Фізико-хімічні основи дозрівання вершків при виробництві масла, страница 3

Один з якнайдавніших способів отримання масла з коров'ячого молока - збиття молока або вершків. Мета збиття - вспінювання, яке здійснювали інтенсивним перемішуванням, а саме: струшуванням або обертанням судини з молоком або вершками. Пізніше для перемішування стали застосовувати дерев'яні мішалки - мутовки. За тривалу історію виробництва масла конструкції пристосувань і апаратів для отримання масла змінювалися, а принцип виробництва масла, в основі якого збиття (або збивання), зберігся і до теперішнього часу.

Єство процесу збиття полягає в об'єднанні (агрегації) жирових кульок, втраті ними оболонки, виділенні вільного жиру і формування з нього масляного зерна.

Агрегація жирових кульок відбувається шляхом їх зближення під дією зовнішніх сил. Оболонки жирових кульок частково або повністю руйнуються, виділяється вільний жир, з якого утворюється масляне зерно.

Физико-хімічне єство процесу збиття було предметом дослідження багатьох поколінь вчених різних країн світу. Тому існує безліч теорій, що пояснюють механізм агрегації жирових кульок і утворення масляного зерна. Проте жодна з існуючих теорій не дає повного пояснення цього складного і багаточинного физико-хімічного процесу.

Вперше теорія утворення масла була запропонована Шторхом в 1897 р. Згідно цієї теорії, жирові кульки в процесі збиття як би склеюються оболонками, при цьому вони зберігають в маслі свою індивідуальність. Подальший розвиток цієї теорії належить О. Рану (1902 р.), який представляв масло як конгломерат злиплих жирових кульок з розподіленою між ними маслянкою, при цьому він вважав, що в процесі маслоутворення бере участь піна. Пінна теорія одержала розвиток в роботах зарубіжних і вітчизняних учених. Проте, на відміну від теорії О. Рана, вважалося, що маслоутворення можливе після звільнення жирових кульок від оболонок (Н. Кинг, Н. Поккельс).

Одною з перших була сформульована теорія обігу фаз, в основі якої лежить перехід емульсії прямого типу (жир у воді) в емульсію зворотного типу (вода в жирі). Емульсія прямого типу характерна для молока і вершків, а зворотного типу - для вершкового масла. Явище обігу фаз описується таким чином: в процесі збиття жирові кульки об'єднуються в агрегати, утворюють масляне зерно, яке спресовується в пласт масла, і в ньому диспергується (рівномірно розподіляється у вигляді найдрібніших крапель) волога. Стійкість жирової емульсії вершків обумовлена захисною оболонкою жирових кульок. Оболонка жирової кульки сильно «обводнена» (пов'язана з водою, або по-іншому - має гідрофільну оболонку). Гідрофільна оболонка міцно пов'язана з поверхнею жирової кульки і тому зберігається навіть при повному видаленні з вершків плазми. Завдяки високій гідрофільності оболонок не відбувається злипання жирових кульок і забезпечується стійкість емульсії вершків навіть при їх зтиканні. Для утворення масляного зерна оболонки жирових кульок повинні бути частково або повністю зруйновані.

Масляне зерно є концентрованою емульсією-суспензією, що складається із зруйнованих агрегатів жирових кульок із ступенем твердіння 30…35%. Процес руйнування оболонки жирових кульок і утворення агломератів жиру відбувається під механічною дією. При цьому спочатку жирові кульки втрачають жирову оболонку, число незруйнованих кульок зменшується, а жирові краплі, що звільнилися, злипаються, і цей процес закінчується утворенням масляного зерна розміром з макове зернятко. Одночасно відбувається процес обігу фаз. Тверді жирові кульки складають основу жорсткого каркаса, утворюючі структуру агломератів жиру. Рідкий жир забезпечує зчеплення твердих частинок.

Процес агломерації жирових кульок можна умовно розділити на стадії:

1  стадія. Зближення жирових кульок під дією зовнішньої сили без зміни вільної енергії системи.

2  стадія. Злипання жирових кульок в результаті подолання енергетичного і структурно-механічного бар'єру.

Структурно-механічний бар'єр виникає унаслідок того, що оболонка жирових кульок володіє пружністю і механічною міцністю, тому вони здатні чинити опір руйнуючій силі. Енергія взаємодії між жировими кульками складається з суми електростатичного відштовхування і енергії тяжіння частинок і залежить від відстані між частинками і їх енергетичного потенціалу. В дисперсних системах при дуже великих і дуже малих відстанях між частинками переважає енергія тяжіння, а в області середньої відстані між частинками - енергія електростатичного відштовхування. Для того, щоб частинки могли з'єднуватися один з одним, вони повинні зближуватися на таку відстань, щоб подолати енергетичний бар'єр, тобто сили відштовхування і сили тяжіння між частинками повинні взаємно врівноважуватися. За таких умов стабільність дисперсної системи порушується, і жирова кулька позбавляється оболонки.