Устойчивость сливок как дисперсной системы

В соответствии с теорией устойчивости дисперсных систем энергия взаимодействия дисперсных частиц складывается из сил электростатического отталкивания и сил притяжения Ван-дер-Ваальса (дисперсные силы).

С увеличением расстояния меж­ду частицами дисперсные силы ос­лабевают. В слу­чае сближения частиц энергия изме­няется таким образом, что при сред­них расстояниях преобладает оттал­кивание, а при малых — притяжение. Для агрегации частицы должны сблизиться на такое расстояние, когда притяжение преобладает над отталкиванием. Однако для этого не­обходимо преодолеть энергетический барьер, величина которого зависит от потенциала частицы.

В жировой дисперсии молока частицей, обладающей электри­ческим потенциалом (около 15 мВ) на своей поверхности, является жировой шарик. Образуется потенциал, по-видимому, ионизиро­ванными кислотно-фосфатными группами, а также четвертичным атомом азота липопротеиновых комплексов, составляющих наруж­ный слой оболочки жирового шарика

При получении сливок методом отстаивания подобные флокуляты образуются (из жировых шариков) самопроизвольно; при переме­шивании сливок они легко разрушаются.

Агрегация жировых шариков в связи с необходимостью допол­нительного преодоления структурно-механического барьера, созда­ваемого оболочкой, требует гораздо более высокой энергии сбли­жающихся жировых шариков; достигается это в результате внешних взаимодействий (перемешивание и др.). Скорость агрегации жиро­вых шариков будет, таким образом, при равнозначных условиях определяться стабилизирующей способностью их оболочек.

Стабилизирующими факторами устойчивости для эмуль­сий и суспензий при этом является не наличие энергетического барьера, а коллоидные адсорбционные слои и связанные с ними сольватные оболочки, обладающие структурно-механическими свойствами и создающие структурно-механический барьер.

Для образования и стабилизации высокоустойчивых дисперсных систем необходимо, чтобы адсорбционные системы и связанные с ними сольватные оболочки обладали достаточно высокой вязко­стью, упругостью и механической прочностью. Таким стабилизи­рующим действием обладает оболочка жировых шариков.

Устойчивость жировой дисперсии в сливках можно характери­зовать продолжительностью времени, потребного для ее разруше­ния в условиях механического воздействия.

При этом, чем выше массовая доля жира в сливках, тем ниже устойчивость дисперсии. Устойчивость сливок как дисперсной системы снижается с пони­жением устойчивости оболочек жировых шариков при нагревании, охлаждении, механическом перемешивании, замораживании и других операциях технологического процесса.

На устойчивость сливок влияет размер жировых шариков, состав и свойства жира и др. Повышенная устойчивость жировой дисперсии сливок повы­шенной жирности и высокожирных наблюдается в случаях пре­имущественного содержания в их составе мелких жировых шари­ков. Значительное влияние на устойчивость жировой дисперсии сливок оказывают процессы отвердевания глицеридов в молочном жире.

Одним из показателей устойчивости сливок является степень дестабилизации (разрушения) в них жировой дисперсии — отноше­ние жира, освободившегося от липопротеиновых оболочек, к его общему количеству.

На скорость и степень процесса дестабилиза­ции дисперсии влияют массовая доля жира в сливках, интенсив­ность механического воздействия на них, температура охлаждения и другие факторы. Так, нагревание сливок с массовой долей жира 60—65% и частично отвердевшей жировой фазой до температуры плавления жира не вызывает разрушения дисперсии. В высоко­жирных сливках, содержащих отвердевший жир, при нагревании их до температуры плавления жира наблюдается частичное или пол­ное разрушение дисперсии в результате необратимых изменений в оболочках жировых шариков [111].

На устойчивость дисперсии сливок могут оказать влияние про­цессы окисления липидов, включая содержащиеся в оболочках жи­ровых шариков.

2. Выделение жировой фазы из сливок.

Анализируя процессы, вли­яющие на устойчивость дисперсных систем (типа эмульсий), вы­деляют: флокуляцию (коагуляцию) — образование скоплений частиц и коалесценцию — слияние капелек.

Флокуляция происходит при сближении частиц на достаточно близкие расстояния. Возникающие при этом флокуляты, в кото­рых частицы сохраняют свою дискретность,

непрочны и легко раз­рушаются под влиянием механического воздействия на дисперсию (при перемешивании).

Коалесценция, обычно следующая за фло-куляцией, в конечном счете приводит к разрушению дисперсии. Дисперсная фаза выделяется в виде объемной фазы и переходит из неустойчивого состояния в термодинамически устойчивое [16].

Процессы флокуляции и коалесценции в стабилизированных дисперсиях, к которым можно отнести жировую дисперсию моло­ка при жидком состоянии глицеридного ядра жирового шарика, согласно А. Тепелу [237], схематически изображены на рис. 2.9.

В противоположность нестабилизированным дисперсиям для подобных систем характерно длительное раздельное существова­ние дисперсных частиц в флокулятах (поз. 2), а также в образовав­шейся при отстаивании концентрированной дисперсии «сливоч­ном слое» (поз. 3).

Коалесценция в флокулятах с образованием первоначально более крупных капель, а затем объемной фазы (поз. 5) может происходить лишь после предварительного разруше­ния частиц дисперсной фазы, которая выражается в нарушении начальной структуры межфазного слоя (поз. 4).

Применительно к жировой дисперсии молока, согласно А. П. Белоусову [16], указанная схема должна быть дополнена

В зависимости от степени нарушения стабилизирующей способно­сти оболочки (поз. 4) жировая дисперсия может претерпевать раз­личные изменения. При небольшой степени этого нарушения (относительно небольшое число разрушенных капелек) коалесцен­ция приводит лишь к увеличению числа крупных капель, то есть к снижению дисперсности системы.

При более значительном на­рушении стабилизирующей способности оболочки коалесценция может привести к превращению в объемную фазу сначала частиц, а затем всей системы, то есть к ее частичному или полному разру­шению (поз. 5).

В процессы флокуляции частиц жировой дисперсии молока своеобразие вносит отвердевание глицеридного ядра жирового ша­рика и образование агрегатов жировых шариков, не предусмотрен­ных указанной схемой. Процессы агрегации частиц в дисперсных системах, частным случаем которых является флокуляция и коа­лесценция в дисперсиях, могут происходить при сближении дис­персных частиц на достаточно малые расстояния.

Жировая дисперсия молока при его переработке в масло под­вергается различным воздействиям, оказывающим влияние на со­став и структуру нативной оболочки. Изменения оболочки, вызы­вающие снижение ее стабилизирующей способности, будут уско­рять процессы коагуляции дисперсных частиц, включая агрегацию жировых шариков.