Москва, Россия
Москва, Россия
Москва, Россия
Москва, Россия
Москва, Россия
В статье рассмотрены теоретические и экспериментальные аспекты поточной кристаллизации лактозы в сгущенной молочной подсырной сыворотке при ее охлаждении в пластинчатом скребковом кристаллизаторе непрерывного действия. На основе уравнений переноса теплоты и гидродинамики несжимаемой нелинейно-вязкой жидкости в цилиндрической системе координат разработана математическая модель процесса охлаждения сыворотки с учетом ее псевдопластических свойств и влияния радиальной скорости подачи продукта в продуктовую зону аппарата. Получено аналитическое выражение для расчета распределения температуры в межпластинном пространстве и на его основе сформирована инженерная методика определения температуры продукта на выходе из каждой теплообменной пластины и суммарной площади теплопередающей поверхности кристаллизатора. Установлены особенности формирования температурного режима массовой кристаллизации лактозы в сгущенной молочной сыворотке с заданной массовой долей сухих веществ при противоточном движении продукта и хладоносителя. Экспериментально показано влияние температуры этапа охлаждения и последующего нагревания на долю лактозы, переходящей в кристаллическую фазу, а также на величину среднего размера образующихся кристаллов. Показано, что повышение температуры нагревания приводит к частичному растворению кристаллов и уменьшению их среднего размера не более чем на 35–40 %, при этом применение затравки практически не влияет на степень кристаллизации, что позволяет отказаться от ее использования в промышленных условиях. По результатам теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рациональные режимы охлаждения сыворотки и предложена инженерная методика расчета пластинчатого скребкового кристаллизатора непрерывного действия для процессов поточной кристаллизации лактозы, обеспечивающая получение однородных по дисперсному составу кристаллов и снижение энергозатрат и металлоемкости оборудования. Разработанные подходы могут быть использованы при проектировании и модернизации линий по переработке молочной сыворотки, а также при оптимизации режимов сушки лактозосодержащих продуктов с целью повышения их качества, стабильности характеристик и расширения областей применения молочного сахара и его производных.
молочная сыворотка, температура охлаждения, массовая кристаллизация лактозы, пластинчатый скребковый кристаллизатор
1. Бредихин, С. А. Процессы и аппараты пищевой технологии / С. А. Бредихин [и др.]. – СПб.: Издательство Лань, 2025. – 544 с.
2. Бредихин, С. А. Технологическое оборудование переработки молока / С. А. Бредихин [и др.]. – СПб.: Издательство Лань, 2025. – 412 с.
3. Гнездилова, А. И. Теоретические и практические аспекты процесса кристаллизации лактозы в производстве молочного сахара / А. И. Гнездилова [и др.] // Молочнохозяйственный вестник. 2023. № 2(50). С. 128–140. https://doi.org/10.52231/2225-4269_2023_2_128; https://elibrary.ru/ioutfq
4. Ding, Z. Heat and mass transfer of scraped surface heat exchanger used for suspension freeze concentration / Z. Ding [et al.] // Journal of Food Engineering. 2021. Vol. 288. 110141. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110141
5. Filla, J. M. Assessing whey protein sources, dispersion preparation method and enrichment of thermomechanically stabilized whey protein pectin complexes for technical scale production / J. M. Filla [et al.] // Foods. 2021. Vol. 10(4). 715. https://doi.org/10.3390/foods10040715
6. Solano, J. P. Enhanced thermal-hydraulic performance in tubes of reciprocating scraped surface heat exchangers / J. P. Solano [et al.] // Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 220. 119667. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119667
7. Барковская, И. А. Полисахарид-контролируемая кристаллизация лактозы в сгущенном молоке с сахаром / И. А. Барковская [и др.] // Пищевая Метаинженерия. 2023. Т. 1, № 4. С. 11–27. https://doi.org/10.37442/fme.2023.4.25
8. Шохалов, В. А. Совершенствование процесса кристаллизации лактозы в производстве молочного сахара / В. А. Шохалов, А. И. Гнездилова, В. Н. Шохалова // Молочная промышленность. 2024. № 2. С. 48–52. https://doi.org/10.21603/1019-8946-2024-2-7; https://elibrary.ru/ubotvq
9. Шохалов, В. А. Скорость кристаллизации лактозы в производствемолочного сахара / В. А. Шохалов, А. И. Гнездилова, В. Н. Шохалова // Ползуновский вестник. 2025. № 3. С. 39–44. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.03.006; https://elibrary.ru/ljhann
10. Evdokimov, I. A. Comparative study of the granulometric composition of seed materials used during the lactose crystallization / I. A. Evdokimov [et al.] // Modern Science and Innovations. 2025. Vol. 1(49). P. 82–89. https://doi.org/10.37493/2307-910X.2025.1.7; https://elibrary.ru/pbvejm
11. Горелов, А. С. Методологические основы автоматизированного статистического контроля качества продукции / А. С. Горелов, В. Б. Морозов, Е. А. Саввина. – Тула: Тульский государственный университет, 2020. – 332 с.
12. Gombár, M. Optimization methods in mathematical modeling of technological processes / M. Gombár. – Cham: Springer, 2023. – 170 p.
13. Бурак, Л. Ч. Существующие способы обработки пищевых продуктов и их влияние на пищевую ценность и химический состав / Л. Ч. Бурак // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2021. № 3. С. 59–73. https://doi.org/10.24412/2311-6447-2021-3-59-73; https://elibrary.ru/wqktrw
14. Бредихин, А. С. Метод инженерного расчёта пластинчатого скребкового теплообменника / А. С. Бредихин, С. А. Бредихин // Современные достижения биотехнологии. Техника, технологии и упаковка для реализации инновационных проектов на предприятиях пищевой и биотехнологической промышленности: Материалы VII Международной научно-практической конференции. – Ставрополь-Пятигорск: Северо-Кавказский федеральный университет, 2020. – С. 62–66. https://elibrary.ru/pcrgjk
