7.5.4 Преобразование высокожирных сливок в масло

Сущность процесса маслообразования заключается в обращении фаз жировой эмульсии типа "масло в воде" (М/В) в эмульсию "вода в масле" (В/М) посредством интенсивной термомеханической обработки высокожирных сливок. Высокожирные сливки охлаждаются в результате контакта с охлаждаемой стенкой аппарата при продавливании их насосом через маслообразователь. При этом происходит интенсивное образование центров кристаллизации, отвердевание значительной части жира, обращение фаз жировой эмульсии и диспергирование образующихся кристаллоагрегатов жира.

При охлаждении высокожирных сливок ниже точки затвердевания молочного жира в первую очередь выкристаллизовываются тугоплавкие глицериды, находящиеся на границе с оболочками жировых шариков. Это изменяет существующее равновесие молекулярных сил в адсорбционной гидратной оболочке, уменьшая ее устойчивость против разрыва. Изменение агрегатного состояния молочного жира вызывает увеличение вязкости вследствие образования внутри шарика кристаллического каркаса из твердых глицеридов, что ускоряет разрыв оболочки. Следовательно, процесс деэмульгирования в такой полидисперсной системе как высокожирные сливки растянут во времени, зависит от температуры и интенсивности механического воздействия. При постоянной температуре степень деэмульгирования жировой эмульсии прямо пропорциональна продолжительности и интенсивности перемешивания. К концу процесса количество деэмульгированного жира достигает 96 %.

Интенсивность кристаллизации глицеридов и обращения фаз зависит от температуры охлаждения высокожирных сливок и затрат энергии на механическую обработку продукта. Механическая энергия, приложенная извне, расходуется на преодоление вязкости трения среды, деформацию жировых шариков и их разрушение.

Можно выделить две зоны термомеханической обработки высокожирных сливок: зону охлаждения и зону кристаллизации. Границей между зонами принята средняя температура высокожирных сливок в аппарате, равная температуре отвердевания молочного жира. Деление на зоны основано на том, что процесс первичного структурообразования может протекать только при наличии твердых глицеридов, выделение которых из расплава начинается при достижении температуры отвердевания молочного жира.

Процесс маслообразования условно может быть разделен на три стадии: охлаждение высокожирных сливок, обращение фаз жировой дисперсии, образование первичной структуры.

Охлаждение высокожирных сливок осуществляется до температуры начала кристаллизации основной массы глицеридов молочного жира (22…23 °С), при этом продукт остается эмульсией жира в плазме молока.

Дестабилизация жировой эмульсии и кристаллизация глицеридов при одновременном дальнейшем охлаждении до 10…15 °С и интенсивном перемешивании продукта начинается с достижения высокожирными сливками температуры 22 °С при содержании в них твердого жира 1,5…2,0 %. Взаимодействие твердых частиц жира вследствие незначительного их количества в продукте отсутствует; обращение фаз - процесс скоротечный, в доли секунды степень дестабилизации жировой эмульсии достигает 70…80 %, скорость охлаждения на этой стадии в несколько раз меньше, чем на первой. Пробы продукта на второй стадии быстро затвердевают (5…20 с) и имеют грубую, крошливую консистенцию.

Образование первичной структуры масла осуществляется в зоне массовой кристаллизации; начинается процесс при содержании в продукте 4…7 % твердого жира и степени дестабилизации жировой эмульсии 60…85 %. Оно совпадает с резким увеличением вязкости продукта, указывающим на начало массовой кристаллизации глицеридов; интенсивное механическое перемешивание продукта предупреждает образование крупных кристаллоагрегатов и обусловливает равномерное распределение жидкой и твердой фаз жира и всех других структурных компонентов. На данной стадии образуется пространственная структура масла.

Показателями эффективности процесса маслообразования по стадиям являются: скорость и температурный диапазон охлаждения - на первой стадии, степень дестабилизации жировой эмульсии - на второй и интенсивность механического воздействия - на третьей стадии.

Образуемая в маслообразователе первичная структура масла в результате механического воздействия на нее частично или полностью разрушается и затем (в текучем состоянии) вытесняется из аппарата в тару. Поскольку продукт при этом находится в температурной зоне массовой кристаллизации глицеридов, то это обусловливает содержание в нем сравнительно высокого количества твердого жира (30…38 %). Часть жира находится в переохлажденном состоянии, вследствие чего продукт, попадая в тару (где он находится в состоянии относительного покоя), очень быстро (за 20…90 с) затвердевает как и масло, получаемое традиционным методом.

Степень завершенности формирования структуры в маслообразователе при этом имеет определяющее влияние на консистенцию масла и его прочностные характеристики. Снижение завершенности формирования структуры в маслообразователе и перенос этого процесса на более поздние стадии негативно сказывается на структурно-механических характеристиках масла и его потребительских показателях.

Используемые в промышленности маслообразователи - это теплообменные аппараты цилиндрического или пластинчатого типов. Они предусматривают охлаждение продукта через теплопередающую стенку. Хладоагентом является рассол с температурой от -2° до –10 °С. Горячие высокожирные сливки охлаждаются, контактируя с охлаждающей стенкой. Охлажденные слои продукта специальными ножами соскребаются с охлаждающей стенки и смешиваются с глубинными, более теплыми слоями. Последовательное многократное охлаждение и нагревание в результате перемешивания продукта создает условия для одновременного протекания процессов разрушения жировой дисперсии и эмульгирования образовавшейся фазы свободного жидкого жира. При этом происходит интенсивное образование центров кристаллизации, отвердевание значительной части глицеридов, обращение фаз жировой эмульсии и диспергирование образующихся кристаллических агрегатов жира.

Критериями завершенности процесса структурообразования в маслообразователе являются качество масла, его консистенция, характер структуры, образующейся на заключительной стадии процесса. Параметры термомеханической обработки подбирают с учетом состава жира в зависимости от периода года.

Показателями правильности выбора режима работы маслообразователя являются консистенция и термоустойчивость масла. В свежевыработанном масле (сразу на выходе из аппарата) эти показатели ориентировочно можно прогнозировать по скорости затвердевания монолита и повышению температуры масла в ящике.

Для нормальной работы маслообразователя необходимо обеспечить следующие условия:

- быстрое, равномерное и достаточно глубокое охлаждение высокожирных сливок;

- постоянную температуру высокожирных сливок и равномерную подачу их в аппарат;

- безостановочную работу и постоянный уровень производительности аппарата в течение всей выработки;

- исправное техническое состояние всего оборудования линии - отсутствие подсосов воздуха (на всасывающей линии сливкопровода и в насосе), хорошее прилегание ножей к охлаждающей поверхности цилиндров, постоянное число оборотов вытеснительных барабанов;

- хорошую циркуляцию хладоносителя (рассол, ледяная вода) в рубашках аппарата и др.