книги из ГПНТБ / Гуляев-Зайцев, С. С. Физико-химические основы производства масла из высокожирных сливок

С. С. ГУЛЯЕВ-ЗАЙЦЕВ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ПРОИЗВОДСТВА МАСЛА ИЗ ВЫСОКОЖИРНЫХ сливок

Под общей ред. д-ра хим. наук Н. Н. КРУГЛИЦКОГО

МОСКВА ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пятилетним планом развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. намечено увеличение объема производства моло­ ка и молочных продуктов на 29% и повышение производитель­ ности труда в молочной промышленности на 32% [2]. В девя­ той пятилетке более высокими темпами развивается маслодель­ ная отрасль молочной промышленности. К 1975 г. производство сливочного масла возрастет до 1235 тыс. т, т. е. на 28% по сравнению с 1970 г. [30]. К концу пятилетки на выработку сли­ вочного масла будет расходоваться около 48% заготовляемого молока.

Большое внимание уделяется повышению качества молочных продуктов. Пятилетним планом предусмотрено достигнуть в 1975 г. в целом по стране выпуска сливочного масла высшим сортом не менее 86%.

В основе современной технологии выработки масла спосо­ бом преобразования высокожирных сливок лежат физико-хими­ ческие процессы отвердевания молочного жира, разрушения эмульсии и структурообразования. Сложность познания этих процессов определяется не только взаимообусловленностью и высокой скоростью протекания, но и зависимостью от режи­ мов охлаждения, интенсивности механического воздействия и ряда других факторов.

В предлагаемой книге описаны химический состав сливочно­ го масла, структура и состав защитных эмульгаторных пленок жировых шариков и влияние на устойчивость высококонцентри­ рованной эмульсии технологической обработки.

Рассмотрены физико-химические процессы и основы техно­ логии получения масла из высокожирных сливок, изложены режимы выработки масла на установке производительностью 1000 кг/ч. Значительное внимание уделено химическому составу сливочного масла и свойствам высокожирных сливок. Охарак­ теризованы структурно-механические свойства масла.

В основу написания книги положены исследования, прове­ денные в Украинском научно-исследовательском институте мяс­ ной и молочной промышленности (УкрНИИММП). В некоторых главах книги, а также при анализе и обобщении результатов

3

автором были использованы данные многих советских и зару­ бежных ученых.

Центральное место в книге занимает разработка физико-хи­ мических основ преобразования высокожирных сливок в масло,, что оказалось возможным лишь в результате исследования физи­ ко-химической сущности сложных процессов маслообразования, главными из которых являются превращение высококонцентри­ рованной эмульсии молочного жира в систему с непрерывной жировой фазой (обращение фаз), выделение из пересыщенного раствора триглицеридов твердой дисперсной фазы, а также структурообразование.

Для изучения этих процессов были использованы многие современные методы анализа: спектрофотометрический и газо­ жидкостной хроматографии, рентгеноструктурный, термографи­ ческий и объемной дилатометрии. При этом были разработаны 1 оригинальные экспериментальные установки для комплексного исследования процессов маслообразования, что впервые позво­ лило достаточно точно моделировать их и дать количественную оценку механической обработке в виде удельной мощности.

Достоинством книги является разработка общих принципов управления процессом маслообразования и структурно-механи­ ческими свойствами сливочного масла, которые были использо­ ваны при создании новых, более совершенных конструкций маслообразователей высокой производительности и промышлен­

ной технологии получения сливочного масла.

«/

Таким образом, публикуемая книга явится полезным посо­ бием для научных работников, специалистов маслодельной промышленности, а также для преподавателей и студентов учебных заведений соответствующего профиля.

Зам. директора Института коллоидной химии и химии воды АН УССР, д-р хим. наук, проф. Н. Н. КРУГЛИЦКИЙ

4

ГЛАВА I. СОСТАВ СЛИВОЧНОГО МАСЛА И МОЛОЧНОГО ЖИРА

СОСТАВ СЛИВОЧНОГО МАСЛА

Основным компонентом сливочного масла является молоч­ ный жир, содержание которого в зависимости от вида масла составляет не менее 71—82,5%.

В масле содержится сухой обезжиренный молочный остаток (сомо) и влага. Содержание жира, влаги и соли в масле раз­ личных видов приведено в табл. 1.

ТАБЛИЦА 1

витамина А, 3,4—4,3 мг Е, 0,1—0,35 мг Bi, 0,4—1,5 мг Вг [16].

Жирорастворимые витамины А и Е присутствуют в масле в значительно больших количествах, чем водорастворимые Вь В2 и С. В масле имеются также каротин, витамины Вз, В6 и Н. Изменение условий кормления скота в течение года вызывает значительные колебания в содержании витаминов.

В сливочном масле содержатся микроэлементы, необходимые для организма человека. С оболочками жировых шариков мо­ лока связано около 6% всего количества цинка, 10—35% всей меди, 25% железа и около 4,5% йода [37]. В продукт также попадает часть микроэлементов вместе с белковой фазой.

В состав сухого обезжиренного остатка входят белки, молоч­ ный сахар, минеральные вещества и другие ценные нежировые компоненты молока. Отличительная особенность сливочного

5

масла, выработанного из высокожирных сливок,— более высо­ кое содержание в нем сомо, что обусловлено принципиально иным способом концентрации молочного жира, основанным па двукратном сепарировании. Это повышает биологическую цен­ ность и калорийность продукта, обеспечивает более высокие вкусовые достоинства и оказывает положительное влияние на стойкость масла при хранении.

■Колебания сомо обусловлены режимами тепловой обработки сливок и составом перерабатываемого сырья.

По данным различных авторов, содержание сомо в масле, полученном из высокожирных сливок, колеблется в пределах

1,48—2,06% [9], 1,56—1,77% [32], 1,66—2,08% [35], т. е. оно в среднем на 0,3—0,6% выше, чем содержание сомо в масле, выработанном способом сбивания.

В зависимости от режима однократной пастеризации при 85—87° С, 95—-98° С и двукратной пастеризации при 85—87° С содержание сомо колеблется соответственно 1,69%, 1,89 и 1,37% [9]; 1,6, 1,85% [34]; 1,67,2, 1,38% [35].

Исследования показывают, что с повышением температуры пастеризации содержание сомо в масле увеличивается на

яснить эффектом увеличения вязкости сливок при снижении температуры. При повышении производительности сепаратора содержание сомо в масле увеличивается.

В результате сезонных изменений состава молока содержа­ ние сомо в масле колеблется [9, 35]. Обычно в весенне-летний период содержание сомо в масле увеличивается, а в осеннезимний — снижается.

. Переработка сливок повышенной кислотности вызывает частичную коагуляцию белков и снижение содержания сомо в масле [9, 35]. Содержание сомо в масле снижается в случае выработки его из сливок с повышенным содержанием жировой фазы [35].

В масле с повышенным содержанием плазмы молока соот­ ветственно возрастает количество сухого обезжиренного остатка.

•Установлено (Т. П. Муравьева, С. С. Гуляев-Зайцев), что в крестьянском масле, выработанном способом преобразования высокожирных сливок в осенне-зимний период года, содержа­ ние сомо равно 2,4—2,9%, а способом непрерывного сбивания сливок 2,1—2,5%.

Чтобы вырабатывать масло, стандартное по содержанию жи­ ра,>следует учитывать колебания сомо, и при большом количе­ стве сомо снижать содержание влаги.

6 •

СОСТАВ МОЛОЧНОГО ЖИРА

Липиды молока состоят из глицеридов (98—99% по массе),- фосфолипидов (0,2—1% по массе) и стеринов (0,2—0,4% П'о массе). В очень малых количествах в жире присутствуют сво­ бодные жирные кислоты, карбонильные соединения, воски, сквален, жирорастворимые витамины и каротиноиды. На долю жир­ ных кислот, связанных в глицеридах, приходится около 85% по массе от липидов молока.

Липиды молока, как правило, нерастворимы в воде и рас­ творяются в различных органических растворителях.

Фосфолипиды, стерины, жирорастворимые витамины и ка­ ротиноиды принято называть неомыляемой фракцией молочного жира. Содержание этой фракции составляет в среднем около

0,65%.

Жирные кислоты. Эти кислоты .принадлежат к классу али­ фатических одноосновных карбоновых кислот общего строения

ROOH.

Жирные кислоты бывают насыщенными (кислоты с прямой и разветвленной цепью), ненасыщенными (моноеновые и нолиеновые, которые еще подразделяют на неконъюгированные и конъюгированные), а также с дополнительными функциональ­ ными группами (оксикислоты и кетокислоты).

К 1962 г. в молочном жире было открыто 60 кислот [45]. В настоящее время в литературе приводятся данные об иденти­ фикации 142 жирных кислот молочного жира [42]. Содержание

в том числе кислот четного ряда с прямой цепью от 45,0 до 74,3 кислот нечетного ряда с прямой цепью от 1,9 до 3,9 и кислот

сразветвленной цепью от 0,9 до 3,3; ненасыщенных от 49,3 до 25,8, в том числе мононеиасыщенных от 24,4 до 40,9, полиненасыщенных от 2,6 до 6,2 при средних значениях соответственно

64,7; 60,0; 2,7; 2,0; 34,9; 31,0 и 3,9%.

Вмолочном жире обнаружены насыщенные жирные кисло.™

счислом атомов углерода от 2 до 28. Диапазон температур

плавления отдельных жирных кислот составляет —34,5 -г- -т- +90° С. Температура и теплота плавления, а также темпера­ тура кипения увеличиваются с повышением молекулярной мас­ сы жирных кислот.

Растворимость жирных кислот в воде и других растворите­ лях падает по мере увеличения числа атомов углерода в цепи. Насыщенные жирные кислоты, содержащие в молекулах более

:7

3

В группе Сis: 1 кислот на долю транс-изомеров падает 14— 27%', а по отношению ко всем кислотам молочного жира 6—8% в зимний период и 2,5—3,5% — в летний.

Содержание основных ^ноненасыгценных жирных кислот с четным числом атомов углерода от 18 до 10 непостоянно и зна­ чительно изменяется в течение года [4, 5, 6, 21, 39]. Общее содержание нолиненасыщенных жирных кислот с неконъюгиро-

.10