Технология и оборудования для производства масла способом сбивания сливок

Технологический процесс производства масла способом сбивания сливок состоит из следующих последовательно осуществляемых операций: приемки молока, охлаждения, хранения, подогревания, сепарирования молока, тепловой обработки сливок. низкотемпературной их подготовки (физическое созревание сливок), сбивания сливок, промывки масляного зерна, посолки масла (только для соленого масла), механической обработки, фасования, хранения масла.

Для выработки масла способом сбивания в маслоизготовителях непрерывного действия используют сливки с массовой долей жира 36–50%. Такая концентрация жира способствует ускорению образования масляного зерна и повышает производительность маслоизготовителя. При выработке масла способом сбивания в маслоизготовителях периодического действия используют сливки средней жирности с массовой долей жира 32–37%.

При использовании сливок с массовой долей жира ниже указанных пределов снижается производительность оборудования и увеличиваются потери жира. Повышение массовой доли жира в сливках выше 40% не оказывает влияния на качество масла, обеспечивает снижение потерь жира и повышение производительности оборудования. Однако при высокой массовой доле жира в сливках замедляется отвердевание жира вследствие быстрого повышения вязкости в процессе охлаждения сливок, что необходимо учитывать при выборе режимов физического созревания.

После тепловой обработки сливки быстро охлаждают до температуры ниже точки отвердевания молочного жира и выдерживают определенное время (физическое созревание).

В результате физического созревания сливок происходит отвердевание молочного жира внутри жировых шариков, изменяется оболочка жировых шариков и свойства сливок: устойчивость эмульсии и дисперсность жира, вязкость сливок.

Отвердевание молочного жира является основной целью низкотемпературной обработки сливок и играет важную роль в процессе маслообразования. Только при наличии отвердевшего жира при сбивании сливок можно выделить молочный жир в виде масляного зерна и обеспечить хорошую консистенцию сливочного масла и нормальный отход жира в пахту.

В охлажденных сливках только часть жидкого жира переходит в твердое состояние. Отношение количества отвердевшего жира к первоначальному его количеству в процентах называют степенью отвердевания жира. Каждой температуре охлаждения сливок соответствует максимально возможная степень отвердевания молочного жира. Для получения масла хорошей консистенции необходимо, чтобы степень отвердевания жира составляла не менее 30–35 %.

Степень отвердевания жира зависит от температуры охлаждения и продолжительности выдержки сливок при этой температуре и влияет на жирность пахты при выработке масла. Данные по влиянию температуры охлаждения и продолжительности выдержки охлажденный сливок на степень отвердевания молочного жира в сливках приведены в таблице 10.

Таблица 10- Влияние температуры охлаждения и продолжительности выдержки сливок на степень отвердевания молочного жира.

С повышением температуры охлаждения сливок от 3 до 12 º С без выдержки степень отвердевания жира уменьшается с 33, 6 % до 15, 2 %, а массовая доля жира в пахте увеличивается с 0, 87 % до 3, 03 %. При этом необходимое количество твердого жира в сливках (30–35 %) при охлаждении до 3º С достигается сразу в процессе охлаждения, а при охлаждении до температуры 6, 9 и 12 º С – только после 60, 90 и 180 мин выдержки соответственно. Массовая доля жира в пахте при этом колебалась от 0, 87 % (при охлаждении до 3º С без выдержки) до 1, 33 % (при охлаждении до 12 º С и выдержке 180 мин).

Состояние оболочек жировых шариков при созревании сливок существенно изменяется. Некоторые вещества оболочки жировых шариков, в частности фосфолипиды, переходят в плазму. Оболочки жировых шариков становятся более тонкими и хрупкими и легче разрушаются при сбивании сливок в масло.

Переход части веществ оболочки в плазму приводит к снижению электрического заряда оболочек, что способствует сближению и агрегации жировых шариков.

Появление кристаллов молочного жира внутри жирового шарика нарушает связи между жиром и оболочками жировых шариков, что приводит к снижению устойчивости эмульсии жира в сливках. Кроме того, возможно нарушение целостности оболочки и вытекание жидкого жира из жирового шарика. Жидкий жир способствует слипанию жировых шариков и образованию более крупных жировых частиц. Это приводит к изменению дисперсности жира, так как количество мелких жировых частиц уменьшается, а крупных – увеличивается. Изменение дисперсности жира и сливок в зависимости от режима созревания приведены в таблице 11.

Таблица 11- Изменение дисперсности жира и сливок в зависимости от режима созревания

С понижением температуры охлаждения и увеличением продолжительности выдержки сливок уменьшается количество жировых частиц размером 1–5 мкм и увеличивается количество жировых частиц размером 6–10 мкм. При этом наибольшее влияние оказывает выдержка. Так, при охлаждении сливок до температуры 3 º С без выдержки количество жировых шариков размером 1–5 мкм уменьшилось на 17, 3 %, а с выдержкой в течение 2 ч – на 39, 3 %. При этом количество жировых частиц размером 6–10 мкм увеличивается соответственно на 13, 3 % и на 31, 5 % по сравнению со сливками до их охлаждения. С понижением температуры охлаждения сливок с 12 до 3 º С увеличивается средний размер жировых частиц с 5, 30 до 6, 99 мкм.

В результате повышения содержания отвердевшего жира и образования структурных связей при физическом созревании возрастает вязкость сливок. Вязкость сливок, содержащих примерно одинаковую массовую долю отвердевшего жира (32–34%) и созревших при различных режимах приведена ниже

Из приведенных данных видно, что вязкость сливок, созревающих при температурах от 3 до 12 º С и выдержке от 0 до 150 мин, значительно различается и колеблется от 35, 1 до 21, 2·10^-3 Па·с, т.е. в 1, 5 раза. По-видимому, вязкость зависит преимущественно не от степени отвердевания молочного жира, а от процессов, протекающих в плазме сливок, на которые существенное влияние оказывает температура созревания.

Молочный жир является сложной по составу смесью глицеридов, имеющих различные точки плавления и отвердевания.

При кристаллизации молочного жира во время физического созревания сливок образуются главным образом две группы смешанных кристаллов: низкоплавкая с температурой плавления от 15 до 25 °С и высокоплавкая с температурой плавления от 27 до 35 °С. Для получения масла хорошей консистенции соотношение легкоплавкой группы кристаллов и высокоплавкой должно составлять 2: 1. С этой целью регулируют температуру созревания сливок. Если в жире преобладают легкоплавкие глицериды (весенне-летний период), то созревание сливок проводят при более низких температурах, чем для жира с преобладанием высокоплавких глицеридов (осенне-зимний период года). Для обеспечения необходимой степени созревания сливок используются следующие режимы (таблице 12).

Таблица 12 - Режимы созревания сливок

Различают длительную и ускоренную низкотемпературную подготовку сливок к сбиванию.

При этом режимы созревания могут быть одно- и многоступенчатыми. Под ступенью понимают длительную выдержку сливок при постоянной или переменной температуре. В промышленности преимущественно используют длительную подготовку сливок и одноступенчатые режимы физического созревания.

Одноступенчатые режимы физического созревания часто не обеспечивают достаточной степени отвердевания жира и оптимального соотношения низкоплавких и высокоплавких групп глицеридов, поэтому используют многоступенчатые режимы низкотемпературной подготовки сливок. Так, в весенне-летний период сливки после пастеризации охлаждают до 13 – 15 °С и выдерживают при этой температуре 3 ч, затем сливки охлаждают до 4 – 6 °С и выдерживают 3 ч, после чего сливки подогревают до 7 – 15 °С и направляют на сбивание. В осенне-зимний период сливки после пастеризации охлаждают до 5 – 7°С и выдерживают при этой температуре 2 – 3 ч, затем сливки подогревают до 13 – 15 °С и выдерживают 4 ч, потом сливки охлаждают до 8 – 16 °С и направляют на сбивание.

Летние многоступенчатые режимы способствуют упрочению структуры масла и повышению его термоустойчивости, а зимние ступенчатые режимы – снижению механической прочности масла при сохранении высокой термоустойчивости.

При выборе режимов низкотемпературной подготовки сливок учитывают содержание плазмы в масле. При выработке сливочного масла с высоким содержанием плазмы в нем (выше 20 %) повышают температуру и увеличивают длительность выдержки сливок во время физического созревания, чтобы повысить способность масла удерживать влагу во время механической обработки.

Устанавливая режим физического созревания, учитывают повышение температуры (на 1–2 °С) сливок в результате выделения скрытой теплоты кристаллизации. Правильно выбранный режим низкотемпературной подготовки сливок улучшает использование жира из-за снижения жирности пахты. Нарушение установленных режимов ведет к повышенному отходу жира в пахту и ухудшению консистенции масла. Режимы созревания сливок при выработке масла на маслоизготовителях периодического и непрерывного действия одинаковы.

Основой ускоренной подготовки сливок является интенсификация механического и температурного воздействия на сливки. Ускоренная подготовка сливок осуществляется двумя способами: механическим воздействием на охлажденные сливки в сливкообработниках или без механического воздействия – путем быстрого охлаждения сливок в распыленном состоянии в среде азота.

В сливкообработнике конструкции ЛТИХПа сливки перемешиваются мешалкой, а в сливкообработнике конструкции Литовского филиала ВНИИМСа – диском. Окружная скорость вращения мешалки должна быть 2, 3–4, 5 м/с. Сливки перемешивают при температуре 3–6 °С в течение 2–5 мин. После механического воздействия в сливкообработнике сливки выдерживают при 3–5º С (первая выдержка) в весенне-летнее время в течение 1, 5–2 ч, а в осенне-зимнее – 45–50 мин. Затем сливки нагревают в потоке до температуры сбивания (8–12°С) и выдерживают 20–30 мин (вторая выдержка), после чего их подают в маслоизготовитель непрерывного действия на сбивание.

Ускоренная низкотемпературная подготовка сливок в две стадии с применением жидкого азота предложена ВНИИМСом: на первой стадия сливки после пастеризации охлаждают до 18–20 °С в теплообменниках, а на второй стадии в распыленном состоянии доохлаждают в специальном аппарате в атмосфере паров жидкого азота до 2–4°С. Охлажденные сливки поступают в емкость, где их перемешивают в течение 6 мин, затем подогревают до температуры сбивания, выдерживают в течение 20–30 мин и подают в маслоизготовитель.

Ускоренную подготовку сливок к сбиванию целесообразно использовать при выработке масла на маслоизготовителях непрерывного действия.