Теоретические основы сушки

Консервирование молока и молочных продуктов сушкой предполагает процесс удаления свободной влаги из продукта.

При производстве всех видов сухих молочных продуктов удаление свободной влаги осуществляется в две ступени - сгущением и сушкой предварительно сгущенного продукта. Сгущение выпариванием производится до такой общей массовой доли сухих веществ, при которой массовая доля ККФК в воде не превышает 18-20 % и продукт не утрачивает текучести. Качество продуктов из предварительно сгущенных смесей выше, чем из несгущенных. Сгущенные смеси высушиваются до конечной влажности, устанавливаемой в зависимости от форм связи воды с составными частями сухого вещества молока. В молоке цельном наряду со свободной содержится связанная вода (около 3,2 %). Связанная вода недоступна микроорганизмам, не является растворителем, не замерзает при 0 °С, не принимает участия в биохимических процессах. Она прочно связана с составными частями молока. На 1 молекулу белка приходится 18 тысяч молекул воды. Удаление ее сопровождается необратимыми изменениями составных частей сухих веществ консервируемого молочного сырья. Исходя из этого, связанная вода должна быть, оставлена в сухих молочных продуктах. Из составных частей на 95 % связывают воду белки, по массовой доле которых и устанавливают конечную влажность продукта – не более 15 % от массовой доли белка в нем. На этом основано нормирование конечной влажности сухих молочных продуктов, по достижении которой заканчивается процесс сушки. Кривые равновесной влажности сухих молочных продуктов приведены на рисунок 4.1.

В конце сушки должно быть обеспечено равновесие между величиной заданной влажности, В_пр и относительной влажностью воздуха φ, окружающего продукт. Условия равновесия рассчитываются по формуле (4.1) при температуре (t):

Ig B_пp = 0,014459 φ+ lg (1,423 - 0,00543 t), (4.1)

Молочные продукты сушат различными способами: распылительным в потоке горячего воздуха, в кипящем слое, контактным, сублимацией и в состоянии пены. Вне зависимости от способа в процессе сушки должно быть обеспечено: получение заданной конечной влажности, свободная сыпучесть, минимальное содержание свободного поверхностного жира, требуемые полнота и скорость растворения при минимальных потерях сырья и продукта. При сушке в потоке горячего воздуха или контактным способом должны быть исключены перегрев, пересыхание и пригорание молочного порошка, а также явления адгезии и когезии.

Рисунок 4.1 – Кривые равновесной влажности сухих

молочных продуктов:

1 - молоко цельное распылительной сушки; 2 - молоко обезжиренное распылительной сушки; 3 - молоко обезжиренное пленочной сушки; 4 - пахта пленочной сушки; 5 - сыворотка распылительной сушки

При пленочном способе сушка осуществляется в вальцовых су­шилках. Сгущенное молоко наносят распылением или тонким слоем на вращающиеся вальцы, поверхность которых нагревается паром до температуры 105-130 °С. В результате контакта высуши­ваемого продукта с горячей поверхностью вальцов молоко высу­шивается в виде тонкой пленки. Эта пленка снимается специаль­ными ножами и поступает к элеватору мельницы для размельче­ния. Продолжительность сушки на вальцовых сушилках не долж­на превышать 2 с, так как высокая температура поверхности нагрева вызывает существенные изменения в высушиваемом мо­локе. В результате контакта с нагретой поверхностью значитель­ная часть жира оказывается не защищенной оболочкой. В связи с этим и вследствие низкой растворимости готового продукта пле­ночный способ применяют при производстве сухого обезжирен­ного молока и сыворотки.

При сублимационной сушке удаление влаги происходит из замо­роженных продуктов с содержанием сухих веществ до 40 %. Суб­лимационную сушку осуществляют при температуре заморожен­ного продукта – 25 ºС и остаточном давлении в сублиматоре 0,0133-0,133 кПа. Продукты, полученные при сублимационной сушке, легко восстанавливаются, сохраняют вкус, химический со­став и структуру. Сублимационной сушкой получают сухие кисло­молочные продукты, закваски и смеси для мороженого.

При распылительном способе сушка осуществляется в результате контакта распыляемого сгущенного продукта с горячим воздухом. Сгущенное молоко распыляется в сушильной камере с помощью дисковых и форсуночных распылителей. В дисковых распылите­лях сгущенное молоко распыляется под действием центробежной силы вращающегося диска, из сопла которого молоко выходит со скоростью 150-160 м/с и раздробляется на мельчайшие капли из-за сопротивления воздуха. В форсуночные распылители сгущенное молоко подается под высоким давлением (до 24,5 МПа).

При сушке на распылительных сушилках сгущенное молоко распыляется в верхней части сушилки, куда подается горячий воз­дух. Горячий воздух, смешиваясь с мельчайшими каплями молока, отдает им часть теплоты, под действием которой влага испаряется, и частицы молока быстро высушиваются. Высокая скорость суш­ки (испарения) обусловлена большой поверхностью соприкосно­вения мелкодисперсного молока с горячим воздухом. При быст­ром испарении влаги воздух охлаждается до 75-95 °С, поэтому тепловое воздействие на продукт незначительно и растворимость его высокая. Высушенное молоко в виде порошка оседает на дно сушильной башни.

Распылительные сушилки в зависимости от движения воздуха и частиц молока разделяют на три вида: прямоточные, в которых движение воздуха и молока параллельное; противоточные, в кото­рых движение частиц молока и воздуха противоположное; смешан­ные – со смешанным движением воздуха и частиц молока.

Наиболее рациональные и прогрессивные высокопроизводи­тельные прямоточные распылительные сушилки, в которых сте­пень растворимости сухого молока достигает 96-98 %.

Сушка в состоянии пены осуществляется путем введения газа под давлением 15 МПа в сгущенную до 40 % сухих веществ молочную смесь перед выходом ее из распыливающего устройства в сушильной камере. Газ и продукт смешиваются в отношении 5:1. Частицы продукта – плотные, пористые, обладают повышенными смачиваемостью и растворимостью. Просеиванием продукт фракционируется по размерам частиц.