Технология масла

1.   Физико-химические  основы производства  масла сбиванием  сливок

     Сбивание  сливок - это один из способов выделения  частиц жировой дисперсии, а их объединение  приводит к образованию масляных зерен, при последующей механической обработке которых и получается масло. Обязательным условием этого процесса является нарушение стабилизирующей способности оболочек жировых шариков и агрегация жировых частиц.

     Существует  несколько теорий сбивания, из них  можно выделить те, которые агрегацию  жировых шариков характеризуют  как процесс, протекающий в водной фазе сливок под влиянием внешних воздействий. Теории другой группы объединяют процесс появления масляных зерен на поверхности раздела сливки - воздух. Они получили большее распространение, а наиболее убедительной из них является флотационная теория Белоусова. Основным процессом при сбивании сливок является вовлечение (флотация) гидрофобизированных жировых шариков в поверхность раздела сливки - воздух, где происходит их агрегация, являющаяся начальной стадией образования масляного зерна. Следовательно, необходимым условием процесса сбивания сливок является диспергирование в них воздушной фазы. Обогащение сливок воздухом происходит за счет работы мешалки или вращения резервуара маслоизготовителя. При этом в первые 8-10 мин сбивания сливок в маслоизготовителях периодического действия объем воздушной фазы достигает максимальной величины, после чего начинает постепенно уменьшаться. Количественное значение максимума зависит от температуры сбивания, жирности и кислотности сливок, продолжительности выдержки охлажденных сливок перед сбиванием.

     Воздушная фаза сливок во время сбивания под  влиянием механического воздействия изменяется: средний диаметр воздушного пузырька постепенно уменьшается примерно к середине процесса сбивания, а затем несколько увеличивается до момента разрушения пены. Это, в свою очередь, меняет и величину общей поверхности воздушной фазы, которая достигает максимума, равного 65-80 м² на 1 л сливок. Можно отметить три стадии, характеризующие  процесс сбивания: I - образование  воздушных пузырьков, II - разрушение дисперсии воздушных пузырьков, III - образование масляного зерна.

     На  I стадии появляющиеся в поверхностном слое воздушные пузырьки увлекаются потоками сливок внутрь их объема. Пузырьки разрушаются, когда продолжительность пребывания их в поверхностном слое достаточна для растягивания оболочки пузырька до критической толщины. Таким образом, образование и разрушение пузырьков на I стадии происходят параллельно, но процесс образования превалирует. В результате превращения некоторого количества или всего объема сливок в тонкие прослойки, формирующие поверхность пузырьков, образуется подвижная пена, состоящая из плазмы, воздуха и жира. Она может быть, в зависимости от условий сбивания, крупно- и мелкоячеистой, что, в свою очередь, определяет ее устойчивость. Включение в сливки дополнительных объемов воздуха постепенно ослабевает, т.к. уменьшается количество свободных жировых шариков, способных стабилизировать вновь образующиеся воздушные пузырьки, таким образом завершается I стадия сбивания сливок.

      На II стадии в результате прекращения  образования пузырьков из сливок начинает удаляться больше воздуха, чем включается, хотя объем пены может увеличиваться за счет дробления крупных воздушных пузырьков на мелкие, при этом дополнительно на образование пены расходуется и плазма сливок. Часть плазмы механически удерживается пеной, состоящей из мелких воздушных пузырьков, разделенных толстыми прослойками жидкости, которые становятся неподвижными вследствие возникновения между кристаллами триглицеридов дополнительных связей кристаллизационного типа. Неподвижные связи необратимо разрушаются при механическом воздействии, одновременно разрушается пена и появляются мелкие комочки жира. Эти комочки представляют слипшиеся жировые шарики с полностью или частично разрушенной оболочкой, при этом жидкий жир является связующим материалом, а твердый - основой образующихся комочков - микрозерен. По мере разрушения пены возрастает степень агрегации жировых шариков, увеличивается размер комочков, начинается формирование масляного зерна. II стадия заканчивается полным разрушением пены, а III стадия завершается формированием масляного зерна.

      В процессе сбивания сливок происходят выпрессовывание жидкого жира, перераспределение его, агрегация и диспергирование кристаллообразований и агрегатов жировых шариков, образование микрозерен и формирование масляного зерна (см. рис. 3.1)

флотации при сбивании сливок: 

1. Жировые шарики, расположенные на внутренней оболочке воздушного пузырька
2. Прорыв адсорбционной пленки жировыми шариками
3. Жировые шарики в поверхностном слое
4. Разрушение пузырька, выделение жира на поверхности

3.2. Низкотемпературная  обработка сливок:

сущность  процесса и режимы 
 

      Основным  условием нормального протекания процесса сбивания сливок является предварительное ослабление устойчивости белковой оболочки жировых шариков. Это достигается низкотемпературной обработкой сливок, под чем подразумевается охлаждение их и последующая выдержка в охлажденном состоянии определенное время. При такой обработке сливок происходит отвердевание части триглицеридов и одновременно изменяется структура и физико-химические свойства оболочки жировых шариков, способствующие дестабилизации эмульсии молочного жира. При охлаждении и выдержке сливки из эмульсии превращаются в суспензоэмульсию, внутри жировых шариков появляются кристаллы триглицеридов, что ослабляет прочность связи оболочек с прилегающим к ним жиром, вызывая переход части оболочечных веществ в плазму, при этом уменьшается толщина оболочки и ее устойчивость к механическим воздействиям. Наличие кристаллического жира уменьшает пластичность жирового шарика, что также способствует его деформации и разрыву оболочки.

       Охлаждение  сливок ведут до температуры массовой кристаллизации глицеридов. Появление  зародышей кристаллов в эмульгированном жире происходит при более низкой температуре, чем в объемной фазе, т.е. требует более значительной степени переохлаждения, а для завершения процесса выделения твердой фазы требуется более длительное время. Отвердевание жира в сливках происходит при температуре 20°С, однако выдержка сливок может вызвать развитие посторонней микрофлоры, поэтому используются более низкие температуры.

       Степень отвердевания жира должна составлять 32 - 35 %, она зависит от температуры  охлаждения и продолжительности  выдержки сливок. Чем ниже температура  и продолжительнее выдержка, тем  выше степень отвердевания. Режимы физического созревания сливок подбирают в зависимости от химического состава молочного жира и требуемого содержания влаги в масле. Применяются одно - и многоступенчатые режимы, когда выдержка сливок проводится при постоянной температуре или при различных. Например, при выработке сладкосливочного масла с массовой долей влаги 16 % в весенне-летний период (йодное число жира более 39) сливки выдерживают при температуре  4-6° С не менее 5 часов, в осенне-зимний период (йодное число менее 39) - при температуре 5-7° С не менее 7 часов. При необходимости продолжительность созревания увеличивают до 15-17 часов, т.е. сливки оставляют на ночь, перерабатывая их на следующее утро. Допускается увеличение продолжительности созревания до 48 часов, в данном случае, во избежание нарастания кислотности, сливки пастеризуют при 105-115° С, а температуру созревания устанавливают 6-8° С. При выработке сладкосливочного масла других разновидностей (любительского, крестьянского, бутербродного) для получения масляного зерна, хорошо удерживающего влагу, - температуру продолжительности физического созревания увеличивают.

       Возможно  применение двухступенчатых режимов  созревания сливок, дифференцированных по периодам года: в весенне-летний период сливки охлаждают до 13 - 15° С, выдерживают не менее 3 часов для кристаллизации высокоплавких и среднеплавких групп глицеридов. Затем при перемешивании сливки доохлаждают до 4-6° С, обеспечивая массовую кристаллизацию низкоплавких триглицеридов в виде мелких кристаллов, также выдерживают не менее 3 часов. В процессе выдержки при любой температуре через каждые 1-1,5 часа сливки перемешивают по 3 - 5 минут. После выдержки сливки подогревают (водой, температурой не выше 27° С) до температуры сбивания.

       В осенне-зимний период сливки сразу  охлаждают до 5-7° С, выдерживают 2-3 час с периодическим перемешиванием для кристаллизации средне- и низкоплавких триглицеридов. Затем медленно (40-60 мин) подогревают (как указано ранее) до 13-15° С и выдерживают не менее 3 часов. В это время образуются крупные кристаллы средне - и высокоплавких триглицеридов. После выдержки при необходимости сливки сразу же охлаждают до температуры сбивания или сбивают без охлаждения. Белоусовым А.П. [8] установлено, что в зависимости от вида режима созревания сливок различно количество твердого жира, термические свойства жира (зона плавления и температура плавления), что оказывает влияние на консистенцию масла. Так, при использовании ступенчатого режима (весенне-летний период) образуется меньшее количество твердого жира и максимальное количество жира, не расплавляющегося при 20° С. Кристаллические фазы, образующиеся в жировых шариках, имеют более широкую общую зону плавления, сдвинутую в область более высоких температур (21 и 35° С). Понижение количества твердого жира благоприятно для консистенции жировых продуктов, увеличение температурных пиков плавления особенно важно для летнего молочного жира, содержащего повышенное количество ненасыщенных триглицеридов. Наиболее неблагоприятными для консистенции масла термическими свойствами характеризуются кристаллические структуры, образующиеся при бесступенчатом охлаждении. Таким образом, термические свойства твердого жира, образующегося в жировых шариках при ступенчатом режиме созревания, компенсируют сезонные изменения состава молочного жира.

      Физическое  созревание сливок, независимо от используемого  режима, отличается большой продолжительностью процесса. С развитием непрерывного сбивания сливок предпринимались многочисленные попытки существенно сократить эту операцию по времени. Для этого обычно использовалось механическое воздействие на быстроохлажденные до 3 - 5° С сливки в течение 10-16 минут. Действительно, механическое воздействие ускоряет кристаллизацию жира, однако не обеспечивает равновесия между твердым и жидким жиром в сливках, что затем приводит к дополнительному отвердеванию жира в масле, ухудшая его консистенцию. Таким образом, и в данном случае необходима некоторая выдержка охлажденных сливок - в летний период около 1,5 - 2 часов, в осенне-зимний - около 40-60 минут после быстрого охлаждения их в сочетании с механической обработкой в специальных аппаратах - сливкоподготовителях, или сливкообработниках.

     При физическом созревании сливок не наблюдается  сколько-нибудь существенное изменение  их химического состава, но изменяются такие физические показатели, как: степень отвердевания жира, дисперсность жировой фазы, вязкость, устойчивость дисперсии жира.

     Степень отвердевания жира увеличивается с  увеличением скорости и глубины  охлаждения сливок, при этом ускоряется время достижения количества твердого жира, необходимого для устойчивого сбивания сливок и получения масляного зерна (32-35 %), и сокращается продолжительность установления равновесного состояния между твердым и жидким жиром.

     Дисперсность  жировой фазы меняется в результате агрегации жировых шариков. При  снижении температуры охлаждения и  увеличении продолжительности выдержки сливок размер частиц жира увеличивается, причем основное влияние на дисперсность жировой фазы оказывает глубина их охлаждения.

     Вязкость  сливок при физическом созревании возрастает, при этом ее величина при оптимальной  степени отвердевания жира зависит  от температуры созревания.

     Устойчивость  дисперсии жира в процессе физического  созревания уменьшается, собственно это  и является основной целью указанной  операции. Причинами изменения этого  показателя является кристаллизация глицеридов внутри жировых шариков и связанные  с нею изменения структуры  и состава липопротеиновых оболочек. Увеличение размеров кристаллов и их количества приводит к увеличению внутренних напряжений, воздействующих на оболочку жирового шарика, и снижает устойчивость жировой эмульсии. Устойчивость эмульсии уменьшается с повышением жирности сливок, степень дестабилизации жировой эмульсии выше в созревших сливках в осенне-зимний период года. 
 

3.3. Факторы, влияющие  на процесс сбивания  сливок 
 

       После физического созревания сливки подогревают (при необходимости) до температуры сбивания подачей теплой воды (не выше 27° С) в межстенное пространство сливкосозревательного резервуара и выдерживают не менее 30 минут для выравнивания температуры плазмы и жира.

     При производстве масла периодическим  способом сбивания сливок на продолжительность  процесса сбивания, консистенцию масляного  зерна, его влагоудерживаюшую способность, а также на степень использования жира влияют следующие факторы:

      - температура сбивания сливок,

      - степень заполнения емкости  маслоизготовителя,

      - скорость вращения маслоизготовителя,

      - степень отвердевания жира,

      - жирность сливок,

      - кислотность сливок.

     Указанные факторы регулируют таким образом, чтобы обеспечить нормальную продолжительность  сбивания 50-60 минут, при этом прирост  температуры при сбивании не должен превышать 3-4° С, масляное зерно должно быть упругим, пахта легко отделяться от зерна.

     Температура сбивания сливок устанавливается в  зависимости от вида вырабатываемого  масла (массовой доли влаги в нем), массовой доли жира в сливках, периода  года, режимов созревания сливок, конструкции  маслоизготовителя и с учетом опыта предшествующей работы.

      Ориентировочно  для весенне-летнего периода температуру  сбивания можно определить по формуле:

      где  Тсб - температура сбивания сливок, °С; Жсл - жир сливок, %.

     В осенне-зимний период температуру сбивания увеличивают на 1-1,5°С. В качестве ориентировочной можно использовать температуру сбивания 12-14°С, в осенне-зимний период года и 8-10°С - в весенне-летний. При повышении температуры (сверх оптимальной) образуется крупноячеистая неустойчивая пена, за счет расплавления ранее отвердевшего жира увеличивается количество жидкого жира, это ускоряет процесс разрушения пены и появления масляного зерна, но увеличивает отход жира в пахту, т.е. понижает степень его использования, и масляное зерно получается мягким, повышенной влагоемкости.