Физико-химические основы производства масла

Производство масла способами сбивания и преобразования высокожирных сливок сводится к изменению агрегатного состояния шариков жира сливок с последующим освобождением и концентрированием жировой фазы при одновременном образовании структуры масла. Основными физико-химическими процессами маслообразования считают отвердевание жира, кристаллизацию триглицеридов и формирование структуры масла.

Получение масла способом сбивания сливок. Главные физико-химические изменения жировой фазы, приводящие к маслообразованию, происходят во время физического созревания и сбивания сливок в маслоизготовителе. B процессе физического созревания сливок при низких температурах наблюдается отвердевание жира с кристаллизацией триглицеридов. Установлено, что жир кристаллизуется в шариках жира послойно - сначала образуется мономолекулярный кристаллический слой высокоплавких триглицеридов по периферии оболочки шариков, затем кристаллизуются внутренние слои жира. Слои отвердевшего жира (толщиной около 5 нм) накладываются один на другой, между ними заключается жидкий жир. Таким образом, в шарике жира до разрушения оболочки образуется структурный каркас из высоко - и среднеплавких триглицеридов.

Полного отвердевания молочного жира во время охлаждения сливок не происходит. Каждой температуре охлаждения соответствует определенная степень отвердевания жира. После отвердевания части жира устанавливается равновесие между твердым и жидким жиром. Ha степень отвердевания жира влияют температура и продолжительность охлаждения, жирно-кислотный состав триглицеридов и другие факторы. Перемешивание сливок в процессе их созревания значительно ускоряет отвердевание жира и кристаллизацию триглицеридов.

Степень отвердевания жира и характер кристаллизации триглицеридов являются определяющими факторами скорости маслообразования, а также формирования структуры и консистенции масла. Оптимальным считается содержание в сливках 30-35% отвердевшего жира (при соотношении в нем легко - и высокоплавких триглицеридов 2:

1). При избыточном отвердевании жира получается масло грубой, крошливой консистенции, а при недостаточном - мягкой, мажущейся консистенции. Для получения масла хорошей консистенции необходимо образование мелких термоустойчивых кристаллов триглицеридов в стабильной р*-модификации и преобладание в структуре коагуляционных элементов, обеспечивающих его пластичность и термоустойчивость.

Соотношение легко - и высокоплавких триглицеридов в жире исходных сливок зависит от времени года. Поэтому в целях получения масла оптимальной консистенции на молочных заводах используют дифференцированные температурные режимы охлаждения, созревания и сбивания сливок, учитывающие сезонные изменения химического состава молочного жира.

B результате механической обработки сливок при их сбивании в маслоизготовителе жировая эмульсия полностью разрушается. Шарики жира окончательно лишаются оболочек (готовое масло содержит незначительное количество жира в виде эмульсии, табл.46), агрегаты кристаллов жира (микрозерна) объединяются сначала в мелкие, а затем в более крупные комочки - масляные зерна, которые подвергают последующей механической обработке. Интенсивность механической обработки. Существует несколько теорий, объясняющих образование масла при сбивании сливок, - флотационная, гидродинамическая и другие (они подробно рассматриваются в курсе "Технология молока и молочных продуктов"). Одна из них связывает образование масла со способностью сливок давать стойкую пену - дисперсную систему, состоящую из пузырьков газа (воздуха), распределенных в жидкости. Пена образуется при вработке в сливки воздуха - он разбивается на мельчайшие пузырьки, которые удерживаются вместе с помощью прослоек из веществ плазмы сливок. Co временем пленки между пузырьками пены становятся тоньше, пузырьки лопаются и пепа разрушается. B процессы образования и разрушения пены вовлекаются шарики жира, при этом они теряют свои оболочки, укрупняются и образуют далее масляные зерна.

Получение масла способом преобразования высокожирных сливок. Исходное сырье при производстве масла данным способом - высокожирные сливки - представляет собой достаточно стабильную эмульсию, шарики жира которой разделены тонкими водно-белковыми прослойками дисперсионной среды. Изменение структуры высокожирных сливок происходит при маслообразовании, которое включает процессы отвердевания и кристаллизации жира, обращения фаз и структурообразования.

B маслообразователе горячие высокожирные сливки подвергаются одновременному воздействию низких положительных температур и интенсивному механическому перемешиванию. B результате происходит почти полное разрушение оболочек шариков жира и освобождение не успевшей отвердеть жидкой жировой фазы. Затем наступают отвердевание и кристаллизация триглицеридов из расплава (жидкого) жира.

При ступенчатом охлаждении продукта (сначала до 19 - 22⁰C, затем до 10-15⁰C) происходит процесс раздельно-групповой кристаллизации триглицеридов: в начале его преимущественно кристаллизуются высоко - и среднеплавкие, в конце - легкоплавкие триглицериды. Параллельно наблюдается переход менее стабильных полиморфных форм триглицеридов в более стабильные (явление полиморфных превращений). Отвердевание оптимального количества жира в маслообразователе не происходит--масло при выходе из него имеет около 12% отвердевшего жира. Процесс отвердевания продолжается в монолите масла при термостатировании и хранении.

Процесс отвердевания жира происходит неравномерно, так как молочный жир представляет собой смесь триглицеридов с различной температурой отвердевания. Агрегаты из нескольких молекул триглицеридов в твердом состоянии представляют собой кристаллические массы. B зависимости от условий отвердевания они способны образовать четыре полиморфные модификации (формы): нестабильную аморфную (стеклообразную) форму и кристаллические а-, ß' - и ß-модификации. Полиморфная модификация - неустойчивая, более низкоплавкая, отличается неплотной упаковкой молекул триглицеридов, имеет в основном структуру тройной длины цепи, представляет собой отдельные игольчатые кристаллы. ß'-Модификация - средне-плавкая, сравнительно устойчивая (она в основном обусловливает хорошую консистенцию масла); ß-модификация - наиболее стабильная и высокоплавкая, ß' - и ß-модификации имеют наиболее плотную упаковку молекул триглицеридов в виде структур двойной и тройной длины цепи. При этом образуются кристаллические структуры в форме игольчатых или плотных сферолитов. Bo время охлаждения сливок менее устойчивые полиморфные модификации, как правило, необратимо переходят в более стабильные: v^-a^-

Часть оболочек шариков жира в маслообразоватоле не разрушается, также возможно вторичное эмульгирование жидкого жира.

Одновременно с отвердеванием жира в маслообразователе происходит процесс, называемый обращением (сменой) фаз - переход прямой эмульсии в обратную. При этом жидкая жировая фаза становится непрерывной; в ней распределяются кристаллический и отвердевший жир, капли плазмы, отдельные шарики жира с не разрушенными или частично разрушенными оболочками и пузырьки воздуха.

Явление обращения фаз характерно для концентрированных эмульсий. Оно может быть обусловлено различными причинами, в том числе и длительным механическим воздействием. B процессе обращения фаз капли дисперсной фазы (масла) прямой эмульсии сначала растягиваются и превращаются в пленки, затем пленки охватывают дисперсионную среду (воду), которая становится дисперсной фазой в обратной эмульсии.

B конце перемешивания, когда количество освободившегося жира достигает максимума, преобладает обратная эмульсия. O смене фаз судят по количеству деэмульгированного (свободного) жира или по содержанию в плазме масла эмульгированного жира. Обращение фаз сопровождается продолжающейся кристаллизацией жира и полиморфными превращениями триглицеридов. При этом образующиеся кристаллы жира взаимодействуют между собой и формируют пространственную структуру масла. От преобладания в структуре кристаллизационных или коагуляционных элементов зависит консистенция масла.

При получении масла методом сбивания сливок кристаллизация и фазовые превращения триглицеридов практически завершаются в процессе выработки масла. Структурные элементы масла представляют собой микрозерна жира, сформировавшиеся в пределах шарика жира. Это мельчайшие (размером до 1 мкм) кристаллы (палочковидные и сферолиты), равномерно распределенные по монолиту масла и придающие ему пластичность (Ф. A. Вышемирский).

Отвердевание жира и полиморфные превращения триглицеридов при выработке масла способом преобразования высокожирных сливок происходят как в расплаве жира в маслообразователе, так и в монолите масла при медленном охлаждении. Поэтому кристаллическая структура масла характеризуется наличием в основном крупных (размером более 1 мкм) кристаллоагрегатов (встречаются и мелкие кристаллы, неравномерно распределенные по монолиту). Это обусловливает образование структуры с преобладанием кристаллизационных элементов.

B зависимости от характера взаимодействия между образовавшимися кристаллами жира масло может иметь кристаллизационно-коагуляционную (зернистую) или конденсационно-кристаллизационную (гомогенную) структуру. Принято считать, что первая структура, характеризующаяся пластичностью и термоустойчивостью, присуща маслу, выработанному способом сбивания. Вторая структура, отличающаяся от первой повышенной твердостью и хрупкостью при пониженной термоустойчивости, более характерна для масла, полученного способом преобразования высокожирных сливок. Однако, по данным Ф. A. Вышемирского, путем применения различных режимов охлаждения и механической обработки (получая в качестве промежуточного продукта масляное зерно) можно и способом преобразования высокожирных сливок выработать масло зернистой структуры.

Согласно теории акад. П.A. Ребиндера различие образующихся пространственных структур при получении масла можно объяснить различным характером связей между частицами дисперсной фазы (см. рис.39). Кристаллизационно-коагуляционная структура создается силами сцепления между кристаллами, которые в местах контакта разделены прослойками жидкого жира и остатками оболочек. Она обладает способностью к тиксотропному уплотнению структурных элементов, т. e. пластичностью, но пониженной прочностью.

Конденсационно-кристаллизационная структура представляет собой сетку-каркас из сросшихся между собой кристаллов. Данная структура характеризуется повышенной механической прочностью, но одновременно хрупкостью и плохой восстанавливаемостью после разрушения.

Количество, равномерность распределения, дисперсность плазмы и воздушной фазы определяют механическую прочность, связность, упругость, термоустойчивость и устойчивость масла при хранении. Масло, выработанное способом преобразования высокожирных сливок, характеризуется большей степенью дисперсности и более гомогенным распределением плазмы. B нем содержатся в основном (более 90%) капли диаметром от 1 до 4-5 мкм и лишь незначительное количество более крупных капель. B масле, полученном способом сбивания, плазма распределена менее равномерно, в нем больше средний размер капель и содержание крупных (диаметром 4-6 и даже 10-15 мкм) капель. Как известно, дисперсность плазмы во многом обусловливает характер и интенсивность окислительных и микробиологических процессов при хранении масла (см. главу 13). Вместе с тем в масле, выработанном способом преобразования высокожирных сливок, по сравнению с маслом, полученным способом сбивания, ниже содержание воздушной фазы и выше количество эмульгированного жира (см. табл.46).

Химический состав масла, выработанного двумя способами, отражающий использование составных частей сливок, различен (табл.47). По данным ВНИИМСа, в масле, выработанном способом преобразования высокожирных сливок, содержание COMO на 9-10% выше, чем в масле, полученном способом сбивания. Оно также содержит больше лактозы, белков, биологически ценных фосфолипидов, некоторых карбонильных соединений, но характеризуется меньшим количеством летучих жирных кислот.

ВНИИМСом разработаны новые виды масла, обладающие повышенной биологической ценностью - масло с увеличенным содержанием белка, с заменой 25% молочного жира растительным маслом, с различными наполнителями и т.д.