Autor: Zdravko Šumić
U industrijskim uslovima mlijeko se suši na dva načina:
- u sušnicama sa valjcima u atmosferskom pritisku ili vakuumu, i
- u komorama za sušenje raspršivanjem u struji toplog vazduha, koje može biti jednostepeno, dvostepeno ili trostepeno.
Apsolutno dominantan način sušenja u industriji mlijeka je sušenje raspršivanjem.
.
Sušenje mlijeka raspršivanjem, prednosti i nedostaci
Upareno mlijeko se disperguje unutar komore za sušenje, koja može da bude vertikalnog ili horizontalnog tipa. Češća je uporeba vertikalne komore za sušenje, ravnog ili koničnog dna, u koju se dovodi topao vazduh.
.
Vazduh
Vazduh se prvo profiltrira. Prečišćavanje se najčešće vrši mehaničkim putem provođenjem vazduha kroz vodene ili uljane filtere. Filtriranje se uvjek vrši prije zagrijevanja vazduha.
Zagrijevanje vazduha na temperaturu 180 – 240oC može biti:
- direktno, gdje produkti sagorijevanja (gasovitih ili uljanih goriva) zajedno sa toplim vazduhom ulaze u komoru.
- indirektno, podrazumjeva zagrijevanje parom u cijevnom ili pločastom izmjenjivaču toplote.
Osnovna prednost uređaja sa direktnim zagrijevanjem je u manjim toplotnim gubicima, dok je u higjenskom smislu bolji indirektan način. S obzirom na viskoku temperaturu zagrijevanja, vazduh pri ulazu u komaru za raspršivanje ima veoma nisku relativnu vlažnost (4%).
Struja vazduha može da ulazi u raspršivač istog smijera kao i mlijeko, iz suprotnog ili pod uglom. Najbolje riješenje je da mlijeko i vazduh ulaze istostrujno jer tako mlijeko dolazi u kontakt sa vazduhom kada je najtopliji, na početku susenja kada sadrži najviše vode. Isparavanje vode (latentna toplota isparavanja) spriječava pregrijevanje mlijeka i tako ostaju čuvane termolabilne komponente.
Da bi se smanjila količina potrebnog vazduha i toplotni gubici u komori za raspršivanje, važno je da:
Temperatura ulaznog vazduha bude visoka, a izlaznog što je moguće niža, što povoljno utiče i na kvalitet proizvoda.
- Da se izlazni vazduh upotrebljava za zagrijavanje ulaznog.
- Da se ulazni vazduh uzima iz gornjeg dijela prostorije gdje je najtopliji.
- Da komora bude izolovana i hermetički zatvarena.
.
Mlijeko
Mlijeko se pri ulazu u komoru za sušenje disperguje u centrifugalnom atomizeru (u obliku diska s preforacijom po obimu) ili atomizeru pod pritiskom (potiskivanjem kroz sitne otvore) i suši u kontaktu sa toplim vazduhom.
Na taj način se dobijaju fine, jednake čestice, prečnika 50-150 mm. Ovim se povećava dodirna površina kontakta sa zagrijanim vazduhom i time pospješuje prelaz toplote sa vazduha na kapljice mlijeka i prenos mase (vode) iz mlijeka u vazduh.
Raspršene čestice brzo predaju svoju vlagu, za šta se koristi energija – latentna toplota isparavanja vode, a temperatura dispergovanog mlijeka raste do oko 65oC i zavisi od temperature ulaznog (oko 200oC), odnosno izlaznog (oko 90oC) vazduha.
Čestice mlijeka tokom sušenja dobijaju sferni oblik usljed djelovanja površinskog napona i sadrže u sebi inkorporiran vazduh, te se njihova mikrostruktura bitno razlikuje od praha dobijenog sušenjem na valjcima.
Sušenje u ovakvim uslovima traje manje od 1s, i kada se ima u vidu da je temperatura zagrijevanja mlijeka tokom sušenja raspršivanjem veoma niska, približno jednaka temperaturi izlaznog vazduha, jasno je zašto ovaj postupak daje proizvod visokog kvaliteta.
Najveći dio praha izlazi na dnu komore odakle se odmah i neprekidno odnosi strujom hladnog vazduha, spaja se sa prahom koji je ciklonom[1] izdvojen iz komore, zatim se zajedno pneumatski transportuju kroz sistem ciklona u kojima se parh odvaja od hladnog vazduha.
Princip razdvajanja praha od vazduha u ciklonu. Vazduh ulazi u ciklon preko voda koji ima znatno manji prečnik od ciklona, zbog toga dolazi do smanjenja brzine vazduha pa prah pod uticajem gravitacije, kao tezi, pada na dno ciklona, odakle se kontinualno uklanja.
Veci pad pritiska se postize ako je veca brzina vazduha u dovodnoj cijevi u ciklon, odnosno ako je ona uža. Što je veći pad pritiska u ciklonu bolje je odvajanje čestica od vazduha, odnosno mogu se odvojiti sve sitnije čestice. Zbog ovoga cikolni manjeg prečnika imaju bolju efikasnost ali je njihov rad skuplji.
Danas su najviše u upotrebi sistemi od nekoliko cikona većeg prečnika dovodne cijevi sa jednim ciklonom malog prečnika na kraju, koji služi za odvajanje najsitnijih čestica praha. U sklopu sistema cikolona obično se odmah vrši i dalje hlađenje praha.
Odnošenje gotovog proizvoda mora biti veoma brzo, i odmah po završenom sušenju, kako bi se spriječio duži kontakt paraha sa toplim vazduhom, što bi prouzrokovalo otapanje masti i njen izlazak na površinu čestica, sljepljivanje, pregrijevanje i pregorijevanje mliječnog praha.
Prednosti i nedostaci
- Sušenje raspršiavnjem ima niz perednosti u odnosu na konvencionalne načine sušenja.
- Cio proces se odvija veoma brzo (15 do 30 s).
- Zahvaljujući i brzini i nižoj temperaturi sušenja proizvod ima odlična sojstva: ne dolazi do oksidacije, gubitka vitamina, nema denaturascije proteina, transformacije laktoze itd.
- Tokom sušenja raspršivanjem mogu se automatski regulisati parametri sušenja, a time i osobine gotovog proizvoda.
- Proces je skraćen potpuno automatizovan, tako da i veliki kapaciteti uz visoku produktivnost zahtjevaju malo radne snage.
- Proizvod dodiruje zidove komore tek u obliku praha, što omogućuje lako održavanje uređaja i zaštitu od korozije, kao i zaštitu mikrobiološkog kvaliteta proizvoda.
Nedostaci sušenja raspršivanjem su: velike dimenzije komore za sušenje, skupi uređaji i velika potrošnja električne energije i pare. Povećanjem stepena disperznosti moguće je intezivirati proces sušenja, čime se smanjuje potrošnja energije i dimenzije komore.
.
Susenje mlijeka na valjcima, prednosti i nedostaci
Ovaj način se najčešće koristi samo za proizvodnju obranog mlijeka ili mlijeka u prahu namjenjenog drugim industrijama (konditori, stočna hrana), zbog slabe rastvorljivosti proizvoda.
Direktan kontakt nanijetog tankog sloja mlijeka sa toplom površinom rotirajućih valjaka prilikom ovog načina sušenja prouzrokuje ireverzibilne promjene komponenata mlijeka kako što su:
- karamelizacija laktoze (razlaganje laktoze)
- Majarova reakcija (interakcija aminokiselina i laktoze)
- denaturacija proteina i dr.
Kvalitet gotovog proizvoda sušenog na valjcima, zavisi pored temperature i vremena trajanja sušenja i od temperature ulaznog mlijeka kao i stepena njegovog koncentrisanja, debljine nanijetog sloja i ravnomjernosti nanošenja mlijeka na valjke.
Postoje i neke prednosti sušenja na valjcima: mala investiciona ulaganja, relativno mali potreban prostor za rad, ekonomičnost i lako rukovanje.
Kod sušenja na valjcima mlijeko se dovodi na parom zagrijanu površinu valjaka gdje se suši. Konstrukcija sušnice može da bude sa jednim ili sa dva rotirajuća valjka. U industriji mlijeka najčešće se koristi uređaj sa dva valjka u atmosferskom pritisku.
Napajanje glatke površine valjaka mlijekom može se izvesti na više načina:
- doziranjem iz rezervora na vrhu
- raspršivanjem po površini valjaka brizgalicama
- dodirivanjem površine mlijeka u sudu za napajanje i
- napajanjem valjaka zaranjanjem u sud regulisanog nivoa.
Za zagrijevanje valjka se koristi suva zasićena para temperature do 150oC, koja se dovodi u unutrašnjost valjka kroz njegovu osovinu. Odvođenje kondenzovane pare odviija se kontinualno, pumpom na drugom kraju osovine valjka.
Brzina obrtanja valjaka je posebno važna jer od nje zavisi debljina nanijetog filma i vrijeme trajanja kontakta mlijeka sa toplom površinom valjaka. Ona može da se podešava, što zavisi od koncentracije mlijeka koje se suši i od željene suve materije u gotovom proizvodu.
Pošto je osušeno mlijeko se kontinulano skida u obliku tankog filma noževima strugačima. Suvi film pada na pužasti transporter (uz svaki valjak po jedan) gdje se usitnjava i transporuje elevatorom do mlina čekićara, na mljevanje. Prah se zatim prosijava kroz sistem sita u cilju klasiranja po veličini čestica.
Isparena vlaga se otklanja aspiratorom uz cirkulaciju vazduha koji je odnosi.
Spisak korišćene literature možete naći u Literatura – Tehnologija mleka.
[1] centrifugalni odvajac. Odvajanje najsitnijih cestica praha od vazduha se vrsi van komore u ciklonu. Ove cestice ne mogu da padnu na dno komore zbog veoma male mase. One se izvode iz komore tako sto se ciklon spoji sa komorom za susenje na odredjenoj visini.Ciklon usisava vazduh iz tog dijela komore i sa njim sitne cestice, koje se zatim u ciklonu odvajaju od zagrijanog vazduha. Ovaj ciklon je i izlaz toplog vazduha iz komore.
Na dnu ciklona stavljeju se pamucne vrece koje pospjesuju efikasnost odvajanja.