Тема 1.3. Теоретические основы процесса сбивания сливок

Сбивание сливок (а поначалу молока) один из древнейших методов получения сливочного масла. Осуществляли его интенсивным перемешиванием — встряхиванием или вращением сосуда с молоком (сливками); позднее перемешиванием с помощью мешалки (мутовки). Конструкция используемых «аппаратов» со временем существенно менялась. Однако, принцип сбивания, основой которого является сильное вспенивание сливок (молока) остается неизменным.

Сущность процесса сбивания заключается в агрегации (объединении), содержащихся в сливках жировых шариков. Процесс этот сопровождается постепенным уменьшением вследствие объединения количества жировых шариков и, в конечном счете, практически полным выделением из сливок жировой фазы и образованием масляного зерна. Оболочки жировых шариков при этом полностью или частично разрушаются; около 50—70% их компонентов уходит в пахту. Основу структурного каркаса, образующегося масляного зерна составляют твердые (кристаллические) образования жира, сформировавшиеся в отдельных жировых шариках. Жидкий жир, выделяемый (выдавливаемый) из жировых шариков, обеспечивает сцепление (связку) твердых частиц в результате взаимодействия сил слипания — когезии.

Физико-химическая сущность процесса сбивания сливок была предметом исследования многих поколений ученых разных стран. Существует множество теорий маслообразования, объясняющих механизм агрегации жировых шариков и образование масляного зерна. Это свидетельствует о сложности и многофакторности этого процесса, различной их трактовке. Имеющиеся расхождения обусловлены тем, что механизм этих процессов зависит от множества факторов — метода и условий производства масла, состава и качества используемых сливок, степени их физического созревания и др.

Одной из первых была сформулирована теория обращения фаз, основанная на посылке, что устойчивость жировой дисперсии в сливках нарушается в том случае, когда дисперсная фаза (жировая) по каким-либо причинам начинает преобладать над дисперсионной средой (плазмой). В процессе сбивания сливок жировые шарики объединяются в комочки, образуют масляные зерна, а затем пласт масла с включенными каплями плазмы, то есть происходит обращение фаз и образуется структура (плазмы в жире) характерная для сливочного масла. Главный недостаток данной теории в том, что сливки рассматриваются как эмульсия, а не эмульго-суспензия.

Среди множества существующих теорий сбивания сливок наиболее четко обозначены:

- гидродинамическая Г. А. Кука и Р. И. Асейкина, к которой позднее присоединился и развил П. Д. Грищенко. Сближение жировых шариков, согласно этой теории, вызывается сепарирующим эффектом вихрей, возникающих в сбиваемых сливках, а разрушение оболочек жировых шариков — результат вращения их вокруг своей оси и большой угловой скорости. А. Д. Грищенко, в развитие этой теории, обосновал возможный механизм микропроцесса агрегации жировых шариков в вихревом потоке;

- кавитационная — В. Д. Суркова, согласно которой потоки сливок в маслоизготовителе движутся с различной скоростью. Это служит причиной образования в жидкости пустот и создания новых поверхностей раздела сливки — воздух. Последующее «обрушение» этих пустот потоками жидкости (сливок) имеет характер гидравлического удара, что и служит причиной агрегации жировых шариков.

Многие исследователи (Н. Поккельс, О. Ран и др.) получение масла из сливок объясняли физико-химическими изменениями, происходящими в сливках под воздействием внешних факторов — температурных и механического воздействия.

Наиболее обстоятельно проработана флотационная теория сбивания сливок в работах А. П. Белоусова. Основой процесса агрегации жировых шариков, согласно этой теории, является вовлечение (флотация) жирового шарика в пограничную поверхность «сливки — воздух», которая образуется при перемешивании сливок в результате включения в них воздуха в виде воздушных пузырьков. Причиной флотации, согласно А. П. Белоусову, является различная активность липопротеинового комплекса оболочек жировых шариков и белков плазмы. Наиболее важными являются изменения оболочек жировых шариков — основного стабилизирующего агента жировой дисперсии сливок. При сбивании сливок такие изменения возможны в двух направлениях: перестройка структуры нативной оболочки жировых шариков и образование новой оболочки за счет адсорбции капиллярно-активных компонентов молочной плазмы.

При соприкосновении жирового шарика с воздушным пузырьком наиболее поверхностно активные компоненты оболочек жировых шариков переходят в пограничную поверхность и вытесняют из нее белки плазмы в объем сливок. В результате такого перераспределения поверхность жирового шарика полностью или частично лишается защитной оболочки и жировой шарик вовлекается на пограничную поверхность сливки — воздух. Молекулярный механизм прилипания жировых шариков к воздушному пузырьку не изучен. А. П. Белоусов выделяет две стадии процесса агрегации жировых шариков на поверхности воздушного пузырька:

1. Вовлечение жировых шариков в пограничную поверхность воздушных пузырьков и концентрация их; происходит в момент образования воздушного пузырька. В результате накопления, в поверхности жировых шариков они, соприкасаясь в силу аутогезионного воздействия, объединяются в поверхностные агрегаты, образуя на внутренней поверхности воздушных пузырьков жировой слой, состоящий из жировых шариков, слипшихся посредством жидкой фракции жира;

2. Образование агрегатов на наружной поверхности воздушных пузырьков при сдавливании последних, а также скопления жировых шариков, окружающих воздушные пузырьки и «прилипших» к их поверхности.

Воздушные пузырьки увлекаются потоками жидкости в свободную поверхность сливок, где разрушаются. В момент разрушения воздушных пузырьков в свободной поверхности допускается возможность агрегации жировых шариков.

В процессе сбивания сливок размер образующихся жировых агрегатов увеличивается в результате столкновения их между собой и с жировыми шариками.

Механизм агрегации, согласно Н. Кингу и Р. Фритцу: жировые шарики, расположенные в стенке воздушного пузырька, в момент его разрыва увлекаются во внутрь объема жидкости. При столкновении они испытывают давление, достаточное для их объединения (в результате сдавливания) и слипания с образованием комочков жира (масляных зерен). Образование последних возможно при следующих условиях: выделение из жировых шариков жидкого жира и близкое расположение их, чтобы энергия сжатия жировых шариков, возникающая при разрушении воздушного пузырька, превышала сопротивление разрушению их защитных оболочек. Механическая энергия, требуемая для разрушения воздушных пузырьков пены не зависит от количества энергии, действующей на сбиваемую массу сливок. Она влияет лишь на скорость образования и разрушения воздушных пузырьков. Чем больше механическая энергия и больше пены (пузырьков воздуха) образуется в единицу времени, тем быстрее процесс сбивания.