Способ регулирования хранимоспособности сгущенных молочных продуктов с сахаром

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 з 1)4 С 01 И 33/О ТЕНИ ПИСА Е ИЗОБ оро ХРАНИМОС Х ПРОДУК( С Т тносится к молоч и может найти пр рит ель но ра з б 6,0 10Па с бракы выбираю жения, равным ко всем осмот нентам. в енных веще является о ция раств м раствор ных факто н исследуе м из осн в, определя т ения,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Гришин М.Г Соколов Ф.С. Производство молочных консервов.Киев; Вища школа, 1982, с24,Чекулаева Л,В., Чекулаев Н.М.Сгущенные молочные консервы. - М,фЛегкая и пищевая промьппленность,198с. 34,54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИ ОБНОСТИ СГУЩЕННЫХ МОЛОЧ ОВ С САХАРОМ(57) Изобретение о ной промышпенности 1Изобретение относится к методам исследования Физико-химических процессов при производстве консервиро" .ванных продуктов, главным принципом сохранности которых является осмо" анабиоз, т.е. создание высокого осмотического давления за счет добавления осмотически активных веществ, ,.например при производстве сгущенных ,молочных продуктов сложного состава.Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени.При оценке осмотического давления сгущенные молочные продукты предваенение при регулировании хранипособности сгущенных молочных дуктов с сахаром по осмотическому давлению, Целью изобретения является повышение точности и сокращение времени . Отбирают пробу продукта. Разбавляют водой до получения раствора вязкостью 2,110- 6,0 10Па с. Фильтруют через полупроницаемую мембрану с коэффициентом отражения,равным единице,по отношению к осмотически активным компонентам. Измеряют осмотическое давление разбавленного раствора. Предварительно измеряют осмотическое давление в подготовленной пробе сгущенного молочного продукта с сахаром с известным составом и га- Й рантированным сроком хранения. Регулирование хранимсспособности сгущенного молочного продукта с сахаром С осуществляют изменением количества вводимого осмотически активного ком-, Д понента, устанавливаемого по расчетной формуле. 1 ил., 8 табл.4 ь вляют водойдо 2,110 а полупроницаемые ме т с коэффициентом отра единице по отношению ически активным компо щих не только характеристики процесса измерения осмотического давления,но саму воэможность использования мея измерения осмотического дав(2) 1 1 р (ЬР бП) 30 г 282 50 Увеличение концентрации растворенных веществ приводит к повышению осмотического давления раствора, что снижает эффективную движущую силу процесса, а также, как правило, возрастанию вязкости.Все это вызывает снижение проницаемости мембраны. С увеличением концентрации уменьшается толщина слоя связанной воды на поверхности и в порах мембран, что приводит к искаже" нию результатов измеряемого параметра.Поэтому правильный выбор рабочего интервала вязкостей, а следователь-но, и концентраций является важнейшей предпосылкой нормального функ ционирования установки для измерения осмотического давления растворов.Разбавление исследуемых сгущенных молочных продуктов до вязкости , 2,1 10- 6,0"10Паф с соответствует примерно концентрациям 150- 300 г/л, что является оптимальным условием для работы мембраны и прибора и способствует повышению достовернос" ти получаемых результатов,Разбавление растворов до вязкости ниже 2,110Па с приводит к увеличению ошибки эксперимента,поскольку отвечает весьма высоким зна.чениям разведения. Использование растворов с вязкостью, превышающей 6,010-э Па,с, приводит к необходимости применения высоких давлений, приводящих к изменению структуры мембраны и искажению результатов измерений.Известно что измерения тем точоУнее и экспресснее, чем выше. значение коэффициента фильтрации. Для тонкосЛЬйной модели мембраны где Г - общая пористость мембраны,ог - радиус пор в ней;й - длина пор,- вязкость раствора.1 тем выше, чем больше радиус пор й общая пористость мембраны.Общая пористость полимерных мембран обычно равна 75-802, ихс толщина - примерно 100 мкм. Повышение размера пор приводит к снижению коэффициента отражения. Следовательно, анализ уравнения (1) показывает, что наиболее существенной переменной явля 4071 4ется вязкость . При этом значениевязкости следует поддерживать повозможности более низким (работать сразбавленными растворами).Сгущенные молочные продукты являются продуктами сложного состава,содержащими несколько осмотическиактивных компонентов с различной молекулярной массой (сахароза, глюкоза, фруктоза, инулин) и различнойспособностью проницаемости через мем, брану (различным коэффициентом отражения б ) .Для определения объемного потокачерез мембрану используют известноефеноменологическое уравнение, описывающее трансмембранный перенос привоздействии давления где 1 - объемный поток черезчмембрану;25 ЬР и ЬП - градиенты гидростатического и осмотического давления по обе еестороны,1 - коэффициент фильтрации,( - коэффициент отражениямембраны.Как следует из уравнения (2),величина объемного потока определяется разностью как гидростатических,так и осмотических давлений, те.воздействие гидростатического и осмотического (концентрации осмотически активного компонента) давленияпринципиально идентично. Однако эта 40идентичность выполняется лишь в случае 5 = 1. Таким образом, для оценкиасмотического давления сгущенныхмолочных продуктов сложного составанеобходимо выполнение условия Я = 1, 45т,е. идеальность полупроницаемостимембраны по отношению к осмотичес",ки активным компонентам .(обычно этомоно- и дисахариды). В, этом случаеуравнение (2) становится 1 = 1 (ЬР -5 П), (3) т.е. объемный поток равен нулю, когда осмотическое давление уравновешивается гидростатическим. Кроме того, для оценки осмотичес, кого давления необходимо разбавление продуктов с тем, чтобы уменьшилась их вязкость и определяемое осмоти(5) 5 14 ческое давление находилось в пределах 0,8-3 МПа.Меньшие значения осмотического давления увеличивают ошибку измерений, поскольку отвечают весьма высоким значениям разведения. Кроме этого, для мембран с асимметричной структурой и идеальными полупроницаемыьк свойствами (а к таковым относятся практически все выпускаемые промьппленностью полимерные мембраны) коэффициент отражения тем ближе к идеальному, чем выше давление.Большие значения осмотического давленКя невозможно измерить потому, что помимо повышения вязкости при давлениях, превышающих 3 МПа, сама полимерная мембрана подвержена "усадеб,ке ,при этом деформация имеет гистерезисный характер. Следовательно, вследствие того, что 1 р становится функцией давления, 1 и ДР не изменяются по линейному закону, как это предсказывают уравнения (2) и (3)Кроме того, при осмотических давлениях, превышающих 3 МПа, уравнение Вант-Гоффа становится не применимым для оценки осмотического давления моно- и дисахаридов.Для измерений необходима ячейка (оборудование), в которой можно создать и контролировать гидростатическое давление в пределах 0,5. - 5 МПа.Проведение дополнительных аналогичных исследований сгущенного молочного продукта гарантированного срока хранения позволяет оценить на оснозе сравнения с исследуемым продуктом правильность пбдбора рецептуры продукта нового состава по осмотически активйым компонентам для регулирования срока хранения сгущенного молочного продукта и путем аналитического расчета определить количество осмотически активного компонента, который необходимо добавить или убрать для обеспечения требуемого осмотического давления. Изменение количества вводимого на 1 л разведенного продукта осмотически активного компонента проводят на основании аналитического расчета по форму- ле ми, (4) МдП У где Ьм - количество осмотически активных компонентов, на которое необходимо увеличитьили уменьшить (в зависимости от знака заложенное врецептуре их количествофЬП=П -Пй )П- осмотическое давление сгущенного молочного продуктасложного состава,П, - осмотическое давление сгущенного молочного продукта(аналога) при том же разведении,Ч - объем, равный 1 л,16 К - газовая постоянная,,Т - абсолютная температура,М - молярная масса осмотическиактивного компонента, содержание которого предполагается изменить,и - степень разведения исследуемых продуктов.На чертеже дан график зависимостиобъемного потока от разности гидростатического давления по обе сторонымембраны,Способ осуществляют следующим образом.Исследуемый сгущенный молочныйЭ 0 продукт разбавляют водой до вязкости2, 1 10- 6,0 10Па с и заливаютв стандартную обратноосмотическуюячейку закрытого типа, снабженнуюмешалкой и полупроницаемой мембраной,коэффициент отражения которой ковсем осмотически активным веществамсгущенного молочного продукта равен1, включают магнитную мешалку, задают гидростатическое давление и покапилляру определяют объем фильтратачерез мембрану в единицу времени.Аналогичные измерения проводятпри последовательном понижении гидростатического давленияОбъем потока фильтрата (1) через мембрану оп, ределяют по формуле где дУ - объем Фильтрата,д с - время,3 - площадь мембраны.Полученные данные представляютв координатах 1 - дР и по отсекаемому на оси давлений отрезку определяют ДР при 1 = О, которое равнофактическому осмотическому давлениюсгущенного молочного продукта даннойконцентрации (П).Таблица 2 7 146Затем готовят раствор продукта той же концентрации с гарантированным сроком хранения и по укаэанному примеру определяют его осмотическое давление (П)Согласно формулы (4) определяют количество осмотически активных компонентов в 1 л разведенного продукта, на которое необходимо увеличить или уменьшить заложенное в рецептуре их количество для обеспечения требуемо. го осмотического давления.П р .и м е р 1. Исследуемое молоко с сахаром и цикорием (состав,%: массовая доля влаги 26,8; сахарозы 45,42, сухих веществ молока и экстрактивных веществ цикория 27,78) разбавляют водой в 3,33 раза. Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают 333,333 г продукта и объем раствора доводят до 1 л, Приготовленный раствор вязкостью 6,010Па с заливают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрытого типа с мембраной,4071 82,15 МПа исследуемого раствора, разведенного в 3,33 раза (график 1).Затем кофе со сгущенным молокоми сахаром (состав,%: массовая долявлаги 27, 15, сахарозы 44,05; сухихвеществ молока и экстрактивных веществ кофе и цикория 28,8) разбавляют в 3,33 раза. Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 гвзвешивают 333,333 г продукта и объемраствора доводят до 1 л. Приготовленный: раствор вязкостью 5,0 10Па с заливают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрытого типа с мембраной, включают мешалку, задают гидростатическое давление и по капилляруопределяют объем фильтрата черезмембрану в единицу времени. Аналогичные измерения проводят при последовательном понижении гидростатического давления. Объем потока фильтрата 1 определяют по Формуле (5).Данные измерений приведены втабл.2.Таблица 1 бДЙс 11,10 м/с Сте- пень Гидро-. стати- ческое разведедавление,МПа 2,5 3,33 0,01 2,3 3,33 0,01 2,0 3,33 О,01 9,8 3,33 0,01 1,6 3,33 0,01 41 0,054 85 0; 026 46 -0,048 25 -0,089 15 -О, 148 Полученные данные представляют в координатах 1, - ЬР и по отсекаемоиу на оси давлений отрезку определяют ЬР при 1 = О, которое равно фактическому осмотическому давлению включают мешалку, задают гидроста тическое давление и по капилляру определяют объем фильтрата через мембрану в единицу времени. Аналогичные исследования проводят при последовательном понижении гидростатического давления. Объем потока Фильтрата через мембрану определяют по форму-. ле (5).Данные исследований приведены в табл.1.б110,м/с дЧ,ил дй,СтеГидро- тичеспень.развекое давле- дени е, ния МПа ЗБ 2,4 2,2 2,0 1,8 40 1,6 0,13 0,06 -0,01 -0,07 -О, 14 0,01 17,00,01 370,01 220.0,01 310,01 16 3,33 3,33 3,33 3,333,33 Полученные данные представляют вкоординатах 1 - ЬР и по отсекаемомуна оси отрезку определяют 6 Р при1, = О, которое равно фактическомуосмотическоиу давлению 2,046 МПа исследуемого раствора (график 2).По формуле (4) определяют коли чество осмотически активных компонентов в 1 л разведенного в 3,33 раза продукта на которое необходимоуменьшить заложенное в рецептуре ихколичество для обеспечения требуемого осмотического давления: Ам =10 Таблица 4 1 10 м/с йЧ,мл е,с СтепеньразведеГидр остати". ческое давление,МПа 2,4 2,1 1,8 1,5 (1,0 0,8 Та блица 3 дорс 110 м/с7 Сте- пень Гидро- статидЧ, мл разв едения ческое давление,МПа 30 2,4 5 2,1 5 1,8 5 1,6 5 1,25 1,0 5 40 9 14640 45,42, сухих, веществ молока и экстрактивньж веществ цикория 27,78) разбавляют водой в 5 раз. Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают 200 г продукта и объем раствора доводят до 1 л Приготовленный раствор вязкостью 3,510Па с заливают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрыто-, 10 го типа с мембраной, включают мешалку, задают гидростатическое давление и по капилляру определяют объем фильтрата через мембрану в единицу времени. 15Аналогичные исследования проводят при последовательном понижении гидростатического давления. Объем потока фильтрата через мембрану определяют по формуле (5). 20Данные исследования приведены в табл.3. 0,01 5,60,01 8,00,01 1535 0,01 250,01 460,01 18,2 Полученные данные представляют в координатах 1 - ЬР и по отсекаемому на оси давлений отрезку определяют ДР при 1= О, которое равно фактическому Осмотическому давлению 45 1,34 МПа исследуемого раствора, разведенного в 5 раз (график 3).Затем кофе со сгущенным молоком и сахаром (состав,7: массовая доля влаги 27,15, сахарозы 44,05; сухих веществ молока и экстрактивных веществ цикория и кофе 28,8) разбавляют в 5 раз. Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают 200 г продукта и объем раствора доводят до 1 л. Приготовленный раствор вязкостью 2,810 з. Па.с заливают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрытого типа с мембраной, включают мешалку, задаютгидростатическое давление и по калил"ляру определяют объем фильтрата через мембрану в единицу времени.Аналогичные измерения проводят при последовательном понижении гидростатического давления. Объем потока фильтрата определяют по формуле (5),Данные измерений приведены втабл.4.,.5 0,2 10 0,43 5 0,01 7,0 0,32 5 0 01 11 0 0 2 5 0 01 22 0 0 1 5 0,01 24 -0,09 5 0,01 14 -0,16 Полученные данные представляют вкоординатах 1 - йР и по отсекаемомуна Оси отрезку определяют Ь Р при 1 = О, которое равно фактическомуОсмотическому давлению 1,272 МПа исследуемого раствора (график 4).По формуле (4) определяют количество осмотически активных компонентов в 1 л разведенного в 5 раз продукта, на которое необходимо уменьшить заложенное в рецептуре их количество для обеспечения требуемого осмотического давления: м=0,0478 кг = = 47,8.П р и м е р 3. Исследуемое молоко с сахаром и цикорием (состав,Х: массовая доля влаги 26,8, сахарозы 45,42, сухих веществ молока и экстрактивных веществ цикория 27,78) разбавляют водой в 6,6 раз, Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают 150 г продукта и объем раствора доводят до 1 л. Приготовленный раствор вязкостью 2,6 10Па с заливают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрытого типа с мембраной, включают мешалку, задают гидростатическое давление и по капилляру определяют объем фильтрата через мембрану в единицу времени1 1464071 12 Таблица 6 1 О ф м(с Гидро- статиСте- Ч, млпень ческоедавление,ИПа разведения Та блица 5 110,м/с,6 , 6,66 0,483 0,463 0,317 0,308 0,239 0,229 0,165 0,106 О, 048 -0,117 9,2 9,6 7,0 7,2 9,3 9,7 13, 5 21,0 46,0 19,0 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0 , 0.1 О , О 1 О , О20 256 Аналогичные исследования проводят дри последовательном понижении гидРостатического давления. Объем потока фильтрата через мембрану определяют по Формуле (5).Данные исследования приведены в табл. 5 Полученные данные представляют в 30 координатах 1, - 6 Р и по отсекаемому а оси отрезку давлений определяют Р при 1 = О, которое равно фактиМескому осмотическому давлению 0,92 ИПа исследуемого раствора,разеденного в 6,66 раз (график 5).Затем кофе со сгущенным молоком и ахаром (состав,Е: массовая доля влаги 27, 15; сахарозы 44,05 сухих Веществ молока и экстрактивных веществ кофе и цикория 28,8) разбавляют водой в 6;66 раз. Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают 150 г продукта и объем раствора доводят до 1 л. При" готовленный раствор вязкостью 2,1610" Па,с. запивают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрытого типа с мембраной, включают мешалку, задают гидростатическое давление и 50 по капилляру определяют объем фильтрата через мембрану в единицу времени еАналогичные измерения проводят при, последовательном понижении гидростатического давления. Объем потока фильтрата определяют по формуле (5),Данные измерения приведены в табл. 6. Полученные данные представляют в координатах 1- ЬР и по отсекаемому на оси отрезку определяют ЬР при 1 = О, которое равно фактическомуосмотическому давлению 0,87 МЛа исследуемого раствора (график 6). По формуле (4) определяют количество осмотически активных компо- нентов в 1 л разведенного в 6,66 раз продукта, на которое необходимо уменьшить заложенное в рецептуре их количество для обеспечения требуемого осмотического давления: 6 м = = 0,048 кг = 48 г.П р и м е р 4. Исследуемое молоко с сахаром и цикорием (состав,7.: массовая доля влаги 26,8, сахарозы 45,42, сухих веществ молока и экстрактивных веществ цикория 27,78) разбавляют водой в 13,3 раз. Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают 75 г продукта и объем раствора доводят до 1.л. Приготовленный раствор вязкостью 1,5610 ф Па с заливают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрытого типа с мембраной, включают мешалку, задает гид" ростатическое давление и по капилляру определяют объем Фильтрата через мембрану в единицу времени.Аналогичные исследования проводят при последовательном понижении гидро- статического давления. Расчет объема потока Фильтрата через мембрану определяют по формуле (5)Данные исследований приведены в табл.7.(5). 50 55 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 Полученные данные представляют в координатах 1 - ДР и по отсекаемомучна оси отрезку давлений определяют ЬР при 1 = О, которое равно фактическому осмотическому давлению 0,25 МПа исследуемого раствора, разведенного в 13,3 раза (график ),Затем кофе со сгущенным молоком и сахаром (состав, %: массовая доля влаги 27,15, сахарозы 44,05, сухих веществ молока и экстрактивных веществ кофе и цикория 28,8) разбавляют водой в 13,3 раза. Для этого на аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают 75 г продукта и объем раствора доводят до 1 л. Приготовленный раствор вязкостью 1,3 10Па с заливают в стандартную обратноосмотическую ячейку закрытого типа с мембраной, включают мешалку, задают гидростатическое давление и по капилляру определяют объем фильтрата через мембрану в единицу времени. Аналогичные измерения проводят при последовательном понижении гидростатического давления. Объем потока фильтрата определяют по формуле Данные измерений приведены втабл.8. полученные данные представляют в координатах 1 - ДР и по отсекаемому на оси отрезку определяют Д Р при 11 = О, которое равно фактическому осмотическому давлению 0,07 МПа исследуемого раствора (график 8). 20 25 30 5,16 5,79 6,53 7,4 8,7 10,58 13,7 28,5 По формуле (4) определяют количество осмотически активных компонентов в 1 л разведенного в 13,3 раза продукта, на которое необходимо уменьшить заложенное в рецептуре их количество для обеспечения требуемого осмотического давления: Д м = 0,0336 кг=33,6 г,При сравнении полученных результатов видно, что расчетные количества осмотически активного компонента в первых трех примерах, на которыеможно уменьшить заложенное в рецептуре его содержание, имеют близкиезначения (относительные различия непревышают 1,667), Расчетное количество, полученное в четвертом примере, отличается от предыдущих приблизительно на 307, что свидетельствует о наличии весьма значительной ошибки при высоких значениях разведения.При попытках измерить величины объемного потока в сгущенном молоке с сахаром и цикорием и кофе со сгущенным молоком и сахаром приведенного состава, разведенного в двараза (500 г продукта, доведенноговодой до 1 л), вязкостью около1110Па с и 10 1 ОПа с соответственно, оказалось, что при постоян- . ном гидростатическом давлении они крайне нестабильны во времени, причем имеющие место их изменения не воспро-, изводимы, что не дает возможности даже приблизительно оценить их величину.Предлагаемый способ позволяет повысить точность и сократить время при реГулировании сроков хранения15 146407116пркготавливаемьгл сгущенных молочных дукт осмотически активного компоненпродуктов с сахаром. та устанавливают по формуле МЬПЧпАмСоставитель Н. Техред М.Дидык цыбашеваКорректо Редакт амборска н аэ 818/47 НИИПИ Государст зобретен РаушскаТираж 788венного комитета по и113035, Москва, Жодписноем и открытиям при ГКНТнаб., д. 4/5 В роизводственно-издательский комбинат "Патент агарина, 101 Ужго Формула изобретения,ФСпособ регулирования хранимоспособности сгущенных молочных продук" тов с сахаром путем изменения количества вводимого в продукт осмотически активного компонента, предусматривающий отбор пробы продукта и установление в ней величины осмоти ческого давления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыше-ния точности и сокращения времени,отобранную пробу продукта разбавляют водой до получения раствора вяз костью (2,1.-6,0) 10Па с с последующей фильтрацией через полупрони-цаемую мембрану с коэффициентом от-ражения, равным единице по отношениюк осмотически активным компонентам, и,измерением осмотического давленияразбавленного раствора, при этом 28предварительно измеряют осмотическоедавление в подготовленной пробе сгу-,щенного молочного продукта с саха, ром с гарантированным сроком хранения, а количество вводимого в про где м - количество осмотически активного компонента, накоторое необходимо увеличить или уменьшить (в зависимости от знака) заложенное в рецептуре его количество,М - молярная масса осмотическиактивного компонента,содержание которого предполагается изменить,2 ЬП П - П,)П ". осмотическое давление сгуйщенного молочного продукта сложного состава,П - осмотическое давление сгущенного молочного продукта (аналога) при томже разведении;Ч=1 л - объем,и - степень разведения исследуемых продуктовК - газовая постояннаяТ - абсолютная температура, .