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 температурных стадиях: первая – интенсивное охлаждение высокожирных сливок от 60–70°С 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 11°С. 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 ºС до температуры ниже точки кристаллизации молочного жира (20–23 ºС). 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 ºС до 10–16 ºС. 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 22–23ºС до 10–16ºС) 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 ºC), 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 ºC и через 2–3 ч при 16ºC.

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 ÷ –10 °С.