Magdalena Marciniak gr. IIA	Temat: Wirowanie i filtracja
Uwagi oceniającego:
Data wykonanie ćwiczenia: 06,05,2008r		Data oddania sprawozdania: 13,05,2008r	Podpis i ocena:

Wirowanie mleka.

Ćwiczenie 1

Temat: odwirowanie mleka za pomocą wirówki.

Cel ćwiczenia: zapoznanie z budową wirówki oraz pozyskanie mleka odtłuszczonego do dalszych doświadczeń.

Postępowanie:

Zapoznano się z budową bębna wirówki odtłuszczającej.

Zmontowano wirówkę zgodnie z instrukcją.

Przygotowano do odwirowanie dwie jednakowe objętości mleka. Jedną z nich ogrzano do temperatury 20ºC a drugą do 40ºC.

Na uzyskanym mleku dokonano innych pomiarów.

Ćwiczenie 2

Temat: oznaczanie tłuszczy metodą Gerbera.

Cel ćwiczenia: wykazanie różnic wpływu temperatury na proces odtłuszczania mleka. Zbadanie ilości tłuszczu zawartego w mleku.

Wykonanie ćwiczenia:

1. w mleku pełnym

Do butyrometru wlano 10ml kwasu siarkowego (1l stężonego kwasu siarkowego (VI) i 140ml wody destylowanej), dodano 11ml mleka i 1ml alkoholu izoamylowego. Zakorkowano szczelni i delikatnie wymieszano zawartość do całkowitego rozpuszczenia sernika. Wstawiono do łaźni wodnej o temp. 65ºC na 5 min. Odwirowano w wirówce gerbera przez 5 min. Po zakończeniu wirowania butyrometry ponownie wstawiono do łaźni wodnej o temp. 65ºC na 5 min. Po tym czasie ustalono zawartość tłuszczu regulując jego poziom na skali za pomocą korka.

2. w śmietance

Do butyrometru śmietankowego wlano 10ml kwasu siarkowego otrzymanego metodą opisaną w podpunkcie a, następnie dodano 5ml śmietanki (pobierając specjalną pipetą „z dwoma brzuszkami”. Pipetę popłukano 5ml mody destylowanej, wlewając popłuczyny do butyrometru. Dodano 1ml alkoholu izoamylowego. Zakorkowano szczelni i delikatnie wymieszano zawartość do całkowitego rozpuszczenia sernika. Wstawiono do łaźni wodnej o temp. 65ºC na 5 min. Odwirowano w wirówce gerbera przez 5 min. Po zakończeniu wirowania butyrometry ponownie wstawiono do łaźni wodnej o temp. 65ºC na 5 min. Po tym czasie ustalono zawartość tłuszczu regulując jego poziom na skali za pomocą korka.

Pomiary dokonano oddzielnie dla śmietanki pozyskanej z mleka podgrzanego do temp. 20ºC i 40ºC.

3. w mleku odtłuszczonym

Zastosowano specjalny butyrometr do mleka odtłuszczonego. Do butyrometru wlano 10ml kwasu siarkowego (1l stężonego kwasu siarkowego (VI) i 140ml wody destylowanej), dodano 11ml mleka i 1ml alkoholu izoamylowego. Zakorkowano szczelni i delikatnie wymieszano zawartość do całkowitego rozpuszczenia sernika. Wstawiono do łaźni wodnej o temp. 65ºC na 5 min. Odwirowano w wirówce gerbera przez 5 min. Po zakończeniu wirowania butyrometry ponownie wstawiono do łaźni wodnej o temp. 65ºC na 5 min. Po tym czasie ustalono zawartość tłuszczu regulując jego poziom na skali za pomocą korka.

Pomiary dokonano oddzielnie dla mleka odtłuszczonego podgrzanego na początku do temp. 20ºC i 40ºC.

Uzyskane wyniki:

Śmietanka 20ºC	39%
Śmietanka 40ºC	38%
Mleko 20ºC	0%
Mleko 40ºC	0,3%
Mleko pełne	2%

Ćwiczenie 3

Temat: badanie gęstości mleka za pomocą laktodensymetru

Do cylindra miarowego wlano odpowiednią ilość mleka:

a)pełnego

b)odtłuszczonego podgrzanego do temp. 20ºC

c) odtłuszczonego podgrzanego do temp. 40ºC

Zanurzono suchy laktodensymetr w mleku i dokonano odczytu gęstości ze skali laktodensymetru.

Otrzymane wyniki:

a) 1.0297g/cm³

b)1,033 g/cm³

c)1,032 g/cm³

Ćwiczenie 4

Temat: oznaczanie gęstości metodą piknometryczną:

Czysty i suchy piknometr zważono z dokładnością do ok. 0,0002g., po czym napełniono wodą destylowaną powyżej kreski i zamknięto zatyczką. Wstawiono do łaźni wodnej o temperaturze 20ºC. Po upływie 30 min. wyrównano poziom wody w piknometrze do właściwej objętości, wytarto go i zważono z dokładnością do 0,0002g. następnie ten sam piknometr napełniono śmietanką, ponownie wstawiono do łaźni wodnej o temp. 20ºC i zważono po 30min. Gęstość śmietanki obliczono ze wzoru:

ρ =p-p₀/ p_w- p₀

gdzie: p- masa piknometru z badaną cieczą, p_w- masa piknometru z wodą, p₀-masa piknometru pustego

Uzyskane wyniki dla śmietanki otrzymanej z mleka podgrzanego do 20ºC:

p=53,1307g

p_w=54,8645g

p₀₌26,3127g

Uzyskane wyniki dla śmietanki otrzymanej z mleka podgrzanego do 40ºC:

p=52,4428g

p_w=52,8816g

p₀₌26,3743g

Gęstość śmietanki:

ρ_20ºC=0,9393g/cm³

ρ_40ºC=0,9834g/cm³

Pomiarów dokonano dla próbek mleka podgrzanego od 20ºC do 40ºC.

Obliczenie suchej masy za pomocą wzoru Roedera:

s.m.= 1,31f + 2,736*[100(ρ-1)/ ρ] [%]

gdzie: f- zawartość tłuszczu w mleku [%], ρ- gęstość mleka [g/cm³]

• sucha masa mleka pełnego:

s.m.= 1,31*2 + 2,736*[100(1.0297-1)/ 1.0297= 10,51%

• sucha masa mleka odtłuszczonego podgrzanego do 20ºC

s.m.=1,31*0+2,736*[100(1,033-1)/ 1,033= 8,74%

• sucha masa mleka odtłuszczonego podgrzanego do 40ºC

s.m.= 1,31*0+2,736*[100(1,032-1)/ 1,032= 8,48%

• sucha masa śmietanki uzyskanej z mleka podgrzanego do 20ºC

s.m.=1,31*39+2,736*[100(0,9393-1)/0,9393=33,41%

• sucha masa śmietanki uzyskanej z mleka podgrzanego do 40ºC

s.m.=1,31*38+2,736*[100(0,9834-1)/0,9834=45,16%

Obliczenie procentowej ilości uzyskanej śmietanki, korzystając ze wzoru:

S=100(T_p-T₀)/(T_s-T₀)

Gdzie: S-ilość uzyskanej śmietanki[%], T_p- zawartość tłuszczu w mleku pełnym [%], T₀- zawartość tłuszczu w mleku odtłuszczonym [%], T_s- zawartość tłuszczu w śmietance [%]

S_20ºC = 100(2-0)/(39-0)=5,13%

S_40ºC =100(2-0,3)/(38-0,3)=4,51%

Obliczenie stosunku odwirowania R, czyli ilości wagowych jednostek mleka zużytych na 1 jednostkę śmietany, korzystając ze wzoru:

R=(T_s-T₀)/ (T_p-T₀)

R_20ºC =(39-0)/(2-0)=19,5

R_40ºC =(38-0,3)/(2-0,3)=22,18

Obliczenie procentu wydobycia tłuszczu z mleka A, czyli odsetku całej ilości tłuszczu, jaki przechodzi do śmietanki z każdych 100kg tłuszczu znajdującego się w mleku pełnym. Skorzystano ze wzoru:

A= [T_s (T_p-T₀ )/ T_p (T_s-T₀ )]100

A_20ºC =39(2-0)/2(39-0)=100%

A_40ºC =38(2-0,3)/2(38-0,3)=86%

Badany wyróżnik	Mleko pełne	Mleko odtłuszczone		Śmietanka
				20ºC	40ºC	20ºC	40ºC
Gęstość[g/ cm^3]	1.0297	1,033	1,032	0,9393	0,9834
Zawartość tłuszczu[%]	2	0	0,3	39	38
Zawartość s.m.[%]	10,51	8,74	8,48	33,41	45,16
% uzyskanej śmietanki s	-	5,13	4,51	-	-
Stopień odwirowania R	-	19,5	22,18	-	-
Stopień odtłuszczenia A	-	100	86	-	-

Obliczenie kryteria podziału:

Kryterium podziału jest to stosunek siły odśrodkowej do siły grawitacji i mówi ono, ile razy przyspieszenie odśrodkowe jest większe od siły grawitacji. Można je obliczyć korzystając ze wzoru:

gdzie:

n- liczba obrotów na minutę

r- promień filtra

g- przyspieszenie ziemskie

Dane:

n = 8500 obr/min

r = 6,5 cm = 0,065m (średnica= 13cm)

g = 10 m/s²

=5165,87

Kryterium podziału K_r > 3000 więc jest to ultrawirówka.

Przeprowadzone doświadczenia wykazały, że temperatura znacząco wpływa na różne procesy. Niższa temperatura obniża stopień odtłuszczenia. Potwierdzeniem tego jest nasze doświadczenie gdzie dla mleka o temperaturze 20˚C stopień ten wyniósł 100%, natomiast dla mleka o temperaturze 40˚C 86 %. Procent wydobycia tłuszczu poniżej 96% uznaje się za zły. Wynik osiągnięty dla mleka o temperaturze 20˚C uznaje się za bardzo dobry, ale należy wziąć pod uwagę możliwość popełnienia błędu pomiaru przez osobę przeprowadzającą doświadczenie. Jeśli chodzi o procent uzyskanej śmietanki, to również wpływ wyższej temperatury jest korzystny. Jednak mając na uwadze wpływ temperatury na właściwości organoleptyczne mleka, należy uważać na wysokość stosowanej temperatury.

Przeprowadzenie filtracji soku jabłkowego:

Do umieszczonego na statywie lejka Schotta wlano 100cm³ moszczu jabłkowego. Przy wylocie lejka ustawiono zestaw kalibrowanych probówek i zbierano do każdej z nich po 1cm3 filtratu, notując czas uzyskanych kolejnych porcji. Uzupełniano zawartość moszczu w lejku dla uzyskania stałego ciśnienia. Obliczono powierzchnię filtru. Na podstawie uzyskanych wyników uzupełniono tabelkę.

A _świeży =8,5cm³

A _karton =6,8cm³

Pomiary/nr próby	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Czas τ [s]	608,89	764,28	890,41	950,76	976,26	1035,36	1044,66	1079,66	1122,96	1176,86
Objętość filtratu V [cm^3]	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
V/A [cm^3 / cm^2]	0,117647	0,235294	0,352941	0,470588	0,588235	0,705882	0,823529	0,941176	1,058824	1,176470588
τ/(V/A)	5175,565	3248,19	2522,828	2020,365	1659,642	1466,76	1268,516	1147,139	1060,573	1000,331
V/τ*A [cm^3/s* cm^2]	0,000193	0,000308	0,000396	0,000495	0,000603	0,000682	0,000788	0,000872	0,000943	0,0001

Tab.1 Sok świeży

Pomiary/nr próby	1	2	3	4	5	6
Czas τ [s]	5	7,7	10,2	13,2	16,6	18,8
Objętość filtratu V [cm^3]	2	4	6	8	10	12
V/A [cm^3 / cm^2]	0,294118	0,588235	0,882353	1,176471	1,470588	1,764706
τ/(V/A)	17	13,09	11,56	11,22	11,288	10,65333
V/τ*A [cm^3/s* cm^2]	0,058824	0,076394	0,086505	0,089127	0,08859	0,093867

Tab.2 Sok z kartonu

Wykres 1: Zależność zmian prędkości od czasu

Z powyższego wykresu wynika, że na początku szybkość filtracji i gwałtownie się zmieniała (spadała). Spowodowane to było osadzaniem się na sączku drobin i zanieczyszczeń znajdujących się w soku świeżym. Nie zaobserwowano takich zależności dla soku z kartonu.

Po opadnięciu zanieczyszczeń na filtr doszło do ustabilizowania się prędkości procesu.

Zależność
od V/A

wykres 2

tgα=a/b

a=15050,904

b=1,2

tgα=12542,42=K₁

K₂=-0,4

1,5*12542,42/8,5 * V² - 0,4*V-20060,904*8,5=2213,37 V² - 0,4V - 170517,684

ax² +bx + c =0

∆= b²- 4ac

∆= 0,16 - 4*2213,37*(-170517,684)= 1509674905,16

√∆=38854,54

x₁=3,51

x₂=-8,78

Proces filtracji soku jabłkowego był izobaryczny, co potwierdzają wyniki doświadczenia (wykres 1), zgodnie z którym szybkość procesu maleje wraz z upływem czasu. Jest to wynikiem gromadzenia się osadu na filtrze, czyli zwiększenie się grubości warstwy osadu. Wydajność procesu zależy głównie od lepkości i ilości cząsteczek w sączonym roztworze. Ponieważ proces ten jest bardzo ważny w przemyśle spożywczym, należy zwrócić szczególną uwagę, na stosowane filtry i ich odpowiedni dobór w zależności od cieczy.

Porównanie wyników tabetycznych obrazujących przepływ soku świeżego-zanieczyszczonego, oraz soku, który został już wcześniej przefiltrowany pokazuje, jak istotne znaczenie ma ten proces dla przemysłu spożywczego.