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Ultraschallproduktion von Magermilch

Anonim

Kürzlich haben Wissenschaftler der Swinburne University of Technology in Australien und der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) erstmals die Crementrennung von natürlicher Vollmilch im Liter-Maßstab mit Ultraschall-Stehwellen demonstriert - eine neuartige, schnelle und zerstörungsfreie Methode Trenntechnik, die typischerweise nur in kleinen Einstellungen verwendet wird.

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Auf dem 169. Meeting der Acoustical Society of America (ASA), das vom 18. bis 22. Mai 2015 in Pittsburgh, Pennsylvania, stattfindet, berichten die Forscher über den Schlüsselentwurf und die effektiven Betriebsparameter für die Milchfettabscheidung in Batch- und kontinuierlichen Systemen.

Das Projekt, das von der Geoffrey-Gardiner Dairy Foundation und dem Australian Research Council kofinanziert wurde, hat eine bewährte Ultraschalltechnik zur Trennung von Fettkügelchen aus Milch mit hohen Volumendurchsätzen von bis zu 30 Litern pro Stunde etabliert und Türen für die Verarbeitung von Milchprodukten und biomedizinischen Partikeln geöffnet im industriellen Maßstab.

"Wir haben erfolgreich Betriebsbedingungen und Konstruktionsgrenzen für die Trennung von Fett aus natürlicher Vollmilch in einem Ultraschall-Liter-Maßstab-System eingerichtet", sagte Thomas Leong, ein Ultraschall-Ingenieur und ein Postdoktorand von der Fakultät für Naturwissenschaften, Technik und Technologie an der Swinburne Universität für Technologie. "Durch Abstimmung der Systemparameter auf die akustischen Grundlagen kann die Technik verwendet werden, um Milchfettkügelchen verschiedener Größen in den gesammelten Fraktionen spezifisch auszuwählen, um Fraktionierungsergebnisse zu erzielen, die für ein bestimmtes Milchprodukt gewünscht sind."

Die Ultraschall-Trenntechnik

Wenn eine Schallwelle auf sich selbst reflektiert wird, kann sich die reflektierte Welle den ursprünglichen Wellen überlagern, um eine akustische stehende Welle zu bilden. Solche Wellen sind durch Bereiche mit minimalem lokalem Druck gekennzeichnet, wo eine destruktive Interferenz an Druckknoten auftritt und Bereiche mit hohem lokalem Druck, wo eine konstruktive Überlagerung an Druckschwingungsbäuchen auftritt.

Wenn ein akustisches stehendes Wellenfeld in einer Partikel enthaltenden Flüssigkeit aufrechterhalten wird, wechselwirkt die Welle mit Partikeln und erzeugt die sogenannte primäre akustische Strahlungskraft. Diese Kraft wirkt auf die Teilchen ein und bewirkt, dass sie sich in Abhängigkeit von ihrer Dichte entweder zum Knoten oder zum Gegenknoten der stehenden Welle bewegen. So positioniert, aggregieren die einzelnen Teilchen dann schnell zu größeren Einheiten an den Knoten oder Bäuchen.

Bis heute wurde die Ultraschalltrennung hauptsächlich auf kleinskalige Umgebungen angewendet, beispielsweise mikrofluidische Vorrichtungen für biomedizinische Anwendungen. Aufgrund der Abschwächung der Schallstrahlungskräfte über große Entfernungen gibt es nur wenige Demonstrationen, die für die industrielle Anwendung relevant sind.

Akustische Trennung von Milchfettkügelchen bei Literwaagen

Um dies zu beheben, haben Leong und seine Kollegen ein System entwickelt, das aus zwei vollständig tauchenden Plattenwandlern besteht, die an jedem Ende eines längenabstimmbaren, rechteckigen Reaktionsgefäßes angeordnet sind, das bis zu zwei Liter Milch aufnehmen kann.

Für den Einzelplattenbetrieb erzeugt eine der Platten eine oder zwei Megahertz-Ultraschallwellen, während die andere Platte als ein Reflektor wirkt. Für den Doppelplattenbetrieb wurden beide Platten gleichzeitig eingeschaltet, wodurch dem System eine größere Leistung verliehen wurde und die akustischen Strahlungskräfte erhöht wurden.

Um die optimalen Betriebsbedingungen zu ermitteln, testeten die Forscher verschiedene Konstruktionsparameter wie Leistungsaufnahme, Prozesszeit, Abstand zwischen Schallwandler und Reflektor und Einzelwandler oder Doppelwandler.

Sie fanden heraus, dass die Ultraschalltrennung dazu führt, dass die oberen Ströme der Milch eine größere Konzentration von großen Fettkügelchen (Rahm) enthalten, und der Boden mehr kleine Fettkügelchen (Magermilch) im Vergleich zu herkömmlichen Methoden strömen lässt.

"Diese Ströme können weiter fraktioniert werden, um kleinere und größere Fettkügelchen zu erhalten, die verwendet werden können, um neue Milchprodukte mit verbesserten Eigenschaften herzustellen", sagte Leong, da Molkereiuntersuchungen nahelegten, dass Käse aus Milch mit einem höheren Anteil kleiner Fettkügelchen hergestellt wurde überlegener Geschmack und Beschaffenheit, während Milch oder Creme mit größeren Fettkügelchen zu schmackhafterer Butter führen kann.

Leong sagte, dass der Ultraschall-Trennprozess nur etwa 10 bis 20 Minuten auf einem Liter Maßstab benötigt - viel schneller als traditionelle Methoden der natürlichen Fettsedimentation und Auftriebsverarbeitung, die heutzutage für die Herstellung von Parmesan in Norditalien verwendet werden 6 Stunden.

Der nächste Schritt der Forscher besteht darin, mit kleinen Käsereien zu arbeiten, um die Wirksamkeit der Technik in der Käseproduktion zu demonstrieren.

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Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von Acoustical Society of America (ASA) . Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.