Масложировая промышленность

Формирование структуры и консистенции сливочного масла

Формирование структуры и консистенции сливочного масла начинается при физическом созревании сливок и заканчивается во время механической обработки.

Под структурой сливочного масла понимают пространственное расположение и взаимосвязь между отдельными компонентами. Структура сливочного масла в основном определяет его консистенцию, которая формируется одновременно со структурой.

Наличие структуры придает маслу механические свойства, используемые для характеристики состояния структуры. Различают общую физическую структуру масла и дисперсную структуру молочного жира масла (по данным А.П. Белоусова).

Основой формирования дисперсной структуры молочного жира масла являются глобулы, представляющие собой глицеридные ядра жировых шариков сливок, а также кристаллические агрегаты неправильной формы. Глобулы жира масла аналогичны глицеридным ядрам жировых шариков сливок, обладают перфорированным кристаллическим слоем различной толщины (до 0,5 мкм).

Кристаллические элементы распределены в жидком жире, являющемся непрерывной средой, и образуют пространственную кристаллическую структуру (сетку, каркас). Процесс структурообразования в молочном жире, содержащем кристаллы глицеридов (жировая дисперсия), заключается в возникновении различных видов связи между контактирующими кристаллическими частицами. При этом образуются два типа структур: коагуляционная и кристаллизационная. От соотношения этих структур в масле зависят вязкость, пластичность, хрупкость, твердость и другие свойства масла.

Кристаллизационная структура характеризуется истинными фазовыми контактами между твердыми частицами.

Прочность истинных фазовых контактов превышает 1 мкм. Основными признаками этих структур являются: высокая прочность фазовых контактов и отсутствие тиксотропных свойств; ярко выраженная упругость; весьма малая пластичность и большая хрупкость из-за жесткости контактов; наличие внутренних упругих напряжений, возникающих во время образования фазовых контактов; отсутствие остаточной деформации (ползучести).

Признаками кристаллизационной структуры в масле являются: упругая эластичность, избыточная твердость, хрупкость и ломкость.

Кристаллизационная структура образуется в результате сращивания друг с другом кристаллов глицеридов или их зародышей при непосредственном соприкосновении друг с другом. Такая структура возникает в отсутствии перемешивания и необратимо разрушается при механическом воздействии. Она может быть превращена в коагуляционную структуру. Кристаллизационная структура образуется в жировых шариках при низкотемпературной подготовке сливок к сбиванию, преимущественно из высокоплавких глицеридов.

Коагуляционная структура образуется в результате броуновского соударения частиц за счет вандерваальсовских сил сцепления, когда между ними остается весьма тонкая прослойка жидкой дисперсной среды (свободный жидкий жир), толщина которой соответствует минимальному количеству свободной энергии системы.

Коагуляционная структура характеризуется низкой механической прочностью. Она обладает способностью к самопроизвольному восстановлению в покое после механического воздействия.

Признаками коагуляционной структуры в масле являются выраженные пластические свойства.

В настоящее время считается, что сливочное масло должно иметь структуру смешанного типа – кристаллизационно-коагуляционную с преобладанием коагуляционной.

Специфическая особенность формирования структуры сливочного масла заключается в том, что во время ее формирования в процессе механической обработки непрерывно изменяется соотношение между твердым и жидким жиром вследствие расплавления ранее отвердевших глицеридов, обладающих высокой чувствительностью к воздействию температурного фактора. А также непосредственно снижается прочность структуры в результате увеличения количества разрушенных кристаллизационных контактов между смешанными кристаллами глицеридов молочного жира при механическом воздействии.

Структуру масла после механической обработки называют первичной в отличие от вторичной структуры, которая формируется во время выдержки масла в камере хранения.

На процесс формирования структуры масла и его свойства решающее влияние оказывают продолжительность и интенсивность механической обработки. Продолжительность механической обработки масла должна быть достаточной для формирования структуры преимущественно коагуляционного типа. Такое масло обладает хорошей пластичностью, характеризуется сравнительно невысокой прочностью. При дальнейшем увеличении продолжительности обработки образуется излишнее количество коагуляционных контактов, консистенция масла получается мажущейся. В ломком или крошливом масле формируется преимущественно кристаллизационная структура.

На формирование структуры оказывают влияние величина и форма кристаллов глицеридов молочного жира. При уменьшении размера средних кристаллов формируется коагуляционная структура с более развитой поверхностью раздела фаз твердый – жидкий жир; поверхность смачивания – с узкими порами и щелями между кристаллами (тонкие прослойки). Поэтому из масла с мелкокристаллической структурой при повышении температуры выделяется жидкий жир в меньшем количестве, чем из масла с крупнокристаллической структурой.

Характер образующейся структуры зависит от применяемых режимов при выполнении технологических процессов, и метода производства масла. В масле, выработанном методом сбивания сливок, выражена в большей степени коагуляционная структура, по сравнению со структурой масла, выработанного методом преобразования высокожирных сливок.

Для оценки состояния структуры масла, образующейся во время механической обработки, и его свойств используют структурномеханические характеристики и условные показатели физикохимических свойств масла.

Прочность и восстанавливаемость структуры оценивают по значениям предельного напряжения сдвига и сопротивления масла разрезанию (твердость масла). Значение предельного напряжения сдвига зависит от скорости экструзии масла и диаметра отверстий в решетке обработника. При увеличении скорости продавливания продукта с 20 до 30 см/с через отверстие диаметром 2,5 мм предельное напряжение сдвига масла уменьшается с 4,5 до 3,5 г/см2 при температуре 20 °С.

Максимальное снижение вязкости масла и предельного напряжения сдвига достигается при скорости экструзии 16 см/с и диаметре отверстий 2,5 мм.

На структурно-механические свойства масла во время его механической обработки влияет вакуумирование. При вакуумировании вследствие уменьшения содержания газовой фазы повышается твердость масла.

Для характеристики пластических и эластичных свойств масла используют условный показатель, предложенный М.М. Казанским, а также данные, полученные при снятии полной реологической кривой масла на приборе Веймера–Ребиндера или других приборах.

Степень разрушения жировой дисперсии при механической обработке оценивают по количеству жира, находящегося в масле в состоянии дисперсии. Соотношение между двумя типами структур оценивают по степени тиксотропного восстановления структуры, а также по отношению эластичности и пластичности, по условным показателям: количеству вытекаемого из масла жидкого жира, формоустойчивости (термоустойчивости), которая характеризуется коэффициентом деформации масла kt при температуре 30 °С,

Формирование структуры и консистенции сливочного масла

где D0, D1 – диаметр основания цилиндра масла, соответственно начальный и после термостатирования.

Формоустойчивость оценивают хорошей при kt = 1,0 ± 0,86, удовлетворительной при kt = 0,85 – 0,7, неудовлетворительной при kt менее 0,7.

Формоустойчивость и количество жидкого жира связаны между собой. Чем больше количество вытекаемого из масла жидкого жира, тем в большей степени ухудшаются показатели формоустойчивости.

Методику определения формоустойчивости разработал А.П. Белоусов.

Для характеристики непрерывности одной фазы масла используют такие показатели, как степень испарения влаги из масла, проникновение радиоактивных веществ (Са45, Сl ) в глубинные слои масла. Методику определения этих показателей разработал А.И. Желтков.

Реологические характеристики сливочного масла являются мерой проявления его структурно-механических свойств; они отражают способность деформироваться под приложением нагрузки и восстанавливаться при снятии последней. Основными реологическими характеристиками сливочного масла являются: предельное напряжение сдвига, вязкость, модуль упругости, время релаксации и ряд условных показателей, по которым оценивают твердость масла, его прочностные характеристики, тип структуры и др.

Регулирование консистенции масла

Консистенция зависит от структуры масла. Консистенцию сливочного масла регулируют путем подбора технологических режимов, необходимых для изменения соотношения между двумя типами структур – коагуляционной и кристаллизационной; изменения количества твердого жира и газовых пузырьков, изменения степени дисперсности кристаллов глицеридов молочного жира, капелек плазмы и газовых пузырьков, изменения степени непрерывности жировой и водной фаз.