КИСЛОМОЛОЧНЫЕ И ПАСТООБРАЗНЫЕ ПРОДУКТЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СБИВАНИЯ СЛИВОК В МАСЛО

Сбивание сливок в масло представляет собой очень сложный коллоидно-химический и физико-механический процесс, нераз­рывно связанный с поверхностными явлениями.

Весь процесс маслообразования условно можно разбить на три стадии. На первой стадии разрушаются оболочки жировых шариков, ослабленных при физическом созревании сливок. Ша­рики, сохранившие оболочку, преимущественно переходят в пахту, и только небольшая их часть попадает в плазму масла. На второй стадии жировые шарики за счет жидкого жира сли­паются сначала в кучки и комочки, а затем в зерна масла. При этом процессы разрушения оболочек и агрегирования жировых шариков во времени могут проходить в какой-то мере одновре­менно. На третьей стадии отдельные зерна в процессе механи­ческой обработки объединяются в пласт масла.

Сущность происходящих при маслообразовании процессов различные исследователи трактуют по-разному. Расхождения между отдельными теориями обусловлены тем, что механизм этих процессов зависит от многих факторов — метода и условий выработки масла, жирности сливок и степени их физического созревания, способа воздействия (механического, коллоидно-хи­мического, термического), применяемого для получения масла, конструкции аппаратов. В зависимости от того, какие факторы выдвигаются на первое место, каждая теория по-своему истол­ковывает процесс маслообразования и несколько односторонне. До сих пор нет единой теории, которая бы дала исчерпывающие ответы на вопросы механизма и сущности маслообразования, однако каждая вносила определенный вклад в теоретические обоснования этих процессов.

Изучение сущности процессов маслообразования связано с именами А. Поккельс, О. Рана, В. ван Дама, Н. Кинга, Б. Хол - варда, М. М. Казанского, С. Я. Зайковского, А. П. Белоусова, Г. А. Кука, А. Д. Грищенко, В. Д. Суркова, Ю. М. Глаголева и др.

Теория обращения фаз. Известно, что устойчивость эмульсии нарушается, когда дисперсная фаза начинает преобладать над дисперсионной средой. Система стремится принять противопо-. ложное строение, с меньшей поверхностью раздела фаз. В ре­зультате происходит обращение фаз: среда становится фазой, а фаза средой. За счет гидратированиых коллоидов при сбива­нии жировые шарики соединяются в кучки, в, которых концент*

Рация жира доходит до 75, а плазмы до 25%. Протоки плазмы, окружающие жировые шарики, стремятся уменьшить свою по­верхность, стягиваются в капли, затягивая в себя и оболочечное вещество. Жир объединяется в комочки с включенными капля­ми плазмы, т. е, образуется структура м&ла — плазма в жире.

Основной недостаток теории в том, что сливки, прошедшие физическое созревание, рассматриваются как эмульсия, а не эмульгосуспензия. Обращение же фаз возможно лишь в систе­мах с жидкими фазами, Теория не учитывает роли твердой фа-| зы в дисперсии сливок, а также механических воздействий,! ценообразования, технологических режимов. І

Пенная теория О. Рана. Различает три стадии сбивания. На первой — образуется пена, между наружной и внутренней плен­ками пузырьков которой втягиваются жировые шарики, как имеющие оболочку из поверхностно-активных веществ. Жиро­вые шарики, касаясь в пене друг друга, склеиваются за счет белка хоттеина в кучки, сохраняя свою индивидуальность. На второй стадии пена разрушается: плазма сливок постепенно стекает, пенный пузырек обсыхает и теряет свою эластичность. На третьей стадии под действием механических ударов жир собирается в комочки и образуется видимое зерно.

В теории ошибочно оболочки жировых шариков рассматри­ваются фактором объединения жировых шариков, отождеств­ляются по структуре сливки и масло. Процессы образования и разрушения пены идут параллельно, а не на какой-то одной стадии.

Коллоидно-химическая теория М. М. Казанского. При фи­зическом созревании сливок происходит отвердевание части жи­ра в жировых шариках и одновременное снижение отрицатель­ного электрического заряда адсорбционных оболочек жировых шариков. Вследствие этого жировые шарики объединяются в кучки, становятся мутными, деформируются, приобретая угло­ватые формы. Снижаются стабильность и прочность оболочки, часть оболочечного вещества с поверхности жировых шариков переходит в плазму, оболочка становится тоньше. Образование пены в сливках способствует переходу оболочечного вещества в плазму, а затем во вновь образовавшуюся поверхность разде­ла сливки — воздух. Кристаллизация жира вызывает деформа­цию жировых шариков, вследствие чего оболочка подвергается действию напряжений, способных вызвать появление на ней трещин. Жидкий жир просачивается через трещины, вызывая фобизацию и комкование жировых шариков. Жировые шарики, на которых оболочка сохранилась, в образовании масла участия не принимают и переходят в пахту.

Гидродинамическая теория. Положения теории были сфор­мулированы Г. А. Куком и развиты Р. И, Асейкиным. При вра­щении маслоизготовителя в процессе перемешивания сливки пронизываются вальцами, мешалками, билами, в результате чего в них образуются «вихревые шнуры», в которых столбик жидкости вращается вокруг своей оси. Плазма сливок, как бо­лее тяжелая фаза, отбрасывается к периферии вихря, а жиро­вые шарики, плотность которых меньше, приобретают] огромные угловые скорости и устремляются к оси вихря. Длительность жизни «вихревых шнуров» мала. По расчетам Кука, до 80% жировых шариков концентрируются у оси, оболочки их разру­шаются, и они образуют конгломераты — зерна масла.

П. Гордиенко считает, что потоки жидкости движутся в объ­еме сливок параллельно, а жировые шарики по спирали. Обра­зование масляного зерна происходит при (взаимном Столкнове­нии жировых шариков и ударах о стенку агрегата.

А. Д. Грищенко поддерживает гидродинамическую теорию, при этом указывает, что в результате сильного механического сжатия шарики теряют липопротеиновые оболочки. Им установ­лена функциональная зависимость между скоростью процесса агрегации жировых частиц и их количеством в сбиваемых слнвках.

Кавитационная теория В. Д. Суркова. Согласно этой теории потоки сливок в емкости движутся с различной скоростью. При достижении определенной скорости в жидкости происходит раз­рыв и образуются пустоты, что создает новые поверхности раз­дела сливки — воздух, на которых непрерывно концентрируют­ся жировые шарики. Затем происходит «обрушение» полостей потоками жидкости, имеющее характер гидравлического удара. В результате сжатия газов и повышения температуры жировые шарики оплавляются и соединяются оплавленными поверхно­стями, образуя комочки жира.

Теория А. Поккельс. Это одна из первых теорий (1902 г.), основанная на поверхностных явлениях процесса сбивания сливок.

Основная идея теории Поккельс состоит в том, что незащи­щенные жировые шарики соприкасаются в процессе сбивания тс-воздушными пузырьками пены и переходят на поверхность раздела плазма — воздух. Так как в этом случае жировые ша­рики обладают гидрофобностью, то, попав иа пограничную по­верхность, они не могут вернуться обратно в плазму. С умень­шением объема пены, сжатия воздушных пузырьков жировые шарики сближаются друг с другом и посредством жидкого жира объединяются сначала в мелкие конгломераты, а затем в мас­ляные зерна.

Флотационная теория. Ее выдвинули за рубежом В. ван Дам, Б. Холвард, X. Мульдер. В нашей стране флотационную теорию развил А. П. Белоусов. Авторы флотационной теории считали, что агрегация жировых шариков в основном происходит на об - J разующейся при перемешивании сливок и включении в них воз - 1 духа на поверхности раздела сливки — воздух (пенных пузырь-1 ках). 1

А. П. Белоусовым были проведены многочисленные исследо­вания по изучению оболочек жировых шариков и тех изменений, которые претерпевают последние от начала физического созре­вания сливок до образования масляного зериа в маслоизгото - вителях. Было установлено, что жировые шарики сливок, про­шедших физическое созревание (частично, отвердевших), содер­жат в своих адсорбционных оболочках на 12—18% меньше белка, чем те же жировые шарики в жидком состоянии. При отвердевании жировых шариков происходят изменения агрегат­ного состояния адсорбционной поверхности и изменения ее хи­мического состава (замена одних глицеридов другими).

В маслоизготовителях в процессе непрерывного перемешива­ния в сливки врабатывается воздух, который в виде мелких пузырьков распределяется по всему объему. Поскольку сливки содержат белки, обладающие свойствами поверхностно-актив­ных веществ, на воздушных пузырьках образуется адсорбцион­ная оболочка, препятствующая их быстрому разрушению. В первые 5—10 мин сбивания в сливки врабатывается воздух на 90% их объема и поверхность воздушных пузырьков в 1 л смеси достигает 80 м2.

Липопротеиновые комплексы жировых шариков обладают более высокой поверхностной активностью, чем пограничные поверхности плазма — жир, сливки — воздух. Поэтому при со­прикосновении жирового шарика с воздушным пузырьком пены наиболее активные компоненты оболочки жировых шариков пе­реходят на поверхность пенного пузырька, вытесняя из нее бел­ки плазмы. При этом жировой шарик втягивается (флотирует­ся) в пенный пузырек. Так пенный пузырек флотирует и кон­центрирует жировые шарики в своей поверхности. Часть жиро­вого шарика, оказавшаяся внутри пузырька, теряет свою обо­лочку, и жир соприкасается с газом. Другая часть жирового шарика, находящаяся над поверхностью пузырька пены, свою оболочку сохраняет.

При соприкосновении друг с другом жировые шарики объе­диняются (слипаются) в поверхностные агрегаты в виде плас­тины с помощью жидкого жира, выделившегося через трещины в оболочке. При перемешивании пенный пузырек разрушается под тяжестью флотированных жировых шариков. Поверхност­ные агрегаты, попадая в плазму, свертываются таким образом, что гидрофобная «оголенная» поверхность оказывается внутри нового объемного образования. Новые образования вновь втяги­ваются пузырьком пены, часть их оболочки переходит в пенный пузырек, а они объединяются при соприкосновении друг с дру­гом, образуя вторичный конгломерат.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока не образуется ма­сляное зерио (напоминающее по размерам зерно мака). Достиг­нув определенного размера, конгломераты перестают стабилизи­ровать пеиу, и оиа быстро разрушается.

Данная теория с учетом исследований других авторов по из­менению жировой дисперсии при подготовке сливок к сбиванию, процессов агрегации жировых шариков, новых теорий поверхно­стных явлений и устойчивости дисперсии системы уточнена и конкретизирована в ряде положений А. П. Белоусовым. Но од­нако ее применяют в основном к получению масла в маслоизго- товителях периодического действия. Все процессы в теории рас­смотрены в некоторой степени схематично и несколько односто­ронне, упускаются механические факторы. Теория не объясня­ет, почему конгломераты, попавшие из лопнушего пениого пу­зырька в плазму, вновь ие покрываются защитными оболоч­ками.