Способ определения момента готов-НОСТи МОлОчНО-бЕлКОВОгО СгуСТКА КРАзРЕзКЕ Советский патент 1981 года по МПК G01N33/04 

Изобретение относится к анализу молочных продуктов особыми способами в частности молочно-белкового сгустк контролируемого ультразвуком, и может найти применение для неразрушающего контроля гелеобразующих систем, а также других, -например парогазовых термодинамических систем,KOTopbJM присуща фазаметастабильного состояния. Изобретение может найти применение в сыродельной и молочной отраслях промышленности для контроля одного из основных технологических параметров при производстве сыра и творога - момента готовности сырого сгустка к разрезке,-от точного и объективного определения которого во многом зависит получение высококачественного сы ра и снижение потерь сырой массы. Известен способ определения момента готовности молочно-белкового сгустка в разрезке, предусматривающий выявление момента свертывания мо пока и прогнозирование момента готов ности сгустка к разрезкеfи. Однако этот способ обладает низ-. кой точностью. Цель i зoбpeтeния - повышение точности способа определения момента го товности молочно-белкового сгустка К разрезке. Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа определения момента готовности молочно-белкового сгустка к разрезке в прюцессе производства сыра и творога выявление момента свертывания молока и прогнозирование момента готовности сгустка к разрядке осуществляют в зависимости от соответствующих дисперсий скорости ультразвука, определяемых по разности параметров разночастотных ультразвуковых колебаний в моменты свертывания молока и готовности .сгустка к разрезке. На фиг. 1 представлена реограмма свертывающегося молока; на фиг.2 эластограмма свертывающегося молока на фиг. 3 - устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство состоит из блока 1 выявления дисперсии скорости ультразвука, использующего принцип разночастотности ультразвуковых импульсов при идентичных условиях их распространения, программно-временного блока 2, блока 3 совпадения импульсHTJX сигналов И элементов 4 звуковой и свеговой сигнализации. Механизм процесса свертывания молока состоит в том, что белок молока, являясь высокомолекулярным соединением, при определенных условиях образует с растворителем пространственную двухкомпонентную колоидную структуру - гель,- обладающую более или менее регулярной (упорядоченной), пространственной сеткой и механическими свойствами твердого тела. Процесс свертывания белка, являющегося, по сути, биополимером,; отвечает- общей схеме процесса гелеобраэования и состоит из нескольких стадий. На первой стадии реограммы (О-К) происходит пересыщение раствора относительно определенных функциональных групп высокомолекулярного компонента; на второй - () образуются агрегаты его вторичной структуры} на третьей - (г - с) агрегаты соединяются в сплошную пространственную сетку. Вторая и третья стадии, разделяются так называемой гель-точкой Г, положение кotopoй определяется наличием минимального числа молекулярных связей, достаточного для образования пространственной структуры. До гель-точки в основном изменяет ся вязкость cиcтe 1Ы, особенно сильно на .второй стадии процесса, но в цело система еще сохраняет свойства, присущие растворам. В гель-точке все частицы связываются в единую простра ственную структуру. Этому моменту соответствует появление упругих свойств. В дальнейшем упругость нарастает и достигает предельного значения, определяемого условиями гелеобразования. В начале третьей стадии, сразу по ле появления упругости, все гели обладают тиксотронными свойствами. Затем, в зависимости от энергии межмолекулярных взаимодействий, их структура остается тиксотропной или приобретает необратимый характер. Кроме гель-точки, на динамической реологической характеристике свертывания молока можно выделить еще одну характерную точку С , в которой контролируемая среда также резко измен.яет свои физические свойства. Этой точкой заканчивается участок .реологической характеристики, где контролируется среда -чмолочно-белко вый сгусток - находится в состоянии равновесного геля или мет стабильног равновесия Другими словами, исходя из физического содержания понятия термина Метастабильность состояний термоди намической системы, можно утверждат что мелочно-белковый сгусток на учас ке Г-С характеризуется таким промежуточньам состоянием равновесия, кот рое устойчиво лишь по отношению к б конечно малым отклонениям физически параметров системы, но неустойчиво их конечным отклонениям. Сгусток на этой стадии представлят собой структурированную жидкообазную систему из тонкослойных белкоых структур, связанных с водным аствором остальных компонентов молоа. Несмотря на коагуляцию белков, анная система еще не расслаивается а твердую и жидкую фазы. Расслаиваие начинается после точки С . Следовательно, точку С реограммы ожно считать началом синерезиса, а следующую за ней стадию процесса (IV)инеретической стадией гелеобразоваия, начало которой характеризуется езким изменением свойств среды (сгустка) по всему объему, поскольку здесь процесс, как и в гель-точке,носит кооперативный характер с той лишь, разницей, что происходит не образование сгустка, а его деструкция (в сгустке образуются капилляры,по которым выделяется сыворотка). Таким образом.переход из метастабильного, неусто;ячивого состояния, в котором находилась биополимерная система (сырный сгусток) до точки С (стадия I И), в устойчивое состояние (после точки С) происходит скачком, с большой скоростью образования капилляров , заполненных средой .(сывороткой) с иным значением плотности. При этом увеличивается вероятность появления в системе макроскопического дальнего порядка капилляров, из которых в сгустке образуется своего рода объемная решетка. На основании изложенного можно утверждать, что в точке С начала синерезиса (вьщеления сыйоротки), как и гель точке Г (начала образования структуры) молочно-белковый сгусток имеет пористую (губчатую) структуру с той лишь разницей, что в точке С его структура изрезана капиллярами, наполненными жидкой средой (сывороткой) , имеющей отличное от белка, значение плотности. При этом капилляры (группы капилляров) образуют объемную решетку имеющую в некоторый момент времени упорядоченную структуру по некоторым своим размерам. О.чевидно, что выявление момента, соответствующего точке С , является определением момента готовности молочно-белкового сгустка к разрезке, так как именно в этот момент, который на практи1 :е определяется органолептически, производится разрезка сгустка на сырное зерно. Определение точки Г и получение при этом электрического.сигнала, используемого для построения программы, обеспечивает прогнозирование, но не момента готовности сгустка, а момента, являющегося началом, довольно значительного временного интервала,в котором должен быть точно определен момент готовности сгустка. При этом выбирают начало прогнози руемого временного интервала, равным времени перемешивания молочной смеси после внесения в нее сычужного ферме га, составляющего от 3 до 5 мин (т.е. в среднем ОДТэ), а программу :троят, исходя из соотношения :a(Vy где Ьр- время начала прогнозируемого временного участка, в которо точно определяют момент гото ности сгустка к разрезке tg - время,необходимое для осущес вления-перемешивания молочно смеси после внесения в нее сьзчужного фермента. и графике контроля молочно-белкоеого сгустка (фиг.2) приняты следующие обозначения: О - момент внесения в молочную смесь сычужного фермента; 0 - момент окончания процесса перемешивания молочной смеси Г - гель-точка;, С - начало контроля молочно-белкового сгустка после отработ ки программы; С начало синерезиса; С -с- временный интервал, равный времени о перемешивания молочной смеси. Для выявления характерных точек (Г и С ) на динамической характеристи ке свертывания молока в качестве изм ряемого физического параметра исполь зуют пространственную дисперсию скорости ультразвука, поскольку она наиболее адекватно отражает состояние физического свойства контролируемой среды в характерных точках ее реологической характеристики, а именно в момент гель-точки и в момент проявле ния синерезиса. Для достоверного выявления пространственной дисперсии необходимо зон дировать контролируемую среду.(молоко) двумя разночастотными импульсными сигналами (один из которых применяется в качестве опорного) при иден тичных условиях их распространения. Способ осуществляют следующим образом. После окончания процесса перемеши вания молочной смеси в момент t, в сырную ванну опускают акустические датчики блока 1. -Одновременно включают программновременной блок 2, в котором осуществ ляют отсчет временного интервала t()-t, равного разности временt - Q . В момент t, соответствующий гельточке Г , на выходе блока 1 появляет ся импульс , которым прекращают /Cj.-tj,) на участке отсчет времени t,,-t и начинают отсчет такого же временного интервала на участке Импульс идС,, поступающий на первый вход блока 3 совпадения в момент t, не проходит на вход элемента 4 сигнализации, поскольку на втором входе блока 3 отсутствует разрешающий перепад напряжения, который появляется на выходе программно-временного блока 2 только в момент t/j, . . после обработки (по команде ) второго временного интервала Tp-tp на участке t Но в момент t; на первом входе блока 3 уже нет импульса; он появляется лишь в момент t, т.е. в момент готовности сгустка к зазрезке. В момент t импульс ил/.2 проходит на вход элемента 4 сигнализации, срабатывание которого извещает обслуживающий персонал о готовности сгустка к разрезке. С целью облегчения уяснения способа устройство не содержит средств защиты от влияния коагулирующих пут зырьков на участке t (фиг. 3). Очевидно, что это легко может быть осуществлено путем отключения, например, датчиков от блока 1 на участке Ц - t в момент появления импульса ид и подключения его к блоку 1 в момент tfi, после чего начинается период tj ожидания момента готовности сгустка (появления импульса Uu42, которым включается сигнализаФормула изобретения Способ определения момента готовности молочно-белкового сгустка к разрезке в процессе производства сыра и творога, предусматривающий выявление момента свертывания молока и прогнозирование момента готовности сгустка к разрезке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выявление момента свертывания молока и определение момента готовности молочно-белкового сгустка к разрезке осуществляют в зависимости от соответствующих дисперсий скорости ультразвука, определяемых по разности параметров разночастотных ультразвуковых колебаний в моменты свертывания молока и готовности сгустка к разрезке. Источники информации, п инятые во внимание при экспертизе 1. Труды ВНИИМСа. Вып . XV I I I , М. , Пищевая промышленность, 1975, . 15-19.

Фиг.2