде­

гих скоростях охлаждения. С повышением частоты колебаний разница между t\ и /2 не уменьшается, а наоборот, все возра­ стает. Это позволяет рассматривать данную скорость охлажде­ ния как аномальную, при которой наблюдается качественно иное распределение триглицеридов в отвердевающих группах глицеридов. При вибрационной обработке скорость охлаждения

64

Рис. 22. Зависимость температур массовой кристаллизации жира от удельной мощности механиче­ ской обработки при различных скоростях охлаждения:

1 — t j ; 2 — t<i.

Точки отвердевания совмещаются при интенсивности обработки жира соответственно 20 и 35 Вт/кг. Верхний порог обработки расположен в области выше 20—35 Вт/кг. Таким образом, чтобы достигнуть максимальных значений /2 на обработку охлажда­ ющегося жира с повышенным содержанием ненасыщенных жирных кислот требуются значительно большие энергетические затраты, чем на обработку высокоплавкого жира. По-видимому, это вызвано особенностями пространственной структуры ненасы­ щенных триглицеридов.

Время, в течение которого жир, охлаждающийся с постоян­ ной скоростью, находится между температурами плавления и массовой кристаллизации, характеризует степень переохлаж­ дения кристаллизующихся триглицеридов Дт. При увеличении мощности обработки жира время Дт резко снижается в зоне быстрого повышения значения точки отвердевания.

При более высоких скоростях охлаждения жира (рис. 22) зависимость температур кристаллизации от удельной мощности механической обработки сохраняется, но кривые t\$ — N имеют характерные особенности. По своим значениям точки отверде­ вания жира при скоростях охлаждения 2,5 и 4—5° С/мин почти . не отличаются и ложатся на одну кривую. В диапазоне мощно­ сти 0—40 Вт/кг численное значение первой точки отвердевания не изменяется, тогда как второй возрастает на 4° С. При даль­ нейшем увеличении мощности обработки точки отвердевания совмещаются.

Механическое воздействие при скорости охлаждения жира 10—13° С/мин лишь на начальной стадии повышает численное значение первой точки отвердевания, в дальнейшем она остает­

растают. При данной скорости охлаждения в исследованном диапазоне удельной мощности механической обработки не удает­ ся достичь эффекта совмещения температур кристаллизации.

66

Влияние скорости охлаждения на значения второй точки отвердевания молочного жира при механической обработке с различной удельной мощностью показано в табл. 14.

* Совмещается с первой точкой отвердевания.

При любой интенсивности обработки повышение скорости охлаждения снижает значения точек отвердевания. При этом фактор скорости охлаждения оказывается менее действенным при высокой мощности механической обработки.

Чтобы установить зависимость точек отвердевания в усло­ виях механической обработки от состава, исследовали натураль­ ный молочный жир, а также смесь его с различными количества­ ми высокоили низкоплавкой фракции [14]. Состав исследован­

Смесь с йодным числом 29,8 составлена из молочного жира на 30% и высокоплавкой фракции на 70%, а образец с йодным