Технология молока и молочных продуктов

где n - частота вращения рабочей емкости маслоизготовителя, с-1;

R - радиус рабочей емкости маслоизготовителя, м.

Начальная температура сбивания сливок выбирается с таким расчетом, чтобы независимо от формы рабочей емкости маслоизготовителя продолжительность сбивания составляла 50-60 мин. Сокращение продолжительности сбивания приводит к ухудшению качества масляного зерна и значительному отходу жира с пахтой. При увеличении продолжительности сбивания масляное зерно получается слишком твердое, упругое, оно плохо обрабатывается, а полученное масло может иметь грубую, засаленную консистенцию.

Температуру сбивания сливок устанавливают с учетом химического состава жира, зависящего от времени года, жирности сливок, степени отвердевания жира.

В весенне-летний период года при повышенном содержании ненасыщенных жирных кислот в молочном жире сливки сбивают при 7--15 °С. В осенне-зимний период года, когда молочный жир состоит главным образом из высокоплавких глицеридов, содержащих насыщенные жирные кислоты, температуру сбивания сливок повышают на 1-1,5 єС.

С повышением содержания жира в сливках температуру сбивания 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 обработки. Для весенне-летнего периода года температуру сбивания сливок tсб в зависимости от массовой доли жира в сливках Жсл можно ориентировочно определить по следующему уравнению:

tсб=0,55·(54,7 - Жсл).

Температура сбивания сливок зависит от степени отвердевания жира. Если степень отвердевания жира ниже 30-35 %, а также после ускоренной подготовки сливок к сбиванию температуру сбивания понижают на 1- 2 °С, чтобы избежать повышения содержания жира в пахте и получения масла с недостаточно твердой консистенцией. Если степень отвердевания жира выше 35 %, то увеличивается продолжительность сбивания сливок. Масляное зерно получается излишне твердым, понижается его влагоудерживающая способность. В этом случае повышают температуру сбивания сливок на 1-2 °С, чтобы расплавить часть отвердевшего жира и таким образом избежать замедления сбивания сливок и получения излишне твердого масляного зерна.

Во время сбивания температура сливок повышается вследствие превращения механической энергии в тепловую. Изменение температуры сливок обусловлено также теплообменом между сливками и окружающим воздухом помещения, между сливками и охлаждающей водой, орошающей маслоизготовитель периодического действия или циркулирующей в рубашке сбивателя маслоизготовителя непрерывного действия, куда она подается для регулирования температуры сбивания сливок.

О правильности выбора температуры сбивания можно судить по консистенции и размерам масляного зерна, по массовой доле жира в пахте, по повышению температуры сбиваемых сливок. При правильно выбранной температуре сбивания масляное зерно получается упругой консистенции размером 2-5 мм. Массовая доля жира в пахте должна быть минимальной. Если температура сбивания выбрана правильно, повышение температуры сбиваемых сливок не должно превышать 2-3 °С.

При сбивании сливок в маслоизготовителях непрерывного действия важное значение имеют такие факторы, как частота вращения мешалки сбивателя и температура сбивания сливок.

Частоту вращения мешалки сбивателя устанавливают опытным путем в зависимости от времени года. В зимнее время, когда в молочном жире увеличивается содержание высокоплавких глицеридов, повышают частоту вращения мешалки сбивателя в целях ускорения агрегации жировых шариков.

Для каждого типа маслоизготовителя устанавливают соответствующую частоту вращения мешалки сбивателя, а также производительность. С увеличением частоты вращения мешалки продолжительность сбивания сливок уменьшается, производительность маслоизготовителя увеличивается и наоборот.

Температура сбивания сливок в маслоизготовителях непрерывного действия устанавливается так, чтобы получить достаточно упругое масляное зерно и по возможности низкую жирность пахты. Температуру сбивания устанавливают с учетом тех же факторов, что и для маслоизготовителей периодического действия.

ПРОМЫВКА МАСЛЯНОГО ЗЕРНА

Чтобы создать условия, неблагоприятные для развития микроорганизмов в масле, осуществляют промывку масляного зерна, во время которой часть плазмы удаляется вместе с водой, вследствие чего уменьшается содержание питательных веществ и повышается стойкость масла при хранении.

При выработке сливочного масла из сливок первого сорта масляное зерно не промывают водой. В непромытом масляном зерне лучше сохраняются все компоненты плазмы, обладающие антиокислительными свойствами, обусловленными наличием сульфгидрильных групп (--SH), токоферолов (витамин Е), каротина, фосфолипидов и др. Исключение промывки не влияет отрицательно на стойкость масла в том случае, если плазма хорошо диспергирована во время механической обработки. Непромытое сливочное масло имеет более выраженные вкус и запах, и повышенное содержание СОМО. В промытом сливочном масле СОМО от 0,8 до 1,0 %, в непромытом от 1,2 до 1,6 %.

Масляное зерно промывают в случае использования сливок, обладающих выраженными кормовыми привкусом и запахом, которые концентрируются в плазме (силосный, нечистый и др.). При промывке вместе с плазмой удаляются вещества, обусловливающие жизнедеятельность посторонней микрофлоры, что повышает стойкость масла в процессе хранения.

Промывка позволяет воздействовать на консистенцию масла. Чтобы исправить консистенцию масляного зерна для промывки применяют воду соответствующей температуры. Температура воды должна соответствовать температуре пахты, если консистенция масляного зерна нормальная. При промывке мягкого зерна температуру воды понижают на 1-2 єС. Для промывки грубого, крошливого масляного зерна температура воды должна быть на 1-2 єС выше температуры пахты.

ПОСОЛКА МАСЛА

Посолка придает маслу умеренно соленый вкус и повышает стойкость масла при хранении. Растворяясь в плазме масла, соль повышает осмотическое давление, вследствие чего прекращается развитие микрофлоры в масле. Для прекращения развития всех видов бактерий, плесеней и дрожжей массовая доля соли в масле должна быть не менее 4 %, но масло в этом случае имело бы резко соленый вкус, поэтому стандартом предусмотрена массовая доля соли в масле не более 1,5 %.

Стойкость соленого масла в процессе хранения зависит от температуры. При низких положительных температурах хранения соленое масло сохраняется лучше несоленого, так как соль тормозит развитие микрофлоры. При отрицательных температурах несоленое масло более стойко в хранении, чем соленое, так как плазма несоленого масла замерзает, а соленого не замерзает и в ней могут происходить химические процессы, может развиваться микрофлора, малочувствительная к соли и низким температурам.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАСЛА

Механическую обработку применяют для формирования из разрозненных масляных зерен сплошного пласта масла, регулирования содержания влаги в соответствии с требованиями стандарта, равномерного распределения и диспергирования влаги и получения масла требуемой структуры и консистенции.

Несоленое масло обрабатывают сразу после промывки, а соленое -после посолки или параллельно с ней.

Процесс механической обработки масла в маслоизготовителях непрерывного и периодического действия можно условно разделить на три стадии (рис. ).

На первой стадии происходит постепенное соединение разрозненных масляных зерен в сплошной рыхлый пласт. На этой стадии удаляется влага с поверхности масляных зерен и частично механически связанная влага, находящаяся в микрокапиллярах. По истечении некоторого времени прекращается выпрессовывание влаги из пласта масла. Момент обработки, соответствующий минимальному содержанию влаги в масле, называется критическим, что соответствует массовой доле влаги в масле 11 %. В критический момент влага выделяется и поглощается в одинаковых количествах.

На второй стадии масло способно удерживать влагу, при этом больше врабатывается влаги в масло, чем отжимается из него. На второй стадии наряду с вработкой влаги происходят диспергирование в первую очередь крупных капель влаги и равномерное распределение ее в объеме масла, капсулирование капиллярной влаги и частичное разрушение структуры, которая сформировалась на первой стадии.

На третьей стадии обработки увеличивается содержание влаги в масле и почти полностью прекращается ее отжатие, продолжается диспергирование капель плазмы и равномерное их распределение. Третья стадия заканчивается после прекращения механического воздействия. Структура масла должна быть однородной и пластичной. Одним из показателей завершенности процесса механической обработки является степень дисперсности капель плазмы. В производственных условиях для определения размеров капель и распределения их используют индикаторные бумажки. При отсутствии отпечатков на индикаторной бумажке распределение влаги считается хорошим. При малых размерах капель влаги поверхность масла становится матовой, что также указывает на завершенность механической обработки.

Во время механической обработки регулируют состав масла по содержанию в нем влаги и газовой фазы. Регулирование состава масла осуществляется различными способами в зависимости от типа маслоизготовителя.

ПОЛУЧЕНИЕ МАСЛА В МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Технологический процесс производства масла способом сбивания с использованием маслоизготовителей периодического действия осуществляется на технологической линии (рис. ). Принятое молоко подогревается и сепарируется. Сливки поступают в емкость для промежуточного хранения сливок, откуда их направляют на пластинчатую пастеризационно-охладительную установку для сливок. После пастеризации, дезодорации и охлаждения сливки поступают в емкости, где они выдерживаются для физического созревания.

Сливки после физического созревания поступают в маслоизготовитель периодического действия, где осуществляются сбивание сливок, промывка масляного зерна, посолка и обработка масла.

Из маслоизготовителей периодического действия используют преимущественно безвальцовые металлические маслоизготовители с емкостью различной формы (цилиндрической, конической, кубической и др.). В маслоизготовителях с цилиндрической емкостью в качестве била установлены неподвижные полки, а в других конструкциях маслоизготовителей - лопасти. Над маслоизготовителями размещено устройство для орошения аппарата водой в целях регулирования температуры сбивания и обработки.

Сливки в маслоизготовитель подаются под вакуумом или с помощью высокопроизводительных насосов (плунжерного типа, ротационных, винтовых) в количестве, необходимом для обеспечения оптимальной степени наполнения (40-50 %). Люки закрывают и маслоизготовитель включают в работу на рабочей скорости сбивания.

Сливки во время сбивания подвергаются сильному механическому воздействию в виде ударов. При вращении маслоизготовителя периодического действия сливки поднимаются на определенную высоту, а затем падают вниз. При превышении скорости вращения маслоизготовителя сливки центробежной силой удерживаются у стенок, падения сливок не происходит, сбивание практически прекращается, поэтому рабочая скорость вращения маслоизготовителя должна обеспечить подъем сливок на максимально возможную высоту и падение их. Это условие достигается при такой скорости вращения, когда ускорение силы тяжести больше центробежного ускорения. В первые 5 мин сбивания маслоизготовитель останавливают 1-2 раза для выпуска газов, выделяющихся при перемешивании сливок. Сливки сбиваются до получения масляного зерна размером 3-5 мм. Продолжительность сбивания составляет 50-60 мин.

После получения масляного зерна выпускают пахту, процеживая ее через сито.

Промывка масляного зерна осуществляется после удаления пахты. Для промывки в маслоизготовитель подается необходимое количество воды и плотно закрывается люк. Маслоизготовитель вращается со скоростью сбивания, после чего промывная вода сливается.

Промывку проводят дважды, используя заранее подготовленную воду в количестве 50-60% от массы сливок. Температуру промывной воды устанавливают равной температуре пахты, а при второй промывке - на 1-2 єС ниже. Для мягкого, слипающегося масляного зерна температуру промывной воды (первой и второй) понижают на 2 єС, а продолжительность промывки увеличивают на 5-10 мин. Для промывки твердого, крошливого масляного зерна используют воду, температура которой на 1-2 єС выше температуры пахты.

При выработке соленого сливочного масла осуществляют посолку масла сухой солью или рассолом.

Посолку сухой солью осуществляют внесением соли в масляное зерно или в пласт масла. Наиболее распространена посолка сухой солью в пласт. При этом способе посолки в большей степени используется соль по сравнению с посолкой в зерне. Но в этом случае могут появиться пороки: наличие нерастворившихся кристаллов соли, неравномерное распределение влаги и соли и сопутствующий этому пороку неоднородный цвет масла. При посолке рассолом эти пороки не возникают.

При посолке рассолом используют водный раствор соли с массовой долей соли 25%. Рассол вносят после удаления пахты (промывной воды) в масляное зерно или пласт масла в количестве 10--15% массы масляного зерна (пласта) и врабатывают при закрытых кранах и люке. После 8 - 15 отжатий рассол спускают. Затем в маслоизготовитель вносят вторую порцию рассола и вырабатывают ее до получения требуемого содержания влаги в масле. После этого рассол сливают.

Затем проводят механическую обработку масла, во время которой при вращении маслоизготовителя продукт подвергается многократным ударам от падения со стенок или лопастей вращающегося аппарата. Обработка масла продолжается 15-50 мин. Первые 5-8 мин процесс обработки проходит при закрытых кранах, а с образованием пласта краны открывают для вытекания влаги. При достижении критического момента обработки маслоизготовитель останавливают, берут пробу для определения влаги в масле. По результатам пробы рассчитывают недостающее количество влаги и вносят ее в виде пахты или воды. Обработку продолжают до полного распределения влаги в масле

Готовое масло выгружается в специальные тележки, из которых оно подается в тару или бункер автомата для фасовки. Из некоторых маслоизготовителей масло выгружают с помощью сжатого воздуха.

Для улучшения консистенции и распределения влаги масло обрабатывают в гомогенизаторе-пластификаторе. В осенне-зимний период, когда масло имеет твердую консистенцию вследствие высокого содержания высокоплавких глицеридов, масло гомогенизируют сразу после его выработки при интенсивном механическом воздействии. В весенне-летний период, когда масло имеет мягкую консистенцию вследствие низкого содержания высокоплавких глицеридов в молочном жире, масло предварительно выдерживают в помещении цеха в течение 0,5-1,0 ч для отвердевания глицеридов и упрочения структуры, а затем подвергают дополнительной механической обработке.

ПОЛУЧЕНИЕ МАСЛА В МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Технологический процесс производства масла способом сбивания с использованием маслоизготовителей непрерывного действия осуществляется на технологической линии (рис. ). Сливки с массовой долей жира 36-50% после пастеризации, дезодорации, охлаждения поступают в емкости, где они выдерживаются для физического созревания.

Созревшие сливки до начала сбивания охлаждают или подогревают в емкостях до температуры сбивания и выдерживают при этой температуре в течение 30-40 мин. В течение выдержки устанавливается равновесие между твердым и жидким жиром. Затем сливки поступают в маслоизготовитель непрерывного действия, где осуществляется сбивание сливок, промывка масляного зерна и, посолка и обработка масла.

Во избежание пенообразования сливки перекачивают из резервуара в маслоизготовитель объемными насосами (ротационными, винтовыми и др.)

Для производства масла способом непрерывного сбивания используют маслоизготовители как отечественного, так и зарубежного производства, которые могут иметь свои конструктивные особенности, однако основным рабочим органом маслоизготовителя непрерывного действия является сбиватель и обрабатывающие устройства (маслообработник).

Принципиальная схема маслоизготовителя непрерывного действия представлена на рис. .

Сбиватель представляет собой цилиндр с установленной внутри мешалкой (билом), частота вращения которой может достигать 2800 мин-1 и более. Сбиватель имеет систему охлаждения. Сливки, подаваемые в сбиватель, подвергаются интенсивному механическому воздействию мешалки-била, что приводит к разрушению жировой эмульсии и образованию масляного зерна.

В маслоизготовителях непрерывного действия применяют экструзионно-шнековый способ обработки масла, заключающийся в механическом воздействии на масло с помощью шнеков и специального устройства, состоящего из металлических решеток и мешалок, с целью отпрессовывания масляного зерна, диспергирования плазмы, равномерного распределения компонентов в пласте масла и уплотнения масла. Поэтому обработник масляного зерна состоит из нескольких шнековых камер и укомплектован дозирующим устройством.

Отделение пахты и промывка масляного зерна. Первая шнековая камера предназначена для обработки и отделения пахты от масляного зерна, а вторая шнековая камера - для промывки масляного зерна и отделения от него промывной воды. Для этого в камерах имеется устройство для промывки масла струями ледяной воды.

Промывка масляного зерна обычно осуществляется дважды. Сначала промывают масляное зерно в первой шнековой камере с помощью специального приспособления, затем промывают пласт масла во второй шнековой камере струями охлажденной воды. В маслоизготовителях с разделительным цилиндром масляное зерно промывают в разделительном цилиндре в секции промывки. Для промывки используют воду, предварительно охлажденную до 0 - 8 °С.

Посолка масла. При выработке соленого масла посолку осуществляют в блоке посолки, при этом рассол с массовой долей хлорида натрия 25 % дозируется с помощью специального дозирующего устройства.

Содержание влаги в масле контролируется электронным влагомером и регулируется внесением недостающего количества воды дозирующим устройством или изменением параметров сбивания сливок и обработки масла.

Насос-дозатор используют для вработки в масло небольшого количества недостающей влаги (до 1 %). Применение насоса-дозатора для вработки в масло влаги более 1 % приводит к плохому диспергированию капель плазмы масла.

Среди параметров сбивания сливок и обработки масла для регулирования содержания влаги используют температуру сбивания сливок, температуру масляного зерна в первой шнековой камере, уровень пахты в первой шнековой камере, производительность маслоизготовителя, частоту вращения мешалки сбивателя и частоту вращения шнеков.

При повышении температуры сбивания сливок получается масляное зерно мягкой консистенции, которое хорошо удерживает влагу. При изменении температуры сбивания сливок на 0,4 °С массовая доля влаги в масле изменяется на 1 %.

Для увеличения содержания влаги в масле повышают температуру масляного зерна во время его пребывания в первой шнековой камере, а для снижения -- наоборот. При изменении температуры масляного зерна на 1°С массовая доля влаги в масле изменяется на 0,5--1 %.

Содержание влаги в масле регулируют изменением при помощи сифонов уровня пахты в первой шнековой камере. При снижении уровня пахты в первой шнековой камере обработника содержание влаги в масле уменьшается, а при повышении, наоборот, увеличивается вследствие увеличения времени контакта пахты с маслом, что способствует капиллярному всасыванию пахты маслом. Путем изменения уровня пахты я первой шнековой камере на 2 см можно изменить массовую долю влаги в масле на 0,1 %.

Содержание влаги в масле регулируют изменением производительности маслоизготовителя. При увеличении производительности маслоизготовителя возрастает степень заполнения первой шнековой камеры маслом, повышается прессующее давление шнеков, ускоряется выпрессовывание пахты. Это приводит к уменьшению влаги в масле, а при уменьшении производительности, наоборот, содержание влаги в масле повышается. Уменьшение производительности маслоизготовителя на 10 % приводит к повышению массовой доли влаги в масле примерно на 1 %.

Вакуумирование масла. В блоке посолки и регулирования влажности масло перемешивается и направляется в вакуум-камеру.

Масло, выработанное в маслоизготовителях непрерывного действия, содержит больше газовой фазы по сравнению с маслом, полученным на маслоизготовителях периодического действия (соответственно от 5 до 10 и от 2 до 3·10-5 м3/кг). Содержание газовой фазы в масле, выработанном на маслоизготовителе непрерывного действия, регулируют вакуумированием масла с помощью вакуум-насоса, а также изменением параметров сбивания и обработки масла.

Масло вакуумируют в вакуум-камере обработника при разрежении 0,02--0,08 МПа. Вакуум-камера должна быть постоянно заполнена маслом приблизительно до половины. С увеличением степени разрежения в вакуум-камере содержание газовой фазы в масле уменьшается. Однако увеличивать степень разрежения выше 0,08 МПа не рекомендуется, так как наблюдается подсос плазмы и масла в вакуум-провод.

Для снижения содержание газовой фазы в масле, получают при сбивании масляное зерно размером 1-2 мм, повышают степень заполнения обработника маслом и поддерживают повышенный уровень пахты в первой шнековой камере.

Обработанное под вакуумом масло содержит меньше воздуха и более стойко в хранении.

Из вакуум-камеры масло, поступающее в блок механической обработки, продавливается через различного диаметра отверстия металлических решеток и перемешивается трехлопастными крыльчатками. Затем масло проходит через коническую насадку, уплотняется и выходит из маслоизготовителя. С момента поступления сливок до выхода масла из обработника проходит 3-5 мин.

Готовое масло подается в машины для крупноблочного и мелкого фасования. При фасовании масла используют машины для пластичных продуктов.



8.3 Технология масла способом преобразования высокожирных сливок

Технологический процесс производства сливочного масла способом преобразования высокожирных сливок (ПВЖС) включает приемку молока, охлаждение, хранение, подогревание, сепарирование молока (получение сливок средней жирности), тепловую обработку сливок, сепарирование сливок (получение высокожирных сливок), посолку (только для соленого масла), нормализацию высокожирных сливок по влаге, термомеханическую обработку высокожирных сливок, фасование и термостатирование масла, хранение масла.

ПОЛУЧЕНИЕ И НОРМАЛИЗАЦИЯ ВЫСОКОЖИРНЫХ СЛИВОК

Высокожирные сливки получают путем сепарирования сливок средней жирности (32-37%). Для этого сливки средней жирности после пастеризации направляют на сепаратор для высокожирных сливок, где под действием центробежной силы жировые шарики максимально концентрируются. Температуру сепарирования поддерживают на уровне 65-70 С, при этом жир находится в жидком состоянии, а оболочки жировых шариков сильно гидратированы и несмотря на максимальное сближение их, самопроизвольного разрушения оболочек жировых шариков не происходит. Более высокая температура сепарирования приводит к быстрому испарению влаги с поверхности продукта, снижению стабильности оболочек жировых шариков и увеличению количества деэмульгированного жира.

При сепарировании следует получать высокожирные сливки с заданным содержанием влаги, что позволяет исключить их последующую нормализацию. Нормализация приводит к ухудшению консистенции масла и понижению производительности маслообразователя.

Полученные высокожирные сливки с температурой 60-70 °С поступают в емкости для нормализации. Сливки нормализуют обычно по содержанию влаги, а в ряде случаев - по жиру и СОМО, пахтой, молоком, сливками, молочным жиром и др. Массовая доля влаги, жира и СОМО в нормализованных сливках должна соответствовать массовой доле влаги, жира и СОМО в получаемом масле.

Если содержание влаги в высокожирных сливках ниже требуемого, их нормализуют пахтой, пастеризованным цельным молоком или сливками. Для нормализации высокожирных сливок не следует использовать обезжиренное молоко или воду, так как это приводит к увеличению вязкости, а также к снижению СОМО в высокожирных сливках, а, следовательно, и в масле при одновременном увеличении в них эмульгированного жира и повышению стабильности эмульсии жира, что затрудняет процесс преобразования высокожирных сливок в масло и тем самым вызывает понижение производительности маслообразователя.

Данные по влиянию способа нормализации высокожирных сливок на содержание в них СОМО, эмульгированного жира и вязкость приведены в табл. .

Если массовая доля влаги в высокожирных сливках больше, чем требуется, их нормализуют молочным жиром или высокожирными сливками с более низкой массовой долей влаги, чем в нормализуемых сливках.

Если требуется нормализация высокожирных сливок по СОМО, то используют сгущенное (или сухое) обезжиренное молоко либо пахту, которые предварительно восстанавливают в натуральном обезжиренном молоке или пахте.

Влияние способа нормализации на состав и свойства высокожирных сливок

Способ нормализации	Массовая доля, %	Вязкость, 10-3 Па·с (при 60 єС)
	влаги	СОМО	эмульгированного жира
Сливки, пастеризованные при 92-95єС	58,8	-	92	220
Высокожирные сливки (при 65єС):
до нормализации	19,3	2,0	86	383
после нормализации:
- сливками	24,2	2,6	87	258
- пахтой	24,2	2,6	88	240
- обезжиренным молоком	24,2	2,4	89	207
- водой	24,2	2,2	92	187
Высокожирные сливки, полученные с заданной массовой долей влаги	24,2	2,6	87	292

Каротин вносят в высокожирные оливки тонкой струей при непрерывном перемешивании в течение 4-8 мин.

После нормализации и тщательного перемешивания сливок емкости для нормализации закрывают крышками во избежание испарения и загрязнения, а высокожирные сливки направляют в маслообразователь для термомеханической обработки, при этом сливки перемешивают через каждые 10-15 мин, чтобы избежать расслаивания фаз (жир-плазма), т. е. отстоя сливок. В маслообразователе сливки охлаждаются и подвергаются механическому воздействию для получения масла.

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ВЫСОКОЖИРНЫХ СЛИВОК

Высокожирные сливки являются высококонцентрированной эмульсией молочного жира в плазме молока. Массовая доля в них жира (61,5-83 %) превышает предел концентрации, при котором жировые шарики могут сохранять шарообразную форму. Однако, неоднородность размеров жировых шариков допускает такую возможность. По структуре высокожирные сливки представляют концентрат плотно упакованных жировых шариков с ненарушенными оболочками.

При температуре, когда жир находится в расплавленном состоянии, такая эмульсия обладает достаточно высокой устойчивостью. Охлаждение высокожирных сливок до температуры ниже точки отвердевания основной массы глицеридов и интенсивная механическая обработка приводят к необратимому разрушению их структуры. Это свойство используется при термомеханической обработке высокожирных сливок для преобразования их в масло.

В процессе термомеханической обработки высокожирных сливок создаются условия, необходимые для кристаллизации триглицеридов молочного жира и смены фаз (разрушение эмульсии высокожирных сливок жир/вода и образование эмульсии вода/жир - масло).

Термомеханическая обработка осуществляется на двух темперетурных стадиях: первая - интенсивное охлаждение высокожирных сливок от 60-70С до температуры ниже начала кристаллизации основной массы глицеридов молочного жира 20-23 С; вторая - охлаждение от температуры 20-23 С до 11-17 С. Молочный жир отвердевает в температурной зоне от 6 до 23 С, но основная масса глицеридов кристаллизуется при охлаждении сливок до 11С. Дальнейшее понижение температуры до 8 С не оказывает существенного влияния на консистенцию масла, тогда как увеличение вязкости продукта осложняет работу маслообразователя. На практике конечную температуру охлаждения определяют с учетом содержания в молочном жире высокоплавких глицеридов и выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить максимально возможную степень их отвердевания во время обработки в маслообразователе.

Преобразование высокожирных сливок в масло во время термомеханической обработки является сложным физико-химическим процессом, включающим обращение фаз, массовую кристаллизацию глицеридов, формирование пространственной структуры масла (первичное структурообразование).

Обращение фаз эмульсии высокожирных сливок является главным физическим процессом маслообразования. Обращение фаз происходит на первой температурной стадии, то есть при охлаждении высокожирных сливок от 60-70 єС до температуры ниже точки кристаллизации молочного жира (20-23 єС). Скорость охлаждения на этой стадии наиболее интенсивная. Быстрое охлаждение высокожирных сливок способствует кристаллизации высоко- и среднеплавких глицеридов в объеме неразрушенного жирового шарика с образованием мелких кристаллов. При быстром охлаждении наряду со снижением разрушения эмульсии происходит повышение степени переохлаждения жира, так как жир в состоянии эмульсии способен к большему переохлаждению, чем находящийся в свободном состоянии.

Обращение жировой фазы начинается с момента появления деэмульгированного (свободного от оболочки) жира, выделившегося через поврежденные оболочки жировых шариков. Дисперсионной (сплошной) средой становится жидкий жир, в котором в виде дисперсной фазы находится отвердевший жир, капельки воды, пузырьки воздуха и отдельные жировые шарики с ненарушенными оболочками. Таким образом происходит обращение жировой фазы, то есть превращение эмульсии типа «жир в воде» (высокожирные сливки) в эмульсию типа «вода в жире» (масло). Степень обращения жировой фазы характеризуется содержанием деэмульгированного жира. На первой температурной стадии массовая доля деэмульгированного жира в сливках составляет 80-94%, а твердого жира - 1,5-2 %.

Массовая кристаллизация глицеридов молочного жира происходит во второй температурной зоне, то есть при охлаждении от 22-23 єС до 10-16 єС. Начало массовой кристаллизации характеризуется резким возрастанием вязкости продукта. На этой стадии скорость обращения жировой фазы постепенно снижается, и дестабилизация практически заканчивается. В состоянии неразрушенной эмульсии сохраняется лишь незначительная часть жира (2-6 %) в виде наиболее мелких жировых шариков, а доля деэмульгированного жира составляет 94-98 %.

Формирование пространственной структуры. Первичное структурообразование молочного жира происходит во второй температурной зоне (охлаждение от 22-23 єС до 10-16 єС) практически уже после обращения фаз жировой эмульсии. Первичное структурообразование начинается при массовой доле твердого жира 4-7%.

Интенсивное механическое перемешивание предупреждает образование крупных кристаллов жира и раздробляет ранее образовавшиеся, обусловливает равномерное распределение жидкой и твердой фаз жира и всех других компонентов.

В процессе термомеханической обработки первичная структура частично разрушается, продукт находится в текучем состоянии и в таком виде поступает из маслообразователя в тару. Свежевыработанное масло содержит сравнительно высокую массовую долю твердого жира 30-38 %. При этом часть жира находится в переохлажденном состоянии, вследствие чего продукт, попадая в тару, быстро (за 20-90 с) отвердевает.

Следует отметить, что степень завершенности формирования первичной структуры при термомеханической обработке имеет определяющее значение для консистенции сливочного масла. Наиболее полное завершение структурообразования при термомеханической обработке положительно сказывается на консистенции продукта.

Во время термомеханической обработки начинается формирование структуры масла, но полностью не завершается, оно продолжается во время термостатирования и хранения масла.

При термостатировании свежевыработанного масла необходимо создать условия, благоприятные для завершения формирования структуры сливочного масла. Различают две стадии формирования структуры сливочного масла после окончания термомеханической обработки: стадию вторичного структурообразования и стадию окончательного формирования структуры сливочного масла.

Продолжительность стадии вторичного структурообразования зависит от температуры. Чем выше температура термостатирования (14-16 єC), тем интенсивнее и полнее происходят процессы образования высокоплавких групп глицеридов в твердой фазе, стабильных полиморфных форм в процессе фазовых изменений глицеридов молочного жира и формирование коагуляционной структуры продукта. Стадия вторичного структурообразования завершается в основном через 3-4 ч при температуре 14 єC и через 2-3 ч при 16 єC.

Для масла с недостаточно твердой консистенцией рекомендуется термостатирование в течение первых 5 дней при температуре 5 °С.

Масло с достаточно высокой твердостью рекомендуется термостатировать в течение 3-5 дней после выработки при температуре 10-15°С.

Стадия окончательного формирования структуры завершается в процессе холодильного хранения масла и составляет 3-4 недели при +5 ч -10 °С.

Получение масла на различных маслообразователях. Высокожирные сливки преобразуют в масло на специальных аппаратах - маслообразователях, которые включаются в технологическую линию.

Схема технологической линии производства масла способом преобразования высокожирных сливок приведена на рис. .

Сливки средней жирности пастеризуются на установке трубчатого типа и подаются на сепаратор для высокожирных сливок. Полученные высокожирные сливки поступают в емкость для нормализации. Для создания непрерывного процесса маслообразования обычно устанавливают три емкости для нормализации. Нормализованные сливки подаются насосом-дозатором в маслообразователь, где они преобразуются в масло.

Для получения масла из высокожирных сливок предназначены цилиндрический и пластинчатый маслообразователи, вакуум-маслообразователь.

Цилиндрический маслообразователь (рис. ) состоит из трех последовательно сообщающихся цилиндров с рубашками, в которые подается хладоноситель (рассол или ледяная вода). В каждом цилиндре имеется вытеснительный барабан, который при вращении перемешивает и продвигает сливки, находящиеся в зазоре между цилиндром и вытеснительным барабаном, по спирали вдоль барабана. На барабане закреплены два откидывающихся при вращении плоских ножа, которые снимают с внутренней охлаждающей поверхности цилиндра отвердевший слой высокожирных сливок.

Параметры термомеханической обработки высокожирных сливок в цилиндрических и пластинчатых маслообразователях

Маслообразователи	Массовая доля влаги в масле, %	Производительность. кг/ч	Температура на выходе, оС	Частота вращения вала, с-1
Весенне-летний период*
Цилиндрический трехцилиндровый Т1-ОМ-2Т
	16	600-750	16-17	2,5
	20	500-600	13-15	2,5
	25	400-500	13-14	2,5
	35	350-400	12-14	2,5
	16	800-850	14-15

трехцилиндровый 16 800-850 14 - 15 3,0 -

Я7-ОМ-3Т

(модернизированный) 20 700-750 15 - 15 3,0 -

25 650-700 14 - 15 3,0 -

35 550-600 14 - 16 3,0 -

четырехцилиндровый

для низкожирных видов

масла Я5-ОМЛ 35 1000 17 - 21 8,3 -

Пластинчатый

Р3-ОУА-1000 16 1000 16,5-18,0 1,16 4,67

20 1000 16,5-18,0 1,16 - 1,33 4,67 - 5,33

25 850-950 16,5 - 18,0 1,66 6,67

35 600-700 17,0 - 18,5 1,66 6,67

Осенне-зимний период**

Цилиндрический

трехцилиндровый 16 500-550 13 - 15 2,5 -

Т1-ОМ-2Т 20 500-600 13 - 15 2,5 -

25 320-420 12 - 13 2,5 -

35 300-350 11 - 12 2,5 -

трехцилиндровый 16 750-800 14 - 16 3,0 -

Я7-ОМ-3Т 20 650-700 14 - 16 3,0 -

25 600-650 15 - 16 3,0 -

35 500-550 15 - 16 3,0 -

четырехцилиндро- 35 1000 17 - 21 постоянная -

вый Я5-ОУА-1000 8,3

Пластинчатый

Р3-ОУА-1000 16 1000 17,0 - 17,5 1,33 - 1,66 5,33 - 6,67

20 1000 16,5 - 17,5 1,33 - 1,66 5,33 - 6,67

25 800-900 16,5 - 18,0 1,66 6,67

35 550-600 17,5 - 18,5 1,66 6,67

* йодное число 39 и выше.

** йодное число ниже 39

Сливи при температуре 60-70 С поступают сначала в нижний, затем в средний и верхний цилиндры. В нижнем цилиндре сливки интенсивно охлаждаются до 22-23 С, сохраняя свойства эмульсии жира в плазме, и перемешиваются для ускорения образования центров кристаллизации. В среднем цилиндре происходит дополнительное охлаждение. При достижении начальной температуры кристаллизации молочного жира начинается во всем объеме высокожирных сливок массовая кристаллизация глицеридов, которая сопровождается сменой фаз. В верхнем цилиндре происходит обработка кристаллизующегося продукта в результате чего формируется требуемая структура и консистенция масла. Температура масла, выходящего из верхнего цилиндра составляет 13-17 С.

Продолжительность механической обработки в аппарате должна быть достаточной для кристаллизации глицеридов в количестве, необходимом для формирования структуры, обусловливающей в необходимой степени твердую и пластичную консистенцию масла. При преобладании в молочном жире высокоплавких глицеридов продолжительность обработки в зоне кристаллизации жира увеличивают по сравнению с жиром, в котором преобладают легкоплавкие глицериды. Так по данным ВНИИМСа требуемая продолжительность перемешивания сливок в зоне кристаллизации составляет летом 140-160 с, а зимой, когда в молочном жире содержится больше высокоплавких глицеридов и больше его может перейти в твердое состояние, - 180-200с.

В случае получения масла твердой крошливой консистенции увеличвают продолжительность обработки продукта в зоне кристаллизации путем снижения производительности маслообразователя и понижают температуру масла на выходе из аппарата.

При мягкой консистенции масла сокращают продолжительность обработки продукта в зоне кристаллизации путем увеличения производительности маслообразователя и повышают температуру масла на выходе из аппарата.

Регулируют температуру масла на выходе из маслообразователя путем изменения расхода или температуры хладоносителя (рассола, ледяной воды), используемого для охлаждения, при постоянной производительности маслообразователя. Уменьшение количества хладоносителя или повышение его температуры приводит к повышению температуры продукта на выходе из аппарата. Увеличение подачи хладоносителя или снижение его температуры способствует снижению температуры продукта на выходе из маслообразователя.

Современный трехцилиндровый маслообразователь позволяет получать 750--1000 кг масла в час В таком маслообразователе процессы охлаждения высокожирных сливок и механическая обработка продукта происходят в различных аппаратах, для чего маслообразователь дополнительно укомплектован специальным обработником.

Для контроля правильности выбора режима термомеханической обработки и прогнозирования консистенции готового продукта определяют скорость отвердевания свежевыработанного масла и прирост температуры в монолите масла.

Скорость отвердевания свежевыработанного масла выражают в секундах от момента отбора пробы на выходе из маслообразователя до прекращения деформации масла.

Прирост температуры в монолите масла определяют по величине повышения температуры помещенного в тару (ящик) свежевыработанного продукта в течение 10 мин.

Отвердевание пробы свежевыработанного масла в течение 30-70 с в летний период и 40-100 с в зимний, а также прирост температуры 1,5-2,5 єС свидетельствуют о том, что процесс выработки масла проведен правильно и готовый продукт будет иметь нормальную консистенцию.

Продолжительность отвердевания менее 30 с и значительный прирост температуры в монолите масла (3-5 єС) указывает на продолжающуюся интенсивную кристаллизацию молочного жира в готовом продукте. Такое масло после стабилизации структуры имеет грубую, крошливую консистенцию. Причина - недостаточная термомеханическая обработка продукта в маслообразователе.

Отвердевание более 70 с в летний период и 100 с в зимний, а также прирост температуры менее 1,5 єС указывает на излишнюю обработку масла в маслоизготовителе и излишне мягкую консистенцию готового продукта.

В пластинчатом маслообразователе можно проводить термомеханическую обработку высокожирных сливок более интенсивно. Он состоит из теплообменного аппарата (охладителя) и камеры для кристаллизации молочного жира и механической обработки продукта (рис. ).

Охладитель имеет чередующиеся между собой продуктовые и охлаждающие пластины, выполненные в виде полой плиты. Пластины имеют отверстие в центре для прохода продукта, а также два отверстия по углам для входа и выхода хладоносителя. Внутри камер продуктовых пластин размещены диски-турбулизаторы с ребрами-ножами.

Камера для кристаллизации представляет собой цилиндр, закрытый конусной насадкой и выходным патрубком. Внутри' камеры расположены отражатель и лопастная мешалка.

В месте соединения конусной насадки с цилиндром установлена дисковая решетка. Внутри конусной насадки вращается крыльчатка.

Высокожирные сливки подаются в камеру первой продуктовой пластины и по щели, образуемой поверхностью охлаждающей пластины и диском-турбулизатором, движутся к центру. Затем сливки проходят через центральное отверстие охлаждающей пластины и движутся к периферии камеры следующей продуктовой пластины, проходя последовательно весь охладитель.

Охлажденные сливки поступают в камеру кристаллизации, где подвергаются интенсивной механической обработке. Кристаллизация молочного жира, начавшаяся в охладителе, продолжается в камере кристаллизации.

При продавливании продукта через дисковую решетку разрушаются грубые кристаллические структуры молочного жира и под действием крыльчатки продукт выталкивается через патрубок.

Пластинчатый маслообразователь входит в состав линии производительностью 1000 кг масла в 'час. Некоторые параметры термомеханической обработки высокожирных сливок в пластинчатом маслообразователе приведены в табл. .

Основными параметрами термомеханической обработки высокожирных сливок на пластинчатом маслообразователе являются удельные затраты мощности или энергии на механическую обработку, продолжительность механической обработки и температура масла, выходящего из аппарата.

Для получения масла, обладающего хорошей консистенцией, удельные затраты мощности составляют от 20 до 60 Вт/кг, Необходимую продолжительность механической обработки ф, с, высокожирных сливок в зависимости от удельной затраты мощности на механическую обработку N определяют по формуле: ф = 202,6--2,94 N.

Конечная температура масла на выходе из аппарата в зависимости от времени года колеблется от 16,5 до 18,5 °С.

В весенне-летний период для обеспечения достаточно твердой консистенции масла уменьшают удельные затраты мощности, не снижая производительности аппарата. Для этого снижают частоту вращения вала охладителя и вала обработника по сравнению с осенне-зимним периодом. Температуру продукта на выходе из аппарата при этом снижают на 0,5 С.

Уменьшение удельных затрат энергии на механическую обработку способствует уменьшению степени отвердевания жира в высокожирных сливках во время их пребывания в аппарате и степени дисперсности отвердевших частиц жира, больше жира отвердевает в масле после выхода его из маслообразователя, в состоянии покоя, что способствует образованию кристаллизационной структуры, вследствие чего повышается твердость масла

В осенне-зимний период для получения масла пластичной, мягкой консистенции удельные затраты энергии на механическую обработку продукта повышают путем увеличения частоты вращения вала охладителя и обработника, не снижая производительности аппарата. Повышают температуру продукта, выходящего из охладителя и обработника, на 0,5 °С.

При увеличении удельных затрат энергии повышаются степень отвердевания жира в высокожирных сливках и степень дисперсности частиц твердого жира, меньше жира отвердевает в масле после выхода из аппарата в состоянии покоя, создаются благоприятные условия для образования коагуляционной структуры.

Вакуум-маслообразователь (рис. ) состоит из вакуум-камеры и шнекового текстуратора. В состав вакуум-камеры входит трубопровод, заканчивающийся распылительной форсункой. Внутри камеры имеется лопастная мешалка. Масло со стенок снимается ножами лопастной мешалки Текстуратор представляет собой шнековый пресс и состоит из двух шнеков, вращающихся навстречу один другому, и конической насадки. Для отвода тепла, выделяющегося при механической обработке масла, текстуратор снабжен рубашкой, где циркулирует холодная вода.

Высокожирные сливки температурой 70-75 °С под действием вакуума засасываются в камеру и, проходя через форсунку, распыляются. Сливки, попадая в камеру с глубоким вакуумом, оказываются перегретыми, вследствие чего вскипают, теряя 6-8 % влаги. Испарение сопровождается потерей значительного количества тепла, в результате чего каждая частица охлаждается до 8-3 °С. Происходят быстрое отвердение около 50 % жира, разрыв оболочек и агрегирование жировых комочков в масляные зерна.

Масляное зерно направляется на шнеки текстуратора. Захваченное шнеками текстуратора масло уплотняется, продавливается через отверстия решеток и перемешивается крыльчатками, насаженными на концы шнеков. Из аппарата выходит пласт масла, который направляют на упаковку.

Создан маслообразователь для получения масла из высокожирных сливок с охлаждением их в атмосфере азота в распыленном состоянии и последующей механической обработкой.

Маслообразователи с вакуумным охлаждением и с охлаждением в атмосфере азота конструктивно оформляются одинаково. Различие состоит в том, что в первом случае из маслообразователя отсасывается воздух, а во втором - подается азот.

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ МАСЛА РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА

Характер структуры сливочного масла определяет консистенцию готового продукта, которая может быть хорошей пластичной или крошливой, слоистой, нетермоустойчивой. В формировании структуры сливочного масла участвуют вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях: твердом и жидком - жир, газообразном - воздух, коллоидном - белки.

Австралийский ученый Кинг предложил модель структуры масла. Согласно этой модели в непрерывной жировой среде, которая представляет собой жидкую фракцию молочного жира, распределены капли влаги, не разрушенные жировые шарики и скопления из кристаллов молочного жира овальной формы (рис. ).

На структуру, качество, хранимоспособность масла влияет состояние жира, однородность распределения и размер капель воды и пузырьков воздуха и пр.

Молочный жир находится в масле в твердом кристаллическом состоянии и жидком.

Кристаллический жир имеет мелкие кристаллы размером до 0,1 мкм или сростки-кристаллиты неправильной формы, а также упорядоченные кристаллиты - сфериты. Для структуры сливочного масла, выработанного способом сбивания сливок характерно наличие мелких шарообразных или иглоподобных кристаллов, для масла полученного способом преобразования высокожирных сливок - крупных сферолитов. Мелкие кристаллы (размером до 0,1 мкм), характерные для масла, полученного способом сбивания сливок, является результатом преимущественного формирования их внутри отдельных жировых шариков при физическом созревании сливок.

Кристаллики и кристаллиты взаимосвязаны между собой в определенных участках или во всем объеме, образуя структуру, подобную кристаллическому каркасу. Эти связи могут быть очень слабыми, и тогда структура представлена в виде мелких, почти независимых друг от друга кристалликов и кристаллитов. Если они значительные, кристаллический жир пронизывает весь объем масла. К таким пространственным структурам дисперсных частиц применима теория физико-химической механики П.А. Ребиндера о коагуляционных и кристаллизационных структурах дисперсных системах.

Коагуляционная или обратимая, тиксотропная структура обусловлена относительно слабыми межмолекулярными силами притяжения (Ван-дер-Ваальса - Лондона) между дисперсными частицами, разделенными в местах связи очень тонкими прослойками жидкой дисперсионной среды, и придает маслу нежную консистенцию и пластические свойства. Эта структура характеризуется низкой механической прочностью и обратимостью, то есть способна к самопроизвольному восстановлению в покое после механического разрушения.

Кристаллизационная или необратимая, конденсационная структура образуется благодаря более прочным химическим связям, возникающим при непосредственном соприкосновении частиц друг с другом. Эти связи возникают обычно в состоянии покоя системы, чаще всего уже в готовом продукте. Такая структура лишена тиксотропных и пластично-вязких свойств. В случае преобладания такой структуры масло становится избыточно твердым и хрупким. Механическим воздействием кристаллизационная структура может быть необратимо разрушена и превратиться в коагуляционную.

Масло хорошей консистенции представляет собой смешанную коагуляционно-кристаллизационную структуру с преобладанием свойств коагуляционной.

При выработке масла способом сбивания сливок кристаллизация глицеридов происходит в процессе физического созревания сливок после быстрого их охлаждения, внутри отдельных жировых шариков, в течение длительного времени. В результате образуется много мелких кристаллов, что и определяет формирование мелкокристаллической структуры продукта. Кристаллизация глицеридов и формирование структуры в основном заканчивается в процессе выработки масла. Структура такого масла характеризуется как коагуляционно-кристаллизационная.

При выработке масла в маслоизготовителях непрерывного действия условия формирования структуры аналогичны вышеизложенным. Однако, более интенсивное механическое воздействие на сливки в процессе их сбивания и обработки масляного зерна приводит к значительному разрушению жировых шариков и даже к частичному расплавлению ранее кристаллизовавшегося жира. Отличительной особенностью структуры такого масла по сравнению со структурой масла, выработанного в маслоизготовителях периодического действия, является более тонкое диспергирование плазмы и повышенное содержание газовой фазы.

Таким образом, структура сливочного масла, выработанного способом сбивания сливок (независимо от используемого маслоизготовителя) представлена в основном жировыми микрозернами, состоящими из высоко- и среднеплавких глицеридов молочного жира. Промежутки между ними заполнены жидким жиром, состояние которого зависит от температуры и жирнокислотного состава. Это предопределяет пластичность масла и его термоустойчивость. Термоустойчивость такого масла хорошая.

При выработке масла способом преобразования высокожирных сливок уже в начальный период обработки сливок в маслообразователе создаются условия, при которых разрушение жировой эмульсии преобладает над процессом кристаллизации. Быстрое охлаждение сливок обусловливает кристаллизацию высокоплавких глицеридов, образование твердого жира и повышение вязкости. При этом значительная часть жировых шариков разрушается раньше, чем в них закристаллизуются высоко- и особенно среднеплавкие глицериды. Это приводит к образованию жидкого жира усредненного состава. Кристаллизация глицеридов происходит в расплаве жира. При быстром охлаждении расплава возможно его переохлаждение, когда жир остается жидким при температурах ниже точки отвердевания части составляющих его глицеридов. Содержание твердого жира в таком масле будет меньше, чем в полученном способом сбивания сливок. Этим объясняется повышенная текучесть масла на выходе из маслообразователя. Кроме того, поскольку кристаллизация осуществляется из расплава жира, то при этом создаются условия для неограниченного роста кристаллов и формирования преимущественно кристаллизационной структуры вырабатываемого масла. Это оказывает влияние на температуру плавления жира, а так как последний является дисперсионной средой, то продукт будет более чувствителен к колебаниям температуры, нежели масло, полученное способом сбивания. Именно преобладанием кристаллизационной структуры можно объяснить пониженную термоустойчивость и повышенную способность жидкого жира к вытеканию для масла, выработанного способом преобразования высокожирных сливок.

...