Масложировая промышленность

Модифицированные методы преобразования высокожирных сливок в масло

При выработке сливочного масла модифицированными методами горячие высокожирные сливки охлаждают с получением масляного зерна в вакуум-маслообразователе или в среде газов, инертных к продукту (азота или СО2), или в жидкой среде (охлажденной пахте) с последующей механической обработкой в текстураторе, или охлаждают сначала в маслообразователе, а затем подвергают механической обработке с применением специального оборудования, обеспечивающего поточную фасовку масла в брикеты.

Модифицированный метод преобразования высокожирных сливок в масло с применением вакуум-маслообразователя

Данный метод был осуществлен с применением оригинальной конструкции маслообразователя, созданного В.В. Страховым. На его основе был создан (ВНИИЭКИпродмаш, Москва) комплект технологического оборудования для выработки сливочного масла методом преобразования высокожирных сливок с применением вакуум-маслообразователя производительностью 1000 кг/ч, который успешно эксплуатировался на Белебеевском молочном заводе в Башкирии в 1960–1965 годах.

Разработке технологии производства сливочного масла с охлаждением высокожирных сливок в вакууме были посвящены исследования Ф.А. Вышемирского (ВНИИМС, 1972 г.).

При охлаждении в вакуум-маслообразователе высокожирные сливки превращаются в твердые комочки, именуемые масляным зерном. Процесс получения масляного зерна при вакуум-охлаждении основан на распылении высокожирных сливок в виде мелких частиц и мгновенном их охлаждении за счет интенсивного испарения влаги.

Технологический процесс производства масла с использованием вакуум-маслообразователя состоит из следующих операций: получение и нормализация высокожирных сливок, распыление, охлаждение распыленных высокожирных сливок в вакуум-маслообразователе, механическая обработка масла в текстураторе.

Нормализация высокожирных сливок

Высокожирные сливки, поступающие в вакуум-маслообразователь, должны содержать влаги (21,0–21,5 %) больше, чем в готовом продукте (16,0 %), чтобы можно было обеспечить необходимую температуру высокожирных сливок в конце охлаждения. Поэтому их нормализуют. Горячие ((75±20С) нормализованные высокожирные сливки попадают в вакукум-маслообразователь за счет созданного в нем разрежения (666–532 Па), где распыляются на мелкие частички с помощью форсунки, установленной внутри вакуум-маслообразователя.

Охлаждение высокожирных сливок

Частицы горячих высокожирных сливок, попадая в камеру вакуум-маслообразователя, вскипают и почти мгновенно охлаждаются до 14–100С, отвердевают в результате интенсивного испарения влаги. Количество испаренной влаги колеблется в пределах 6–8 %.

Скорость и степень охлаждения высокожирных сливок регулируют величиной разрежения в камере. При изменении скорости и степени охлаждения изменяются характер обращения фаз и степень отвердевания жира, что оказывает влияние на формирование структуры масла. Достигаются равномерное, почти мгновенное охлаждение частиц и кристаллизация глицеридов в отдельных жировых шариках подобно кристаллизации глицеридов во время низкотемпературной подготовки (физическое созревание) сливок перед сбиванием. Это способствует созданию условий, благоприятных для формирования коагуляционно-кристаллизационной структуры масла, близкой к структуре масла, вырабатываемого методом сбивания сливок, и обеспечивает желаемое соотношение (2:1) между коагуляционной и кристаллизационной структурами.

В условиях вакуума сохраняются закономерности, присущие раздельно-групповой кристаллизации глицеридов в молочном жире.

При кристаллизации глицеридов внутри жировых шариков поверхностный слой жирового шарика может действовать как каталитическая примесь. Увеличивая площадь поверхностного слоя путем деформации жирового шарика, можно ускорить образование центров кристаллизации. Скорость образования центров кристаллизации пропорциональна не величине поверхностного слоя, а объему жирового шарика и зависит от величины молекулярных сил.

Внутри объема каждой частицы высокожирных сливок происходит обращение фаз. Образующиеся при отвердевании частицы должны иметь определенный размер (около 0,21 мм). При больших размерах в нужной степени не достигается охлаждение и отвердевание частиц высокожирных сливок во взвешенном состоянии.

В результате испарения влаги и кристаллизации глицеридов увеличивается степень деформации жировых шариков, уменьшается толщина оболочки, снижается ее устойчивость против разрыва. Все это способствует частичному разрушению оболочки жирового шарика и образованию на месте разрыва оболочки структурных связей (коагуляционных и кристаллизационных) между глицеридами, содержащимися в зоне контакта в поверхностном слое жировых шариков и соприкасающихся между собой и между молекулами веществ, входящих в состав оболочки.

При наличии достаточного количества отвердевших глицеридов происходит слипание (аутоадгезия) распыленных частиц высокожирных сливок во взвешенном состоянии при 15 0С и ниже при падении на дно камеры вакуум-маслообразователя.

При понижении температуры ниже 150С способность комков масла к слипанию заметно снижается (почти на 20 % при 9 0С).

Во время падения на дно камеры отвердевшие мелкие частицы высокожирных сливок сталкиваются между собой и объединяются в упругие твердые комочки, напоминающие масляное зерно, получаемое при сбивании сливок, но более сухое по внешнему виду (сухое масляное зерно).

Несмотря на скоротечность процесса охлаждения высокожирных сливок, кристаллизация глицеридов в молочном жире в основном завершается во всем объеме высокожирных сливок за время полета до дна башни.

Интенсивное формирование структуры внутри частицы высокожирных сливок приводит к тому, что при охлаждении высокожирных сливок в условиях разрежения получаемое масляное зерно содержит больше твердого жира по сравнению с его содержанием в масляном зерне, полученном при сбивании сливок в маслоизготовителе непрерывного действия. По данным Ф.А. Вышемирского, соответственно 38–39 % против 34,8 %.

Масляное зерно получается с замкнутой поверхностью и состоит из агломерированных (слипшихся) частиц сферической формы. Это указывает на доминирующее значение в формировании структуры масляного зерна при охлаждении в вакуум-маслообразователе пери ферийного кристаллического каркаса, образующегося в жировых шариках из высокоплавких глицеридов, входящих в состав оболочки жирового шарика.

В вакуум-маслообразователе наряду с высокоплавкими глицеридами кристаллизуется значительная часть легкоплавких глицеридов, что позволяет получить после выхода из аппарата сливочное масло с нужной коагуляционно-кристаллизационной структурой и консистенцией.

Образовавшееся масляное зерно оседает на поверхность приемника вибровстряхивателя. При встряхивании масляное зерно непрерывно сбрасывается в приемный бункер текстуратора вакуум-маслообразователя, где подвергается механической обработке. Посредством механического воздействия в текстураторе масляное зерно уплотняется в монолит. При этом происходит преимущественно формирование тиксотропной коагуляционной структуры.

Параметры механической обработки следующие: частота вращения шнеков текстуратора – 0,5–0,66 и 0,83–1,0 с–1, диаметр отверстий в решетке для экструзии масла – 12 и 8 мм, температура масла, выходящего из аппарата, соответственно 8–10 и 10–12 0С в весеннелетний и осенне-зимний периоды, производительность вакууммаслообразователя – 830–1000 кг/ч независимо от периода года.

Температура воды, подаваемой в полые шнеки текстуратора и его рубашку, не выше 25 0С. Температура масла, выходящего из аппарата, регулируется путем изменения количества высокожирных сливок, подаваемых в вакуум-маслообразователь, и их температуры. Получаемое масло по характеру структуры и свойствам близко к маслу, получаемому сбиванием сливок.

В вакуум-маслообразователе происходит дезодорация сливок, при этом устраняются пороки вкуса сливок, что способствует повышению качества масла. Потери ароматических и вкусовых веществ не оказывают заметного влияния на вкус и запах масла.

Масло, выработанное с применением вакуум-маслообразователя, содержит очень мало воздуха (0,25 %), окрашено в ярко-желтый цвет, отличается высокой термоустойчивостью; влага в нем распределена равномерно с высокой степенью дисперсности. Масло содержит повышенное количество СОМО (2,5 %), вследствие чего отличается приятным сладковатым привкусом.

Модифицированный метод преобразования высокожирных сливок в масло с применением нейтральных к продукту газов (азота и СО2)

Процесс охлаждения высокожирных сливок в среде газов азота и СО2 по аппаратурному оформлению принципиально не отличается от процесса их охлаждения с использованием разрежения в вакууммаслообразователе. При этом охлаждение частиц высокожирных сливок осуществляется вследствие их контакта с холодным потоком паров применяемого газа. Высокожирные сливки подаются в камеру под давлением.

Ф.А. Вышемирский, Р.А. Мурашов, М.М. Жага предложили распылять высокожирные сливки с помощью форсунки. В связи с повышенным давлением (до 0,049 МПа) в камере используют форсунки пневматического действия. Горячие высокожирные сливки, распыленные на частицы, мгновенно охлаждаются до температуры, при которой выкристаллизовывается 30–40 % глицеридов. Охлаждение происходит равномерно по всей емкости. Перенос влаги практически отсутствует, что исключает потери ароматических веществ масла.

Величина частиц и содержание в них жидкого жира зависят от степени распыления и температуры охлаждения.

При достижении определенной степени отвердевания жира оболочка жировых шариков разрушается вследствие разности коэффициентов расширения и сжатия веществ оболочки и соприкасающихся с нею слоев жира. Это способствует слипанию жировых шариков (агломерации) – образованию агломератов различного строения и внутренней структуры.

Частицы распыленных высокожирных сливок при полете сталкиваются между собой. При столкновении образуются вторичные конгломераты (масляное зерно).

Полученное масляное зерно состоит из агломератов сферической формы с плотной структурой и замкнутой поверхностью.

Масляное зерно образуется при условии охлаждения высокожирных сливок от 50–60 до 15 0С и ниже. При снижении температуры ниже 4–5 0С отвердевает около 50 % жира и более, что затрудняет последующую механическую обработку масляного зерна. В случае охлаждения высокожирных сливок выше 15 0С масляное зерно не образуется вследствие недостаточного содержания в молочном жире отвердевших глицеридов для образования структурного каркаса. Масляное зерно, полученное путем охлаждения высокожирных сливок в среде жидкого азота, содержит: 5,0–8,0 · 10–5 м3/кг газовой фазы; 40 % отвердевшего жира; 1,84 % жира в плазме; 99,6–99,8 % деэмульгированного жира.

При механической обработке масляные зерна уплотняются в монолит посредством механического воздействия в обработниках, аналогичных обработникам, применяемым в серийных маслоизготовителях непрерывного действия.

Модифицированный метод преобразования высокожирных сливок в масло с получением масляного зерна в жидкой среде

Данный метод был предложен А.А. Виноградовым. В качестве жидкой среды применяют пахту, охлажденную до 3–40С. Процесс образования масляного зерна разделен на две стадии.

На первой стадии пахту смешивают в струйном смесителе в потоке с высокожирными сливками, охлажденными до 11–12 С в пластинчатом скребковом теплообменнике. При смешивании получается масляное зерно размером от 0,2 до 1,0 мкм.

Смесь пахты с масляным зерном подается в выдерживатель, где охлаждается до 5–6 0С, чтобы обеспечить необходимую степень отвердевания жира и непрерывно перемешивается лопастями. При перемешивании масляное зерно укрупняется в результате агрегации. Получаемое масляное зерно обладает достаточной упругостью.

На первой стадии при охлаждении в жидкой среде получается смесь масляного зерна с охлаждаемой жидкостью.

На второй стадии масляное зерно отделяется от пахты, спрессовывается, подвергается механической обработке. Пахта, используемая в качестве хладоносителя, циркулирует по замкнутому циклу.

Структура масла, получаемая с образованием масляного зерна в жидкой среде, близка структуре масла, получаемого методом сбивания сливок в маслоизготовителях непрерывного действия.

Полученное масло можно фасовать сразу в потоке как в потребительскую, так и в транспортную тару.

Метод удобен для регулирования содержания влаги в масле и сухого обезжиренного молочного остатка.

Модифицированный метод преобразования высокожирных сливок в масло с поточной фасовкой в брикеты

Указанный метод был разработан УкрНИИмясомолпромом на основе пластинчатых маслообразователей. Масло, получаемое по этому методу, можно фасовать сразу после выхода из структурообразователя в потребительскую тару.

Процесс маслообразования осуществляется в две стадии. На первой стадии высокожирные сливки охлаждаются на пластинчатом маслообразователе. На второй стадии, охлажденные высокожирные сливки подвергаются дестабилизации в дестабилизаторе, затем механической обработке в структурообразователе, где происходит первичное структурообразование в масле.

При этом методе значительно повышаются энергетические затраты на производство масла.