Аннотация

Применение ультразвука высокой частоты (0,4–3 МГц) позволяет осуществить сепарирование молока без использования центробежных сепараторов, что представляет интерес для молочной промышленности. Цель настоящего исследования – подбор характеристик ультразвука и конфигурации излучателей, а также температурного режима озвучивания при сепарировании негомогенизированного пастеризованного молока. Основной объект исследования – негомогенизированное пастеризованное молоко. Озвучивание молока проводилось аппаратом для ультразвуковой терапии серии УЗТ-1 на частоте 0,88 МГц. Анализ содержания жира во фракциях молока осуществляли с помощью ультразвукового анализатора «Эксперт Профи» (ООО «НПП Лабораторика»). Исследованы зависимости расслоения молока при температурах 10 и 40 ℃ от времени воздействия ультразвука с частотой 880 кГц в непрерывном и импульсном режимах. При обеих температурах предложены режимы, позволяющие ускорить расслоение относительно неозвученного образца. При температуре 10 ℃ и непрерывном озвучивании зависимость градиента жирности между верхней и нижней фракциями молока после расслоения немонотонна. Применение импульсного режима озвучивания (1 мин озвучивания, 1 мин выдержки при заданном количестве таких циклов) позволяет достичь линейной зависимости. Времени озвучивания 10 мин соответствует градиент 4,74 мас.% при выдержке в течение суток в холодильнике. Жирность исходного молока – 3,8 %. При 40 ℃ происходит расплавление молочного жира, в связи с чем изменяется характер рассматриваемой зависимости: градиент жирности линейно зависит от времени озвучивания, а скорость расслаивания после окончания озвучивания постоянна. Поскольку длительная выдержка молока при повышенной температуре нежелательна, максимальное время расслоения – 1 ч при комнатной температуре. Градиент жирности при этом равен 0,90 мас.% при жирности исходного молока 2,8 %. Ультразвук частоты 880 кГц способствует ускоренному расслоению негомогенизированного молока. В случае температурного режима 10 ℃ оптимален импульсный режим, а в случае 40 ℃ – непрерывное озвучивание.

Ключевые слова

Молоко, эмульсия, жирность, ультразвук, сепарирование, коагуляция, стоячая волна

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Chandrapala J, Leong T. Ultrasonic Processing for Dairy Applications: Recent Advances. Food Engineering Reviews. 2015;7:143–158. https://doi.org/10.1007/s12393-014-9105-8
2. Ashokkumar M, Mason TJ. Sonochemistry. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2004. https://doi.org/ 10.1002/0471238961.1915141519211912.a01.pub2
3. Thi Hong Bui A, Cozzolino D, Zisu B, Chandrapala J. Effects of high and low frequency ultrasound on the production of volatile compounds in milk and milk products – a review. Journal of Dairy Research. 2020; 87(4):501–512. https://doi.org/ 10.1017/s0022029920001107
4. Mason TJ, Lorimer JP. Sonochemistry, Theory, Applications and Uses of Ultrasound in Chemistry. Ellis Horwood, New York. 1989.
5. Freitas S, Hielscher G, Merkle HP, Gander B. Continuous contact- and contamination-free ultrasonic emulsification–a useful tool for pharmaceutical development and production. Ultrasonics Sonochemistry. 2006; 13(1):76–85. https://doi.org/ 10.1016/j.ultsonch.2004.10.004
6. Abismail B, Conselier JP, Wilhelm AM, Delmas H, Gourdon C. Emulsification by ultrasound: droplet size distribution and stability. Ultrasonics Sonochemistry. 1999;6(1-2):75–83. https://doi.org/10.1016/s1350-4177(98)00027-3
7. Abismai B, Canselier JP, Wilhelm AM, Delmas H, Gourdon C. Emulsification processes: on-line study by multiple light scattering measurements. Ultrasonics Sonochemistry. 2000;7(4):187–192. https://doi.org/10.1016/s1350-4177(00)00040-7
8. Leong T, Johansson L, Juliano P, McArthur SL, Manasseh R. Ultrasonic Separation of Particulate Fluids in Small- and Large-Scale Systems: A Review. Industrial and Engineering Chemistry Research. 2013;52(47):16555–16576. https:// doi.org/10.1021/ie402295r
9. Al-Hilphy ARS, Niamah AK, Al-Temimi AB. Effect of ultrasonic treatment on buffalo milk homogenization and numbers of bacteria. International Journal of Food Science and Nutrition Engineering. 2012;2(6):113–118. https://doi.org/10.5923/ j.food.20120206.03
10. Koh LLA, Chandrapala J, Zisu B, Martin GJO, Kentish SE, Ashokkumar M. A comparison of the effectiveness of sonication, high shear mixing and homogenization on improving the heat stability of whey proteins solutions. Food and Bioprocess Technology. 2014;7:556–566. https://doi.org/10.1007/s11947-013-1072-1
11. Prasad J, Dixit A, Sharma SP, Mwakosya AW, Petkoska AT, Upadhyay A, et al. Nanoemulsion-based active packaging for food products. Foods and Raw Materials. 2024;12(1):22–36. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2024-1-585
12. Gmoshinski IV, Ananyan MA, Shipelin VA, Riger NA, Trushina EN, Mustafina OK, et al. Effect of dihydroquercetin on the toxic properties of nickel nanoparticles. Foods and Raw Materials. 2023;11(2):232–242. https://doi.org/10.21603/2308- 4057-2023-2-572
13. Burak LCh, Zavaley AP. Combined Ultrasound and Microwave Food Processing: Efficiency Review. Food Processing: Techniques and Technology. 2024;54(2):342–357. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2510
14. Kozlova OV, Velichkovich NS, Faskhutdinova ER, Neverova OA, Petrov AN. Methods for Extracting Immune- Response Modulating Agents of Plant Origin. Food Processing: Techniques and Technology. 2023;53(4):680–688. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-4-2468
15. Зверев С. В., Лобанов А. В. Ультразвуковая техника в молочной промышленности // Переработка молока. 2005. № 1. С. 10. httpss://elibrary.ru/UZDYXT
16. Березовский Ю. М., Дергачев П. П., Блиадзе В. Г. Возможности ультразвуковой обработки молока // Молочная промышленность. 2005. № 5. С. 46–47. https://elibrary.ru/KZQKTJ
17. Kanina KA, Krasulya ON, Zhizhin NA., Semenova ES. Study of the effect of high-frequency acoustic cavitation on the quality of raw milk and dairy products based on it. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2019;81(3):145–150. (In Russ.). httpss://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-3-145-150; https://www.elibrary.ru/ ORQIKV
18. Hughes DE, Nyborg WL. Cell Disruption by Ultrasound. Science. 1962;138(3537):108–114. https://doi.org/10.1126/ science.138.3537.108
19. Bermúdez-Aguirre D, Mobbs T, Barbosa-Cánovas GV. Ultrasound Applications in Food Processing. In: Feng H, Barbosa-Canovas G, Weiss J, editors. Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. New York: Springer; 2010. pp. 65–105. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7472-3_3
20. D’Amico DJ, Silk TM, Wu J, Guo M. Inactivation of Microorganisms in Milk and Apple Cider Treated with Ultrasound. Journal of Food Protection. 2006;69(3):556–563. https://doi.org/10.4315/0362-028x-69.3.556
21. Gera N, Doores S. Kinetics and Mechanism of Bacterial Inactivation by Ultrasound Waves and Sonoprotective Effect of Milk Components. Journal of Food Science. 2011;76(2):M111–M119. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2010.02007.x
22. Juraga E, Šalamon B, Herceg Z, Režek J. Application of high intensity ultrasound treatment on Enterobacteriae count in milk. Mljekarstvo.2011;61(2):125–134.
23. Tolt TL, Feke DL. Separation of dispersed phases from liquids in acoustically driven chambers. Chemical Engineering Science. 1993;48(3)527–540. https://doi.org/10.1016/0009-2509(93)80307-c
24. Johnson DA, Feke DL. Methodology for fractionating suspended particles using ultrasonic standing wave and divided flow fields. Separations Technology. 1995;5(4):251–258. https://doi.org/10.1016/0956-9618(95)00130-1
25. Benes E, Groschl M, Nowotny H, Trampler F, Keijzer T, Bohm H, et al. Ultrasonic separation of suspended particles. 2001 IEEE Ultrasonics Symposium. Proceedings. An International Symposium. 2001;1:649 – 659. https://doi.org/10.1109/ ULTSYM.2001.991812
26. Juliano P, Kutter A, Cheng LJ, Swiergon P, Mawson R, Augustin MA. Enhanced creaming of milk fat globules in milk emulsions by the application of ultrasound and detection by means of optical methods. Ultrasonics Sonochemistry. 2011;18(5):963–973. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2011.03.003
27. Kapishnikov S, Kantsler V, Steinberg V. Continuous particle size separation and size sorting using ultrasound in a microchannel. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment. 2006;01:P01012. https://doi.org/10.1088/1742- 5468/2006/01/p01012
28. Petersson F, Nilsson A, Holm C, Jönsson H, Laurell T. Separation of lipids from blood utilizing ultrasonic standing waves in microfluidic channels. The Analyst. 2004;129(10):938–943. https://doi.org/10.1039/b409139f
29. Nii S, Kikumoto S, Tokuyama H. Quantitative approach to ultrasonic emulsion separation. Ultrasonics Sonochemistry. 2009;16(1):145–149. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2008.07.005
30. Leong T, Juliano P, Johansson L, Mawson R, McArthur SL, Manasseh R. Temperature effects on the ultrasonic separation of fat from natural whole milk. Ultrasonics Sonochemistry. 2014;21(6):2092–2098. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch. 2014.02.003
31. Juliano P, Temmel S, Rou M, Swiergon P, Mawson R, Knoerzer K. Creaming enhancement in a liter scale ultrasonic reactor at selected transducer configurations and frequencies. Ultrasonics Sonochemistry. 2013;20(1):52–62. https://doi.org/ 10.1016/j.ultsonch.2012.07.018
32. Kerrigan GL, Norback JP. Linear Programming in the Allocation of Milk Resources for Cheese Making. Journal of Dairy Science. 1986;69(5):1432–1440. https://doi.org/10.3168/jds.s0022-0302(86)80552-5
33. Bliadze VG, Bigaeva AV. Development of the raw materials’ consumption rates for the cheese and cottage cheese production. Dairy Industry. 2021:(10):59–62. (In Russ.). https://doi.org/10.31515/1019-8946-2021-10-59-62; httpss://elibrary.ru/ UJOYJH
34. Leong T, Johansson L, Juliano P, Mawson R, McArthur S, Manasseh R. Design parameters for the separation of fat from natural whole milk in an ultrasonic litre-scale vessel. Ultrasonics Sonochemistry. 2014;21(4):1289–1298. https:// doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.01.007
35. Frampton KD, Martin SE, Minor K. The scaling of acoustic streaming for application in micro-fluidic devices. Applied Acoustics. 2003;64(7):681–692. https://doi.org/10.1016/s0003-682x(03)00005-7
36. Цымбалов А. С. Влияние поверхностно-активных веществ на диспергирование и стабильность водомасляных эмульсий // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2018. № 3. С. 108–119. https:// elibrary.ru/YLVEWD