Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

ПРОИЗВОДСТВО МАСЛА СПОСОБОМ СБИВАНИЯ





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СБИВАНИЯ СЛИВОК В МАСЛО

Сбивание сливок в масло представляет собой очень сложный коллоидно-химический и физико-механический процесс, нераз­рывно связанный с поверхностными явлениями.

Весь процесс маслообразования условно можно разбить на три стадии. На первой стадии разрушаются оболочки жировых шариков, ослабленных при физическом созревании сливок. Ша­рики, сохранившие оболочку, преимущественно переходят в пахту, и только небольшая их часть попадает в плазму масла. На второй стадии жировые шарики за счет жидкого жира сли­паются сначала в кучки и комочки, а затем в зерна масла. При этом процессы разрушения оболочек и агрегирования жировых шариков во времени могут проходить в какой-то мере одновре­менно. На третьей стадии отдельные зерна в процессе механи­ческой обработки объединяются в пласт масла.

Сущность происходящих при маслообразовании процессов различные исследователи трактуют по-разному. Расхождения между отдельными теориями обусловлены тем, что механизм этих процессов зависит от многих факторов — метода и условий выработки масла, жирности сливок и степени их физического созревания, способа воздействия (механического, коллоидно-хи­мического, термического), применяемого для получения масла, конструкции аппаратов. В зависимости от того, какие факторы выдвигаются на первое место, каждая теория по-своему истол­ковывает процесс маслообразования и несколько односторонне. До сих пор нет единой теории, которая бы дала исчерпывающие ответы на вопросы механизма и сущности маслообразования, однако каждая вносила определенный вклад в теоретические обоснования этих процессов.

Изучение сущности процессов маслообразования связано с именами А. Поккельс, О. Рана, В. ван Дама, Н. Кинга, Б. Хол- варда, М. М. Казанского, С. Я. Зайковского, А. П. Белоусова, Г. А. Кука, А. Д. Грищенко, В. Д. Суркова, Ю. М. Глаголева и др.

Теория обращения фаз. Известно, что устойчивость эмульсии нарушается, когда дисперсная фаза начинает преобладать над дисперсионной средой. Система стремится принять противопо-. ложное строение, с меньшей поверхностью раздела фаз. В ре­зультате происходит обращение фаз: среда становится фазой, а фаза средой. За счет гидратированиых коллоидов при сбива­нии жировые шарики соединяются в кучки, в, которых концент*

16—837

рация жира доходит до 75, а плазмы до 25%. Протоки плазмы, окружающие жировые шарики, стремятся уменьшить свою по­верхность, стягиваются в капли, затягивая в себя и оболочечное вещество. Жир объединяется в комочки с включенными капля­ми плазмы, т. е, образуется структура м&ла — плазма в жире.

Основной недостаток теории в том, что сливки, прошедшие физическое созревание, рассматриваются как эмульсия, а не эмульгосуспензия. Обращение же фаз возможно лишь в систе­мах с жидкими фазами. Теория не учитывает роли твердой фа-| зы в дисперсии сливок, а также механических воздействий,! ценообразования, технологических режимов. j

Пенная теория О. Рана. Различает три стадии сбивания. На первой — образуется пена, между наружной и внутренней плен­ками пузырьков которой втягиваются жировые шарики, как имеющие оболочку из поверхностно-активных веществ. Жиро­вые шарики, касаясь в пене друг друга, склеиваются за счет белка хоттеина в кучки, сохраняя свою индивидуальность. На второй стадии пена разрушается: плазма сливок постепенно стекает, пенный пузырек обсыхает и теряет свою эластичность. На третьей стадии под действием механических ударов жир собирается в комочки и образуется видимое зерно.

В теории ошибочно оболочки жировых шариков рассматри­ваются фактором объединения жировых шариков, отождеств­ляются по структуре сливки и масло. Процессы образования и разрушения пены идут параллельно, а не на какой-то одной стадии.

Коллоидно-химическая теория М. М. Казанского. При фи­зическом созревании сливок происходит отвердевание части жи­ра в жировых шариках и одновременное снижение отрицатель­ного электрического заряда адсорбционных оболочек жировых шариков. Вследствие этого жировые шарики объединяются в кучки, становятся мутными, деформируются, приобретая угло­ватые формы. Снижаются стабильность и прочность оболочки, часть оболочечного вещества с поверхности жировых шариков переходит в плазму, оболочка становится тоньше. Образование пены в сливках способствует переходу оболочечного вещества в плазму, а затем во вновь образовавшуюся поверхность разде­ла сливки — воздух. Кристаллизация жира вызывает деформа­цию жировых шариков, вследствие чего оболочка подвергается действию напряжений, способных вызвать появление на ней трещин. Жидкий жир просачивается через трещины, вызывая фобизацию и комкование жировых шариков. Жировые шарики, на которых оболочка сохранилась, в образовании масла участия не принимают и переходят в пахту.

Гидродинамическая теория. Положения теории были сфор­мулированы Г. А. Куком и развиты Р. И, Асейкиным. При вра­щении маслоизготовителя в процессе перемешивания сливки пронизываются вальцами, мешалками, билами, в результате чего в них образуются «вихревые шнуры», в которых столбик жидкости вращается вокруг своей оси. Плазма сливок, как бо­лее тяжелая фаза, отбрасывается к периферии вихря, а жиро­вые шарики, плотность которых меньше, приобретают] огромные угловые скорости и устремляются к оси вихря. Длительность жизни «вихревых шнуров» мала. По расчетам Кука, до 80% жировых шариков концентрируются у оси, оболочки их разру­шаются, и они образуют конгломераты — зерна масла.

П. Гордиенко считает, что потоки жидкости движутся в объ­еме сливок параллельно, а жировые шарики по спирали. Обра­зование масляного зерна происходит при (взаимном Столкнове­нии жировых шариков и ударах о стенку агрегата.

А. Д. Грищенко поддерживает гидродинамическую теорию, при этом указывает, что в результате сильного механического сжатия шарики теряют липопротеиновые оболочки. Им установ­лена функциональная зависимость между скоростью процесса агрегации жировых частиц и их количеством в сбиваемых слнвках.

Кавитационная теория В. Д. Суркова. Согласно этой теории потоки сливок в емкости движутся с различной скоростью. При достижении определенной скорости в жидкости происходит раз­рыв и образуются пустоты, что создает новые поверхности раз­дела сливки — воздух, на которых непрерывно концентрируют­ся жировые шарики. Затем происходит «обрушение» полостей потоками жидкости, имеющее характер гидравлического удара. В результате сжатия газов и повышения температуры жировые шарики оплавляются и соединяются оплавленными поверхно­стями, образуя комочки жира.

Теория А. Поккельс. Это одна из первых теорий (1902 г.), основанная на поверхностных явлениях процесса сбивания сливок.

Основная идея теории Поккельс состоит в том, что незащи­щенные жировые шарики соприкасаются в процессе сбивания тс-воздушными пузырьками пены и переходят на поверхность раздела плазма — воздух. Так как в этом случае жировые ша­рики обладают гидрофобностью, то, попав иа пограничную по­верхность, они не могут вернуться обратно в плазму. С умень­шением объема пены, сжатия воздушных пузырьков жировые шарики сближаются друг с другом и посредством жидкого жира объединяются сначала в мелкие конгломераты, а затем в мас­ляные зерна.

Флотационная теория. Ее выдвинули за рубежом В. ван Дам, Б. Холвард, X. Мульдер. В нашей стране флотационную теорию развил А. П. Белоусов. Авторы флотационной теории считали, что агрегация жировых шариков в основном происходит на об- J разующейся при перемешивании сливок и включении в них воз- 1 духа на поверхности раздела сливки — воздух (пенных пузырь-1 ках). 1

А. П. Белоусовым были проведены многочисленные исследо­вания по изучению оболочек жировых шариков и тех изменений, которые претерпевают последние от начала физического созре­вания сливок до образования масляного зериа в маслоизгото- вителях. Было установлено, что жировые шарики сливок, про­шедших физическое созревание (частично, отвердевших), содер­жат в своих адсорбционных оболочках на 12—18% меньше белка, чем те же жировые шарики в жидком состоянии. При отвердевании жировых шариков происходят изменения агрегат­ного состояния адсорбционной поверхности и изменения ее хи­мического состава (замена одних глицеридов другими).

В маслоизготовителях в процессе непрерывного перемешива­ния в сливки врабатывается воздух, который в виде мелких пузырьков распределяется по всему объему. Поскольку сливки содержат белки, обладающие свойствами поверхностно-актив­ных веществ, на воздушных пузырьках образуется адсорбцион­ная оболочка, препятствующая их быстрому разрушению. В первые 5—10 мин сбивания в сливки врабатывается воздух на 90% их объема и поверхность воздушных пузырьков в 1 л смеси достигает 80 м2.

Липопротеиновые комплексы жировых шариков обладают более высокой поверхностной активностью, чем пограничные поверхности плазма — жир, сливки — воздух. Поэтому при со­прикосновении жирового шарика с воздушным пузырьком пены наиболее активные компоненты оболочки жировых шариков пе­реходят на поверхность пенного пузырька, вытесняя из нее бел­ки плазмы. При этом жировой шарик втягивается (флотирует­ся) в пенный пузырек. Так пенный пузырек флотирует и кон­центрирует жировые шарики в своей поверхности. Часть жиро­вого шарика, оказавшаяся внутри пузырька, теряет свою обо­лочку, и жир соприкасается с газом. Другая часть жирового шарика, находящаяся над поверхностью пузырька пены, свою оболочку сохраняет.

При соприкосновении друг с другом жировые шарики объе­диняются (слипаются) в поверхностные агрегаты в виде плас­тины с помощью жидкого жира, выделившегося через трещины в оболочке. При перемешивании пенный пузырек разрушается под тяжестью флотированных жировых шариков. Поверхност­ные агрегаты, попадая в плазму, свертываются таким образом, что гидрофобная «оголенная» поверхность оказывается внутри нового объемного образования. Новые образования виовь втяги­ваются пузырьком пены, часть их оболочки переходит в пенный пузырек, а они объединяются при соприкосновении друг с дру­гом, образуя вторичный конгломерат.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока не образуется ма­сляное зерио (напоминающее по размерам зерно мака). Достиг­нув определенного размера, конгломераты перестают стабилизи­ровать пеиу, и оиа быстро разрушается.

Данная теория с учетом исследований других авторов по из­менению жировой дисперсии при подготовке сливок к сбиванию, процессов агрегации жировых шариков, новых теорий поверхно­стных явлений и устойчивости дисперсии системы уточнена и конкретизирована в ряде положений А. П. Белоусовым. Но од­нако ее применяют в основном к получению масла в маслоизго- товителях периодического действия. Все процессы в теории рас­смотрены в некоторой степени схематично и несколько односто­ронне, упускаются механические факторы. Теория не объясня­ет, почему конгломераты, попавшие из лопнушего пениого пу­зырька в плазму, вновь ие покрываются защитными оболоч­ками.

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПОДГОТОВКА СЛИВОК К СБИВАНИЮ

Немедленно после пастеризации сливки быстро охлаждают в потоке до температуры ниже точки отвердевания молочного жира (2—18°С). Быстрое охлаждение сливок препятствует раз­витию остаточной микрофлоры и вытапливанию жира, способст­вует сохранению приобретенных при пастеризации вкуса и за­паха, интенсифицирует отвердевание жира при последующем их физическом созревании.

Однако одно охлаждение сливок, даже до низких положи­тельных температур, не обеспечивает еще получения масла до­статочно твердой консистенции. Перед сбиванием охлажденные сливки необходимо некоторое время выдержать. Такая выдерж­ка (физическое созревание) создает условия для перевода час­ти жира в твердое состояние, изменения физико-коллоидных свойств оболочек жировых шариков, а также свойств плазмы сливок. При сбивании сливок, не прошедших физического созре­вания, получается мазеобразное с очень мягкой консистенцией масло и с большим отходом жира в пахту.

В процессе физического созревания около половины жира в жировых шариках отвердевает, претерпевая сложные фазовые изменения. Доля отвердевшего жира (в процентах к общему количеству) называется степенью отвердевания жира. Под фа­зовыми изменениями понимают совокупность превращений, про­текающих при охлаждении н нагревании молочного жира; изме­нение агрегатного состояния, образование смешанных кристал­лов, полиморфные превращения, рекристаллизация и перерас­пределение триглицеридов между фазами.

Молочный жир в жировом шарике представляет собой раст­вор («расплав») высокоплавких глицеридов в более легкоплав­ких. При быстром охлаждении до температур физического со­зревания происходит образование центров кристаллизации (ну- клеация) высокоплавкими глицеридами на наружной поверхно- j сти глицеридного ядра, возбуждаемое близкими по молекуляр­ной структуре фосфатидами оболочки, i Выкристаллизовывание глицеридов происходит по мере достижения определенной степе­ни переохлаждения, которая наступает*, раньше для глицеридов с большей длиной углеводородной цепи' и высокой температурой плавления. По мере выдержки сливок при температуре физиче­ского созревания происходит выкристаллизовывание глицеридов в более глубоких слоях глицеридного ядра послойно в соответ­ствии с близостью молекулярной структуры и температуры плавления к ранее выкристаллизовавшимся. Более легкоплав­кие глицериды вытесняются в центр глицеридного ядра.

Вследствие отвердевания жира жировые шарики сжимаются, деформируются и принимают угловатую форму, становятся мут­ными, теряют прозрачность, изменяются их физические свойст­ва. Интенсивность этих процессов в наибольшей мере зависит, от глубины и скорости охлаждения, нежели от продолжительно­сти выдержки при температурах охлаждения. Снижение темпе­ратуры на 1—2°С оказывает такой же эффект, как удлинение выдержки на несколько часов. Более мелкие жировые шарики быстрее изменяют свое агрегатное состояние, чем крупные.

Деформация отвердевших шариков, отвердевание в них гли­церидов приводят к нарушению адсорбционного равновесия оболочки, происходит десорбция стабилизатора, переход части оболочечных веществ в плазму сливок. Оболочки жировых ша­риков становятся тоньше на 20% и более хрупкими, что облег­чает их разрушение при сбивании сливок в масло.

При физическом созревании сливок происходит значительное понижение электрозаряда жировых шариков, их способность к отталкиванию как одноименно заряженных частиц уменьшается. Это способствует образованию кучек жировых шариков, их чис­ло в созревших сливках увеличивается вдвое. Образование ку­чек и гидратация белков плазмы повышает вязкость созревших сливок.

Установлено наличие четырех полиморфных форм в молоч­ном жире: у, а, Р', ji. Они различаются характером построения кристаллической решетки, удельным объемом, конфигурацией и величиной кристаллов, температурами плавления и другими свойствами. Метастабильные формы у, а, Р' обладают свойст­вом монотропного полиморфизма — способностью превращаться

из одной формы в другую только в направлении от менее ста­бильной к более стабильной, т.е. к{$'-»-{$. Полиморфные превращения, по исследованиям Г. В. Твердохлеб, в объеме мо­лочного жира и в дисперсном состоянии не имеют различий при одинаковых режимах охлаждения и термостатирования.

Наиболее нестабильная "f-форма образуется при мгновенном охлаждении до —80°С, стеклоподобная при температурах, близких к 0—2°С, переходит в a-форму, оптимум образования которой 0—8°С. Имеет вид игольчатых кристаллов с температу­рой плавления в легкоплавкой группе глицеридов 8,2—10,8, в высокоплавкой около 15—16°С. При температурах, близких к ее плавлению (12—15°С), переходит в более стабильную форму. Выкристаллизовывается из расплава при 12—15 °С и имеет температуру плавления в ЛГ около 17, в ВГ около 32 °С. при выдержке переходит в стабильную {}-форму.

Перемешивание ускоряет процесс полиморфных превраще­ний, полиморфные превращения совершаются в твердом сос­тоянии.

Соотношение полиморфных форм в жировой фазе играет роль в формировании структуры и консистенции сливочного масла, определяет стабильность консистенции и температуру плавления масла.

Фазовые изменения молочного жира играют большую роль в процессах маслообразования, формирования структуры и кон­систенции сливочного масла и зависят от химического состава жира и технологических факторов.

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МОЛОЧНОГО ЖИРА[1]

Химический состав. Расплав молочного жира в жировых ша­риках состоит из множества различающихся по химическому составу и структуре смешанных триглицеридов. Физические свойства каждого зависят от входящих остатков жирных кислот И их месторасположения в молекуле. Радикалы насыщенных кислот преимущественно располагаются в крайних положениях (1 и 3), ненасыщенных — в среднем (2); низкомолекулярные обычно сочетаются в триглицериде с двумя высокомолекуляр­ными кислотами. Наличие радикала низкомолекулярной кисло­ты в триглицериде приближает его по свойствам к частично не­насыщенным триглицеридам. Это играет существенную роль в фазовых изменениях молочного жира.

Степень отвердевания жира зависит от соотношения в нем различных по плавкости глице­ридов, которое изменяется по сезонам года и климатическим зонам. Летом содержание жид­ких при комнатной температу­ре фракций составляет пример­но половину жира, зимой их количество уменьшается в 2 ра­за—до 23%, Степень отверде­вания их в 2—5 раз ниже, чем тугоплавких. Поэтому степень отвердевания зимнего молоч­ного жира по сравнению с лет­ним возрастает на 10—18% при 4—10°С и на 10—14% при 12-15 °С (рис. 20).

Химический и фракционный состав молочного жира имеет большие различия по климатическим зонам страны; более лег­коплавкий в районах с холодным и умеренным климатом.

Температура и скорость охлаждения. Отвердевание глицери­дов из расплава жира происходит последовательно, в соответст­вии с их растворимостью в более легкоплавких глицеридах и пересыщением: вначале выкристаллизовываются тугоплавкие, а затем средне- и легкоплавкие. Сложность и разнообразие гли- церидного состава молочного жира, значительная длина цепей глицеридов и быстро увеличивающаяся с понижением темпера­туры вязкость расплава обусловливают склонность его к фрак­ционной или групповой кристаллизации. Группы глицеридов во всех случаях образуют смешанные кристаллы, состоящие из родственных по химической природе и физическим свойствам глицеридов. Чем медленнее охлаждение, тем больше условий для фракционной кристаллизации узких групп родственных по химической природе глицеридов, тем большее количество в твердой фазе жира групп смешанных кристаллов. При очень медленном охлаждении (0,05 °С) в минуту до 0°С отмечено 6— 7 групп смешанных кристаллов с температурами плавления от —10 °С до +53°С. Поэтому при медленном снижении темпера­туры один и тот же молочный жир имеет несколько точек от­вердевания, наиболее выражены при: 20—23°С, И —14, 4—6, —3+~-5 °С.

Рис. 20. Степень отвердевания глице­ридов летнего (штриховые кривые) и зимнего (непрерывные кривые) молоч­ного жира в зависимости от темпера­туры и продолжительности охлаж­дения

При медленном охлаждении в условиях недостаточного пере­охлаждения возникает мало центров кристаллизации и образу­ются крупные кристаллы жира. Это приводит к получению мас­ла более легкоплавкого, менее термоустойчивого, так как рас­
плавление такого жира также пройдет фракционно. Незначи­тельные повышения и колебания температуры будут вызывать расплавление той или иной группы глицеридов. Масло будет выделять жидкий жир и растекаться.

При быстром и глубоком охлаждении достигается наиболь­шая степень переохлаждения системы, создаются оптимальные условия для быстрого образования многочисленных центров кристаллов из широкой группы глицеридов. Уменьшается число групп отвердевших глицеридов. Чем выше скорость охлажде­ния, тем ниже будет температура плавления высокоплавких групп и выше — легкоплавких, так как в последние будет вклю­чено большее количество высокоплавких глицеридов,

С увеличением числа центров кристаллизации уменьшаются размеры кристаллов, повышается степень отвердевания, быст­рее устанавливается равновесное состояние. Мелкие смешанные кристаллы с развитой адсорбционной поверхностью больше смачиваются и удерживают жидкий жир, способствуют форми­рованию пластичной консистенции и повышенной термоустойчи­вости масла. Температура от 0 до 6°С наиболее оптимальна для образования центров кристаллизации. При 8°С интенсивность их возникновения заметно снижается, и особенно резко это про­исходит с 12°С. Так, за первые 5 мин охлаждения перемешива­емых сливок средней жирности при 0—6°С отвердевает 30— 40% жира, при 8°С — 23, при 12°С —16%. Этим объясняет­ся тот факт, что температура физического созревания сливок выше 13°С не обеспечивает нужной степени отвердевания жира и считается «критической». В то же время с 10—12°С повыша­ется скорость линейного роста кристаллов, достигающая макси­мума при 15—20 °С.

Каждой температуре физического созревания сливок соот­ветствует максимально возможная степень отвердевания глице­ридов жира. Так, при 2—4°С отвердевает 50—60%, при 8°С — 33—37, при 13°С — 23, при 20 °С — 11, при 23 °С — 7% (рис. 21). После достижения максимальной степени отвер­девания наступает равновесие между жидким и твердым жй* -ром: при 2—8°С через 1,5—3 ч, при 12—25 °С через 2,5—5 ч, но качественные изменения в кристаллических структурах протека­ют несколько суток.

Предварительное охлаждение до 2—6°С, используемое при ступенчатых режимах («Альнарпских») физического созревания, сливок, способствует повышению степени отвердевания жира на 7—12% при температурах последующего термостатирования, равных 13—21 °С. Чем ниже температура предварительного ох­лаждения и длительнее выдержка, тем выше степень отвердева­ния и быстрее достигается состояние равновесия.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.