Сбивание сливок. Сущность сбивания сливок заключается в разрушении оболочек и агрегации (слипании) жировых шариков, заканчивающейся образованием масляного зерна.

В настоящее время нет единой теории, которая давала бы исчерпывающие ответы на вопросы механики и сущности маслообразования. Существующие теории маслообразования можно разделить на три группы:

- гидродинамические;

- коллоидно-химические;

- физико-химические.

Г. Кук, Р. Асейкин и А. Грищенко главным фактором в образовании масла считают вихревые движения сливок при сбивании. На оси «вихревых шнуров» возникает разрежение и концентрируются жировые шарики. В результате сильного механического сжатия шарики теряют белково-липоидные оболочки и формируются исходные зерна масла.

По кавитационной теории В. Суркова при значительной скорости движения бил в маслоизготовителях периодического и непрерывного действия возникает отрицательное давление, жидкость разрывается, образуя полости. В полости под большим давлением врываются газовая фаза и поток жидкости со скоростью до 500 м/с. Движущаяся жидкость сжимает газ, температура среды повышается, оболочки жировых шариков разрушаются, а шарики объединяются в масляные зерна. Последующими работами В.Д. Суркова совместно с В.М. Карнаухом с использованием стробоскопии и скоростной киносъемки было подтверждено «разрывное течение» сливок в маслоизготовителях непрерывного действия.

По теории Я. Зайковского, основная роль в образовании масла принадлежит адсорбционным оболочечным слоям жировых шариков. Оболочка способствует образованию кучек из жировых шариков при накоплении их в пене, стенки которой обладают такими же свойствами, как и оболочки. В кучках жировые шарики еще сохраняют индивидуальность, еще не сливаются в сплошную массу жира. Затем под влиянием механических ударов студнеобразная оболочка частично разрушается, жир вступает в непосредственное соприкосновение и образуются комочки (зерна) масла.

По М. Казанскому, в стадии созревания сливок часть жира переходит в твердое состояние, и снижается электрозарядность оболочки жировых шариков. Связь между жиром и белково-липоидной оболочкой ослабляется, оболочка становится тоньше, уменьшается ее прочность, она частично разрушается. Жировые шарики, на которых сохранилась оболочка, в образовании масла не участвуют и переходят в пахту. В конгломераты могут сливаться только те жировые шарики, в которых сохранилась часть жира в жидком некристаллизованном виде. Следовательно, масляное зерно образуется в результате цементирования жировых агрегатов жидким неотвердевшим жиром.

По Кингу, при перемешивании сливок значительно увеличивается поверхность раздела воздух–плазма. Когда в контакт с этой поверхностью приходит жировой шарик, то часть оболочки распространяется по ней вместе с частью жидкого жира. Слой жидкого жира остается соединенным с жировым шариком, который сохраняет также часть оболочки. Жидкий жир способствует объединению жировых шариков в комки.

Другая часть растекшегося жира образует на поверхности воздушного пузырька слой толщиной в несколько молекул, усеянный островками микроскопически видимого жира (жировыми пятнами). Такой слой жира на пузырьке действует как пеногаситель, вызывая разрушение пены. Слой жира на поверхности пузырька при этом диспергируется в плазме, образуя частицы размером менее 0, 2 мкм, тогда как жировые шарики, скопившиеся у поверхности пузырька, с силой ударяются о комки. При повторном образовании и разрушении пузырьков воздуха комки объединяются в зерна масла.

Согласно флотационной теории А.П. Белоусова сбивание сливок можно разделить на три стадии: первая – образование воздушных пузырьков, вторая – разрушение дисперсии воздушных пузырьков и третья – формирование масляного зерна.

На первой стадии в результате интенсивного перемешивания сливок образуется дисперсия воздушных пузырьков, которые в поверхностном слое сливок, граничащем с воздухом, разрушаются. Кроме того, появляясь в поверхностном слое сливок, пузырьки воздуха вовлекаются потоками сливок внутрь их объема до тех пор, пока не происходит их разрушение. Следовательно, на первой стадии сбивания сливок параллельно происходит образование и разрушение воздушных пузырьков, при этом процесс образования воздушных пузырьков преобладает над их разрушением. В этих условиях образуется структурированная подвижная пена, которая содержит в 1 дм³ сливок от6 до 7·10⁹ воздушных пузырьков. На первой стадии завершается процесс включения новых объемов воздуха в сбиваемые сливки.

На второй стадии происходит быстрое уменьшение количества невспененных сливок, что резко снижает скорость образования воздушных пузырьков в сливках. При этом из сливок удаляется больше воздуха, чем включается, что приводит к уменьшению воздушной дисперсии. Заканчивается вторая стадия разрушением агрегатной пены и образованием комочков жира из слипшихся жировых шариков. Степень агрегации жировых шариков к моменту разрушения пены составляет от 78 до 80 %.

Процессы агрегации жировых шариков и образования масляного зерна при сбивании сливок в маслоизготовителях периодического и непрерывного действия принципиально не различаются между собой. Однако процесс образования масляного зерна в маслоизготовителях непрерывного действия имеет некоторые особенности.

При сбивании сливок в маслоизготовителе непрерывного действия скорость процесса агрегации жировых шариков в 1000 раз больше, чем при сбивании сливок в маслоизготовителях периодического действия в результате интенсивного образования новых поверхностей раздела воздух–плазма.

В маслоизготовителе непрерывного действия в свободной поверхности сливок с большой скоростью разрушаются воздушные пузырьки, в то время как при сбивании в маслоизготовителе периодического действия вероятность разрушения воздушных пузырьков в свободной поверхности сливок в течение длительного времени относительно невелика.

Агрегация жировых шариков в объеме в результате их столкновений, а также при участии жидкого молочного жира приобретает более важное значение при сбивании сливок в маслоизготовителе периодического действия, чем в маслоизготовителе непрерывного действия.

Факторы, влияющие на сбивание сливок. Сбивание сливок в масло является сложным процессом и зависит от многих факторов, из которых следует выделить следующие: частота вращения рабочего органа маслоизготовителя, начальная температура сбивания сливок, жирность сливок и др.

При сбивании сливок в маслоизготовителях периодического действия важное значение имеют такие факторы, как степень заполнения маслоизготовителя сливками, частота вращения маслоизготовителя, начальная температура сбивания сливок.

Степень заполнения маслоизготовителя сливками влияет на продолжительность сбивания сливок. Оптимальной считается степень заполнения маслоизготовителя 40–50 %. При степени заполнения маслоизготовителя более 50% нарушается нормальный процесс сбивания сливок, что приводит к повышению содержания жира в пахте. Процесс сбивания тормозится из-за уменьшения пограничной поверхности воздух–сливки. Минимальная степень заполнения маслоизготовителя составляет 25% от общего объема. При степени заполнения маслоизготовителя менее 25% центробежная сила прижимает сливки к стенке маслоизготовителя тонким слоем. Прекращается перемешивание сливок, и в результате сбивания сливок не происходит.

Частоту вращения рабочей емкости маслоизготовителя выбирают с таким расчетом, чтобы центробежное ускорение, возникающее при его вращении, было меньше земного ускорения. В этом случае при подъеме и падении сливок создаются условия для образования масляного зерна: возникает градиент скорости в потоке сливок и происходит диспергирование воздуха. Частоту вращения рабочей емкости маслоизготовителя можно определить по формуле А.Д. Грищенко

где n – частота вращения рабочей емкости маслоизготовителя, с^-1;

R – радиус рабочей емкости маслоизготовителя, м.

Начальная температура сбивания сливок выбирается с таким расчетом, чтобы независимо от формы рабочей емкости маслоизготовителя продолжительность сбивания составляла 50–60 мин. Сокращение продолжительности сбивания приводит к ухудшению качества масляного зерна и значительному отходу жира с пахтой. При увеличении продолжительности сбивания масляное зерно получается слишком твердое, упругое, оно плохо обрабатывается, а полученное масло может иметь грубую, засаленную консистенцию.

Температуру сбивания сливок устанавливают с учетом химического состава жира, зависящего от времени года, жирности сливок, степени отвердевания жира.

В весенне-летний период года при повышенном содержании ненасыщенных жирных кислот в молочном жире сливки сбивают при 7—15 °С. В осенне-зимний период года, когда молочный жир состоит главным образом из высокоплавких глицеридов, содержащих насыщенные жирные кислоты, температуру сбивания сливок повышают на 1–1, 5 º С.

С повышением содержания жира в сливках температуру сбивания понижают, чтобы избежать излишне быстрого образования масляного зерна и тем самым предотвратить увеличение содержания жира в пахте и обеспечить благоприятные условия для формирования масляного зерна во время его обработки. Для весенне-летнего периода года температуру сбивания сливок t_сб в зависимости от массовой доли жира в сливках Ж _сл можно ориентировочно определить по следующему уравнению:

t_сб = 0, 55 · ( 54, 7 – Ж_сл).

Температура сбивания сливок зависит от степени отвердевания жира. Если степень отвердевания жира ниже 30–35 %, а также после ускоренной подготовки сливок к сбиванию температуру сбивания понижают на 1– 2 °С, чтобы избежать повышения содержания жира в пахте и получения масла с недостаточно твердой консистенцией. Если степень отвердевания жира выше 35 %, то увеличивается продолжительность сбивания сливок. Масляное зерно получается излишне твердым, понижается его влагоудерживающая способность. В этом случае повышают температуру сбивания сливок на 1–2 °С, чтобы расплавить часть отвердевшего жира и таким образом избежать замедления сбивания сливок и получения излишне твердого масляного зерна.

Во время сбивания температура сливок повышается вследствие превращения механической энергии в тепловую. Изменение температуры сливок обусловлено также теплообменом между сливками и окружающим воздухом помещения, между сливками и охлаждающей водой, орошающей маслоизготовитель периодического действия или циркулирующей в рубашке сбивателя маслоизготовителя непрерывного действия, куда она подается для регулирования температуры сбивания сливок.

О правильности выбора температуры сбивания можно судить по консистенции и размерам масляного зерна, по массовой доле жира в пахте, по повышению температуры сбиваемых сливок. При правильно выбранной температуре сбивания масляное зерно получается упругой консистенции размером 2–5 мм. Массовая доля жира в пахте должна быть минимальной. Если температура сбивания выбрана правильно, повышение температуры сбиваемых сливок не должно превышать 2–3 °С.

При сбивании сливок в маслоизготовителях непрерывного действия важное значение имеют такие факторы, как частота вращения мешалки сбивателя и температура сбивания сливок.

Частоту вращения мешалки сбивателя устанавливают опытным путем в зависимости от времени года. В зимнее время, когда в молочном жире увеличивается содержание высокоплавких глицеридов, повышают частоту вращения мешалки сбивателя в целях ускорения агрегации жировых шариков.

Для каждого типа маслоизготовителя устанавливают соответствующую частоту вращения мешалки сбивателя, а также производительность. С увеличением частоты вращения мешалки продолжительность сбивания сливок уменьшается, производительность маслоизготовителя увеличивается и наоборот.

Температура сбивания сливок в маслоизготовителях непрерывного действия устанавливается так, чтобы получить достаточно упругое масляное зерно и по возможности низкую жирность пахты. Температуру сбивания устанавливают с учетом тех же факторов, что и для маслоизготовителей периодического действия.

Промывка масляного зерна. Чтобы создать условия, неблагоприятные для развития микроорганизмов в масле, осуществляют промывку масляного зерна, во время которой часть плазмы удаляется вместе с водой, вследствие чего уменьшается содержание питательных веществ и повышается стойкость масла при хранении.

При выработке сливочного масла из сливок первого сорта масляное зерно не промывают водой. В непромытом масляном зерне лучше сохраняются все компоненты плазмы, обладающие антиокислительными свойствами, обусловленными наличием сульфгидрильных групп (—SH), токоферолов (витамин Е), каротина, фосфолипидов и др. Исключение промывки не влияет отрицательно на стойкость масла в том случае, если плазма хорошо диспергирована во время механической обработки. Непромытое сливочное масло имеет более выраженные вкус и запах, и повышенное содержание СОМО. В промытом сливочном масле СОМО от 0, 8 до 1, 0 %, в непромытом от 1, 2 до 1, 6 %.

Масляное зерно промывают в случае использования сливок, обладающих выраженными кормовыми привкусом и запахом, которые концентрируются в плазме (силосный, нечистый и др.). При промывке вместе с плазмой удаляются вещества, обусловливающие жизнедеятельность посторонней микрофлоры, что повышает стойкость масла в процессе хранения.

Промывка позволяет воздействовать на консистенцию масла. Чтобы исправить консистенцию масляного зерна для промывки применяют воду соответствующей температуры. Температура воды должна соответствовать температуре пахты, если консистенция масляного зерна нормальная. При промывке мягкого зерна температуру воды понижают на 1–2 º С. Для промывки грубого, крошливого масляного зерна температура воды должна быть на 1–2 º С выше температуры пахты.

Посолка масла. Посолка придает маслу умеренно соленый вкус и повышает стойкость масла при хранении. Растворяясь в плазме масла, соль повышает осмотическое давление, вследствие чего прекращается развитие микрофлоры в масле. Для прекращения развития всех видов бактерий, плесеней и дрожжей массовая доля соли в масле должна быть не менее 4 %, но масло в этом случае имело бы резко соленый вкус, поэтому стандартом предусмотрена массовая доля соли в масле не более 1, 5 %.

Стойкость соленого масла в процессе хранения зависит от температуры. При низких положительных температурах хранения соленое масло сохраняется лучше несоленого, так как соль тормозит развитие микрофлоры. При отрицательных температурах несоленое масло более стойко в хранении, чем соленое, так как плазма несоленого масла замерзает, а соленого не замерзает и в ней могут происходить химические процессы, может развиваться микрофлора, малочувствительная к соли и низким температурам.

Механическая обработка масла. Механическую обработку применяют для формирования из разрозненных масляных зерен сплошного пласта масла, регулирования содержания влаги в соответствии с требованиями стандарта, равномерного распределения и диспергирования влаги и получения масла требуемой структуры и консистенции.

Несоленое масло обрабатывают сразу после промывки, а соленое –после посолки или параллельно с ней.

Процесс механической обработки масла в маслоизготовителях непрерывного и периодического действия можно условно разделить на три стадии (рис.).

На первой стадии происходит постепенное соединение разрозненных масляных зерен в сплошной рыхлый пласт. На этой стадии удаляется влага с поверхности масляных зерен и частично механически связанная влага, находящаяся в микрокапиллярах. По истечении некоторого времени прекращается выпрессовывание влаги из пласта масла. Момент обработки, соответствующий минимальному содержанию влаги в масле, называется критическим, что соответствует массовой доле влаги в масле 11 %. В критический момент влага выделяется и поглощается в одинаковых количествах.

На второй стадии масло способно удерживать влагу, при этом больше врабатывается влаги в масло, чем отжимается из него. На второй стадии наряду с вработкой влаги происходят диспергирование в первую очередь крупных капель влаги и равномерное распределение ее в объеме масла, капсулирование капиллярной влаги и частичное разрушение структуры, которая сформировалась на первой стадии.

На третьей стадии обработки увеличивается содержание влаги в масле и почти полностью прекращается ее отжатие, продолжается диспергирование капель плазмы и равномерное их распределение. Третья стадия заканчивается после прекращения механического воздействия. Структура масла должна быть однородной и пластичной. Одним из показателей завершенности процесса механической обработки является степень дисперсности капель плазмы. В производственных условиях для определения размеров капель и распределения их используют индикаторные бумажки. При отсутствии отпечатков на индикаторной бумажке распределение влаги считается хорошим. При малых размерах капель влаги поверхность масла становится матовой, что также указывает на завершенность механической обработки.

Во время механической обработки регулируют состав масла по содержанию в нем влаги и газовой фазы. Регулирование состава масла осуществляется различными способами в зависимости от типа маслоизготовителя.

Х арактеристика комплексов оборудования. Линия для производства сливочного масла способом сбивания сливок начинается с комплекса оборудования для приемки и хранения молока, в состав которого входят насосы, емкости, приемные ванны и весы.

В состав линии входит комплекс оборудования для подогревания и сепарирования молока, состоящий из пластинчатых пастеризационно-охладительных установок и сепараторов-сливкоотделителей.

Следующим является комплекс оборудования для тепловой обработки сливок и их созревания, в состав которого входят пластинчатые теплообменники и пастеризационно-охладительные установки и емкости для созревания сливок.

Ведущим является комплекс оборудования для сбивания сливок, промывки, посолки и механической обработки масла, представляющий маслоизготовители периодического и непрерывного действия.

Завершающий комплекс оборудования включает машину для фасования масла в короба или автомат для фасования в мелкую тару.

На рисунке. 51 показан один из вариантов машинно-аппаратурной схемы линии производства сливочного масла способом сбивания сливок (традиционным).

Рисунок 51 - Машинно-аппаратурная схема линии производства масла способом сбивания

Устройство и принцип действия линии. Принятое молоко с помощью насосов 1 направляется в емкость 2, подогревается в пластинчатой пастеризационно-охладительной установке 3 и сепарируется в сепараторе-сливкоотделителе 4.

Принятые сливки с сепараторных отделений взвешиваются на весах 6 и через приемную воронку 7 направляются на подогревание в пластинчатый теплообменник 8.

Сливки из сепаратора и сепараторных отделений поступают в емкость 5 для промежуточного хранения, откуда их направляют на пластинчатую пастеризационно-охладительную установку 9 для сливок с дозатором 10. После пастеризации, дезодорации и охлаждения сливки поступают в емкость 11, где они выдерживаются для физического созревания.

Обезжиренное молоко после сепарирования направляется на пастеризацию, а затем на переработку или для возврата сдатчикам.

Сливки после физического созревания винтовым насосом 12 направляют либо в маслоизготовитель периодического действия 13, либо в маслоизготовитель непрерывного действия 16, где осуществляется сбивание сливок, промывка масляного зерна, посолка и обработка масла.

Сливки в маслоизготовитель периодического действия 13 подаются под вакуумом или с помощью насосов и сбиваются до получения масляного зерна размером 3...5 мм. После этого выпускают пахту, промывают масляное зерно и осуществляют посолку масла сухой солью или рассолом.

Затем проводят механическую обработку масла для отделения влаги и образования пласта масла. Для улучшения консистенции и распределения влаги масло обрабатывают в гомогенизаторе-пластификаторе. Готовое масло выгружается в машину 14 для фасовки масла в короба 15.

Основными рабочими органами маслоотделителя непрерывного действия 76 являются сбиватель и маслосборник. Отборник масляного зерна состоит из трех шнековых камер (первая — для обработки масла и отделения пахты в бачок 7 7, вторая — для промывки масляного зерна и отделения воды в бачок 18, третья —- вакуум-камера для вакуумирования масла), блока посолки с дозирующим устройством 19 и блока механической обработки масла.

Содержание влаги в масле регулируется внесением недостающего количества воды дозирующим насосом 20. Готовое масло транспортером 21 направляется на машину 22 для фасования в пачки.