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

имеют две точки отвердевания в области повышенных темпера­ тур. Механическая обработка этих жиров смещает точки отвер­ девания и обеспечивает кристаллизацию триглицеридов в одной температурной зоне при высокой интенсивности воздействия.

Все жиры с йодными числами 20—40 характеризуются дву­ мя точками отвердевания (рис. 23) (кривые 7, 2). Между точ­ ками отвердевания, полученными в условиях механической об­ работки, и йодными числами существует зависимость, которую можно выразить уравнениями прямых линий. Значения t\$ хоро­ шо коррелируют с концентрацией пальмитиновой и олеиновой

Механическая обработка других жиров [24, 30, 31] также смещает численные значения точек отвердевания в область по­ вышенных температур, на 30—50%) сокращает время, в течение которого жир находится в переохлажденном состоянии, увеличи­ вает скорость отвердевания.

Эффект вторичного отвердевания. При термостатировании охлажденный молочный жир продолжает отвердевать. Через некоторое время т на кривой температуры (рис. 25) появляется экзотермический эффект. Прежде всего этот эффект вызван от­ вердеванием низкоплавкой группы глицеридов и возможно по­ лиморфными превращениями. Эффект отвердевания низкоплав­ ких триглицеридов вызывает вторичное структурообразование в масле, полученном из высокожирных сливок, и в ряде случаев способствует возникновению пороков консистенции.

Эффекты вторичного отвердевания зависят от мощности ме­ ханической обработки молочного жира и глубины охлаждения

68

Рис. 25. Кривые измене­ ния температуры молоч­ ного жира в изотермиче­ ских условиях после ох­ лаждения (в °С) до 22,4 (/); 21,5 (2); 21 (3); 20,2; (4); 18,2 (5); 15,8 (5); 14

(7) и механической обра­ ботки с удельной мощ­ ностью (в Вт/кг):

а — 1 ,2 ; б — 7 ,2 ; в — 1 8 ,2 .

[12]. Участки кривых термостатирования молочного жира после охлаждения его с механической обработкой до различных тем* ператур t показаны на рис. 25, а время появления эффекта отвердевания низкоплавких триглицеридов в зависимости от ре­ жимов термомеханической обработки жира — на рис. 26.

Охлаждение жира до 22—16° С без обработки или при пере­ мешивании (УУ=1,2 В т /к г ) п о ч ти равноценно и мало изменяет т (см. рис. 26, кривые /, 2), тогда как в области температур ниже 16° С значения т резко уменьшаются. При механической обра­ ботке жира с мощностью 7,2 и 18,3 Вт/кг температура охлажде­ ния влияет на время появления эффекта вторичного отвердева­ ния в еще большей степени (см. рис. 26, кривые 3, 4). При тем­ пературе охлаждения 15,3° С и мощности обработки 18,3 Вт/кг (см. рис. 26, кривая 4) эффект вторичного отвердевания не обна­ ружен, хотя это и не означает, что при данных параметрах отвердевание полностью завершено.

Рис. 26. Зависимость времени появления экзотермического эффекта кри­ сталлизации х от удельной мощности механической обработки жира и тем­ пературы его охлаждения при интенсивности воздействия (в Вт/кг):

/ — 0; 2 — 1 ,2 ; 3 — 7 ,2 ; 4 — 1 8 ,3 и т е м п е р а т у р а х (в °С ); 5 — 22; 6 — 1 8 ,3 ; 7 — 15 е С .

Влияние мощности обработки жира при постоянной глубине охлаждения иллюстрируется кривыми 5—7 (см. рис. 26). При охлаждении жира до 22° С обработка его с мощностью 18,ЗВт/кг снижает время т с 18 до 11,3 мин по сравнению с охлаждением

обработки жира 18,3 Вт/кг время появления эффекта вторично­ го отвердевания т уменьшается по сравнению с охлаждением жира без перемешивания с 20 до 3 мин. Максимальное смеще­ ние экзотермического эффекта к моменту окончания охлажде­ ния наблюдали при температуре охлаждения 15° С, которая находится ниже обеих точек отвердевания.

Экзотермическое повышение температуры жира во время его выдержки может достигать 2—3°С. Величина этого эффекта при постоянной температуре уменьшается с повышением интенсивно­ сти: механического воздействия (см. рис. 25). При ^— 18° С тем­ пература жира повышалась на 2; 1,6 и 0,85° С при интенсивности воздействия соответственно 1,2; 7,2 и 18,3 Вт/кг.

При постоянной скорости охлаждения жира снижение тем­ пературы увеличивает длительность пребывания глицеридов жира в зоне кристаллизации. Кроме того, степень переохлажде­ ния их повышается. Это способствует снижению времени появ­ ления экзотермического эффекта. Интенсивная механическая обработка жира смещает массовую кристаллизацию глицеридов жира в зону более высоких температур, сдвигая по времени вто­

обработке отвердевают во время охлаждения.

Групповое плавление твердой фазы. Главным структурным компонентом сливочного масла является твердый жир, поэтому особый интерес представляет изучение закономерностей плавле­ ния твердой фазы, выделенной из раствора глицеридов при ме­ ханической обработке. В результате исследований, выполненных с применением описанных экспериментальных установок и диф­ ференциально-термического анализа было установлено, что жир, охлажденный без механического воздействия, плавился в двух основных температурных зонах со средним значением максиму­ мов при 19,8 и 29,6° С. В первой зоне твердой фазы расплав­ ляется больше, чем в зоне с максимумом при 29,6° С.

Температурные максимумы плавления групп глицеридов при применении малой (6 Вт/кг) и средней удельной мощности меха­ нического воздействия (25 Вт/кг) почти не изменились по срав­ нению с температурными максимумами плавления в случае охлаждения без механической обработки.

Применение сравнительно высокой удельной мощности меха­ нической обработки — 45 Вт/кг, обеспечившей совмещение точек

70

характера плавления. Высокотемпературный максимум плавле­ ния остается примерно на прежнем уровне; наряду с существо­ ванием группы с максимумом при 19—20° С имеется тенденция к формированию дополнительной группы низкоплавких глице­ ридов с максимумом плавления при 9—15° С (среднее значение 12,4°С). Эта группа имеет свой пик плавления или же довольно

Из изложенного следует, что групповой характер плавления глицеридов молочного жира сохраняется и в том случае, когда он охлаждается при механической обработке с различной удель­ ной мощностью. При этом сближения зон плавления, выкристаллизовывания твердой фазы в виде единого твердого раствора или в виде одной широкой по составу группы глицеридов с об­ щим максимумом плавления не происходит. Состав и свойства основных групп глицеридов, определяющих реологические свой­ ства масла, существенно не изменяются. Объединение глицери­ дов в группы в процессе выделения твердой фазы при механи­ ческом побуждении происходит прежде всего на основе подобия их структурных и физических свойств. Роль механической обра­ ботки заключается прежде всего в интенсификации процесса отвердевания, которая не вызывает каких-либо нежелательных явлений.

Эффект механической обработки проявляется, когда жир находится в переохлажденном или метастабильном состоянии, т. е. при температурах ниже точки плавления. Движение мешал­ ки и перемещение жидкости способствует ориентации молекул глицеридов в плоскости сдвига. При этом повышается вероят­ ность возникновения первых центров кристаллизации, образуе­ мых в жире высокоплавкими триглицеридами при сравнительно небольших переохлаждениях. Появление центров кристаллиза­ ции играет особо важную роль, так как молочный жир при

пониженных температурах представляет собой высоковязкую жидкость, в которой взаимные перемещения ассоциированных молекул очень затруднены.

При движении зародыша твердой фазы относительно жидкой среды благодаря проявлению молекулярных сил вязкого трения молекулы жидкой фазы «пристраиваются» к поверхности заро­ дыша, увлекаются им; поэтому различие структур в жидкой и твердой фазах уменьшается и поверхностное натяжение сни­ жается. Кроме того, механическая обработка обеспечивает более быстрый отвод тепла кристаллизации, выделяющегося на гранях растущих зародышей, и ускоряет процесс диффузии молекул жидкости к растущей поверхности. Таким образом, скорость ли­ нейного роста кристаллов увеличивается.

В процессе механической обработки происходит диспергиро­ вание твердой фазы, в результате чего значительно увеличи­ ваются общая поверхность твердых частиц и скорость фазового превращения.

Эффект механической обработки зависит от вязкости среды. В менее вязкой жидкости диспергирующиеся частицы отбрасы­ ваются на большие расстояния от разрушающегося кристалла.

Появление твердой фазы в охлаждающемся молочном жире наблюдаетсяеще задолго до того, как он достигнет температу­ ры массовой кристаллизации. При высокой интенсивности обра­ ботки жира его кристаллы были обнаоужены уже при

26—27°С [И ].

Во второй зоне массовой кристаллизации отвердевают преи­ мущественно триглицериды ненасыщенных жирных кислот, ко­ торые способны в обычных условиях к большим переохлажде­ ниям. Способность переохлаждаться объясняется сложной про­ странственной конфигурацией непредельных триглицеридов. Действие механической обработки в данном случае оказывается очень эффективным — при высокой удельной мощности механи­ ческого воздействия температура отвердевания группы ненасы­ щенных триглицеридов повышается на 4—7° С. В то же время повышенная концентрация ненасыщенных триглицеридов в мо­ лочном жире вызывает необходимость механической обработки его с более высокой удельной мощностью для достижения мак­ симального эффекта при отвердевании.

Если молочный жир в метастабильном состоянии подвер­ гается механической обработке, то процессы отвердевания уско­ ряются не только при механическом воздействии, но и после него. Это объясняется тем, что обработка жира значительно уве­ личивает количество центров кристаллизации в единице объема, а также общую поверхность твердой фазы, создавая более бла­ гоприятные условия для последующей кристаллизации.

Таким образом, используя механический фактор в сочетании е определенной скоростью охлаждения, можно регулировать процессы отвердевания молочного жира. Снижение степени пе­

72