КИСЛОМОЛОЧНЫЕ И ПАСТООБРАЗНЫЕ ПРОДУКТЫ

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МОЛОЧНОГО ЖИРА[1]

Химический состав. Расплав молочного жира в жировых ша­риках состоит из множества различающихся по химическому составу и структуре смешанных триглицеридов. Физические свойства каждого зависят от входящих остатков жирных кислот И их месторасположения в молекуле. Радикалы насыщенных кислот преимущественно располагаются в крайних положениях (1 и 3), ненасыщенных — в среднем (2); низкомолекулярные обычно сочетаются в триглицериде с двумя высокомолекуляр­ными кислотами. Наличие радикала низкомолекулярной кисло­ты в триглицериде приближает его по свойствам к частично не­насыщенным триглицеридам. Это играет существенную роль в фазовых изменениях молочного жира.

Степень отвердевания жира зависит от соотношения в нем различных по плавкости глице­ридов, которое изменяется по сезонам года и климатическим зонам. Летом содержание жид­ких при комнатной температу­ре фракций составляет пример­но половину жира, зимой их количество уменьшается в 2 ра­за—до 23%, Степень отверде­вания их в 2—5 раз ниже, чем тугоплавких. Поэтому степень отвердевания зимнего молоч­ного жира по сравнению с лет­ним возрастает на 10—18% при 4—10°С и на 10—14% при 12-15 °С (рис. 20).

Химический и фракционный состав молочного жира имеет большие различия по климатическим зонам страны; более лег­коплавкий в районах с холодным и умеренным климатом.

Температура и скорость охлаждения. Отвердевание глицери­дов из расплава жира происходит последовательно, в соответст­вии с их растворимостью в более легкоплавких глицеридах и пересыщением: вначале выкристаллизовываются тугоплавкие, а затем средне - и легкоплавкие. Сложность и разнообразие гли­церидного состава молочного жира, значительная длина цепей глицеридов и быстро увеличивающаяся с понижением темпера­туры вязкость расплава обусловливают склонность его к фрак­ционной или групповой кристаллизации. Группы глицеридов во всех случаях образуют смешанные кристаллы, состоящие из родственных по химической природе и физическим свойствам глицеридов. Чем медленнее охлаждение, тем больше условий для фракционной кристаллизации узких групп родственных по химической природе глицеридов, тем большее количество в твердой фазе жира групп смешанных кристаллов. При очень медленном охлаждении (0,05 °С) в минуту до 0°С отмечено 6— 7 групп смешанных кристаллов с температурами плавления от —10 °С до +53 °С. Поэтому при медленном снижении темпера­туры один и тот же молочный жир имеет несколько точек от­вердевания, наиболее выражены при: 20—23°С, 11 —14, 4—6, 3 - г -—'5 °С.

Рис. 20. Степень отвердевания глице­ридов летнего (штриховые кривые) и зимнего (непрерывные кривые) молоч­ного жира в зависимости от темпера­туры и продолжительности охлаж­дения

При медленном охлаждении в условиях недостаточного пере­охлаждения возникает мало центров кристаллизации и образу­ются крупные кристаллы жира. Это приводит к получению мас­ла более легкоплавкого, менее термоустойчивого, так как рас­
плавление такого жира также пройдет фракционно. Незначи­тельные повышения и колебания температуры будут вызывать расплавление той или иной группы глицеридов. Масло будет выделять жидкий жир и растекаться.

При быстром и глубоком охлаждении достигается наиболь­шая степень переохлаждения системы, создаются оптимальные условия для быстрого образования многочисленных центров кристаллов из широкой группы глицеридов. Уменьшается число групп отвердевших глицеридов. Чем выше скорость охлажде­ния, тем ниже будет температура плавления высокоплавких групп и выше — легкоплавких, так как в последние будет вклю­чено большее количество высокоплавких глицеридов,

С увеличением числа центров кристаллизации уменьшаются размеры кристаллов, повышается степень отвердевания, быст­рее устанавливается равновесное состояние. Мелкие смешанные кристаллы с развитой адсорбционной поверхностью больше смачиваются и удерживают жидкий жир, способствуют форми­рованию пластичной консистенции и повышенной термоустойчи­вости масла. Температура от 0 до 6 °С наиболее оптимальна для образования центров кристаллизации. При 8 °С интенсивность их возникновения заметно снижается, и особенно резко это про­исходит с 12 °С. Так, за первые 5 мин охлаждения перемешива­емых сливок средней жирности при 0—6 °С отвердевает 30— 40% жира, при 8°С — 23, при 12°С —16%. Этим объясняет­ся тот факт, что температура физического созревания сливок выше 13°С не обеспечивает нужной степени отвердевания жира и считается «критической». В то же время с 10—12°С повыша­ется скорость линейного роста кристаллов, достигающая макси­мума при 15—20 °С.

Каждой температуре физического созревания сливок соот­ветствует максимально возможная степень отвердевания глице­ридов жира. Так, при 2—4°С отвердевает 50—60%, при 8°С — 33—37, при 13 °С — 23, при 20 °С —11, при 23 °С — 7% (рис. 21). После достижения максимальной степени отвер­девания наступает равновесие между жидким и твердым жй - - ром: при 2—8 °С через 1,5—3 ч, при 12—25 °С через 2,5—5 ч, но качественные изменения в кристаллических структурах протека­ют несколько суток.

Предварительное охлаждение до 2—6 °С, используемое при ступенчатых режимах («Альнарпских») физического созревания, сливок, способствует повышению степени отвердевания жира на 7—12% при температурах последующего термостатирования, равных 13—21 °С. Чем ниже температура предварительного ох­лаждения и длительнее выдержка, тем выше степень отвердева­ния и быстрее достигается состояние равновесия.

О 20 W ВО 80 100 120 мин

Рис. 21. Динамика отвердевания жи­ровой фазы сливок 35°/о-ной жирно­сти при перемешивании (непрерывные кривые) и без перемешивания (штри­ховые кривые)

О 25 50 75 100 125 150 т

Рис. 22. Зависимость содержания твердых глицеридов в зимием молоч­ном жире от продолжительности ох­лаждения при различных температу­рах;

/, II, III ~ зоны кристаллизации глицери­дов

Отвердевание жира во времени протекает скачкообразно (рис. 22). Наиболее интенсивно оно проходит в момент массо­вого образования центров кристаллизации, когда отвердевает до 50% способного отвердеть при данной температуре жира. Продолжительность массовой кристаллизации глицеридов при температуре 4—15 °С составляет 10—20 мин. Затем темп отвер­девания резко снижается, отвердевает лишь 0,4—1,7% жира вследствие высокой вязкости системы и уменьшения степени пересыщения расплава. Происходит линейный рост кристаллов, возможно возникновение зародышевых кристаллов легкоплавких глицеридов. В течение следующих 40—50 мин дополнительно отвердевает еще 6—12% жира. Завершается этот процесс уста­новлением равновесия системы. Одновременно протекают поли­морфные превращения, дифференциация глицеридов между фа­зами, рост крупных кристаллов за счет растворения мелких.

При охлаждении и созревании сливок в молочном жире об­разуется одновременно в основном две группы смешанных кри­сталлов: легкоплавкая (ЛГ)—с температурой плавления от 15 до 25 °С — и высокоплавкая (ВГ) — с температурой плавле­ния от 27 до 36 °Ст С повышением в жире содержания высоко­плавких глицеридов увеличивается температура максимума плавления ВГ, а с повышением легкоплавких глицеридов этот максимум для ЛГ понижается.

Глубина и скорость охлаждения, дальнейший режим терм о - статирования определяют количественное соотношение этих групп в твердой фазе жира,' максимум и диапазон температур их плавления, выкристаллизовывание других количественно меньших групп, а вместе с этим и консистенцию масла. С уве­личением глубины и скорости охлаждения понижаются темпе­ратуры и расширяется диапазон плавления двух основных групп, так как в состав легкоплавкой группы вовлекается боль­ше низкоплавких глицеридов, а в состав высокоплавкой — сред - неплавких глицеридов. При этом содержание ВГ в твердой фа­зе жира относительно уменьшается, а вместе с тем и твердого жира с температурой плавления выше 20°С, и наоборот, уве­личивается с температурой плавления в интервале 0—18 °С, вследствие этого термоустойчивость масла снижается. С пони­жением скорости и повышением конечной температуры - охлаж­дения увеличивается доля отвердевшего жира с повышенными температурами плавления 20—32 °С, что способствует повыше­нию термоустойчивости масла. Длительное термостатирование сливок при температурах, близких к 0 °С, не влияет на степень отвердевания ВГ и способствует повышению содержания твер­дого жира в низкотемпературной зоне плавления (ЛГ).

Направленно оперируя ступенчатыми термическими режима­ми термомеханической подготовки сливок и скоростью охлажде­ния или нагрева, можно регулировать долю участия каждой группы смешанных кристаллов в образовании твердой фазы жира. Чем больше в ней содержится высокоплавких групп, тем выше температура плавления легко - и среднеплавких групп, а следовательно, и термоустойчивость масла. Эти закономерности используют при определении оптимальных ступенчатых режи­мов физического созревания сливок для регулирования консис­тенции «летнего» и «зимнего» масла и в случаях применения дифференцированных режимов обработки высокожирных сли­вок в маслообразователях.

В процессе термостатирования основные группы смешанных кристаллов частично дифференцируются в зависимости от дли­ны углеводородных цепей и химической родственности глицери­дов: выделяются отдельные, более легкоплавкие и высокоплав­кие группы самостоятельных смешанных кристаллов. При этом "диапазон плавления высокоплавких групп снижается и несколь­ко повышаются максимумы их плавления. В основном это пов­торяется и для среднеплавких групп смешанных кристаллов. Для легкоплавких групп, напротив, значения максимальных температур плавления снижаются в результате уменьшения в их составе средне - и высокоплавких глицеридов, захваченных при быстром увеличении вязкости охлажденного расплава.

Процессы перераспределения, дифференциации глицеридов по химической природе и величине углеводородных чисел более интенсивно протекают в системах, предварительно прошедших быстрое и глубокое охлаждение. Их скорость находится в пря

Мой зависимости от температуры: чем выше температура вы­держки, тем ниже структурно-механическая вязкость и тем бы­стрее и полнее проходят процессы дифференциации. Наиболее выраженно это проявляется при скачкообразных колебаниях температуры термостатирования. Перераспределение глицери­дов происходит между твердой и жидкой фазами жира, а так­же в слоях кристаллов, в связи с чем изменяются состав отвер­девших групп глицеридов, размеры и качественный состав крис­таллов, свойства системы в целом.

Процесс дифференциации особенно выражен при длительном физическом созревании сливок.

Применение различных режимов физического созревания и сбивания сливок в основном направлено на регулирование ко­личественных и качественных характеристик легкоплавких групп глицеридов и соотношение ЛГ : ВГ, которое при хорошей консистенции масла должно составлять 2:1; при повышенном содержании ЛГ масло становится излишне мягким, при умень­шенном — излишне твердым. Количественные и качественные характеристики ВГ больше зависят от химического состава жи­ра, чем от режимов обработки.

Дифференциация глицеридов может происходить также при хранении масла. Это приводит к образованию вторичной струк­туры масла, увеличению его термоустойчивости и твердости. Поскольку процесс образования вторичной структуры масла ре­гулированию не поддается, желательно создать условия, кото­рые исключали бы протекание фазовых превращений. Хранить масло лучше при температурах выработки или при очень низ­ких отрицательных температурах, когда дифференциация и пе­рераспределение триглицеридов в отвердевшем жире в очень вязкой среде протекают чрезвычайно медленно.

С увеличением в молочном жире свободных жирных кислот при липолизе возрастает скорость кристаллизации глицеридов молочного жира.

Жирность сливок и дисперсность жировой фазы. С повыше­нием жирности сливок скорость кристаллизации и степень от­вердевания жира уменьшаются, особенно при низких темпера­турах. Это обусловлено быстрым повышением вязкости систе­мы, а также меньшей тепло - и термопроводностью более жир­ных сливок, по сравнению с менее жирными. В таких сливках образуется меньше центров кристаллизации, усиливается фрак­ционность отвердевания. При температуре 4 °С разница в сте­пени отвердевания между сливками средней (35%-ной) и высо­кой (60%-ной) жирности составляет 20%,при 8—10°С—13—17, при 15 °С —4% (рис. 23). С повышением жирности в сливках, жирность которых выше 55%,, степень отвердевания жира резко уменьшается.

С понижением дисперсности жировой фазы сливок ускоря­ется ее охлаждение, отвердева­ние жира в ней проходит быст­рее и полнее. В гомогенизиро­ванных сливках без перемеши­вания процессы отвердевания интенсивнее проходят в жиро­вых шариках и степень отвер­девания будет на 4—-6% выше, чем в негомогенизированных. При перемешивании и охлаж­дении в гомогенизированных сливках образуются многочис­ленные кучки (флокуляты) жи­ровых шариков больших раз­меров, процесс охлаждения ко­торых замедляется. Поэтому степень отвердевания в них уменьшается по сравнению с негомогенизированными сливка­ми на 6—9%.

С повышением жирности сливок влияние степени дисперсно­сти жировой фазы на фазовые превращения глицеридов усили­вается.

Перемешивание. Перемешивание сливок в процессе их ох­лаждения и физического созревания интенсифицирует теплооб­мен, сокращается время нахождения жира в переохлажденном состоянии, ускоряется охлаждение жировых шариков, возраста­ет количество центров кристаллизации, ускоряется диффузия триглицеридов к зародышу. Вследствие этого все процессы фа­зовых превращений в жировой фазе сливок протекают интен­сивнее и полнее. Перемешивание способствует совмещению зо­ны массовой кристаллизации глицеридов.

Впервые В. Н. Сирик и М. М. Казанский обратили внимание на фактор перемешивания и установили, что перемешивание охлажденных до 2—8 °С сливок в течение 3—5 мин равноценно длительному их созреванию при этой же температуре в течение 16—18 ч.

Перемешивание ускоряет процесс охлаждения сливок в 3 ра - , за, степень отвердевания повышается на 6—10%. Чем ниже температура охлаждения, тем в большей степени перемешива­ние способствует повышению степени отвердевания и раньше устанавливается равновесие между жидким и отвердевшим жи­ром (табл. 24).

Рис. 23. Влияние жирности сливок и температуры охлаждения на степень отвердевания жировой фазы для сли­вок 35% - ной жирности (непрерывные кривые) и для сливок 60%-ной жир­ности (штриховые кривые)

Особенно эффективно. перемешивание в период образования зародышевых кристаллов, когда возникает массовая кристалли-

24. Содержание твердых глицеридов в молочном жире (в %) в зависимости от выдержки и наличия перемешивания

С перемешиванием

33,0 4 , 8 48,7 44,6 45,5 4?,7 50,3 62,3

58,5 4 16 34,8 35,3 38,1 40,7 43,2 50,9

31,5 8 4 33,0 35,6 37,4 41,3 47,0 51,8

57,0 8 15 12,6 19,7 21,9 24,5 26,4 32,7

Без перемешивания

TOC \o "1-3" \h \z 33,5 4 20 36,4 39,4 41,6 44,3 47,3 54,2

63,0 4 40 7,0 18,6. 27,4 28,6 29,0 37,2

33,0 8 15 27,8 28,2 31,0 33,6 36,0 45,9

56,0 8 30 i2,6 19,9 23,3 25,4 26,6 34,8

Зация глицеридов: в среднем скорость отвердевания увеличива­ется в 2 раза, а отвердевание длится 10—16 мин. Содержание твердого жира в конце периода увеличивается в сливках сред­ней жирности при 4—8 °С на 10—25%. Оптимальная степень от­вердевания жира в сливках (30—35%) для получения масла хорошей консистенции достигается при этом в течение 4—10 мин.

При перемешивании охлажденных до 4—8 °С гомогенизиро­ванных сливок в течение первых 5—10 мин процесс отвердева­ния жира происходит интенсивнее, чем в отсутствие перемеши­вания. Однако в дальнейшем ввиду значительного повышения вязкости и плохой теплопроводности гомогенизированных сли­вок, темп отвердевания жира снижается. И лишь при темпера­туре 15 °С, когда влияние вязкости сливок на процесс отверде­вания жира ослабевает, перемешивание гомогенизированных сливок интенсифицирует отвердевание жира.

С повышением жирности сливок влияние фактора дисперс­ности жировой фазы и вязкости сливок будет усиливаться.

Перемешивать охлажденные сливки повышенной жирности (свыше 55%) нецелесообразно, так как вследствие быстрого увеличения вязкости и пониженной теплопроводности такие сливки охлаждаются медленно, особенно до низких температур. При этом значительно (на 13—20%) понижается степень отвер­девания жира. Для сливок жирностью выше 60% даже при пе­ремешивании невозможно достигнуть оптимальной для консис­тенции масла степени отвердевания жира за период поточного маслообразования. Чтобы повысить степень отвердевания жира в высокожирных сливках, процесс охлаждения необходимо раз­делить введением выдержки и проводить дифференцированно. Это положение легло в основу усовершенствования маслообра - зователя с выделением выдержки кристаллизата высокожирных сливок.

Распыление высокожирных сливок в вакуум-камере позволя­ет достигнуть высокой степени отвердевания их жировой фазы.