Development of optical device for sedimentation analysis of whole milk fat | Разработка оптического устройства для анализа седиментации жира цельного молока

Английский. The aim of the research is to develop optical turbidimetric-type system for monitoring fat settling in whole and homogenized milk and identification of opportunities to use this device as a butyrometer. The objects of this study there were whole and homogenized milk samples with a different fat content. The samples are distributed in numbers in accordance with a fat content and thermo-mechanical treatment: №1 – whole unhomogenized milk (fat content – 3.8-4%), №2-4 – homogenized, ultra heat-treated milk (fat content 1.5%, 3.2% and 6%, respectively). A method for the analysis of fat setting through periodic vertical scanning of the sample with an infrared sensor is proposed. To implement this method, an optical-mechanical device "kremograph" has been developed. During 90 minutes milk samples with different fat content were exposed to periodically repeating scanning with the frequency of about 0.2 l/min with a synchronously moving infrared radiation source and receiver. In this case, there was a clear relationship between the intensity of radiation passing through the whole milk sample and fat globule concentration in milk allowing the thickness of the cream plug to be uniquely determined. The study results are presented in the form of graphs - kremograms. The data obtained have promoted the calculation of fat content of whole milk samples, and the radii of fat particles have been determined. Estimated value of the particle sedimentation rate is 0.11 mm/min. The average size of particles settled in a cream layer is 3.8 microns. The thickness of cream plug on whole milk settling with fat content of 4% is 10 mm. The feasibility of using kremographs for sedimentation analysis and the establishment of the dispersion degree of milk fat particles as well as the determination of the mass fraction of fat in milk after mechanical processing is demonstrated.

Русский. Целью работы является разработка оптической системы турбидиметрического типа для мониторинга отстаивания жировой фазы в цельном и гомогенизированном молоке, а также изучение возможности использования данного устройства в качестве жиромера. Объектом исследования служили пробы цельного негомогенизированного и гомогенизированного молока различной жирности. Образцы распределены по номерам в соответствии с жирностью и термомеханической обработкой: №1 – молоко цельное не гомогенизированное (жирность 3,8-4%), №2-4 – молоко, гомогенизированное ультрапастеризованное (жирность 1,5%, 3,2% и 6% соответственно). Предложен способ анализа отстаивания жира посредством периодического вертикального сканирования пробы с помощью инфракрасного датчика. Для реализации данного способа разработано оптико-механическое устройство собственной конструкции - кремограф. В процессе исследований помещенные в плоские кюветы образцы молока различной жирности в течение 90 мин подвергались периодически повторяющемуся с частотой около 0,2 1/мин сканированию на просвет парой синхронно движущихся источника и приемника инфракрасного излучения. При этом наблюдалась явная зависимость между интенсивностью прошедшего через пробу цельного молока излучения и концентрацией жировых шариков в молоке, позволяющая однозначно определить толщину жировой пробки. Результаты исследования представлены в виде графиков-кремограмм. По полученным данным произведен расчет жирности пробы цельного молока и определены радиусы частиц жира. Расчетное значение скорости седиментации частиц составило 0,11 мм/мин. Средний расчетный размер отстаивающихся частиц в слое жира составил 3,8 мкм. Величина слоя жировой пробки при отстаивании цельного молока жирностью 4% составила 10 мм. Показана практическая возможность использования кремографа для проведения седиментационных анализов и определения степени дисперсности частиц молочного жира, а также определение массовой доли жира в молоке, прошедшем механическую обработку.