Число оборотов емкости маслоизготовителя. Число оборотов емкости маслоизготовителя должно быть таким, чтобы обеспечить при сбивании подъем сливок на максимально возможную высоту с последующим их свободным падением или стеканием под действием силы тяжести, что необходимо для возникновения градиента скорости в объеме сливок и диспергирования воздуха в сливках. Необходимые условия для сбивания сливок достигаются, когда центробежное ускорение (w² R = a) меньше земного ускорения (g), а именно a < g.

Если число оборотов емкости маслоизготовителя окажется чрезмерно высоким (выше критического), то центробежное ускорение превысит ускорение силы тяжести, сливки прижмутся к стенке емкости маслоизготовителя центробежной силой, падения сливок не произойдет, агрегация жировых шариков прекратится. Скорость движения сливок в рабочей емкости маслоизготовителя - 5-7 м/с.

Содержание жира в сливках. Массовая доля жира в сливках оказывает существенное влияние на результаты сбивания. С ее увеличением повышается концентрация жировых шариков в единице объема сливок. При прочих равных условиях в этом случае сокращается одна стадия сбивания и, соответственно, образование масляного зерна. Существенная роль при сбивании сливок с повышенной концентрацией жира принадлежит гидродинамическим факторам вследствие чрезмерного повышения вяз-кости сливок. Это необходимо учитывать при выборе частоты вращения рабочей емкости маслоизготовителя.

При сбивании сливок с повышенным содержанием жира рекомендуется снижать число оборотов емкости маслоизготовителя, чтобы сливки успели оторваться от ее стенок и процесс сбивания не затянулся, а также получить масляное зерно более крупного размера, что облегчает регулирование состава масла при последующей обработке. При сбивании сливок с повышенным содержанием жира начальную их температуру понижают.

В сливках с массовой долей жира до 37% продолжительность сбивания сокращается в связи с ускорением агрегации жировых шариков, при этом повышается содержание жира в пахте. С уве-личением массовой доли жира в сливках выше 37% продолжи-тельность сбивания сливок увеличивается в связи с замедлением скорости разрушения воздушных пузырьков и агрегатной пены из-за увеличения вязкости сливок. Особенно большое увеличение вязкости сливок наблюдается в период образования структури-рованной агрегатной пены, при этом увеличивается степень прилипания сливок к стенке емкости маслоизготовителя. Сливки, прилипшие к стенкам, вращаются вместе с емкостью маслоизготовителя с одинаковой скоростью. Если перемешивание сливок прекращается, то прекращается и образование масляного зерна. Во избежание подобных явлений рекомендуемое содержание жира в сливках, предназначенных для сбивания в маслоизготовителях периодического действия, составляет 3237%.

Увеличение содержания жира в пахте при сбивании сливок с повышенным содержанием жира связано с тем, что более жирные сливки, по сравнению с менее жирными, содержат в единице объема больше мелких жировых шариков, переходящих при сбивании в пахту. Увеличение содержания жира в пахте при сбивании сливок с более высоким содержанием жира оказывает незначительное влияние на степень использования жира, так как пахты получается меньше.

Размер жировых шариков. На сбивание сливок оказывает влияние размер жировых шариков. При сбивании гомогенизированных сливок масляное зерно получить невозможно, так как в этом случае при малых размерах жировых шариков (менее 1 мкм) сила давления одного шарика на другой, возникающая при их столкновении, недостаточна для преодоления энергетического и структурно-механического барьера между ними. При сбивании сливок, содержащих мелкие жировые шарики, что наблюдается при получении сливок из стародойного молока и молока некоторых пород скота, продолжительность сбивания увеличивается, жирность пахты повышается вследствие уменьшения вероятности слипания жировых шариков при столкновении.

Степень отвердевания жира. Во время низкотемпературной подготовки сливок достигается устойчивое состояние между содержанием твердого и жидкого жира. В сливках, которые не достигли устойчивого состояния во время низкотемпературной подготовки, часть жира отвердевает во время их сбивания, что неблагоприятно отражается на сбивании и консистенции масла. Процесс сбивания протекает нормально при массовой доле отвердевшего жира в сливках 32-35%; при этом достигается необходимая степень гидрофобности (несмачиваемость поверхности водой) жировых шариков, что обеспечивает лучшее использование жира.

В сливках с пониженным содержанием отвердевшего жира - ниже 30% (недозревшие сливки) повышается удельная поверхностная энергия и повышается вязкость, что приводит при их сбивании к образованию малоустойчивой пены, содержащей крупные воздушные пузырьки, которая быстро разрушается, от чего продолжительность сбивания сокращается. Разрушению пены способствует излишнее количество жидкого жира, адсорбированного на поверхности воздушных пузырьков.

При излишнем количестве жидкого жира образуется неравномерное по размерам мягкое масляное зерно, содержащее в большом количестве диспергированную плазму, которая не удаляется во время промывки и обработки, от чего повышается содержание влаги в масле и возникают пороки масла - крупные капли влаги. Сливки с недостаточным содержанием отвердевшего жира следует сбивать при пониженных температурах.

В сливках с повышенным содержанием отвердевшего жира - выше 35% ("перезревшие сливки") понижается удельная поверхностная энергия и повышается вязкость, что приводит при их сбивании к образованию прочной устойчивой пены, которая медленно разрушается, вследствие чего продолжительность сбивания увеличивается. Замедлению процесса сбивания способствует также недостаток жидкого жира. Получается грубое твердое масляное зерно.

При механической обработке такого масляного зерна влага плохо врабатывается. Чтобы улучшить консистенцию масла и добиться нормальной продолжительности сбивания, сливки с излишним содержанием отвердевшего жира следует сбивать при повышенной температуре.

Степень отвердевания жира (в физически созревших сливках) рекомендуется регулировать с учетом начальной температуры сбиваемых сливок. Если начальная температура сбиваемых сливок выше температуры сливок при физическом созревании, то степень отвердевания жира в сливках повышают до 37-42%, и, наоборот, если начальная температура сбиваемых сливок ниже температуры при их физическом созревании, то степень отвердевания жира понижают до 32-26%.

Пенообразующая способность сливок. Продолжительность сбивания сливок определяется, главным образом, затратой времени на образование воздушной дисперсии и ее разрушение и тесно связана с пенообразующей способностью сливок. Поэтому факторы, влияющие на пенообразующую способность сливок, влияют на продолжительность их сбивания. Пенообразующую способность сливок можно характеризовать удельной высотой воздушной дисперсии Н_уд, образующейся при сбивании сливок,

Продолжительность сбивания сливок _сб находится в обрат-ной зависимости от пенообразующей способности сливок и в прямой - от скорости разрушения агрегатной пены. Эту зависимость можно выразить уравнением

Из уравнения следует, что скорость процесса маслообразова-ния должна возрастать с увеличением объема воздушной дисперсии (пены). Для ускорения сбивания сливок следует повысить пенообразующую способность сливок в допустимых пределах, понизить устойчивость образующейся агрегатной пены и создать благоприятные условия для ее разрушения.

Режимы сбивания сливок. Условия и режимы сбивания сливок подбирают с таким расчетом, чтобы наряду с желаемой структурой и консистенцией масла обеспечить нормальную продолжительность сбивания сливок, прирост температуры сбиваемых сливок в пределах нормы, оптимальные размеры масляного зерна, а также возможно низкое содержание жира в пахте. При сбивании сливок в маслоизготовителях как периодического, так и непрерывного действия, также учитывают вид вырабатываемого масла, массовую долю жира в сливках, режимы их физического созревания, конструкцию маслоизготовителя.

При производстве сладкосливочного масла (массовая доля влаги 16%) в маслоизготовителях периодического действия рекомендуется в весенне-летний период сбивать сливки при температуре 7-12°С, в осенне-зимний 8-13°С. При повышенном содержании жира в сливках и недостаточной степени отвердевания жира температуру сливок при сбивании понижают на 1-2°С, чтобы избежать образования мягкого масляного зерна с повышенным содержанием влаги, а также повышения содержания жира в пахте. Начальную температуру сбиваемых сливок при повышенной степени отвердевания жира повышают на 1-2°С, чтобы расплавить частично отвердевший жир и, таким образом, избежать замедления сбивания сливок и получения излишне твердого масляного зерна. При сбивании сливок с повышенным содержанием жира начальную их температуру понижают, чтобы избежать излишне быстрого образования масляного зерна и, тем самым, предотвратить увеличение содержания жира в пахте и обеспечить благоприятные условия для формирования масляного зерна во время его образования. Сливки с массовой долей жира менее 32% сбивают при температуре, которая на 1-2°С выше рекомендуемой. Следует избегать как снижения, так и завышения температуры сбиваемых сливок. При снижении температуры сбиваемых сливок увеличивается продолжительность сбивания сливок, что может привести к выработке масла с невработанной влагой и засаленной консистенцией. При завышении начальной температуры сбиваемых сливок увеличивается содержание жира в пахте и получается масло с мягкой, мажущейся консистенцией. Чтобы избежать возможного появления пороков консистенции масла, следует нормализовать низкожирные сливки.

Для достижения минимального содержания жира в пахте следует сбивать сливки при возможно низкой начальной температуре, при которой можно обеспечить в допустимых пределах длительность сбивания сливок в маслоизготовителях периодического действия или производительность маслоизготовителей непрерывного действия.

Наиболее высокой граничной температурой сбиваемых сливок является такая температура, при которой жировые шарики вследствие низкой степени гидрофобизации поверхности утрачивают способность флотироваться воздушными пузырьками; наиболее низкой - температура, при которой количества жидкого молочного жира, выделяющегося из жировых шариков, недостаточно для обеспечения приемлемой скорости агрегации жировых шариков.

Конечная температура сбиваемых сливок должна находиться в области максимальных значений сил слипания молочного жира (аутогезии), чтобы стадия формирования масляного зерна протекала нормально. Соответствующая этой величине температура определяется составом жира и режимом его охлаждения: для зимнего периода при температуре 15-16°С, для летнего - ниже 15°С.

При правильно выбранном режиме физического созревания сливок и среднем составе молочного жира (йодное число 32-37) наилучшая консистенция масла и максимальная степень использования жира достигаются при конечной температуре сбиваемых сливок 12-14°С (по теории М. М. Казанского).

Сбивание сливок в маслоизготовителях непрерывного действия

Характеристика процесса сбивания сливок. В маслоизготовителях А1-ОЛО, МБ-1 сливки сбиваются в специальном устройстве - сбивателе, представляющем собой цилиндр с вращающейся мешалкой и охлаждающей рубашкой. Для увеличения интенсивности сбивания используется сетчатая вставка. Процесс сбивания сливок в сбивателе осуществляется в условиях интенсивного перемешивания.

В маслоизготовителях ФБФК/1, КМ-1500 и КМ-3000 кроме сбивателя имеется разделительный цилиндр, в котором завершается процесс формирования масляного зерна, осуществляются удаление пахты и промывка зерна.

В маслоизготовителях непрерывного действия сливки сбиваются в течение нескольких секунд (5-7 с), а в маслоизготовителях периодического действия процесс сбивания сливок увеличивается в 700-1000 раз. Большая скорость сбивания сливок достигается благодаря интенсивному перемешиванию сливок с помощью мешалки, вращающейся с большой окружной скоростью (18-22 м/с). В результате большой скорости сбивания сливок обеспечивается высокая производительность маслоизготовителей.

Высокая интенсивность перемешивания сливок сопровождается значительным выделением теплоты и повышением температуры в результате перехода механической энергии в тепловую. Чтобы избежать значительного повышения температуры сливок в процессе сбивания, часть выделившейся теплоты удаляется охлаждающей водой, циркулирующей в рубашке сбивателя.

Повышение температуры сбиваемых сливок не должно превышать 2-3°С.

Конечная температура и разность между температурами сливок и пахты могут изменяться в зависимости не только от выбранной начальной температуры сливок, но и от условий их охлаждения во время сбивания.

Если избыточная теплота, образующаяся во время сбивания сливок, не отводится потоком охлаждающей воды, поступающей в рубашку сбивателя, то температура сливок может повыситься на 3-4°С.

При недостаточно интенсивном отводе теплоты возможны частичное расплавление ранее отвердевшего жира и последующее его отвердевание в полученном масле, что приводит к ухудшению консистенции масла.

При нормальных условиях сбивания масляное зерно образуется достаточно упругим, хорошо уплотняется в пласт, пахта легко отделяется от масляного зерна и свободно стекает в текстуратор по внутренней стенке крышки в виде капель и прерывающихся струй. При выработке сладкосливочного масла, содержащего 16% влаги, размер зерна допускается в пределах от 1 до 10 мм при эксплуа-тации маслоизготовителей с разделительным цилиндром (КМ, ФБФЦ/1 и др.) и при выработке масла в маслоизготовителях без него (А1-ОЛО и др.) при переходе в текстуратор от 1 до 3 мм. Для регулирования размера зерна по периодам года применяется изменение начальной температуры сбивания сливок, скорости вращения мешалки, а также притока сливок в сбиватель.

Содержание жира в пахте должно быть минимальным и, в зависимости от сезона года, может колебаться в пределах 0,3-1,1% (по данным Ф. Вышемирского) при сбивании сливок в маслоизготовителях с разделительным цилиндром (ФБФЦ/1, КМ-1500, КМ-3000) и в маслоизготовителях без него (А1-ОЛО, МБ-1): 0,4-0,9% в весенне-летний период и соответственно 0,3-0,9 и 0,3-0,6% в осенне-зимний. Нормативное содержание жира в пахте допускается 0,7%.

Условия сбивания сливок. Сливки подаются в маслоизготовитель винтовым насосом через уравнительный бак с поплавковым регулятором из резервуара, где они подвергались физическому созреванию. Предварительно сливки перемешивают в резервуаре в течение 10-12 мин с целью усреднения состава и некоторого снижения вязкости. Это обеспечивает нормальное образование масляного зерна при сбивании сливок, минимальные колебания содержания влаги в готовом продукте и наименьший отход жира в пахту. При поступлении в сбиватель сливки попадают на вращающийся распределительный конус с направляющими и стекают к лопастям мешалки тангенциально. Сливки постепенно приобретают скорость вращения, равную скорости вращения лопастей мешалки, что предотвращает дробление жировых шариков, способствует уменьшению содержания жира в пахте, интенсифицирует процесс сбивания, а также позволяет при сохранении той же производительности аппарата снижать бесступенчато число оборотов мешалки сбивателя на 30-40% (с 2045 до 1363 об/мин). В рубашку сбивательного цилиндра подают холодную воду температурой 3-4°С. При помощи холодной воды можно регулировать температуру сбиваемых сливок.

Необходимо следить за тем, чтобы температура и давление воды, подаваемой в рубашку сбивателя, были постоянными. В противном случае очень трудно обеспечить стабильное содержание влаги в масле. В зимнее время не следует охлаждать сбиватель.

Число оборотов мешалки сбивателя. Число оборотов мешалки сбивателя устанавливают в зависимости от типа маслоизготовителя, его производительности, периода года, содержания жира в сливках, вида вырабатываемого масла. В осенне-зимний период года, когда в молочном жире увеличивается содержание высокоплавких триглицеридов (йодное число выше 39), повышают число оборотов мешалки сбивателя с целью ускорения флотации и агрегации жировых шариков как в поверхности раздела плазма - воздух, так и в объеме сливок. Ускорение флотации и агрегации достигается благодаря ускорению гидрофобизации жировых шариков, увеличению степени дисперсности воздушной фазы и степени деформации воздушных пузырьков.

В результате сокращения продолжительности сбивания сливок увеличивается производительность маслоизготовителя.

При установлении числа оборотов мешалки учитывают зависимость производительности маслоизготовителя от массовой доли жира в сливках. С увеличением содержания жира в сливках число оборотов мешалки снижают, и одновременно увеличивают производительность маслоизготовителя во избежание ускоренного образования масляного зерна. При использовании маслоизготовителя ФБФЦ/1 при сбивании сливок с различным содержанием жира рекомендуются следующее число оборотов мешалки и соответствующая производительность маслоизготовителя (табл. 2)

Таблица 2

Число оборотов мешалки сбивателя в маслоизготовителе А1-ОЛО при производстве сладкосливочного масла с массовой долей влаги 16% устанавливают для весенне-летнего периода года в пределах 16,6-25,0, в осенне-зимний 23,3-30.

При выработке масла с более высоким содержанием влаги число оборотов мешалки увеличивают с целью получения более крупного масляного зерна, обладающего повышенной влагоудерживающей способностью. С этой же целью при выработке масла в маслоизготовителе с разделительным цилиндром (ФБФЦ и др.) число оборотов мешалки повышают. С повышением скорости вращения мешалки сбивателя содержание жира в пахте несколько снижается, что связано с более полным вовлечением жировых шариков в процесс их агрегации. При высокой интенсивности механического воздействия (при числе оборотов мешалки выше 25) содержание жира в пахте повышается, что может быть следствием излишнего выделения жидкого жира из агрегатов на стадии фор-мирования масляного зерна.

Снижение скорости вращения мешалки сбивателя приводит к снижению содержания жира в пахте даже в том случае, если для ускорения сбивания температуру сливок повышают на 1-2°С. Число оборотов мешалки сбивателя устанавливают не более чем предусмотрено техническим паспортом во избежание преждевременного износа аппарата. Путем изменения числа оборотов мешалки сбивателя регулируют содержание влаги в масле.

Производительность маслоизготовителя. От количества пода-ваемых сливок в маслоизготовитель зависит время их пребывания в сбивателе. Это время должно соответствовать времени, необходимому для образования масляного зерна нормальных размеров и желаемой структуры, обладающего необходимой влагоудерживающей способностью. При определении количества сливок, подаваемых в сбиватель, учитывают вид вырабатываемого масла, содержание жира в сливках, степень отвердевания жира в сливках, тип маслоизготовителя. Количество сливок, подаваемых в сбиватель, должно соответствовать паспортной производительности маслоизготовителя. Паспортная производительность маслоизготовителей при выработке сладкосливочного масла с массовой долей влаги 16% составляет при различных типах маслоизготовителей, кг масла/ч: А1-ОЛО - 1000; МБ-5 - в пределах 800-1000; МБ-7 - 1500-1800; КМ-1500-1500; ФБФЦ/1 - до 2000.

При выработке масла с повышенным содержанием влаги про-изводительность маслоизготовителя при выработке масла с массовой долей влаги 20, 25 и 35% снижают соответственно на 5-10, 10-20 и 20-40%. Производительность маслоизготовителя должна быть постоянной в течение всего периода работы аппарата. При поступлении в сбиватель массы сливок выше установленной нормы сокращаются продолжительность пребывания сливок в сбивателе и время, необходимое для образования масляного зерна. В этих условиях образуется рыхлое масляное зерно крупных размеров с большим содержанием плазмы сливок, трудно удаляемой из него при механической обработке. При излишнем поступлении сливок в сбиватель масляное зерно может не образоваться.

При значительном снижении количества сливок, поступающих в сбиватель, образование масляного зерна прекращается в связи с тем, что лопасти мешалки не погружаются в кольцевой слой сливок.

Массовая доля жира в сливках. С увеличением массовой доли жира в сливках сокращается продолжительность сбивания, а производительность маслоизготовителя увеличивается. В маслоизготовителе непрерывного действия можно сбивать сливки с более высоким содержанием жира, чем в маслоизготовителях периодического действия, несмотря на то, что с увеличением массовой доли жира в сливках значительно повышается их вязкость. Сливки с повышенной вязкостью могут сбиваться в маслоизготовителе непрерывного действия благодаря интенсивному механическому воздействию. Содержание жира в сливках устанавливают в зависимости от типа применяемого маслоизготовителя. Массовая доля жира в сливках рекомендуется 36-42%.

При сбивании сливок с повышенным содержанием жира увеличивается массовая доля жира в пахте. Содержание жира в пахте можно понизить, если сбивать сливки с повышенным содержанием жира при пониженном числе оборотов мешалки. Установлено, что между продолжительностью сбивания и содержанием жира в сливках и пахте существует сложная зависимость, что видно из уравнения

Температура сливок, степень отвердевания жира. Эти условия оказывают такое же влияние на сбивание сливок, как и при сбивании в маслоизготовителе периодического действия.

Величина зазора между краем лопасти мешалки и внутренней стенкой цилиндра сбивателя. От величины зазора зависит эффективность сбивания сливок. Величина зазора определяет интенсивность механического воздействия на сливки, характеризуемую градиентом скоростей. Независимо от размеров цилиндра сбивателя и числа оборотов мешалки средний градиент скоростей находится в пределах 9000-11 000. Величина градиента скоростей находится в прямой зависимости от радиуса, скорости вращения мешалки сбивателя и в обратной - от величины зазора между краем лопасти мешалки сбивателя и внутренней стенкой цилиндра.

Сливки следует сбивать при оптимальной величине зазора. Оптимальная величина зазора, необходимая для сбивания сливок, колеблется от 2 до 6 мм в зависимости от состава перерабатываемых сливок и вида вырабатываемого масла. Продолжительность сбивания сливок увеличивается при изменении величины зазора как в сторону увеличения, так и уменьшения, начиная от среднего значения зазора.

Продолжительность сбивания сливок находится в экспоненциальной зависимости от расчетной толщины кольцевого слоя сливок, движущихся под действием мешалки, и в обратной зависи-мости от скорости обратного течения сливок в зазоре между кромкой лопасти и стенкой цилиндра.

Продолжительность сбивания сливок сокращается обратно пропорционально скорости обратного течения сливок в зазоре.

Оптимальный зазор также зависит от содержания жира в сливках. С увеличением содержания жира в сливках ширину зазора увеличивают. В осенне-зимний период года при переработке менее жирных сливок и для интенсификации процесса их сбивания величину зазора следует уменьшать и использовать сетчатую вставку при сбивании сливок.

Интенсивность механического воздействия. От интенсивности механического воздействия зависит продолжительность сбивания сливок. Зависимость между продолжительностью сбивания сливок _м и интенсивностью механического воздействия М описывается уравнением, предложенным Г. Г. Бержинскасом,

Величина М является мерой механической стабильности жировой дисперсии при постоянных технологических параметрах и константой процесса сбивания сливок. Численное значение константы М колеблется в пределах 20 500-2850 (по данным Г. Г. Бержинскаса).

Режимы сбивания. Начальную температуру сливок при сбивании рекомендуется устанавливать в тех же пределах, которые указаны для сливок, направляемых для сбивания в маслоизготовители периодического действия. При этом учитывают: период года, содержание жира в сливках, условия и режимы физического созревания сливок. Рекомендуется в весенне-летний период сбивать сливки при температуре 7-12°С. В осенне-зимний период начальную температуру сбиваемых сливок повышают до 8-13°С, чтобы ускорить сбивание. В этот период года сливки сбиваются медленнее из-за наличия в составе оболочки жировых шариков значительного количества триглицеридов пальмитиновой кислоты. При их кристаллизации увеличивается прочность оболочки жировых шариков.

При наличии перфорированной вставки и повышении числа оборотов мешалки увеличивается интенсивность механического воздействия на сливки. В этих случаях снижают начальную температуру сливок, чтобы избежать получения масляного зерна излишне мягкой консистенции. С этой же целью следует снижать температуру сливок при отсутствии циркуляции охлаждающей воды в рубашке сбивателя.

При выработке масла с повышенным содержанием влаги температуру сбиваемых сливок повышают.

При сбивании сливок с повышенным содержанием жира рекомендуется повышать начальную температуру сливок на 1-2°С, при этом уменьшать число оборотов мешалки, что обеспечивает нормальное содержание жира в пахте. При массовых долях жира в сливках 36 и 43% следует их сбивать соответственно при температуре 8-9, 13°С и устанавливать число оборотов мешалки 30...31,6 - 18,3...20. При повышении начальной температуры сливок снижается их вязкость, что способствует ускорению агрегации жировых шариков. При снижении числа оборотов мешалки уменьшается степень раздробления жировых шариков и переход жира в пахту.

При этих условиях сбивания содержание жира в пахте снижается на 0,05% при снижении числа оборотов мешалки сбивателя каждые 2,5. При сбивании сливок с повышенным содержанием жира получают более крупное масляное зерно, что облегчает регулирование состава масла при последующей механической обработке.

15. Промывка масляного зерна

Промывка является средством создания условий, неблагоприятных для развития микроорганизмов в масле, в результате чего повышается его стойкость при хранении.

Во время промывки часть плазмы удаляется вместе с водой. Тем самым уменьшается содержание питательных веществ, что способствует повышению стойкости масла при хранении.

Плазма внутри масляного зерна находится в диспергированном состоянии и не отмывается. Содержание плазмы, по теоретическим расчетам, составляет до 26% от общего объема масляного зерна.

При изготовлении сладкосливочного масла из хорошего сырья и строгом соблюдении технологических и санитарных режимов на производстве масляное зерно не промывают. В непромытом масле сохраняются компоненты плазмы, обладающие антиокислительными свойствами: сульфгидрильные группы (-SH), токоферолы (витамин Е), -каротин, фосфатиды. Непромытое масло имеет более выраженные вкус и запах, чем промытое.

В сладкосливочном промытом масле содержится 0,8-1,0% СОМО, в непромытом - 1,2-1,6%.

При высокой степени дисперсности плазмы число стерильных капель в 100 раз превышает количество бактериальных клеток в масле. Поэтому исключение промывки неопасно для стойкости масла с высокодиспергированной плазмой.

В случае использования сливок с выраженными кормовыми привкусами и запахами, концентрирующимися в плазме, промывка масляного зерна необходима.

Применяемая промывная вода (количество, температура) оказывает влияние на упруговязкие свойства и слипаемость масляного зерна, а, следовательно, на эффективность его последующей механической обработки и консистенцию готового масла.

Вода, применяемая для промывки масляного зерна, должна соответствовать требованиям, предъявляемым государственным стандартом к питьевой воде. Температуру воды регулируют с учетом особенностей масляного зерна. При промывке масляного зерна нормальной консистенции температура воды должна быть на 1-2°С ниже температуры пахты. При промывке мягкого слипающе-гося зерна слабой консистенции температуру воды рекомендуется понизить дополнительно на 1-2°С. Для промывки грубого, крошливого масляного зерна температура воды должна быть на 1-2°С выше температуры пахты.

Промывка масляного зерна влияет на структурно-механические характеристики масла. Так, по данным Д. Христаускене, Д. Качераускиса, при полном исключении промывки масляного зерна водой в маслоизготовителе периодического действия повышаются напряжение сдвига масла при температуре 15°С с 0,81 до 0,94 Н/см² и сопротивление разрезанию при той же температуре - с 1,04 до 1,37 г/м.

16. Механическая обработка сливочного масла

Механическая обработка сливочного масла состоит из двух последовательно выполняемых технологических операций: механической обработки масляного зерна и механической обработки пласта масла. Несоленое масляное зерно подвергают механической обработке сразу же после самопроизвольного стекания и отделения пахты, а соленое - после посолки или параллельно с ней. Назначение механической обработки заключается в том, чтобы удалить из масляного зерна пахту и воду, оставшуюся после промывки, сформировать из разрозненных масляных зерен сплошной пласт (монолит) масла с требуемым содержанием влаги и равномерным ее распределением в объеме пласта, с определенной физи-ческой структурой и физико-химическими свойствами: пластичностью, твердостью, вязкостью и другими, обеспечивающими высокое качество масла. Во время механической обработки осуществляются диспергирование и капсулирование капелек плазмы и добавленной влаги, вработка и диспергирование газовых пузырьков, удаление и вработка пахты, формирование структуры и консистенции масла.

Способы обработки

Механическая обработка масляного зерна, а затем пласта масла осуществляется различными способами в зависимости от конструкции маслоизготовителя. В маслоизготовителях с вальцами обрабатывают масляное зерно и пласт масла с помощью вальцов, в безвальцовых маслоизготовителях многократными ударами комка масла о стену маслоизготовителя, в маслоизготовителях непрерывного действия применяется экструзионношнековая обработка. При экструзионно-шнековой обработке масляное зерно шнеками транспортируется к камерам обработки. Во время транспортирования отпрессовывается часть плазмы и вместе с пахтой удаляется из текстуратора, формируется пласт масла, который подвергается вакуумированию с целью частичного удаления газовой фазы и далее продавливается через отверстия решетки, отделяющей камеру вакуумирования от блока, где пласт перемешивается лопастными мешалками, расположенными между решетками. Интенсивное диспергирование плазмы и влаги достигается во время перемешивания и срезания слоев масла в момент их выхода из отверстий решетки. Равномерное распределение компонентов осуществляется в объеме пласта при перемеши-вании лопастными мешалками. Далее масляный пласт поступает в коническую насадку, откуда удаляется из маслоизготовителя. При движении через насадку масло уплотняется.

Во время механической обработки в безвальцовых масло-изготовителях комки масла подвергаются многократным ударам при падении после отрыва от стены или лопастей, расположенных внутри вращающегося маслоизготовителя. В течение одного оборота маслоизготовителя масло лопастями поднимается вверх, затем скользит по поверхности лопасти, отрывается от нее и свободно падает вниз. При каждом ударе о стенку масло деформируется, спрессовывается, отдельные его слои перемещаются относительно друг друга. Вследствие этого возникает сдвиговая деформация масла. Удары осуществляются периодически, с разными интервалами времени.

Стадии механической обработки масла

В настоящее время процесс механической обработки масла в маслоизготовителях непрерывного и периодического действия условно делят на три стадии.

Первая стадия (стадия формирования пласта масла, пластование). На первой стадии механически связанная влага (плазма сливок) удаляется из крупных капилляров, образуемых при сдавливании масляных зерен во время формирования пласта масла. Эта стадия обработки характеризуется резким снижением содержания влаги в масляных зернах. Процесс выделения влаги из массы масляных зерен во время механической обработки представляет собой процесс фильтрации жидкости в деформируемой пористой среде (В. А. Березко). При сдавливании масляных зерен разрушаются оболочки жировых шариков, и из них выделяется жидкий жир, образуя непрерывную жировую фазу (капилляры, заполненные жидким жиром), частично разрушается кристаллическая структура масляных зерен, увеличивается количество коагуляционных контактов, в результате чего пласт масла становится более мягким. Капли плазмы сливок капсулируются в жидком жире. Происходит смена фаз. Процесс капсулирования заключается в том, что растянутые тонкие пленки влаги плазмы, расположенные между деформируемыми масляными зернами, при их сдавливании распадаются на мелкие капли и эмульгируются в жидком жире. Капли плазмы сливок капсулируются в жидком жире.

Для процесса капсулирования имеют значение жидкий жир и соответствующее этому соотношение вода/жидкий жир. По мере увеличения количества жидкого жира, выделяющегося из масляного зерна, капсулируются также крупные капли влаги. Процесс капсулирования влаги имеет место и на других стадиях механической обработки, но особенно интенсивно на первой. К концу первой стадии формируется пласт масла с гомогенной структурой с непрерывными жировой и водной фазами в виде капилляров во всем объеме пласта масла. Рыхлая, преимущественно коагуляционная структура масляных зерен превращается в компактную структуру смешанного типа коагуляционно-кристаллизационную. Возрастает прочность коагуляционных контактов между частицами дисперсной фазы. Во время механической обработки только некоторая часть механически связанной влаги удаляется из масляных зерен, а другая часть удерживается ими внутри вновь образованных капилляров и капелек влаги. Количество отжатой из масляных зерен влаги на этой стадии превышает количество влаги, удержанной ими в результате капиллярного всасывания. По истечении некоторого времени прекращается выпрессовывание влаги из пласта масла, сформировавшегося во время этой стадии. Первая стадия заканчивается после достижения критического момента. Критический момент - момент обработки, соответствующий минимальному содержанию влаги (10,5-14,0%).

Критический момент во время механической обработки масла в маслоизготовителе непрерывного действия наступает, когда масло находится в конце второй шнековой камеры.

Уровень минимального содержания воды в пласте в критический момент зависит от размеров, плотности, упругости и структуры масляного зерна, а также от физико-химических свойств жира. Содержание влаги в пласте масла в критический момент увеличивается с увеличением содержания влаги в массе масляных зерен и уменьшается при увеличении твердости масляного зерна.

Вторая стадия. На второй стадии влаги врабатывается больше, чем отжимается через свободную поверхность пласта масла. Необходимым условием механической обработки является наличие свободной влаги (пахты), которая могла бы врабатываться в пласт масла после критического момента. На второй стадии наряду с вработкой влаги осуществляются диспергирование, в первую очередь, крупных капелек влаги на более мелкие и равномерное их распределение в объеме масла, а также капсулирование капиллярной влаги, в результате чего достигается завершение процесса сменыфаз, уменьшается степень непрерывности водных капилляров, происходят диспергирование и незначитель-ная вработка газовых пузырьков. На второй стадии частично разрушается кристаллизационная структура, которая сформировалась на предыдущей стадии. Однако для масла на этой стадии не требуется предельного разрушения кристаллизационных контактов между дисперсными частицами и образуемыми ими пространственными структурами. В этом состоит важная особенность механической обработки сливочного масла. Преобладающим типом контактных взаимодействий на первой и второй стадиях структу-рообразования остаются коагуляционные связи между частицами. Вторая стадия обработки заканчивается, когда содержание влаги в масле близко к желаемому пределу. К этому моменту свободная влага должна оставаться только на стенках емкости маслоизго-товителя. Она врабатывается в масло во время третьей стадии обработки.

Третья стадия. Третья стадия характеризуется увеличением содержания влаги в масле за счет свободной влаги, находящейся в контакте со свободной поверхностью пласта масла во время обработки, и почти полным прекращением отжатия влаги. В связи с уменьшением твердости масла интенсивность вработки влаги увеличивается к концу обработки (количество влаги врабатывается за один оборот маслоизготовителя).

На второй и третьей стадиях увеличивается число коагуля-ционных контактов в объеме и понижается их прочность, что спо-собствует повышению пластичности масла. На третьей стадии про-должаются диспергирование капелек плазмы и их равномерное распределение в объеме. Продолжительность третьей стадии обработки должна быть строго ограничена. При излишней продолжительности третьей стадии обработки увеличивается содержание воздуха в масле выше нормы и появляется порок - засаленность масла. В течение третьей стадии достигается высокая дисперсность капелек плазмы, должна быть вработана и диспергирована вся влага, необходимая для стандартизации масла по влаге. Степень дисперсности капелек плазмы является важным показателем завершенности процесса механической обработки масла. Механическую обработку можно считать завершенной при дисперсности капелек плазмы в масле, выработанном в маслоизготовителе непрерывного и периодического действия, соответственно 1,37-1,41 и 1,28 м²/см³. В производственных условиях для определения размеров капель и распределения капель используют индикаторные бумажки. Отсутствие отпечатков на индикаторной бумажке считается хорошим распределением влаги. Конец обработки определяют по состоянию поверхности. Поверхность хорошо обработанного масла должна быть сухой на вид. Последняя стадия характеризуется достижением высокой степени диспергирования водной фазы.

Закономерность диспергирования плазмы в сливочном масле. Во время механической обработки стремятся к получению масла с высокой дисперсностью капелек плазмы и их равномерным распределением, чтобы воспрепятствовать возникновению порчи микробиологического происхождения и выработать масло хорошей консистенции. На всех стадиях механической обработки протекают два противоположных процесса: слияние капелек с образованием более крупных и дробление (диспергирование), в первую очередь, крупных капелек влаги на более мелкие.

Слияние и дробление капелек подчинено правилу Смолуховского

Дроблению капель предшествует их деформация. Капли деформируются, когда срезывающее усилие превышает ту силу, которая стремится сохранить шарообразную форму капель, - лап-ласовское давление равно, т.е. чтобы соблюдалось неравенство

С увеличением радиуса капли меньше сопротивляются изменению формы, чем мелкие, и становятся менее устойчивыми к разрыву. И наоборот, с уменьшением радиуса капель капиллярное давление возрастает, капли становятся жесткими и сопротивляющимися изменению формы. В ходе обработки объем капли экспоненциально уменьшается до предельного значения. При недостаточно высоких значениях и получается масло с недостаточно высокой степенью дисперсности влаги. Когда длина вытянутой капли превышает ее поперечник в 3-4 раза, она в соответствии с теорией устойчивости капель жидкости распадается на несколько мелких капель. Дробление капель преобладает при высоких величинах градиента скорости, при низких величинах преобладает процесс слияния капель. Степень дисперсности капель плазмы и их равномерное распределение в объеме масла зависят от продолжительности механической обработки. С увеличением продолжительности механической обработки уменьшается число крупных капель плазмы в масле и возрастает количество мелких. Обеспечивается более равномерное их распределение в объеме. Степень дисперсности повышается при повышении скорости экструзии и при уменьшении диаметра отверстий в решетке вследствие увеличения скорости сдвига на стенках каналов. Чем больше продолжительность механической обработки масла, тем выше степень дисперсности плазмы.

Механическая обработка масла в маслоизготовителях периодического действия (безвальцовых)

Механическая обработка сливочного масла в маслоизготовителях периодического действия (безвальцовых) осуществляется посредством многократных ударов. В течение одного оборота емкости маслоизготовителя завершается цикл обработки, который состоит из трех периодов: подъема, падения и удара комка (пласта) масла, находящегося внутри емкости маслоизготовителя. Комки масла поднимаются вверх лопастями или стенкой на высоту, при которой начинается свободное падение масла (период подъема), затем скользят по поверхности лопасти, отрываются от нее (или от стенки) и свободно падают вниз с различной высоты. Падение комка (пласта) масла завершается ударом о стенку емкости (период удара). Сила удара зависит от высоты сбрасывания пласта масла и его массы. При каждом ударе о стенку емкости в масле возникают сдвиговые деформации с определенным распределением градиента скорости. Под воздействием деформации в масле протекают процессы смены фаз, диспергирования плазмы, равномерного распределения капель плазмы в объеме масла. Интенсивность этих процессов находится в зависимости от химического состава жира и свойств масляных зерен, конструкции, частоты вращения и степени загрузки рабочей емкости маслоизготовителя. Несоленое масло обрабатывают сразу же после промывки, а соленое после посолки или одновременно с ней.

Параметры механической обработки

Параметры механической обработки масляного зерна и пласта масла устанавливают в зависимости от химического состава жира, режимов созревания и сбивания сливок.

Частота вращения емкости маслоизготовителя. От частоты вращения емкости маслоизготовителя зависит высота сбрасывания пласта масла. Частота вращения должна быть такой, чтобы пласт сбрасывался с наибольшей высоты. Частоту вращения, при которой обеспечивается максимальная высота падения, можно вычислить по формуле

Высоту свободного падения H масла определяют по формуле

H = 4R sin cos .

Максимальное значение Н будет при = 54°40. В совре-менном маслоизготовителе периодического действия можно регулировать частоту вращения рабочей емкости в широких пределах и, тем самым, направленно регулировать процесс механической обработки.

Продолжительность механической обработки. Продолжительность механической обработки зависит от частоты вращения рабочей емкости маслоизготовителя. С увеличением частоты вращения рабочей емкости маслоизготовителя продолжительность обработки сокращается до тех пор, пока увеличивается высота падения масла до момента достижения максимальной высоты падения пласта масла.

Продолжительность механической обработки зависит от загрузки емкости маслоизготовителя. С уменьшением загрузки емкости маслоизготовителя сила удара уменьшается, вследствие чего продолжительность обработки увеличивается. Продолжи-тельность механической обработки зависит от жирнокислотного состава молочного жира. В весенне-летний период при низкоплав-ком молочном жире (йодное число 39-45), механическая обработка масла в металлических безвальцовых маслоизготовителях продол-жается 15-25 мин, а в осенне-зимний период, при высокоплавком молочном жире (йодное число 29-39) - 25-50 мин.

В осенне-зимний период года необходимо увеличить про-должительность механической обработки масла в связи с тем, что при высокоплавком жире уменьшается интенсивность вработки влаги (количество влаги, врабатываемой за один оборот маслоизготовителя). Продолжительность механической обработки зависит от консистенции масла. С повышением твердости масла уменьшается его способность к смачиванию, уменьшается интенсивность вработки влаги, в результате чего требуется больше времени на механическую обработку масла.

Температура обрабатываемого масла. Рекомендуемая тем-пература должна составлять 11-14°С. Температуру масла регулиру-ют путем орошения водой поверхности металлического маслоизго-товителя. При твердом масляном зерне после достижения критического момента обработки поверхность маслоизготовителя орошают водой температурой 18-20°С, при мягком - 3-5°С. Устройство для орошения размещается над емкостью масло-изготовителя. В целях снижения содержания воздуха в масле во время его механической обработки рекомендуется создавать разрежение воздуха внутри маслоизготовителя. Остаточное давление следует поддерживать 0,029 МПа. Для оценки результатов механической обработки масла можно использовать, по предложению Ф. А. Вышемирского, обобщенный показатель под названием эффективность механической обработки, включающий характеристику пластичности обработанного масла и степень дисперсности плазмы.

Регулирование содержания влаги в масле. В течение первых 5-8 мин массу масляных зерен подвергают механической обработке при закрытых кранах, а с образованием пласта краны открывают для вытекания свободной влаги. При достижении критического момента (влага из крана не вытекает) рабочую емкость маслоизготовителя останавливают, открывают люк и отбирают из разных мест среднего пласта пробу для определения массовой доли влаги. По данным анализа рассчитывают количество недостающей влаги и вносят ее в рабочую емкость, закрывают люк и краны, а затем продолжают обработку до полной вработки влаги и необходимой степени дисперсности. Для стандартизации масла по влаге используют пахту, допускается использование воды.

Влага, внесенная в маслоизготовитель, и влага, находящаяся на внутренних стенках емкости маслоизготовителя, должна быть полностью вработана в масло и равномерно диспергирована. Недостающее количество влаги определяют по данным анализа масла, пользуясь уравнением

Механическая обработка масла в маслоизготовителях непрерывного действия

Механическая обработка осуществляется в текстураторе. В маслоизготовителе А1-ОЛО текстуратор состоит из двух камер с вращающимися шнеками, экструзионного устройства и конической насадки. Масляное зерно поступает вместе с пахтой в первую шнековую камеру для отделения пахты и промывки, во второй камере отпрессовывается влага и формируется пласт масла, далее шнеками он транспортируется в камеру обработки масла, где под вакуумом уплотняется в пласт масла. Из вакуум-камеры масло через специальные отверстия продавливается шнеками в каналы экструзионного устройства для интенсивного перемешивания и диспергирования влаги. Далее масло поступает в коническую насадку, где уплотняется и затем в виде непрерывного пласта выдавливается из текстуратора через выводное отверстие.

Характерной особенностью механической обработки масла в маслоизготовителях непрерывного действия являются различные условия механической обработки на отдельных стадиях процесса обработки и интенсификация физических процессов формирования пласта масла из массы масляных зерен, поступающих на механическую обработку, для завершения процесса обработки в наиболее короткое время и обеспечения непрерывного действия маслоизготовителя. К особенностям процесса обработки относятся включение в технологическую схему обработки операции по удалению газовой фазы из масла, уплотнение масла при вакуумировании и на выходе из аппарата. Процесс удаления влаги из масляного зерна ускоряется путем быстрого ее отпрессовывания с помощью шнеков. Интенсификация процесса диспергирования влаги (плазмы) достигается с помощью экструзионного устройства.

Параметры механической обработки масла

Параметрами механической обработки масла являются: частота вращения шнеков обработника, производительность маслоиз-готовителя, температура масла на выходе из аппарата, разрежение в вакуум-камере, скорость экструзии, диаметр отверстий в перфорированных пластинах, частота вращения мешалок, расположенных в экструзионном устройстве.

Частота вращения шнеков. Частоту вращения шнеков, характеризующую интенсивность механического воздействия, выбирают с учетом конструкции маслоизготовителя и периода года. Для серийных маслоизготовителей, применяемых в промышленности, частоту вращения шнеков следует поддерживать в весенне-летний период года в пределах 0,41-0,7 с, в весенне-зимний период года 0,5-1,0 с. В весенне-летний период года при содержании в жире повышенного количества низкоплавких глицеридов (йодное число 39-45) во избежание выработки мягкого масла частоту вращения шнеков снижают. В осенне-зимний период при содержании в жире повышенного количества высокоплавких глицеридов (йодное число 29-39) во избежание выработки излишне твердого масла частоту вращения шнеков увеличивают.

Производительность маслоизготовителя. От производительности маслоизготовителя зависят продолжительность механической обработки, степень заполнения шнековой камеры масляным зерном, а также размеры и свойства масляного зерна. Производительность маслоизготовителя устанавливают с учетом химического состава жира по периодам года. В весенне-летний период при низкоплавком жире (йодное число 3945) производительность маслоизготовителя увеличивают, что приводит к сокращению продолжительности механической обработки масляного зерна и пласта. Таким способом можно избежать выработки масла с мажущейся консистенцией.

В осенне-зимний период при высокоплавком жире следует уменьшить производительность маслоизготовителя и, тем самым, увеличить продолжительность механической обработки, исключить возможность выработки излишне твердого масла.

С увеличением продолжительности обработки уменьшается доля кристаллизационных контактов, возрастает содержание жидкого жира, достигается его равномерное распределение, понижается твердость масла, повышается степень дисперсности плазмы и газовых пузырьков.

Температура масла. При выходе из маслоизготовителя масло должно иметь температуру, при которой аутогезионное давление, характеризующее силы слипания, является максимальным. По данным Литовского филиала ВНИИМС, максимальное аутогезионное давление получается в масле, выработанном в зимний период при температуре 15,5-16°С, а в летний - 13-14°С.