2. Производство масла методом сбивания сливок

В основе технологии сливочного масла, независимо от метода производства, лежит способность молоч­ного жира к изменению агрегатного состояния, осуществляемому под влиянием температурного воздействия. Изменения метода и режимов охлаждения сливок предопределяют характер фазовых изменений жира и структурно-механические свойства получаемого масла.

Сбивание сливок – один из древнейших ме­тодов получения сливочного масла. Физико-химическая сущность метода производства масла сбиванием сливок заключается в частичном переводе жира в твердое состояние с последующим выделением его из дисперсии – в холодном состоянии. При этом горячие сливки (86 – 98 °С) после пастеризации быстро (5 – 6 °С/с) охлаждают до температуры ниже массовой кристаллизации глицеридов (в диапазоне от 20 до 5 °С) и выдерживают от 7 до 17 часов с целью частичного отвердевания жира. Затем посредством интенсивного механического воздействия на холодные сливки, из них выделяют жировую фазу в виде масляных зерен, которые спрессовывают и пластифицированием превращают в монолит масла.

При производстве масла сбиванием сливок все технологические операции, за исключением кратковременного нагревания до температуры 85 – 95 °С (при пастеризации), осуществляются при температуре 5 – 20 °С. Благодаря этому кристаллизация глицеридов в аппарате практически завершается полностью. Последующие чередуемые плавление и отвердевание глицеридов при сбивании сливок, промывка масляного зерна и его механическая обработка обусловливают формирование хорошей пластичности масла при температуре 8 – 10 ºС (температура домашнего холодильника) и высокую термоустойчивость при комнатной температуре (18 – 22 ºС). Температура свежевыработанного масла на выходе из аппарата (маслоизготовителя и маслообразователя) составляет 12 – 15 °С. Масло имеет твердообразную консистенцию и присущие ему товарные показатели.

Характерными особенностями масла, выработанного мето­дом сбивания сливок, являются недостаточная связность струк­туры и рыхлость монолита, термоустойчивость – хорошая. Вкус и запах лучше выражены в масле, полученном из высокожир­ных сливок. Его консистенция плотная, пластичная, термоустойчивость сравнительно хуже. Различие технологии и состава ком­понентов масла оказывает заметное влияние на его структуру и физико-химические свойства (твердость, восстанавливаемость структуры, состояние жировой фазы и др.).

Основными аппаратами для производства масла методом сбивания сливок являются маслоизготовители периодического и непрерывного действия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ТЕХНОЛОГИЕЙ ПРОИЗВОДСТВА

СЛАДКОСЛИВОЧНОГО МАСЛА СПОСОБОМ

СБИВАНИЯ

2.1 Цели работы

1. Ознакомиться с устройством и принципом работы маслоизготовителя «Хозяюшка».

2. Ознакомиться с технологией производства масла способом сбивания и факторами, влияющими на этот процесс.

2.2 Общие теоретические сведения

Существует множество теорий маслообразования, объясняющих ме­ханизм агрегации жировых шариков и образования масляного зер­на. Одной из первых была сформулирована теория обращения фаз, основанная на том, что устойчивость жировой дисперсии в сливках нарушается в том случае, когда дисперсная фаза (жиро­вая) по каким-либо причинам начинает преобладать над дисперси­онной средой (плазмой). В процессе сбивания сливок жировые шарики объединяются в комочки, образуют масляные зерна, а затем пласт масла с включенными каплями плазмы, т.е. происхо­дит обращение фаз, и образуется структура (плазмы в жире), харак­терная для сливочного масла. Главный недостаток данной теории в том, что сливки рассматриваются как эмульсия, а не эмульгосуспензия.

Среди множества существующих теорий сбивания сливок наиболее четко обозначены:

– гидродинамическая Г.А. Кука и Р.И. Асейкина, к которой позднее присоединился и развил П.Д. Грищенко. Согласно этой теории, сближе­ние жировых шариков, , вызывается сепариру­ющим эффектом вихрей, возникающих в сбиваемых сливках, а разрушение оболочек жировых шариков – результат их вращения вокруг своей оси и большой угловой скорости. А.Д. Грищенко, в развитие этой теории, обосновал возможный механизм микропро­цесса агрегации жировых шариков в вихревом потоке;

– кавитационная В.Д. Суркова, согласно которой по­токи сливок в маслоизготовителе движутся с различной скоростью. Это служит причиной образования в жидкости пустот и создания новых поверхностей раздела «сливки–воздух». Последующее «обру­шение» этих пустот потоками жидкости (сливок) имеет характер гидравлического удара, что и служит причиной агрегации жировых шариков.

Многие исследователи (Н. Поккельс, О. Ран и др.) получение масла из сливок объясняли физико-химическими изменениями, происходящими в сливках под воздействием внешних факторов – температурных и механического воздействия.

Наиболее обстоятельно проработана флотационная теория сбивания сливок в работах А.П. Белоусова. В основе процесса агрегации жировых шариков, согласно этой теории, лежит вов­лечение (флотация) жирового шарика в пограничную поверхность «сливки – воздух», которая образуется при перемешивании сли­вок в результате включения в них воздуха в виде воздушных пузырьков. Причина флотации – различная активность липопротеинового комплекса оболочек жировых шариков и белков плазмы. Наиболее важными являются изменения оболочек жировых шариков – основного стабилизирую­щего агента жировой дисперсии сливок. При сбивании сливок такие изменения возможны в двух направлениях: перестройка структуры нативной оболочки жировых шариков и образование новой оболочки за счет адсорбции капиллярно-активных компонен­тов молочной плазмы.

При соприкосновении жирового шарика с воздушным пузырь­ком наиболее поверхностноактивные компоненты оболочек жиро­вых шариков переходят в пограничную поверхность и вытесняют из нее белки плазмы в объем сливок. В результате такого перераспре­деления поверхность жирового шарика полностью или частично лишается защитной оболочки, и шарик вовлекается в пограничную поверхность «сливки – воздух». А.П. Белоусов выделяет две стадии процесса агрегации жировых шариков на поверхности воздушного пузырька:

1. Вовлечение жировых шариков в пограничную поверхность воздушных пузырьков и их концентрация; происходящие в момент образования воздушного пузырька. В результате накопления в по­верхности жировых шариков они, соприкасаясь в силу адгезионного воздействия, объединяются в поверхностные агрегаты, образуя на внутренней поверхности воздушных пузырьков жировой слой, состоящий из жировых шариков, слипшихся посредством жидкой фракции жира.

2. Образование агрегатов на наружной поверхности воздушных пузырьков при сдавливании последних, а также скопление жиро­вых шариков, окружающих воздушные пузырьки и «прилипших» к их поверхности.

Воздушные пузырьки увлекаются потоками жидкости в свобод­ную поверхность сливок, где разрушаются. В момент разрушения воздушных пузырьков в свободной поверхности допускается воз­можность агрегации жировых шариков. В процессе сбивания сливок размер образующихся жировых агрегатов увеличивается в результате столкновения их между собой и с жировыми шариками.

Общим элементом всех существующих теорий сбивания сливок (маслообразования) являются процессы нарушения стабилизирую­щей способности липопротеиновых оболочек жировых шариков и агрегация жировых частиц.

Сущность процесса сбивания сливок заключается в агрегации жировых шариков, заканчивающейся образованием масляного зерна. Эффективность процесса зависит от наружного диаметра мешалки сбивателя, наполнения сбивателя, температуры сливок и зависящих от нее физических свойств сливок (вязкость, температуропровод­ность), частоты вращения мешалки сбивателя, содержания жира в сливках, условий теплопередачи, ширины лопасти мешалки.

Температура сбивания сливок – один из основных факто­ров получения масляного зерна и эффективности процесса маслообразования.

Изменение скорости агрегации жировых шариков в сравни­ваемых температурных зонах обусловливается разным соотно­шением между твердым и жидким жирами. При температуре ниже 12 – 16 °С (первая зона) и повышении температуры выше 26 °С (третья зона) в связи с повышением количества твердого и жидкого жира соответственно снижается прочность связи (сил слипания) между жировыми шариками. Скорость агрега­ции в результате этого снижается, а продолжительность мак­симально увеличивается (при минимальных значениях между количеством твердого и жидкого жиров). Требуемое содержа­ние твердого жира в сливках при их сбивании должно состав­лять 32 – 35 %.

Оптимальной для процесса агрегации жировых шариков при сбивании сливок и отвердевания свежевыработанного масла является температура 12 – 15 °С. В осенне-зимний период года температуру сбивания сливок повышают на 1 – 1,5 °С.

В соответствии с флотационной теорией сбивания выделяют три стадии сбивания сливок: I – образование воздушных пузырьков, II – разрушение дис­персии воздушных пузырьков; III – формирование масляного зерна.

На I стадии процесса сбивания сливок параллельно происходят образование и разрушение воздушных пузырьков. Степень заполнения маслоизготовителя сливками должна быть рассчитана так, чтобы продолжитель­ность контакта пузырьков с воздухом соответствовала необхо­димой скорости их разрушения.

Процесс образования воздушных пузырьков на I ста­дии сбивания сливок превалирует над их разрушением. По­этому увеличиваются общее количество пузырьков, объем воз­душной дисперсии и поверхность контакта «воздух – сливки». В этих условиях вследствие превращения некоторого количе­ства или всего объема сливок в тонкие прослойки образуется структурированная подвижная пена, которая состоит из плазмы, воздуха и жира. Она может быть крупно- и мелкоячеистой. Максимальное количество воздушных пузырьков (6 – 7)10⁹ на 1 л образуется в сливках, выдержанных длительное время при температуре 2 °С.

В процессе сбивания сливок наблюдается постепенное сни­жение включения в них дополнительных объемов воздуха, что объясняется постепенным уменьшением нативных жировых ша­риков, способных стабилизировать вновь образующиеся воз­душные пузырьки. Процесс включения новых объемов воздуха в сбиваемые сливки на I стадии завершается.

На II стадии быстро уменьшается количество невспененных сливок, что резко снижает скорость образования воздушных пузырьков в сливках (после максимума). При этом из сли­вок удаляется больше воздуха, чем включается, что приводит к уменьшению объема воздушной дисперсии. Образуемая на II стадии структурированная ячеистая система представляет собой агрегатную пену, объем которой увеличивается в основ­ном в результате включения в нее плазмы сливок, а не воздуха. Плазма сливок при этом расходуется на создание новой поверхности, образующейся в результате дробления крупных воздушных пузырьков на мелкие.

Часть плазмы механически удерживается агрегатной пеной, состоящей из мелких воздушных пузырьков, разделенных толстыми прослойками жидкости, которые становятся неподвижными вследствие возникновения между кристаллами триглицеридов дополнительных связей кри­сталлизационного типа. Под влиянием механического воздейст­вия неподвижные связи необратимо разрушаются. Заканчива­ется II стадия разрушением агрегатной пены и образованием мелких комочков жира из слипшихся жировых шариков. Сте­пень агрегации жировых шариков к моменту разрушения пены составляет 78 – 80 %.

Стадии сбивания сливок при эксплуатации маслоизготовителей периодического и непрерывного действия не имеют принципиального различия, несмотря на то, что скорости агрегации жировых шариков значительно различаются примерно в 1000 раз. Формирование масляного зерна при исследовании аппара­тов периодического и непрерывного действия наступает примерно при одинаковой степени агрегации жировых шариков, равной 80 %.

При использовании непрерывнодействующих маслоизготовите­лей на I стадии сбивания происходит насыщение сливок воздухом и его диспергирование. Параллельно с образованием воз­душных пузырьков через свободную поверхность продолжается сме­шение сливок с воздухом и между этими процессами устанавлива­ется равновесие. На II стадии для сбиваемых сливок характер­на неоднородность структуры и отсутствие в них воздушной фазы; идет образование масляного зерна.

На III стадии формирование масляного зерна завер­шается. В процессе сбивания сливок из жировых шариков происхо­дит выпрессовывание жидкого жира и его перераспределение, агре­гация и диспергирование кристаллообразований и агрегатов жиро­вых шариков, образование микрозерен.

Температурные зоны сбивания сливок. Выделяют три темпера­турные зоны сбивания сливок: 12 – 16, 17 – 26 и 27 – 31,5 °С. В первой и второй зонах между температурой и продолжи­тельностью сбивания сливок (вторым по значимости фактором процес­са) существует обратная зависимость, в третьей – прямая.

В производственных условиях сбивание сливок осуществляют в диапазоне температур первой зоны (12 – 16 °С). Для этой зоны ха­рактерна более высокая энергия активации процесса агре­гации жировых шариков (330 кДж), чем во второй (39 кДж).

Изменение скорости агрегации жировых шариков обусловливается разным соотношением между твер­дым и жидким жиром. При температуре ниже 12 – 16 °С (первая зона) в связи с увеличением количества твердого, а выше 26 °С (третья зона) с повышением жидкого жира соответственно между жировыми шариками в образующихся агрегатах масляного зерна снижается прочность сил слипания. Скорость агрегации в результа­те этого снижается, а продолжительность сбивания сливок макси­мально увеличивается при минимальных значениях между количе­ством твердого и жидкого жира.

Требуемое содержание твердого жира в сливках для устойчиво­го сбивания их составляет 30 – 35 %; оптимальная температура – 12 – 15 °С.

На практике температуру сбивания устанавлива­ют с учетом массовой доли жира в сливках и периода года, опыта предыдущих выработок. При этом маложирные и длительно созре­вавшие при пониженной температуре сливки, сбивают при сравни­тельно повышенной температуре, а сливки повышенной жирности и недостаточно созревшие, наоборот, при пониженной.

Температура сбивания сливок влияет на продолжительность процесса (сбивания), жирность пахты и консистенцию масла. При пониженной температуре продолжительность сбивания увеличива­ется, что может послужить причиной получения масла с невработанной влагой и засаленной консистенцией. Повышение температу­ры сбивания сливок обусловливает повышение жирности пахты и получение масла с мягкой мажущейся консистенцией.

Масло, выработанное этим методом, имеет твердообразную консистенцию и присущие ему товарные показатели.

Сбивание сливок в масло является чрезвычайно сложным процессом, и его продолжительность зависит от многочисленных факторов, из которых следует выделить следующие: степень наполнения и скорость вращения маслоизготовителя; жирность сливок; начальную температуру сливок.

От продолжительности сбивания зависит качество масляного зерна. Важнейшим фактором, влияющим на процесс маслообразования, является подготовка сливок к сбиванию, включающая их пастеризацию, охлаждение и выдержку.

При использовании маслоизготовителей периодического действия технологический процесс состоит из отдельных операций (созревание сливок, их сбивание, обработка масляного зерна), которые выполняются периодически.

К основным преимуществам масла, выработанного методом сбивания сливок, можно отнести хорошую намазываемость, термоустойчивость, легкость регулирования однородности состава масла и его свойств, а также высокую механизацию производственных процессов (при использовании непрерывнодействующих маслоизготовителей).

Недостатками принято считать повышенную обсемененность микрофлорой, частый порок консистенции – рыхлость, высокое содержание воздуха (при использовании непрерывнодействующих маслоизготовителей), длительность производственного цикла, сравнительно повышенный отход жира в пахту (до 0,7 %), большой объем ручного труда, недостаточную механизацию (при использовании маслоизготовителей периодического действия).