Вопрос 3. Переохлаждение, кристаллизация маргариновой эмульсии

Технология производства маргарина заключается в том, что жид­кую маргариновую эмульсию охлаждают и кристаллизуют в строго контролируемых условиях и полученной таким образом пластичной массе придают необходимую товарную форму. Важнейшие качест­венные показатели готовой продукции — консистенция, диапазон пластичности, температура полного расплавления — определяются кристаллической структурой жировой основы.

При охлаждении маргариновой эмульсии происходит сложный процесс кристаллизации и рекристаллизации с переходом менее устойчивых кристаллических форм (метастабильных) через проме­жуточные к устойчивым (стабильным) кристаллическим модифи­кациям (явление полиморфизма).

Типы образующихся кристаллических структур принято обозна­чать соответственно а, р', р: а — наиболее низкоплавкая, менее устойчивая (метастабильная) форма; р' — средняя и р - наиболее высокоплавкая (стабильная).

Формирование кристаллической структуры маргарина зависит от следующих факторов:

скорости охлаждения — при значительном увеличении скорости охлаждения образуется неустойчивая кристаллическая модификация;

скорости перемешивания — при быстром перемешивании обра­зуется более мелкая кристаллическая структура;

содержания насыщенных и ненасыщенных глицеридов - чем больше в жировой фазе ненасыщенных глицеридов, тем больше образуется неустойчивых кристаллических модификаций.

При медленном охлаждении маргариновой эмульсии происходит последовательная кристаллизация глицеридов в соответствии с их температурой застывания. В результате образуются крупные крис­таллы, характерные для наиболее высокоплавкой устойчивой кри­сталлической р-формы, которая обусловливает неоднородность, структуры, придающей продукту грубость вкуса, «мучнистость», «мраморность» и т.д. В процессе хранения маргарин приобретает хрупкость, и происходит дальнейшее упрочнение структуры.

При быстром охлаждении наблюдается переохлаждение систе­мы, и образование кристаллов начинается при более низкой тем­пературе, чем температура застывания. При достаточно высокой скорости охлаждения температура понижается до такой степени, что становится возможным образование более низкоплавких, ме­нее устойчивых кристаллических форм. В этом случае в первой фазе кристаллизации, когда молекулы глицеридов переходят из жидкого состояния в твердое, образуется кристаллическая решет­ка с наиболее низкой температурой плавления (а-форма). Под действием сил межмолекулярного взаимодействия молекулы в кристаллической решетке сближаются, и метастабильная а-форма самопроизвольно переходит в более стабильные формы, при этом выделяется скрытая теплота кристаллизации, и температура сис­темы повышается. Кристаллы жира в маргарине обычно при­сутствуют в р'-форме, переход в р-форму отрицательно влияет на консистенцию маргарина из-за образования более крупных кристаллов. Этот переход может произойти в случае хранения мар­гарина при повышенных температурах.

Кристаллические решетки маргарина при колебаниях тем­пературы могут подвергаться фазовым превращениям другого типа — рекристаллизации. В результате происходит перегруп­пировка кристаллов, сопровождающаяся снижением легкоплав­кости за счет перехода низкоплавких триглицеридов смешанных кристаллов в жидкую фазу и обогащения твердой фазы высоко­плавким компонентом.

Для достижения однородной структуры маргарина после глу­бокого охлаждения необходимо интенсивное перемешивание и относительно длительная механическая обработка. При этом мелкодиспергированные кристаллы твердой фазы образуют в жидкой фазе коагуляционные структуры. Кристаллизация без предварит­ельного перемешивания приводит к возникновению кристалдизационно-коагуляционной структуры. Поэтому в современных схемах производства маргарина после переохладителя устанавли­вают аппараты для декристаллизации структуры. В результате это­го маргарин при хранении менее подвержен образованию твердых кристаллических модификаций.

Таким образом, используя способность жиров и маргарина к пе­реохлаждению, можно получить мелкокристаллическую структуру, обладающую высокой пластичностью, легкоплавкостью, хорошей консистенцией и необходимыми органолептическими свойствами. Основным аппаратом при производстве маргарина методом пере­охлаждения является переохладитель, обеспечивающий тонкое эмульгирование, охлаждение и механическую обработку маргари­новой эмульсии.

Широкое распространение получили трех- и четырехцилиндро­вые переохладители. Переохладитель состоит из нескольких одинаковых цилиндров теп­лообменников, работающих последовательно.

Основными узлами переохладителя являются блок цилиндров и аммиач­ная система охлаждения. Цилиндр 4 (рис. 2) представляет собой теплообменный аппарат типа «труба в трубе» с изоляцией 8.

Рис. 2 - Схема цилиндра переохладителя

Первая внутренняя труба 2 является рабочей камерой, в ней находится полый вал 5, в кото­рый вводится горячая вода температу­рой около 50 °С для предотвращения налипания маргариновой эмульсии. На валу 5 по всей длине крепятся 12 ножей 7 с диаметрально противопо­ложных сторон. Закрепление ножей нежесткое, они могут иметь некоторое смещение в вертикаль­ной и горизонтальной плоскости. При частоте вращения вала 8,33 с-¹ под действием центробежной силы ножи 7 прижима­ются к внутренней поверхности трубы 2. Пространство 1 меж­ду трубами 2 и 6, представляет собой испарительную камеру, в которой находится желоб 3 для охлаждающего жидкого агента (аммиака). Благодаря охлаждению в результате испарения ам­миака маргариновая эмульсия кристаллизуется на внутрен­ней поверхности трубы 2 и равномерно снимается со стенок ножами 7.

Температура переохлажденной маргариновой эмульсии на вы­ходе из третьего цилиндра 12...13°С. Производительность трех­цилиндрового переохладителя 2,5...2,8 т/ч.

Четырехцилиндровый охладитель имеет четыре цилиндра, работающих последовательно. Устройство цилиндров, холодоснабжение такое же, как в трехцилиндровом охладителе. Произ­водительность до 5 т/ч.

Для разделения переохлажденной маргариновой эмульсии на два потока и равномерной подачи к двум кристаллизаторам уста­навливают распределительное устройство. Основные узлы его - привод и пробковый кран. Пробковый кран состоит из неподвиж­ного корпуса с двумя патрубками, через которые маргарин посту­пает в трубопроводы, подающие его к кристаллизаторам. Пробка имеет на цилиндрической поверхности окно, которое при ее вра­щении совпадает с отверстиями патрубков на корпусе. Продукт вводится в торцовую часть неподвижного корпуса.

Для получения необходимой кристаллической структуры, требу­емой твердости, однородности и пластичности для фасовки мар­гарина в линиях производства твердого маргарина устанавливают кристаллизатор (рис.3). Основные узлы его - фильтр-гомоге­низатор и несколько последовательно соединенных на фланцах цилиндрических секций. Фильтр служит для улавливания случайно попавших в эмульсию механических примесей и ее дополнительной обработки.

Рис. 3 - Кристаллизатор с компенсирующим устройством

Внутренняя полость входной секции 13 кристаллизатора 11 выполнена в виде конуса. Другие секции представляют собой ци­линдры, соединенные переточными каналами 12 для обогреваю­щей воды. Маргариновая эмульсия поступает через патрубок 1. Диаметр кристаллизатора больше, чем диаметр подводящего патрубка, поэтому снижается скорость движения эмульсии, и она медленно передвигается к выходу и далее через коническую насадку 4 поступает в формующую камеру фасовочного ав­томата. Температура

маргарина на выходе из кристаллизатора несколько возрастает вследствие выделения теплоты кристалли­зации и составляет 16...20 °С. На последней секции 3 кристал­лизатора установлено компенсирующее устройство для преоб­разования непрерывного процесса получения маргарина в пе­риодический при подаче его на фасовочный автомат, работающий циклично.

Компенсирующее устройство состоит из корпуса 6, подвижного поршня 10 и неподвижного шпинделя 9. Последний соединен с воздушным регулятором давления 8, к которому по трубе 7 под­водится сжатый воздух. При превышении давления на выходе из кристаллизатора поршень 10 поднимается, открывает выходной канал 5, и часть маргарина отводится в бак возврата.

Кристаллизаторы можно размещать горизонтально на стойках 2, вертикально или горизонтально над фасующими автоматами.

Для подачи эмульсии от смесителя в переохладитель до фасовоч­ного автомата в линиях производства маргарина устанавливают на­сос высокого давления (максимально 6 МПа), что обеспечивает нормальное функционирование линии и дополнительное эмульгирова­ние. Стабильная работа насоса высокого давления, действующего под заливом, поддержание постоянного уровня маргариновой эмульсии в смесителях в линии производства твердого маргарина обеспечивается уравнительным бачком с наклонной пропеллерной мешалкой, с электродвигателем и редуктором. Постоянный уро­вень регулируется поплавковым регулятором. Прием эмульсии про­изводится поочередно из двух смесителей.

При выработке маргарина в виде монолита, который упако­вывается в короба, и при производстве мягких маргаринов не­обходимо, чтобы продукт обладал хорошей дозируемостью и подвижностью при наливе в тару, быстро принимал форму по окончании формообразования, имел ровную однородную кон­систенцию и был высокопластичным. Для этого после переох­лаждения производят дополнительную механическую обработку для декристаллизации структуры. В результате маргарин при хранении менее подвержен образованию твердых пространствен­ных структур, что способствует получению высокопластичного продукта, приближающегося к коагуляционной структуре. Твер­дая и жидкая фракции жира распределяются равномерно, готовый маргарин не теряет текучести и при наливе в короба приобретает пластичную консистенцию, сохраняющуюся длительное время при температуре 5...7 °С.

Рис. 4 – Декристаллизатор

Декристаллизатор (рис. 4) состоит из трех горизонтальных цилиндров 2, смонтированных на опорной раме 6. Внутри кор­пуса цилиндра 2 крепятся неподвижно била 3, на валу 7 внутри цилиндра также укреплены била 8. Между билами маргарино­вая продукция тщательно перемешивается. Продукт, поступаю­щий через патрубок 4, последовательно проходит три цилиндра, которые соединяются патрубками 1. Частота вращения валов 1,73 с-¹, имеется привод 5.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: