Разработка режимов получения технологически стойких эмульсий при производстве спредов

Abstract

Диссертационная работа посвящена исследованию эмульгирования жиров в устройстве роторного типа, с целью разработки научно обоснованных режимов получения технологически стойких жировых эмульсий при производстве спредов. Исследованы закономерности формирования жировых дисперсий в устройстве роторного типа. Показано, что эмульгирования жиров носит циклический характер: после получения дисперсий со средним размером ЖШ меньше 4 мкм попеременно происходят диспергирование и агрегация ЖШ, сопровождающиеся соответственно повышением и снижением стабильности эмульсий. Установлено влияние основных технологических и энергетических параметров (продолжительность диспергирования и интенсивность механического воздействия, массовая доля ПАВ и жировой фазы в эмульсии, состав и свойства жировой системы, температура и вакуумирование) в ходе диспергирования, на дисперсность и стабильность эмульсий. Установлено, что стабильность эмульсий весьма существенно зависит от температуры диспергирования, а наиболее эффективное эмульгирование проходит при температуре 50...70 ºС и скорости вращения ротора диспергирующего устройства 3000 об/мин (мощность обработки 150... 175 Вт), при этом уже через 1,5 мин формируются тонкодисперсные и достаточно устойчивые эмульсии. Показано, что по мере повышения содержания ПАВ сокращается рациональная продолжительность обработки, однако избыток эмульгатора не повышает устойчивости эмульсий. Определено оптимальное содержание ПАВ, обеспечивающее получение технологически стойких жировых эмульсий 30...40 % жирности, с помощью устройства роторного типа в течение 60...75 с диспергирования, которое составляет 0,6 %. Выяснено, что повышение содержания жировой фазы в смеси замедляет формирование эмульсии типа ж/в, так как при этом возрастает степень ее дестабилизации и, соответственно, рациональная длительность эмульгирования. Установлено, что использование в качестве жировой фазы разного рода жиров не оказывает значительного влияния на эмульгирование как по эффективности диспергирования, так и по рациональной продолжительности обработки. Выяснено влияние исследуемых факторов на энергозатраты в ходе эмульгирования и установлены их значения, обеспечивающие получение технологически стойких дисперсий жира в роторно-вихревом эмульсоре. Показано, что эмульгирование жиров и доведение системы до постоянных характеристик является более энергозатратным, чем последующая обработка уже сформировавшихся эмульсий, а превышение уровня затрат энергии выше 3,0...4,0 кДж/кг нецелесообразно, так как практически не повышает стойкости эмульсий. Доказано, что затраты энергии на эмульгирование возрастают по мере увеличения скорости вращения ротора диспергирующего устройства, снижения температуры обработки, а также повышения массовой доли жировой фазы в смеси. В то же время значительной разницы в энергозатратах на получение эмульсий разных видов жиров с различным содержанием ПАВ не установлено. Кроме того, установлены изменения показателей окисления жиров при термомеханической обработке в ходе эмульгирования. Разработаны и научно обоснованы режимы термомеханической обработки жировых систем в устройстве роторного типа и отработаны наиболее эффективные технологические и энергетические параметры получения тонкодисперсных жировых эмульсий прямого типа жирностью от 3,5 до 72,5 %, с учетом технологических требований при производстве спредов. Определены следующие режимы эмульгирования смесей жирностью 30...40 %: температура эмульгирования 50...70 °С, содержание ПАВ – 0,6 %, без вакуумирования, мощность обработки 155...220 Вт, скорость ротора эмульгирующего устройства 3000 об/мин; длительность обработки 60...75 с; затраты энергии при этом составят 1,9...3,3 кДж/кг. Установлено, что после смешивания с натуральными сливками устойчивость комбинированных эмульсий значительно возрастает по сравнению с дисперсией растительных жиров, исходя из чего, нецелесообразно доводить степень дисперсности и стабильности эмульсий растительных жиров до уровня, превышающего показатели натуральных сливок соответствующей жирности. Определено, что для получения технологически стойких жировых эмульсий при производстве спредов методом непрерывного сбивания жировой смеси достаточно пяти, а методом преобразования ВЖС – 1...2 циклов обработки. Установлены принципы регулирования стабильности и дисперсности жировой фазы эмульсий. Определены показатели технологической стойкости эмульсий для обоих методов производства спредов. Разработаны и утверждены рекомендации по получению технологически стойких жировых эмульсий с помощью устройства роторного типа для производства спредов как методом сбивания жировой смеси, так и методом преобразования ВЖС, а также разработаны и внесены дополнения в технологические инструкции по производству спредов. Дополненные технологические инструкции внедрены на 15 молокоперерабатывающих предприятиях. Доказана целесообразность использования устройств роторного типа для получения технологически стойких жировых эмульсий и разработаны исходные требования на создание роторно-вихревого эмульсора Я5-ОММ, эффективность которого подтверждена в лабораторных и промышленных условиях. В результате промышленного внедрения эмульсора Я5-ОММ рационализировано получение стойких дисперсий жира посредством снижения потребляемой мощности и сокращения длительности обработки смеси, что дало экономический эффект за счет экономии энергозатрат и рабочей силы, уменьшения износа оборудования и др. С помощью эмульсора Я5-ОММ в промышленных условиях получены дисперсии растительных жиров с концентрацией жировой фазы 30...72,5 %, из которых выработаны смеси растительно-сливочные "Полтавське несолоне" 70,5 % жира и "Традиційна хатинка" 72,5 % жира, а также спред сладкосливочный "Золотоніський традиційний" 72,5% жира, соответствующие требованиям ТУ У 15.4 – 00446836 и ТУ У 15.5 – 00447824.004:2006 по всем показателям качества. Эмульгирование растительных жиров используется так же при производстве мороженого, десертов, сгущенных, сырных, сметанных и других продуктов, поэтому полученные результаты найдут широкую сферу применения. Дисертаційна робота присвячена дослідженню емульгування жирів у пристрої роторного типу, з метою розробки науково обґрунтованих режимів одержання технологічно стійких жирових емульсій при виробництві спредів. Показано, що емульгування жирів має циклічний характер. Встановлено вплив основних технологічних і енергетичних параметрів у ході диспергування на дисперсність і стабільність емульсій. Науково обґрунтовано режими термомеханічного оброблення жирових систем у пристрої роторного типу та відпрацьовано найбільш ефективні технологічні й енергетичні параметри одержання тонкодисперсних жирових емульсій прямого типу жирністю від 3,5 до 72,5 %, з урахуванням технологічних вимог виробництва спредів. Розроблено і затверджено рекомендації для одержання технологічно стійких жирових емульсій за допомогою пристрою роторного типу для виробництва спредів як методом сколочування жирової суміші, так і методом перетворення ВЖВ, а також розроблені й внесені доповнення в технологічні інструкції з виробництва спредів. Доведено доцільність використання пристроїв роторного типу для отримання технологічно стійких жирових емульсій і розроблено вихідні вимоги на створення роторно-вихрового емульсора Я5-ОММ, ефективність якого підтверджено в лабораторних і промислових умовах.