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

Рис. 34. Кинетика восстановления структуры молочного жира после разрушения:

механической обработки его, можно активно управлять процес­ сами выделения твердой дисперсной фазы и формирования пространственной структуры.

ГЛАВА V. ПРОЦЕССЫ МАСЛООБРАЗОВАНИЯ \

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВЫСОКОЖИРНЫХ СЛИВОК В МАСЛО

Преобразование высокожирных сливок в масло происходит в условиях охлаждения и интенсивной механической обработки. Под влиянием этих факторов дестабилизируется жировая эмуль­ сия и кристаллизуются триглицериды молочного жира, при этом начальные стадии кристаллизации проходят в отдельных жиро­ вых шариках. После обращения фаз интенсивное выделение твердых частиц жира из переохлажденного раствора происходит уже из непрерывной жировой среды, что в свою очередь вызы­ вает изменение структурно-механических свойств продукта.

Процесс преобразования высокожирных сливок в масло ха­ рактеризуется разрушением эмульсии, изменением вязкости при снижении температуры и механической обработке, а также из­ мерением структурно-механических свойств продукта после за­

Через 6 мин охлаждения высокожирных сливок при 17,8° С вяз­ кость вновь резко увеличивается.

Степень дестабилизации свежих неохлажденных высокожир­ ных сливок, определенная по методу Шульца [36], составляет около 3%. В результате охлаждения их до 19,5° С с механической

83

степень дестабилизации возрастает с 6 до 72%. Затем скорость разрушения эмульсии снижается, и за последующие 3 мин сте­

пень дестабилизации изменяется с 72 до 90%. При преобразова­ нии высокожирных сливок в масло смена фаз проходит по ха­ рактерной S-образной кривой.

Таким образом, быстрое разрушение эмульсии начинается при 19,5° С, когда по кривой температуры можно судить о на­ чальных стадиях отвердевания жира. Вязкость продукта умень­ шается при появлении непрерывной жировой фазы. Это под­ тверждается хорошим совпадением во времени перегиба на кривой дестабилизации и второго спада на кривой вязкости. После того как разрушение эмульсии достигает примерно 70%, начинается очень быстрое увеличение вязкости.

Процесс преобразования высокожирных сливок при удельной мощности механической обработки продукта, равной 56 Вт/кг, показан на рис. 35, б.

Эффект отвердевания на кривой температуры выражен более ярко. На кривой вязкости имеются площадки, в области темпе­ ратур от 22 до 19,5° С вязкость уменьшается. Снижение вязко­ сти хорошо согласуется с перегибом на кривой дестабилизации, показывающим скачкообразное разрушение эмульсии. Вязкость быстро повышается при температуре ниже 19,5° С, когда деста­ билизируется не менее 60% жировой фазы. Отличительная осо­

84

бенность маслообразования при удельной мощности механиче­ ской обработки 56 Вт/кг — смещение процесса в область повы­ шенной температуры вследствие более раннего отвердевания молочного жира.

Механическая обработка высокожирных сливок обычно вызы­ вает качественно противоположные процессы диспергирования частиц и укрупнения их. В ряде случаев одновременно происхо­ дят оба процесса: крупные частицы диспергируются, а мелкие сливаются [19].

Диспергирование жировой фазы преобладает, по-видимому, в области температур охлаждения высокожирных сливок от 65

в маслообразователе происходит также частичное эмульгирова­ ние жира, находящегося в состоянии разрушенной эмульсии [1, 13]. Экспериментами установлено, что в пластинчатом охла­ дителе при 40° С степень дестабилизации высокожирных сливок на 4—8% ниже, чем степень дестабилизации исходных высоко­ жирных сливок [13].

Процессы диспергирования и эмульгирования проходят ин­ тенсивнее при повышенных температурах высокожирных сливок и высоких градиентах скорости сдвига. Увеличение вязкости высокожирных сливок при 65—35° С (см. рис. 35) вызвано не только снижением температуры, но, по-видимому, и повышением ъ единице объема количества дисперсных частиц [29].

Диспергирование и эмульгирование жировой фазы значи­ тельно увеличивает поверхность раздела жир — плазма. Это приводит к утоньшению стабилизирующих пленок и снижению устойчивости эмульсии [7].

При температуре ниже 35—30° С высокожирные сливки до­ стигают такого состояния, когда в результате деформации жи­ ровых шариков, защищенных уже ослабленными стабилизирую­ щими пленками, они сливаются. Это вызвано тем, что силы дав­ ления на шарики, возникающие при механической обработке высокожирных сливок, превышают упругое сопротивление обо­ лочки разрыву [9].

Уменьшение количества дисперсных частиц в единице объема снижает вязкость высокожирных сливок. Поэтому при указан­ ных выше температурах на кривых вязкости хорошо заметны спады вязкости. Несмотря на укрупнение шариков жировая фаза высокожирных сливок продолжает оставаться в состоянии устойчивой эмульсии.

В процессе маслообразования обращение фаз происходит в условиях быстрого охлаждения высокожирных сливок до тем­ ператур, обусловливающих кристаллизацию триглицеридов жира.

При температурах ниже точки плавления начинается отвер­ девание высокоплавких триглицеридов молочного жира в пери­ ферических слоях жировых шариков. Этот процесс зависит от удельной мощности механической обработки высокожирных сливок. Высокая интенсивность обработки продукта способству­ ет появлению видимых кристаллов жира уже при 26—27° С. Ме­ ханизм интенсифицирующего влияния удельной мощности обра­ ботки на отвердевание триглицеридов, находящихся в непрерыв­ ной фазе или в высокодисперсном состоянии, одинаков, так как механическая обработка эмульсии вызывает интенсивную цир­

мация жировых шариков в поле градиента скоростей и разру­ шение оболочек приводят к полной дестабилизации и выделе­ нию жидкого жира в непрерывную фазу.

Вследствие начавшегося отвердевания молочного жира ско­ рость разрушения эмульсии достаточно высокая, но обращение фаз не происходит мгновенно. Чтобы дестабилизировать жиро­ вую фазу на 70—80%, требуются десятки секунд.

После того как степень дестабилизации эмульсии достигнет 75—85%, скорость обращения фаз уменьшается. В процессе маслообразования в состояние непрерывной фазы переходит 94— 98% жира. При высокой скорости дестабилизации разрушаются оболочки менее стабильных жировых шариков, крупных и сред­ них по размерам. В дальнейшем скорость дестабилизации сни­ жается, так как часть жира находится в более мелких и термо­ динамически устойчивых жировых шариках, для разрушения которых требуется более высокая степень отвердевания.

Микроскопические наблюдения проведенные вУкрНИИММПе (В. А. Кобылинский, С. С. Гуляев-Зайцев), показали, что при разрушении эмульсии высокожирных сливок уменьшается сред* ний объем жировых шариков, оставшихся в состоянии устой­ чивой эмульсии. Это соответствует данным А. Д. Грищенко [9],. который расчетным путем показал, что в первую очередь коалес­ цируют крупные капли жира, а неразрушенная часть эмульсии содержит шарики меньшего диаметра.

В результате разрушения эмульсии с выделением жидкого жира в непрерывную среду вязкость временно снижается. Выде­ ляющаяся из жировых шариков жидкая фракция жира содер­

86

Сопоставление кинетических кривых дестабилизации эмуль­ сии вьчсокожирных сливок при повышенных температурах и в условиях охлаждения показывает, что к необратимому раз­ рушению эмульсии в процессе маслообразования приводит на­ чальное отвердевание жира в жировых шариках [8].

В управлении процессом маслообразования исключительно важная роль принадлежит механической обработке высокожир­ ных сливок. Из рис. 35 видно, что при удельной мощности воз­ действия 56 Вт/кг обращение фаз начинается, когда высокожир­ ные сливки охлаждаются до 22° С, при 26 Вт/кг эта температура соответствует 19,5° С. Уменьшение удельной мощности механи­ ческой обработки смещает начало отвердевания молочного жира и обращение фаз в область пониженных температур.

Чтобы установить изменение реологических свойств масла как в области до критической концентрации твердого жира, так и при температурах, обеспечивших содержание твердой фазы выше критического, изучали влияние режимов охлаждения и удельной мощности механической обработки на структурно­ механические свойства масла [30]. В продукте, охлажденном до различных температур, после структурообразования определя­ ли консистенцию, коэффициент термоустойчивости /Ст при 30°С. содержание жидкого жира Ж, предельное напряжение сдвига

структуры составляла двое суток. За это время разрушенная структура еще не приобретает максимальной прочности, поэто­

Если высокожирные сливки охлаждаются без механических воз­ действий, то в готовом продукте формируется грубая крошливая консистенция с дефектами структуры в виде трещин по всему объему. Более выражены эти пороки при высоких темпе­ ратурах охлаждения. Такой продукт имеет высокую термоустой-

\

Рис. 36. Зависимость структур­ но-механических показателей масла от температуры охлаж­ дения его в аппарате при удель­ ной мощности механической

обработки (в Вт/кг):

а — 26; б — 56; 1 — коэффициент тер­ моустойчивости; 2 — выделение жид­

Рис. 37. Зависимость консистенции (я), вкуса и запаха (б ) масла после хранения от температуры охлаждения его в ап­ парате при удельной мощности механической обработки; (в Вт/кг):

/ - £6; 2 - 26.