Превращение молока в порошок — энергоёмкий процесс, основанный на удалении воды, как правило, методом распылительной сушки с использованием нагретого воздуха. Высокие температуры могут влиять на свойства чувствительных компонентов продукта, в том числе сывороточных белков, ферментов и витаминов. Поэтому поиск способов обезвоживания без интенсивного нагрева представляет интерес для пищевой промышленности.
Команда Института микроэлектроники Барселоны (IMB-CNM-CSIC) и Центра инноваций, исследований и передачи технологий в области пищевых продуктов Автономного университета Барселоны (CIRTTA-UAB) исследовала альтернативный подход — электрораспыление, или электроспрей. Метод использует сильное электрическое поле для дробления жидкости на микрокапли, из которых вода может испаряться при комнатной температуре. В экспериментах молоко обрабатывали при 20 °C.
Результаты опубликованы в журнале Innovative Food Science and Emerging Technologies в статье Proof of concept of electrospraying skimmed milk. Авторы работы — Бернат Перес-Плайя, Анна Самора, Льбертат Абад и Мануэль Кастильо. Исследователям удалось заметно повысить концентрацию сухих веществ в молоке, не обнаружив изменений в исследованных белковых компонентах. Разработку, по данным научных организаций, готовят к патентованию.
Электрическое поле вместо тепла
В обычных условиях поверхностное натяжение препятствует самопроизвольному дроблению жидкости на мелкие капли. При электрораспылении к жидкости прикладывают высокое напряжение. Возникающее электрическое поле деформирует её поверхность и способствует образованию множества мелких заряженных капель. Благодаря большой суммарной площади их поверхности вода испаряется интенсивнее, причём для этого не требуется нагревать весь объём продукта до высоких температур.
Электрораспыление уже применяется в таких областях, как тканевая инженерия, производство нутрицевтиков и изготовление датчиков. Однако его использование для обработки пищевых продуктов пока изучено слабо. В частности, до этой работы метод не исследовали в качестве способа обезвоживания молока.
Как поясняет первый автор исследования Бернат Перес-Плайя, эксперименты с обезжиренным молоком позволили оценить влияние ключевых параметров процесса: скорости подачи жидкости, расстояния между распылительным наконечником и коллектором, а также содержания жира в исходном продукте.
Как проверяли технологию
Эксперименты проводились в чистой комнате микро- и нанофабрикации IMB-CNM-CSIC. Исследователи использовали систему электрораспыления Fluidnatek LE-10, адаптированную для подачи восстановленного обезжиренного молока с различными концентрациями сухих веществ и при разных скоростях потока. Напряжение составляло 29 кВ, расстояние между наконечником и коллектором — 10 см. Температура окружающей среды поддерживалась на уровне 20 °C.
Одним из наиболее значимых факторов оказалась скорость подачи молока. При высоком расходе — 0,2 мл/мин — содержание сухих веществ после обработки практически не менялось. При снижении расхода до 0,01 мл/мин концентрация заметно возрастала. В одном из экспериментов с восстановленным молоком, первоначально содержавшим около 12% сухих веществ, их доля увеличилась с 12,3 до 36,8%.
По объяснению исследователей, при меньшем расходе на единицу объёма жидкости приходится больший электрический заряд. Это способствует более интенсивному дроблению капель и, как следствие, удалению большего количества воды.
Команда также исследовала размеры образующихся и оседающих капель, оценивала количество удалённой воды и проверяла состояние основных молочных белков — казеинов и сывороточных белков. Для этого использовали гель-электрофорез. Полученные результаты не выявили заметного воздействия процесса на эти белковые компоненты. Мануэль Кастильо, профессор кафедры животноводства и пищевых наук UAB и исследователь CIRTTA-UAB, считает это одним из важных преимуществ подхода по сравнению с традиционными термическими методами.
Пока не сухое молоко, а доказательство принципа
Авторы подчёркивают, что работа представляет собой лишь первый этап проверки технологии. В проведённых экспериментах получить полностью обезвоженное молоко в виде порошка не удалось. Кроме того, пока не продемонстрированы производительность процесса, его энергоэффективность и возможность масштабирования до промышленных объёмов.
Это принципиальные ограничения. Низкая скорость подачи жидкости, при которой удалось добиться наиболее заметного концентрирования, сама по себе ставит вопрос о производительности установки. А отсутствие нагрева ещё не означает, что технология в целом потребляет меньше энергии: для этого необходимо учесть затраты на создание высокого напряжения, подачу и обработку жидкости, а также сбор полученного продукта.
Следующие этапы исследований предполагают оптимизацию расхода жидкости, приложенного напряжения и расстояния, на котором движутся капли. Учёные также намерены испытать системы с несколькими распылительными соплами, чтобы оценить перспективы увеличения производительности. Отдельная задача — изучить энергопотребление и микробиологическую стабильность обработанного продукта. Последнее особенно важно: сохранение структуры белков ещё не означает, что молоко после обработки будет безопасно хранить без охлаждения.
В перспективе электрораспыление может найти применение не только при обработке молока, но и при обезвоживании соков и других жидких продуктов с чувствительными к нагреву компонентами. Однако пока речь идёт о лабораторной демонстрации принципа, а не о готовой замене промышленной сушке.
Главный вопрос теперь не в том, можно ли удалить воду из молока без нагрева — это уже показано. Вопрос в том, удастся ли сделать процесс достаточно быстрым и экономичным для промышленного производства. Если электрораспыление требует слишком много энергии или обеспечивает слишком малую производительность, сохранение белков без термического воздействия может оказаться преимуществом, которое не оправдывает затрат.
Сможет ли электрическое обезвоживание конкурировать с традиционной распылительной сушкой по себестоимости и производительности — или так и останется нишевой технологией для особо чувствительных продуктов?
Источник: https://www.technologynetworks.com/tn/news/electrical-technique-concentrates-milk-without-using-heat...Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
