УДК: 637.147: 532.77 Мальцева О.М.

Изменение криоскопической температуры при разделительном вымораживании обезжиренного молока

Молоко является превосходным источником большинства витаминов и минералов, необходимых для нормального роста и развития организма. Важнейшей задачей для производителей молочной продукции является сохранение свойств молока и его составных частей. При переработке молока по традиционным технологиям получаются побочные продукты (вторичное молочное сырье), такие как обезжиренное молоко, молочная сыворотка и пахта. Основное отличие обезжиренного и цельного молока состоит в содержании жира. Спектр применения обезжиренного молока широк. В основном оно перерабатывается в молочные продукты для непосредственного потребления. Это связано как с дефицитом белка в рационе питания, так и с биологической полноценностью обезжиренного молока и вырабатываемых на его основе продуктов.

На сегодняшний день весьма актуальны вопросы получения концентратов из обезжиренного молока при пониженных температурах без потерь во вкусе, цветеис меньшими тепловыми потерями. Охлаждение до криоскопических температур (температуры начала кристаллизации системы при условии, что отсутствует переохлаждение) и замораживание являются наиболее распространенными способами консервирования и сохранения молока и молочных продуктов. Концентрирование обезжиренного молока вымораживанием основывается на его охлаждении ниже температуры его замерзания. Кристаллизация, то есть фазовый переход воды из жидкого состояния в твердое, является основным физическим явлением, происходящим при вымораживании молока. Данный переход начинается с момента нарушения явления переохлаждения при отводе теплоты. Во время замораживания свободная вода переходит в кристаллы льда достаточно высокой степени чистоты. В концентрируемом молоке содержится большое количество различных минеральных и органических веществ, поэтому естественно, что понижение температуры продукта ниже криоскопической сопровождается повышением концентрации жидкой части раствора. Благодаря этому незамерзшая фаза существенно изменяет свои свойства, такие как рН, титруемая кислотность, вязкость, ионная сила, точка замерзания [1].

Из закона Рауля следует, что раствор всегда замерзает при температуре более низкой, чем чистый растворитель. Криоскопическая температура зависит от разных факторов: концентрации растворов, диссоциации растворенных веществ, молекулярной массы и свойств растворителя. Методика криоскопии (oсмометрии) находит применение в молочной промышленности при освоении новых безотходных технологий по более полному использованию вторичного молочного сырья. Применение осмометрии необходимо всем производителям, заинтересованным в получении объективной информации о своей продукции.

Криоскопическая температура цельного молока постоянна и находится в пределах от -0,55°С до -0,56°С. При увеличении процентного содержания воды в молоке температура его замерзания повышается. Следовательно, обезжиренное молоко имеет более высокую криоскопическую температуру.

Для проведения экспериментальных исследований использовалось молоко с массовой долей жира 1%. Исходное молоко перед криоконцентрированием предварительно охлаждали до 3^о С. Концентрирование молока осуществлялось в емкостном криоконцентраторе [2]. Исследовалось влияние различных температурных режимов (-2^о, -4^о, -6^о и -8^о С) на криоскопическую температуру вымороженной фракции молока и полученных в результате вымораживания концентратов. С помощью ареометра была определена плотность жидкостей. Массовую долю сухих веществ С в соответствующих жидкостях рассчитывали по формуле:

,

где 4,9 - постоянный коэффициент; Ж – массовая доля жира, %; D – плотность жидкости, градусы ареометра: 0,5 – поправка на плотность.

Криоскопическую температуру исходного молока, полученных концентратов и вымороженной фракции определяли при помощи измерителя - регулятора универсального двухканального микропроцессорного марки ТРМ 202. Предварительную настройку прибора проводили при температуре замерзания дистиллированной воды. Определение криоскопической температуры повторяли 3 раза, добиваясь, чтобы расхождение между предыдущим и последующим измерением температуры не превышало 0,1. На рис.1 показано изменение температур при определении криоскопической температуры исходного молока, концентрата и вымороженной фракции, полученных при вымораживании в течение трех часов при температуре -4^о С.

Рисунок 1. Изменение температуры исходного молока, концентрата и вымороженной фракции при t=-4^о С.

Криоскопическая температура раствора зависит от его концентрации, то есть от содержания в нем сухих веществ. В описываемом процессе с понижением температуры и увеличении времени вымораживания в получаемых концентратах доля сухих веществ возрастает, а в вымороженной фракции значимо убывает. На рис. 2 видно, что зависимость криоскопической температуры жидкостей от содержания сухих растворимых веществ носит нелинейный характер. По мере вымораживания свободной воды увеличивается концентрация сухих веществ в незамерзшем растворе, что приводит к сдвигу криоскопической температуры в область более низких температур.

Рисунок 2. Зависимость криоскопической температуры жидкостей от содержания в них сухих веществ

Обработка экспериментальных зависимостей позволила получить формулу параболической регрессии (1), достаточно полно описывающую изменение криоскопической температуры исследуемых жидкостей (вымороженных фракций и полученных концентратов) в зависимости от содержания в них сухих веществ:

, (1)

где t_кр – криоскопическая температура жидкости, ^оС; С – Содержание сухих веществ в жидкости, %.

Литература:

1. Пап, Л. Концентрирование вымораживанием: пер. с венг. / Л. Пап; под ред. О. Г. Комякова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.– 96 с.

2. Устройство для концентрирования жидких пищевых продуктов : пат. 2509514 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/00 / Короткий И.А., Гунько П.А., Мальцева О.М., Учайкин А.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО КемТИПП. – № 2013106559/13; заявл. 01.11.12.; опубл. 20.03.2014, Бюл. № 8.