Ultrasonic separation of milk fat f

Ultrasonic separation of milk fat from natural whole milk has been demonstrated only in millilitre scale systems previously.
Separation was enhanced in a litre scale ultrasonic reactor holding several transducer arrangements.
The duration of insonation, vessel dimensions, and specific energy input influenced separation.
Ultrasound application at parameters suitable for separation did not disrupt the integrity of fat globules.
This research identifies the key parameters to develop an ultrasonic milk fat separation device.

The separation of milk fat from natural whole milk has been achieved by applying ultrasonic standing waves (1 MHz and/or 2 MHz) in a litre-scale (5 L capacity) batch system. Various design parameters were tested such as power input level, process time, specific energy, transducer–reflector distance and the use of single and dual transducer set-ups. It was found that the efficacy of the treatment depended on the specific energy density input into the system. In this case, a plateau in fat concentration of ∼20% w/v was achieved in the creamed top layer after applying a minimum specific energy of 200 kJ/kg. In addition, the fat separation was enhanced by reducing the transducer reflector distance in the vessel, operating two transducers in a parallel set-up, or by increasing the duration of insonation, resulting in skimmed milk with a fat concentration as low as 1.7% (w/v) using raw milk after 20 min insonation. Dual mode operation with both transducers in parallel as close as 30 mm apart resulted in the fastest creaming and skimming in this study at ∼1.6 g fat/min.


A technique using ultrasound waves to initiate separation of fat globules from a recombined milk-fat emulsion has been recently reported by Juliano et al. [1] and [2]. Milk fat globules move to the pressure anti-nodes, due to a time-averaged primary radiation force described, for instance, in Yosioka and Kawasima [3]. Enhanced flocculation (reversible combination) or coalescence (irreversible combination) of the fat droplets may occur at these sites [4]. This increases the effective floccule size of the fat globules, and cause a faster rise velocity and hence separation speed [5].

Enhanced creaming of re-emulsified fat orders of magnitude faster relative to natural buoyancy was reported on a litre-scale [1]. On a micro-scale, Grenvall et al. [6] and Johansson et al. [7] showed that acoustic waves could be used to specifically remove fat globules from skim-milk. To the best of our knowledge, no study has yet reported the use of ultrasound to achieve enhanced separation of fat globules from ‘natural’ whole milk, with particle size distributions and interfacial properties typical of the native product on a litre-scale.

Successful trials using natural whole milk have notably only been reported in smaller-scale experiments [2]. Trials using the same parameters as those reported by Juliano et al. [1] to separate fat from natural whole milk on a litre-scale were unsuccessful (data reported in Thesis by Sandra Temmel, University of Erlangen [8]).

The reason for this is because the model emulsion system investigated by Juliano et al. [1] and natural whole milk are fundamentally very different. Firstly, the particle size distribution of the recombined milk emulsion used by Juliano et al. [1] is significantly different to those found in natural milk. The volume weighted mean diameter, D (4,3), of the initial emulsions used by Juliano et al. were reported to be 23 μm. This is significantly larger than those used found in ‘natural’ milk, which are typically between 3–4 μm [5]. There are also a significant number of globules in the size range of 10–30 μm found in the recombined emulsions studied (see Fig. 2 from Juliano et al. [1]). As noted by Mulder and Walstra [5], even a small number of ‘large-globules’ present in milk, can make up about 2–3% of the total fat of the milk sample. Because the occurrence of these large globules in the recombined milk emulsion used by Juliano et al. is high, there is a skew of the percentage of total fat that is represented by large globules in the model system

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

อัลตราโซนิกแยกไขมันนมจากนมธรรมชาติได้ถูกแสดงเฉพาะในระบบมาตราส่วน millilitre ก่อนหน้านี้แยกถูกเพิ่มในการลิตรขนาดอัลตราโซนิกเครื่องปฏิกรณ์ถือหลายพิกัดจัดระยะเวลาของ insonation ขนาดเรือ และพลังงานเฉพาะที่เข้ามีอิทธิพลต่อแยกอัลตร้าซาวด์แอพลิเคชันที่เหมาะสำหรับการแยกพารามิเตอร์ไม่รบกวนของ globules ไขมันงานวิจัยนี้ระบุพารามิเตอร์หลักในการพัฒนาอุปกรณ์การแยกไขมันนมอัลตราโซนิกได้แยกไขมันนมจากนมธรรมชาติ โดยการใช้อัลตราโซนิกคลื่นยืน (1 MHz / 2 MHz) ในระบบมาตราส่วนลิตร (ความจุ 5 L) ชุด พารามิเตอร์ออกแบบต่าง ๆ ได้ทดสอบระดับกำลังไฟเข้า เวลา พลังงานเฉพาะ ระยะพิกัด – หรือ หรือใช้ดัดพิกัดเดี่ยว และคู่ พบว่า ประสิทธิภาพของการรักษาขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของพลังงานเฉพาะอินพุตเข้าสู่ระบบ ในกรณีนี้ ราบสูงในไขมันเข้มข้น ∼20% w/v ได้สำเร็จในชั้นสูงสุดที่ creamed หลังจากการใช้พลังงานเฉพาะขั้นต่ำ 200 kJ/kg นอกจากนี้ แยกไขมันถูกเพิ่ม โดยลดระยะหรือพิกัดในเรือ การทำหัววัดที่ 2 ในการติดตั้งแบบขนาน หรือเพิ่มระยะเวลาของ insonation ในนมขาดมันเนยด้วยเข้มข้นไขมันต่ำสุด 1.7% (w/v) การใช้น้ำนมดิบหลังจาก 20 นาที insonation สองโหมดการดำเนินงาน มีหัววัดทั้งสองขนานเป็นปิดเป็น 30 มม.ห่างกันให้เร็วที่สุด creaming การ skimming ในการศึกษานี้ที่ ∼1.6 g ไขมัน/minรายงานเทคนิคการใช้คลื่นอัลตร้าซาวด์จะเริ่มแบ่งแยก globules ไขมันจากอิมัลชันนมไขมัน recombined Juliano et al. [1] และ [2] ล่าสุด Globules ไขมันนมไปโหนป้องกันความดัน จากแรงเวลา averaged รังสีหลักอธิบาย เช่น Yosioka และ Kawasima [3] Flocculation พิเศษ (ชุดใหม่ทั้งหมด) หรือ coalescence (ให้ชุด) ของหยดไขมันอาจเกิดขึ้นในเว็บไซต์เหล่านี้ [4] นี้ขนาด floccule มีประสิทธิภาพ globules ไขมันเพิ่มขึ้น และทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้นได้เร็วขึ้น และจึง แยกความเร็ว [5]Creaming ใหม่ emulsified fat อันดับของขนาดเร็วสัมพันธ์กับธรรมชาติพยุงเพิ่มรายงานในลิตรระดับ [1] ในไมโครระดับ Grenvall et al. [6] และ al. et Johansson [7] พบว่า คลื่นอะคูสติกสามารถใช้เฉพาะออก globules ไขมัน skim นม กับความรู้ของเรา ไม่ศึกษายังได้รายงานการใช้อัลตร้าซาวด์เพื่อแยกพิเศษของ globules ไขมันจาก 'ธรรมชาติ' นมสด การกระจายขนาดอนุภาคและคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์พื้นเมืองในระดับลิตร interfacialการทดลองประสบความสำเร็จโดยใช้นมสดธรรมชาติมียวดเพียงการรายงานในการทดลองขนาดเล็ก [2] ใช้พารามิเตอร์เดียวกันเป็นผู้รายงานโดย Juliano et al. [1] เพื่อแยกไขมันจากนมธรรมชาติบนลิตรขนาดทดลองได้สำเร็จ (ข้อมูลรายงานในวิทยานิพนธ์ โดย Sandra Temmel มหาวิทยาลัย Erlangen [8])เหตุผลนี้เป็น เพราะระบบอิมัลชันแบบสอบสวนโดย Juliano et al. [1] และนมสดธรรมชาติมีความแตกต่างกันมาก ประการแรก การกระจายขนาดอนุภาคของอิมัลชัน recombined นมใช้โดย Juliano et al. [1] เป็นอย่างมากแตกต่างที่พบในน้ำนมธรรมชาติ ปริมาณน้ำหนักเฉลี่ยเส้นผ่าศูนย์กลาง D (4,3), emulsions เริ่มต้นที่ใช้โดย Juliano et al. ได้รายงานว่า 23 μm นี้มีขนาดใหญ่อย่างมีนัยสำคัญกว่าที่เคยพบในน้ำนม 'ธรรมชาติ' ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 3 – 4 μm [5] นอกจากนี้ยังมีจำนวนมากของ globules ในช่วงขนาด 10 – 30 μm พบใน emulsions recombined ที่ศึกษา (ดู Fig. 2 จาก Juliano et al. [1]) ตามที่ระบุไว้ โดย Mulder และ Walstra [5], แม้จำนวนน้อยของ 'ใหญ่ globules' อยู่ในนม สามารถประกอบประมาณ 2-3% ของไขมันทั้งหมดของตัวอย่างน้ำนม เนื่องจากเกิด globules ขนาดใหญ่เหล่านี้ในอิมัลชัน recombined นมใช้โดย Juliano et al. สูง มีการเอียงของเปอร์เซ็นต์ของไขมันทั้งหมดที่แสดง โดย globules ขนาดใหญ่ในระบบจำลอง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แยกอัลตราโซนิกของไขมันนมจากนมธรรมชาติทั้งได้รับการแสดงให้เห็นเฉพาะในระบบขนาดมิลลิลิตรก่อนหน้านี้.
แยกถูกปรับปรุงในเครื่องปฏิกรณ์ล้ำขนาดลิตรถือเตรียมการหลาย transducer.
ระยะเวลาของการ insonation ขนาดเรือและพลังงานเฉพาะอิทธิพลแยก.
การประยุกต์ใช้อัลตราซาวด์ พารามิเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับการแยกไม่ได้ส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของข้นไขมัน.
การวิจัยครั้งนี้ระบุพารามิเตอร์ที่สำคัญในการพัฒนานมล้ำอุปกรณ์การแยกไขมัน. การแยกไขมันนมจากนมธรรมชาติทั้งได้รับความสำเร็จโดยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกยืน (1 MHz และ / หรือ 2 MHz) ในระดับลิตร (5 ความจุ L) ระบบชุด พารามิเตอร์การออกแบบต่าง ๆ เช่นการทดสอบระดับพลังงานป้อนข้อมูลระยะเวลาดำเนินการพลังงานเฉพาะระยะ transducer-สะท้อนแสงและการใช้งานของตัวแปลงสัญญาณเดี่ยวและคู่ชุดสุขภาพ พบว่าประสิทธิภาพของการรักษาขึ้นอยู่กับการป้อนข้อมูลความหนาแน่นของพลังงานที่เฉพาะเจาะจงเข้ามาในระบบ ในกรณีนี้ที่ราบสูงในความเข้มข้นของไขมัน ~20% w / v ก็ประสบความสำเร็จในชั้นบนสุดหลังจากใช้ครีมเฉพาะพลังงานขั้นต่ำ 200 กิโลจูล / กิโลกรัม นอกจากนี้การแยกไขมันถูกเพิ่มขึ้นโดยการลดระยะทางที่สะท้อนตัวแปลงสัญญาณในเรือปฏิบัติการสองก้อนในการตั้งค่าแบบขนานหรือโดยการเพิ่มระยะเวลาของการ insonation ผลในนมไขมันต่ำที่มีความเข้มข้นไขมันต่ำเป็น 1.7% ( w / v) โดยใช้น้ำนมดิบหลังจาก 20 นาที insonation การทำงานในโหมด Dual กับก้อนทั้งในแบบคู่ขนานใกล้เคียงเป็น 30 มิลลิเมตรส่งผลให้ออกจากกันในครีมที่เร็วที่สุดและ skimming ในการศึกษานี้ ~1.6 กรัมไขมัน / นาที. เทคนิคการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่จะเริ่มต้นการแยกข้นไขมันจากอิมัลชั่นมไขมัน recombined ได้รับการรายงานเมื่อเร็ว ๆ นี้โดย Juliano et al, [1] และ [2] ข้นไขมันนมย้ายไปดันต่อต้านโหนด-เนื่องจากเวลาเฉลี่ยแรงรังสีหลักที่อธิบายไว้เช่นใน Yosioka และ Kawasima [3] ตะกอนที่เพิ่มขึ้น (รวมกันย้อนกลับ) หรือการเชื่อมต่อกัน (รวมกันกลับไม่ได้) ของหยดไขมันอาจเกิดขึ้นในเว็บไซต์เหล่านี้ [4] นี้จะเพิ่มขนาด floccule ข้นที่มีประสิทธิภาพของไขมันและทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและความเร็วในการแยกด้วยเหตุนี้ [5]. เพิ่มขึ้นครีมของใหม่ emulsified คำสั่งไขมันของขนาดที่สัมพันธ์เร็วขึ้นเพื่อพยุงธรรมชาติมีรายงานลิตรขนาด [1] . ในไมโครขนาด Grenvall et al, [6] และ Johansson, et al [7] แสดงให้เห็นว่าคลื่นอะคูสติกสามารถนำมาใช้เฉพาะข้นเอาไขมันจากนมพร่องมันเนย ที่ดีที่สุดของความรู้ของเราไม่มีการศึกษายังรายงานการใช้อัลตราซาวด์เพื่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของการแยกข้นไขมันจากธรรมชาติ 'นมทั้งมีการกระจายขนาดอนุภาคและคุณสมบัติสัมผัสตามแบบฉบับของสินค้าพื้นเมืองบนลิตรขนาด. การทดลองที่ประสบความสำเร็จ โดยใช้นมทั้งธรรมชาติได้สะดุดตาเพียงรายงานในการทดลองขนาดเล็ก [2] ทดลองใช้พารามิเตอร์เช่นเดียวกับผู้ที่รายงานโดย Juliano et al, [1] เพื่อแยกไขมันจากนมธรรมชาติทั้งบนลิตรขนาดไม่ประสบความสำเร็จ (ข้อมูลที่รายงานในวิทยานิพนธ์โดยแซนดร้า Temmel มหาวิทยาลัย Erlangen [8]). เหตุผลนี้เป็นเพราะระบบอิมัลชันรูปแบบการตรวจสอบโดย Juliano et al, [1] และนมธรรมชาติทั้งเป็นพื้นฐานที่แตกต่างกันมาก ประการแรกการกระจายขนาดอนุภาคของอิมัลชันนม recombined ที่ใช้โดย Juliano et al, [1] มีความหมายที่แตกต่างกันกับที่พบในนมธรรมชาติ ปริมาณน้ำหนักขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเฉลี่ย D (4,3) ของอิมัลชันครั้งแรกที่ใช้โดย Juliano et al, ได้รับรายงานว่าจะเป็น 23 ไมครอน นี่คือความหมายที่มีขนาดใหญ่กว่าที่ใช้พบในนม 'ธรรมชาติ' ซึ่งเป็นปกติระหว่าง 3-4 ไมโครเมตร [5] นอกจากนี้ยังมีจำนวนมากของข้นในช่วงขนาด 10-30 ไมครอนพบในอีมัลชั่ recombined ศึกษา (ดูรูปที่ 2. จาก Juliano et al. [1]) เท่าที่สังเกตจาก Mulder และ Walstra [5] แม้ขนาดเล็กจำนวนมากในปัจจุบัน 'ขนาดใหญ่ข้นในนมสามารถทำขึ้นประมาณ 2-3% ของไขมันทั้งหมดของกลุ่มตัวอย่างนม เพราะการเกิดขึ้นของข้นขนาดใหญ่เหล่านี้ในอิมัลชันนม recombined ที่ใช้โดย Juliano et al, อยู่ในระดับสูงที่มีความลาดของร้อยละของไขมันทั้งหมดที่เป็นตัวแทนจากข้นขนาดใหญ่ในรูปแบบระบบ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เครื่องแยกไขมันนมจากนมธรรมชาติได้แสดงเฉพาะในมิลลิลิตรขนาดระบบก่อนหน้านี้
แยกเพิ่มขึ้นในขนาดเครื่องปฏิกรณ์ลิตรถือหลายตัวแปลงสัญญาณการจัดเรียง
ระยะเวลาของ insonation ขนาดเรือ และเฉพาะค่าพลังงานที่มีอิทธิพลต่อ
แยกการประยุกต์ใช้คลื่นเสียงที่พารามิเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับการแยกไม่ทำลายความสมบูรณ์ของเม็ดไขมัน .
การวิจัยระบุพารามิเตอร์หลักเพื่อพัฒนาเครื่องแยกไขมันนมอุปกรณ์

แยกไขมันนมจากนมธรรมชาติทั้งหมดที่ได้รับความโดยการใช้คลื่นอัลตร้าโซนิค ( 1 ) ยืนอยู่ และ / หรือ 2 MHz ) ในลิตรขนาด ( ความจุ 5 ลิตร ) ระบบชุดพารามิเตอร์การออกแบบต่าง ๆเช่น ไฟเข้าทดสอบระดับเวลา กระบวนการเฉพาะพลังงาน , ตัวแปลงสัญญาณและระยะทางและการใช้แสงเดี่ยว และคู่ UPS ชุดตัวแปลงสัญญาณ พบว่า ประสิทธิภาพของการรักษาขึ้นอยู่กับความหนาแน่นพลังงานที่ใส่เข้าไปในระบบ ในกรณีนี้ที่ราบสูงในความเข้มข้นของไขมัน∼ 20 % W / V สําเร็จในครีมชั้นบน หลังจากใช้พลังงานจำเพาะอย่างน้อย 200 กิโลจูล / กิโลกรัม นอกจากนี้ การแยกไขมันเพิ่มขึ้นโดยการลดระยะห่างในตัวแปลงสัญญาณสะท้อนเรือปฏิบัติการสองตัวในการติดตั้งแบบขนาน หรือโดยการเพิ่มระยะเวลาของ insonation ,ทำให้นมที่มีความเข้มข้นไขมันที่ต่ำเป็น 1.7 % ( w / v ) การใช้น้ำนมดิบ หลังจาก 20 นาที insonation . สองโหมดการทั้งก้อนขนานปิด 30 มม. กันให้เร็วที่สุด และในการศึกษานี้เลือกครีมที่∼ 1.6 กรัมไขมัน

/ minเทคนิคใช้คลื่นอัลตร้าซาวด์ให้เริ่มต้นการแยกเม็ดไขมันจากน้ำนมคืนรูปอิมัลชันไขมันที่ได้รับเมื่อเร็ว ๆนี้รายงานโดย juliano et al . [ 1 ] และ [ 2 ] เม็ดไขมันนมไปกดดันต่อต้าน โหน เนื่องจากเวลาเฉลี่ยหลักรังสีบังคับไว้ เช่น ใน yosioka และ kawasima [ 3 ]รวมตะกอนเพิ่มได้ ( รวมกัน ) หรือการรวมตัว ( สนับสนุนการรวมกันของหยดไขมันอาจเกิดขึ้นที่เว็บไซต์เหล่านี้ [ 4 ] นี้จะเพิ่มประสิทธิภาพ floccule ขนาดของเม็ดไขมันและทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้นได้เร็วขึ้น และเพราะการแยกความเร็ว [ 5 ] .

เพิ่มครีมของที่มีไขมันเป็นอันดับของขนาดเร็วเทียบกับการลอยตัวตามธรรมชาติถูกรายงานบนลิตรขนาด [ 1 ]ในระดับจุลภาค grenvall et al . [ 6 ] และ โจแฮนสัน et al . [ 7 ] พบว่าคลื่นอะคูสติกที่สามารถใช้โดยเอาเม็ดไขมันจากหางน้ำนม เพื่อที่ดีที่สุดของความรู้ของเราไม่มีการศึกษา ยังไม่มีรายงานการใช้อัลตราซาวด์เพื่อให้บรรลุการเพิ่มของเม็ดไขมันจาก ' ธรรมชาติ ' ทั้งนมกับการกระจายขนาดของอนุภาคและสมบัติของพอลิเมอร์โดยทั่วไปของผลิตภัณฑ์พื้นเมืองบนลิตรขนาด

ความสำเร็จทดลองใช้ธรรมชาติทั้งนมได้โดยเพียงรายเล็กขนาดทดลอง [ 2 ] การทดลองใช้พารามิเตอร์เดียวกันเป็นผู้ที่รายงานโดย juliano et al .[ 1 ] เพื่อแยกไขมันจากนมธรรมชาติทั้งหมดต่อลิตรขนาดไม่สําเร็จ ( ข้อมูลที่รายงานในวิทยานิพนธ์โดย Sandra temmel มหาวิทยาลัย Erlangen [ 8 ] )

เหตุผลนี้เป็นเพราะรูปแบบอิมัลชันระบบตรวจสอบโดย juliano et al . [ 1 ] และนมทั้งหมดธรรมชาติจะแตกต่างกันในรายละเอียดมาก ประการแรก ขนาดของอนุภาค การกระจายของน้ำนมคืนรูปอิมัลชันที่ใช้โดย juliano et al .[ 1 ] คือ ความแตกต่างที่พบในนมธรรมชาติ ปริมาณน้ำหนักหมายถึงเส้นผ่าศูนย์กลาง D ( 4,3 ) เริ่มต้นของอิมัลชันที่ใช้โดย juliano et al . มี 23 μ M นี้เป็นอย่างมีนัยสำคัญมีขนาดใหญ่กว่าที่ใช้ที่พบในธรรมชาติ ' นม ' ซึ่งเป็นปกติระหว่าง 3 – 4 μ m [ 5 ]มีจํานวนของเม็ดในช่วงขนาด 10 - 30 μ M ที่พบในน้ำนม ( ดูรูปที่ 2 จากการศึกษาใน juliano et al . [ 1 ] ) ตามที่ระบุไว้โดย มัลเดอร์ และ walstra [ 5 ] แม้จำนวนน้อย เม็ดใหญ่ ' ' ที่มีอยู่ในนม จะทำให้ขึ้นประมาณ 2 – 3 % ของปริมาณไขมันของนมตัวอย่างเพราะการเกิดเม็ดใหญ่เหล่านี้ น้ำนมคืนรูปอิมัลชันที่ใช้โดย juliano et al . สูง มีการบิดเบือนของค่าร้อยละของไขมันทั้งหมดที่แสดงโดยเม็ดขนาดใหญ่ในระบบแบบ