Применение кавитации (акустических волн) для обработки молока-сырья

Кавита́ция (от лат. cavita — пустота) — процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация). Существуют и другие причины возникновения эффекта кавитации. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну [4].

Молоко-сырье представляет собой полидисперсную систему, дисперсные фазы которого находятся в ионно-молекулярном (минеральные соли, лактоза), коллоидном (белки, фосфат кальция) и грубодисперсном (жир) состоянии, поэтому влияние разных излучений, в том числе и обработка акустической кавитацией имеет практический интерес [1; 3].

Нами проводилась обработка молока акустистическим источником упругих колебаний, для чего применен реактор кавитационный ультразвуковой с пьезокерамическим преобразователем. Принцип действия реактора основан на использовании акустической кавитации, которая порождает упругие гармонические колебания с определенной частотой ультразвукового диапазона. Ультразвуковая обработка молока — сырья проводилась трехкратно.

Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели молока-сырья при воздействии ультразвуковой кавитации

Как видно из таблицы 1, основные физико-химические показатели молока при разной мощности обработки практически не изменялись. Однако наблюдался рост кислотности с увеличением мощности обработки сырья. Кислотность молока обусловлена наличием в нем белков и солей, молочной, лимонной кислоты — растворенного диоксида углерода.

Изменение титруемой кислотности, возможно, происходит за счет увеличения в белках аминокислот кислого характера и снижением нейтральных аминокислот и аминокислот имеющих основные свойства [3].

При обработке молока в диапазоне от 45 до 60 Гц отмечено дробление жировых частиц (гомогенизация). С точки зрения питания человека, это ведет к лучшему усвоению в организме молочного жира, что особенно важно в детском возрасте. В диапазоне ультразвукового воздействия от 60 до 100 Гц происходит слипание жировых шариков и укрупнение конгломератов (рисунке 1). Наблюдается такая зависимость при: увеличении интенсивности обработки молока, увеличивается степень слипания жировых частиц (рисунок 2).

Рис. 2. График зависимости интенсивности обработки молока от увеличения степени слипания жировых частиц

При дегустационной оценке молока-сырья применялась разработанная шкала, (рисунок 3) в которой были представлены показатели качества [2]. Оценивали каждый показатель: вкус, запах, консистенцию, внешний вид по пятибалльной шкале. Результаты представлены как средние по группе.

Рис. 3. Полиграмма органолептических показателей коровьего молока

Результаты органолептической оценки показали, что образцы молока по вкусу, запаху, консистенции, внешнему виду различались в зависимости от частоты обработки. При 45 Гц вкус молока становился выраженно сладким, а консистенция, внешний вид и запах не отличались от исходного молока. Воздействие на молоко в 60 Гц — приводило к образованию легкой, крупитчатой консистенции, и запаху пастеризованного молока при этом внешний вид не отличался от контрольного образца. При максимальной частоте 80–100 Гц консистенция молока была крупитчатая, неоднородная, молоко приобретало нехарактерный для него горький вкус, с привкусом и запахом жженого молока, хотя цвет — молочно-белый.

Обобщение результатов дегустационной оценки молока, зависящая от частоты обработки, указывает на то, что акустическая кавитация влияет на такие показатели как вкус, запах, консистенцию.

Работа по изучению влияния ультразвуковой обработки молока нами продолжается, основной целью которой является улучшение качества молока-сырья воздействием на микрофлору с максимальным сохранением его нативной биологической ценности.

Литература:

1. Горбатова, К. К. Лабораторный практикум по химии и физике молока / О. В. Охрименко, К. К. Горбатова, А. В. Охрименко — СПб.: Гиорд, 2005. — 250 с.
2. Шидловская В. П. Органолептические свойства молока и молочных продуктов/В. П. Шидловская// Справочник. — М.:Колос, 2004 — С 360.
3. Тёпел, А. Химия и физика молока/ А. Тёпел, пер. с немецкого под ред. канд. техн. наук, доц. С. А. Фильчаковой. — СПб.: Профессия, 2012. — 832 с.
4. Ярмаркин, Д. А. Кавитационные технологии в пищевой промышленности / Д. А. Ярмаркин, Л. С. Прохасько, А. Н. Мазаев, Б. К. Асенова, О. В. Зинина, Р. В. Залилов //Молодой ученый. — 2014. — № 8. — С. 312–315.