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超聲波分離增強(qiáng)乳脂球的乳化-HCSONIC
我們消費(fèi)和享用的乳制品如牛奶，奶酪和黃油通常經(jīng)過分離過程，將牛奶中的脂肪去除或濃縮至制造商規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)格。在乳制品行業(yè)，該離心機(jī)通過快速旋轉(zhuǎn)施加強(qiáng)烈的g力來從牛奶中除去脂肪。由于乳脂是一種有價(jià)值的商品，通常的做法是從牛奶中去除所有脂肪，并根據(jù)需要將分離的乳脂重新組合回脫脂乳中，制成標(biāo)準(zhǔn)脂肪濃度的產(chǎn)品。
傳統(tǒng)上，分離只是通過讓牛奶中的奶油上升，然后去除頂部奶油來進(jìn)行分離。這種做法很慢，需要很多小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)充分的分離。 然后，這種方式舊然在被使用，主要是由像意大利北部以巴馬干酪和羅馬諾奶酪聞名的奶酪制造商。這些奶酪生產(chǎn)商繼續(xù)應(yīng)用這些傳統(tǒng)的方法，因?yàn)樗a(chǎn)出具有脂肪大小分布的牛奶，有助于這些奶酪的*風(fēng)味。這個(gè)過程創(chuàng)造了一個(gè)用離心無法實(shí)現(xiàn)的分離方式。超聲波分離已被*為該技術(shù)補(bǔ)充技術(shù)，可以通過“自然”方法顯著提高牛奶中脂肪的分離率。
當(dāng)聲波駐波應(yīng)用于牛奶體積時(shí)，脂肪球聚集在壓力波腹上，可以觀察到脂肪球的“條帶”。 邁爾斯等人在一個(gè)小試管容器中觀察到了這種現(xiàn)象。乳脂球在壓力中心聚集和濃縮，聚集成較大的絮凝體的概率增加。當(dāng)脂肪球聚集成較大的絮狀物時(shí)，由于斯托克斯定律所描述的流體動(dòng)力學(xué)半徑增加，它們開始更快地上升到表面。
Juliano等人使用重組乳狀液演示了在批處理系統(tǒng)中擴(kuò)大(可達(dá)6L體積)的方法。對(duì)于重組乳狀液，可以在容器中使用400kHz的超聲波頻率實(shí)現(xiàn)快速的分離，其中換能器到反射器的距離在18~20cm之間。在這些距離處，1MHz的頻率不如400kHz有效，2MHz的頻率比1MHz的效果差。然而，用于快速分離重組乳狀液的參數(shù)并不能成功分離同一容器內(nèi)天然全脂乳中的脂肪球。
可以歸結(jié)為幾個(gè)原因：
- 天然全脂牛奶與重組乳狀液相比，具有不同的性質(zhì)，即粒徑分布和表面組成。
- 天然全脂奶的平均粒徑較小，因此需要高頻超聲或強(qiáng)大的聲能密度才能有效地進(jìn)行操作。
- 為了有效地應(yīng)用> 1MHz的高頻超聲，傳感器與反射器之間的距離的幾何形狀也應(yīng)盡量小以減小衰減。
Leong等人應(yīng)用這些概念來實(shí)現(xiàn)使用天然全脂乳的分離。研究表明，在本例中>1mhz的高頻超聲，在使用短的傳感器-反射器分離距離(30 – 85 mm)的情況下，可以有效操縱和分離天然全脂牛奶中的脂肪小球。此外，發(fā)現(xiàn)采用并聯(lián)布置的雙換能器由于能夠?qū)崿F(xiàn)單位體積更高的能量密度而影響更快地撇去脂肪。
Leong等人也表明存在一個(gè)“優(yōu)”的溫度范圍，在此范圍內(nèi)乳脂分離率大。在20和60℃之間的溫度范圍提供了實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中乳脂的快速分離。
近已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了超聲分離能夠?qū)⑷橹厩蚍逐s成或大或小的脂肪球，提高流體中脂肪球的比例。這些流可能具有創(chuàng)造具有增強(qiáng)的微結(jié)構(gòu)的乳制品的潛力。這是通過持續(xù)的在反應(yīng)器內(nèi)的特定位置以規(guī)定的間隔操作加工和收集產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)的。
值得注意的是，經(jīng)超聲處理后，乳脂在分離容器中的分布，小的脂滴留在容器底部，較大的脂滴富集在靠近容器頂部的奶油中。這些位于容器頂部和底部的餾分可以通過溢流/下流專門收集。類似的技術(shù)可以用于分離含有特定粒徑分布的食物成分流。
