Файл: Гуляев-Зайцев, С. С. Физико-химические основы производства масла из высокожирных сливок.pdf

отвердевания жира, находящегося в дисперсном состоянии, за­ метно изменяется.

Ван Дам и Мульдер [48] нашли, что кристаллизация жира в деэмульгированном состоянии начинается при более высоких температурах, чем в жировых шариках сливок. Гомогенизация сливок еще более снижает температуру отвердевания. Таким образом, жир в состоянии эмульсии способен к большему переохлаждению.

Установлено, что после охлаждения эмульсии жира до 20° С триглицериды продолжительное время остаются в жидком со­ стоянии и лишь незначительная доля их переходит в твердое состояние [51, 52]. Эмульсия, предварительно охлажденная до 10° С, после нагревания до 20° С показывает высокую степень отвердевания. Ваушкун и Кооп [52] подтвердили это методом определения скорости прохождения ультразвуковых волн. По их

температуре отвердевание продолжается до 2 ч. Скорость про­ цесса увеличивается со снижением температуры. После выдерж­ ки продукта при постоянной температуре степень отвердевания жира в жировых шариках оказывается такой же, как и в деста­ билизированном состоянии.

Принято считать, что отвердевание молочного жира в деста­ билизированном состоянии инициируется за счет различных примесей, в том числе и веществ, содержащихся в молоке. Эти вещества играют роль затравки, ускоряя возникновение и рост кристаллов и таким путем снижая переохлаждение.

На основе микроскопических наблюдений Вальстра [51] пришел к выводу, что в начальной стадии кристаллизации три­ глицеридов в жировых шариках возникают мельчайшие иголь­ чатые кристаллики, которые впоследствии флоккулируют. При этом образуется жесткий каркас. Во внешних слоях жировых шариков игольчатые кристаллы располагаются упорядоченно, тангенциально ориентируясь по отношению к поверхности.

С помощью электронного микроскопа Бухгейм [45] показал, что при медленном охлаждении кристаллизация высокоплавких триглицеридов начинается преимущественно на внутренней по­ верхности оболочки жировых шариков. Вероятно компоненты оболочки обладают зародышеобразующей способностью. Триглицеридные молекулы, ориентируясь радиально, образуют сфери­ ческие мономолекулярные слои толщиной около 5 нм, проходя­ щие параллельно оболочке. Внутренняя область жирового шари­ ка не имеет предпочтительного расположения слоев. Между внешним кристаллическим слоем и оболочкой шарика возникает сравнительно прочная связь. После длительной выдержки при 7° С жировые шарики теряют круглую форму, некоторые из них сильно деформируются.

57

ОТВЕРДЕВАНИЕ МОЛОЧНОГО ЖИРА ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Интенсификация кристаллизации с помощью механических воздействий и образования пространственных структур с желае­ мыми свойствами давно привлекает внимание исследователей. Много работ в этой области посвящено изучению влияния ультразвуковых колебаний на процессы кристаллизации различ­ ных веществ, несколько меньше — влиянию перемешивания.

образовавшейся твердой фазы кристаллы становятся более плот­ ными и однородными; их размер резко уменьшается и количе­ ство в объеме увеличивается. Скорость возникновения центров кристаллизации значительно повышается в результате облегче­ ния ориентации молекул, а также диспергирования образовав­ шихся кристаллов и линейного роста их вследствие ускорения диффузии. Латентный (индукционный) период сокращается, а скорость образования твердой фазы возрастает. С увеличени­ ем интенсивности обработки скорость кристаллизации повы­ шается. При этом заметный эффект наблюдается, когда интен­

впервые показали, что с помощью механической обработки мож­ но ускорить отвердевание жира в сливках и осуществить непре­ рывную подготовку их к сбиванию.

А. Д. Грищенко [9] установил возможность сокращения дли­ тельности выдержки сливок перед сбиванием в результате пере­

на 2—6% и способствует более быстрому установлению состоя­ ния равновесия.

Маслообразование представляет собой комплекс быстро про­ текающих процессов (отвердевание молочного жира, обращение фаз и структурообразование). Они проходят при механической обработке различной интенсивности.

Общепринятые методы исследования не позволяют модели­ ровать процессы, проходящие в производственных аппаратах.

В связи с этим в УкрНИИММПе Г. А. Ересько созданы экс­ периментальные установки М-1 и М-3 [15, 20, 22].

Установка М-1 (рис. 15) состоит из термостата /, стеклянного сосуда с рубашкой 12, устройства для механической обработки жира, универсального источника питания 2, строботахометра 13, потенциометра 14 и термопары 11.

Движение от коллекторного двигателя 3 через муфту 4, ведущий вал 5, упругий элемент 6 и ведомый вал 8 передается рабочему органу 10. Ведомый вал расположен внутри ведущего и связан с ним упругим элементом. При работе установки оба валика вращаются одновременно. Однако ведомый валик, жестко связанный с мешалкой, смещается относительно ведущего на

58

Рис. 15. Опытная установка М-1.

некоторый угол ср, определяемый величиной сопротивления обрабатываемой среды. Величина смещения показывается стрелкой 9 на шкале “диска 7. По углу (р определяют крутящий момент М, затрачиваемый на обработку. При этом погрешности, связанные с затратами энергии на вращение привода, исключаются. Конструкция прибора предусматривает установление кулисного механизма и эксцентрика на приводной вал, что позволяет рабочему органу помимо вращения сообщать колебательное движение и тем самым проводить два вида обработки.

Точность измерения момента М зависит от угла ф. Поэтому упругий эле­ мент должен обеспечивать достаточно большой угол закручивания, но в пре­

бора, изменяемой величиной остается только d. Поскольку d определяет не только ф, но и максимальную мощность, которую можно передать обра­ батываемой среде, для соблюдения требований точности измерений и проч­ ности системы необходимо применять упругие элементы, состоящие из не­

скольких нитей.

Сопротивление перемешиванию пропорционально вязкости т|, следова­ тельно величина М характеризует вязкость ц обрабатываемой жидкости. Для получения абсолютных значений rj требуется предварительная градуировка прибора на жидкостях с известной вязкостью. Для этого используют раство­

59

ры сахара различной концентрации. Жир термостатировали в сосуде 12 (см. рис. 15), затем начинали обработку продукта. Частоту вращения или частоту колебаний рабочего органа устанавливали постоянными путем изме­ нения напряжения источника питания 2. Частоту вращения и величину М, а следовательно, и мощность, затрачиваемую на обработку, определяли во

время опыта строботахометром 13. После установления определенных пара­ метров механической обработки жир охлаждали. В течение опыта скорость охлаждения постоянна. При этом температуру жира t, измеряемую потенцио­ метром 14, записывали на ленте прибора.

На установке М-1 исследовали влияние перемешивания и вибрации на процессы отвердевания. В опытах с вибрационной обработкой частоту колеба­ ний изменяли от 20 до 70 Гц, амплитуда составляла 0,12; 0,42 и 0,66 мм. Частоту вращения мешалки варьировали от 8,3 до 75 с-1. В результате при­ менения мешалок различных размеров и форм можно оценить их влияние на процессы отвердевания жира. Мощность, затрачиваемая на механическую обработку продукта, зависит не только от частоты вращения мешалки, но и от ее размеров и геометрии.

Установка позволяет моделировать всевозможные ступенчатые режимы термомеханической обработки: изменять интенсивность обработки на различ­ ных стадиях процесса вплоть до состояния покоя, проводить его в условиях охлаждения или термостатирования. Интенсивность механической обработки выражается в виде удельной мощностью механической обработки в Вт на 1 кг продукта.

Установка М-1 проста и удобна в эксплуатации. Для оценки процесса отвердевания пользуются температурами массовой кристаллизации и кривы­ ми изменения мощности. На любой стадии процесса можно отобрать продукт и комплексно его исследовать с применением существующих физико-химиче­ ских и структурно-механических методов.

Эффекты массовой кристаллизации проявляются на температурной кривой охлаждения в виде перегибов, горизонтальных площадок или экзотермиче­ ского повышения температуры (рис. 16).

Установка М-3 выполняет функции опытного охладителя-маслообразо- вателя, вискозиметра, прибора для определения мощности механического воздействия и записи кривых охлаждения. Установка обеспечивает измерение мощности обработки, скорости и температуры конечного охлаждения иссле­ дуемого объекта, а также изменение в широких пределах всех технологиче­ ских параметров, которые определяют кинетику процессов кристаллизации, структурообразования и свойства конечного продукта. В процессе охлаждения определяется вязкость продукта, а по кривым охлаждения рассчитывают тем­ пературы массовой кристаллизации, величину и продолжительность экзотер­ мических эффектов фазового превращения.

Установка М-3 (рис. 17) состоит из фреоновой холодильной машины 1, емкости с антифризом 2 (смесь этиленгликоля с дистиллированной водой), испарителя 3, погружного центробежного насоса 4, ультратермостата 6 с по­

s

Рис. 16. Кривые охлаждения молоч­ ного жира при различной удельной мощности механической обработки.

60