способ раскисления молока с приданием ему физиологически активных свойств

Формула изобретения

1. Способ электроактивации молока, включающий использование бездиафрагменного электролизера для доведения кислотности молока в градусах Тернера до заданных значений с одновременным повышением степени его термостойкости и снижением окислительно-восстановительного потенциала, отличающийся тем, что активацию молока осуществляют на фоне его собственной минерализации при выполнении электролизера с одинаковыми плоскими графитовыми электродами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электроды установлены с возможностью их переполюсации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности, может быть использовано для раскисления молока и придания ему дополнительной термостойкости и физиологически активных свойств.

Известно [1], что стандартное молоко должно иметь удельный вес при 20°С 1,029-1,034 г/см куб.; кислотность по Тернеру не выше 22°; жирность не менее 3,2%. Парное молоко (16-16,5°Т) имеет физиологически обоснованную биологией млекопитающих буферность от быстрого скисания (несколько часов в зависимости от температуры воздуха и первоначальной степени бакобсемененности). Но с течением времени, за счет работы молочнокислых бактерий, происходит его закисление до 100 и более градусов Тернера. Молочный сахар превращается в молочную кислоту, белки денатурируют, молоко сворачивается и превращается в молочнокислый продукт. Для продления срока буферности свежего молока его обычно охлаждают или пастеризуют.

Альтернативой данному процессу являются современные разработки по электрохимической активации водных растворов (раскисления молока, в частности). Суть их состоит в том, что обработка молока в электроактиваторе позволяет поднять pH молока до требуемого уровня и, таким образом, восстановить необходимый уровень кислотности. В результате кислотность молока по шкале Тернера может постоянно находиться в требуемых пределах. При этом возрастает термостойкость молока, что повышает выход сухого продукта при термообработке электроактивированного молока.

Однако существующие российские запатентованные технологии электрохимического раскисления молока (№2043041, №2057435) не могут быть приняты за приоритеты, поскольку настоящее изобретение основано на принципе безмембранной активации, а эти патенты основываются на принципе мембранной активации, что подразумевает известные конструктивные особенности использования буферных анолитных растворов (2). А это означает значительную добавку в исходный химический состав молока катионов щелочных металлов, что в принципе может рассматриваться как так называемая «фальсификация» молочных продуктов.

Поэтому за прототип может быть принята известная в технической литературе разработка безмембранного активатора (3), которая позволяет восстанавливать исходную кислотность молока электрохимическим путем за счет химизма солей (электролитов), содержащихся в самом молоке, без использования посторонних электролитов.

Однако данная разработка принципиально не может быть применена в современном производстве молочных продуктов по той основной причине, что аноды данного электролизера состоят из алюминия. А это обстоятельство подразумевает активное растворение такого анода согласно теории безмембранного электролиза водных растворов третьей группы [4], которая может быть представлена в следующем виде:

Катодный процесс	Анодный процесс
Разряд H 2O+F 1/2 Н2+ОН-	1/k Dk -F 1/k D
Перенос 1/p nA p+-1/k (1-n)Dk-	-1/p nAp+ + 1/k (1-n) D k-
Сумма 1/p A(OH) p-(1-n)/kp Ak Dp + 1/2 H2-H2OF	-n/kp AkD p + 1/k D+F
Суммарный процесс в растворе
-1/kp AkDp-H 2O 1/p A (OH)p+1/n D + 1/2 H 2

где А - катион; D - анион; F - количество электричества (А/ч); р ⁺ - заряд катиона; k^- - заряд аниона; n - количество ионов.

Применительно к молоку данный процесс можно интерпретировать следующим образом.

Молоко всегда содержит значительное количество хлоридов, нитратов, фосфатов и сульфатов. В процессе электролиза молочных растворов этих солей в катодной зоне (у катодного электрода) происходит полное восстановление водорода (выделяется в виде мелких пузырьков газа), а также восстановление катионов Na и К с образованием их щелочных соединений. В анодной зоне происходит разряжение ионов кислорода и хлора, а также серы, азота и фосфора. При этом анионы, содержащие серу, азот и фосфор (SO₄ ^-, SO ₃ ^-, NO₃ ^-, NO₂ ^-, PO ₄ ^- РО₃ ^- и др.), стоящие по шкале электродных потенциалов выше кислорода, окисляются на аноде в первую очередь и остаются в растворе или выделяются из него в виде газообразных окислов, а хлор, который имеет электродный потенциал ниже кислорода и поэтому разряжается с меньшей скоростью, большее время остается в растворе в форме активного хлора (с образованием активных хлор-кислородных окислителей, обеззараживающих активированное молоко). За счет количественного преобладания в молоке сульфатов, фосфатов и нитратов относительно хлоридов создается метастабильный в физико-химическом аспекте, но достаточно устойчивый во времени, раствор со значительным преобладанием щелочных свойств и явно выраженным отрицательным потенциалом.

Но это положение может быть таким оптимальным только в случае нерастворимых анодов. Основным недостатком прототипа является как раз хорошо растворимый анод из алюминия, который насыщает молоко гидроокисями алюминия, что с течением времени может сделать его практически ядовитым.

Кроме того, конструктивный недостаток гидравлики прототипного электролизера - смена направления протока (с восходящего на нисходящий) приводит к возрастанию забиваемости прибора (пеной с пузырьками водорода, обладающими флотирующим эффектом, на катоде, и отложениями белков молока на аноде). Это делает работу прибора фактически периодической, а не непрерывной.

Предлагаемая в данном изобретении конструкция бездифрагменного (безмембранного) электролизера позволяет осуществить заявленный способ раскисления молока без вышеозначенных дефектов. Особенностью схемы электролизера является применение в ней одинаковых по форме (симметричных) и нерастворяемых графитовых электродов с источником постоянного тока с периодической автоматической переполюсацией.

Схема прибора представлена на фиг.1.

Экспликация к фиг.1 «Схема электролизера с минимальной комплектацией»

1 - съемная крышка в комплекте с электродами и силовыми клеммами (ток 380 V);

2 - пластмассовый корпус;

3 - графитовые плоские одинаковые электроды;

4 - зона протока (активации);

5 - сливной патрубок;

6 - входной патрубок;

7 - центробежный молочный насос;

8 - блок питания постоянного тока с автоматом переполюсации электродов;

9 - подставка.

Стрелки указывают направление протока снизу вверх. Это непременное условие электроактивационного процесса. Активация может идти в замкнутой схеме или со сливом в открытую емкость. Размеры электродов и размер зоны активации устанавливаются применительно к требуемой мощности электролизера согласно соответствующим гидравлическим и электрохимическим расчетам.

Ниже приводится пример электрохимической обработки молока.

Электроактивация ведется на бездиафрагменном (безмеморанном) электролизере с идентичными плоскими графитовыми электродами с расходом молока 300 л/ч. Напряжение постоянного тока 24 V, сила тока 15 А, кислотность исходного молока по шкале Тернера 17,5°, ОВП + 220 мВ. Температура молока 26°С. Результаты электролиза молока представлены в таблице.

Физико-химические показатели молока	Исходное молоко	Активированное молоко
Кислотность в градусах Тернера	17,5	16,5
Термостойкость в алк. пробах	68	75
Плотность молока в г/см куб	1,029	1,029
Жирность молока в %	3,5	3,5*
Содержание белков в %	3,4	3,4
Содержание сахаров в %	4,8	4,8-4,85*
Окислительно-восстановительный потенциал в мВ	+220	-350
Скорость раскисления молока в град./час/литр	-	0,0033*
Скорость закисления молока в град./час/литр	0,0005	0.00037*

По данным таблицы видно, что на выходе из электролизера молоко имеет кислотность на 1 градус Тернера ниже.

Термостойкость молока сразу же (с начала процесса активации) возрастает до 75 или на 7 единиц и сохраняется на этом уровне, что соответствует повышению выхода продукции в процессах его термообработки на 1,5-2,5% согласно литературным данным [1].

Плотность и жирность активированного молока при электроактивации не меняются относительно исходного.

Однако примечательно, что при сохранении общего процента содержания жиров, доля твердого жира несколько снижается относительно жидкой фазы. При этом размер конкреций жировых структур сокращается с 10000 НМ до 1000 и менее.

Содержание сахаров тоже находится (по сухому остатку) практически на уровне исходного молока. При этом наблюдается значительное лептолептическое ощущение повышенной сладости активированного молока, что объясняется частичной заменой лактозы на ее изомер лактулозу (в катодной зоне), и распад на глюкозу и галактозу (в анодной зоне), имеющих более сладкий вкус,

Но самое важное - это то, что восстановительный потенциал (ОВП) обработанного молока меняется с положительного на отрицательный (от +220 до -350 мВ). Это обстоятельство позволяет констатировать факт получения при безмембранной электроактивации продукта с неизвестными ранее потребительскими качествами (при кислотности, соответствующей кислотности парного молока, он имеет отрицательный ОВП, характерный для восстановительного потенциала кисломолочных продуктов).

Другими словами, активированный молочный продукт, оставаясь неизменным по стандартным показателям качества молока (плотности, жирности, содержанию белков), приобретает повышенные свойства физиологической активности для организма человека и млекопитающих животных, которая по литературным данным [5] находится в пределах ОВП от -150 до - 350 мВ. Это обстоятельство делает активированное молоко также легко усвояемым, как и кисломолочные продукты. На что указывают и наши многочисленные замеры ОВП парного коровьевого молока. Оно обычно, при pH, равном 16-16,5, имеет именно такой потенциал.

Эволюционно это легко объяснить необходимостью быстрого (практически безэнергетически затратного) усвоения питания теленком. Охлажденное молоко быстро теряет этот потенциал и он устанавливается обычно на уровне исходного ОВП потребленной организмом коровы воды.

В наших экспериментах это пределы от +250 мВ до +450 мВ.

Скорость раскисления молока в таблице, рассчитанная для диапазона 17,5-16,5 градусов Тернера по формуле V=T/L, где V - скорость раскисления, Т - изменение кислотности в градусах Тернера, L - объем протока, литр/час, составляет 0,0033 град/час/литр.

Относительная скорость закисления исходного и активированного молока взята из опытной таблицы (фиг.2).

На графиках фиг.2 приведена относительная скорость закисления электроактивированного и исходного молока при температуре +26°С. Очевидно, что общий тренд графиков качественно идентичен, но кривая электроактивированного молока располагается все время ниже кривой исходного молока. То есть закисление электроактивированного молока постоянно идет с гораздо меньшей скоростью. И наибольшая относительная разница между ними наблюдается в начале периода закисления.

Расчеты показывают, что скорость раскисления в пересчете на 1 л/час у активируемого молока в 6,6 раз выше скорости процесса закисления. Другими словами, производительность электроактиватора 300 л/час достаточна для поддержания постоянной кислотности 1980 литров исходного молока на уровне 17,5 градусов Тернера.

Литература

1. Товароведение и экспертиза молока и молочных продуктов. Учебное пособие, М. Издательство «Март», 2001, 128 стр.

2. Переносной биоэлектроактиватор «ЭСПЕРО-10». Руководство по эксплуатации. Ташкент, НПФ «Эсперо». 13 с.

3. М.Бенсон «Электронейтрализация молока». Молочная промышленность, 1948, №8, с.37-40.

4. Попов В.М., Филинчук В.И. Электрохимическая технология изменения свойств воды, стр.26-27.

5. Бахир В.М. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов. ВНИИИМТ, 2001, «Маккетинг Саппорт Сервисиз», 176 стр.