Характер структуры сливочного масла определяет консистенцию готового продукта, которая может быть хорошей пластичной или крошливой, слоистой, нетермоустойчивой. В формировании структуры сливочного масла участвуют вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях: твердом и жидком – жир, газообразном – воздух, коллоидном – белки.
Австралийский ученый Кинг предложил модель структуры масла. Согласно этой модели в непрерывной жировой среде, которая представляет собой жидкую фракцию молочного жира, распределены капли влаги, не разрушенные жировые шарики и скопления из кристаллов молочного жира овальной формы (рис.).
На структуру, качество, хранимоспособность масла влияет состояние жира, однородность распределения и размер капель воды и пузырьков воздуха и пр.
Молочный жир находится в масле в твердом кристаллическом состоянии и жидком.
Кристаллический жир имеет мелкие кристаллы размером до 0,1 мкм или сростки-кристаллиты неправильной формы, а также упорядоченные кристаллиты – сфериты. Для структуры сливочного масла, выработанного способом сбивания сливок характерно наличие мелких шарообразных или иглоподобных кристаллов, для масла полученного способом преобразования высокожирных сливок – крупных сферолитов. Мелкие кристаллы (размером до 0,1 мкм), характерные для масла, полученного способом сбивания сливок, является результатом преимущественного формирования их внутри отдельных жировых шариков при физическом созревании сливок.
Кристаллики и кристаллиты взаимосвязаны между собой в определенных участках или во всем объеме, образуя структуру, подобную кристаллическому каркасу. Эти связи могут быть очень слабыми, и тогда структура представлена в виде мелких, почти независимых друг от друга кристалликов и кристаллитов. Если они значительные, кристаллический жир пронизывает весь объем масла. К таким пространственным структурам дисперсных частиц применима теория физико-химической механики П.А. Ребиндера о коагуляционных и кристаллизационных структурах дисперсных системах.
Коагуляционная или обратимая, тиксотропная структура обусловлена относительно слабыми межмолекулярными силами притяжения (Ван-дер-Ваальса – Лондона) между дисперсными частицами, разделенными в местах связи очень тонкими прослойками жидкой дисперсионной среды, и придает маслу нежную консистенцию и пластические свойства. Эта структура характеризуется низкой механической прочностью и обратимостью, то есть способна к самопроизвольному восстановлению в покое после механического разрушения.
Кристаллизационная или необратимая, конденсационная структура образуется благодаря более прочным химическим связям, возникающим при непосредственном соприкосновении частиц друг с другом. Эти связи возникают обычно в состоянии покоя системы, чаще всего уже в готовом продукте. Такая структура лишена тиксотропных и пластично-вязких свойств. В случае преобладания такой структуры масло становится избыточно твердым и хрупким. Механическим воздействием кристаллизационная структура может быть необратимо разрушена и превратиться в коагуляционную.
Масло хорошей консистенции представляет собой смешанную коагуляционно-кристаллизационную структуру с преобладанием свойств коагуляционной.
При выработке масла способом сбивания сливок кристаллизация глицеридов происходит в процессе физического созревания сливок после быстрого их охлаждения, внутри отдельных жировых шариков, в течение длительного времени. В результате образуется много мелких кристаллов, что и определяет формирование мелкокристаллической структуры продукта. Кристаллизация глицеридов и формирование структуры в основном заканчивается в процессе выработки масла. Структура такого масла характеризуется как коагуляционно-кристаллизационная.
При выработке масла в маслоизготовителях непрерывного действия условия формирования структуры аналогичны вышеизложенным. Однако, более интенсивное механическое воздействие на сливки в процессе их сбивания и обработки масляного зерна приводит к значительному разрушению жировых шариков и даже к частичному расплавлению ранее кристаллизовавшегося жира. Отличительной особенностью структуры такого масла по сравнению со структурой масла, выработанного в маслоизготовителях периодического действия, является более тонкое диспергирование плазмы и повышенное содержание газовой фазы.
Таким образом, структура сливочного масла, выработанного способом сбивания сливок (независимо от используемого маслоизготовителя) представлена в основном жировыми микрозернами, состоящими из высоко- и среднеплавких глицеридов молочного жира. Промежутки между ними заполнены жидким жиром, состояние которого зависит от температуры и жирнокислотного состава. Это предопределяет пластичность масла и его термоустойчивость. Термоустойчивость такого масла хорошая.
При выработке масла способом преобразования высокожирных сливок уже в начальный период обработки сливок в маслообразователе создаются условия, при которых разрушение жировой эмульсии преобладает над процессом кристаллизации. Быстрое охлаждение сливок обусловливает кристаллизацию высокоплавких глицеридов, образование твердого жира и повышение вязкости. При этом значительная часть жировых шариков разрушается раньше, чем в них закристаллизуются высоко- и особенно среднеплавкие глицериды. Это приводит к образованию жидкого жира усредненного состава. Кристаллизация глицеридов происходит в расплаве жира. При быстром охлаждении расплава возможно его переохлаждение, когда жир остается жидким при температурах ниже точки отвердевания части составляющих его глицеридов. Содержание твердого жира в таком масле будет меньше, чем в полученном способом сбивания сливок. Этим объясняется повышенная текучесть масла на выходе из маслообразователя. Кроме того, поскольку кристаллизация осуществляется из расплава жира, то при этом создаются условия для неограниченного роста кристаллов и формирования преимущественно кристаллизационной структуры вырабатываемого масла. Это оказывает влияние на температуру плавления жира, а так как последний является дисперсионной средой, то продукт будет более чувствителен к колебаниям температуры, нежели масло, полученное способом сбивания. Именно преобладанием кристаллизационной структуры можно объяснить пониженную термоустойчивость и повышенную способность жидкого жира к вытеканию для масла, выработанного способом преобразования высокожирных сливок.
Регулирование параметров термомеханической обработки высокожирных сливок с целью получения мелкокристаллической коагуляционной структуры масла способствует повышению термоустойчивости масла и снижению вытекания свободного жидкого жира.
Жидкий жир преобладает в масле. Он равномерно распределен в объеме продукта, образуя непрерывную дисперсионную среду, обеспечивая связность структуры и пластичную консистенцию. Чем больше объем кристаллического жира и мельче его кристаллики, тем больше его адсорбирующая поверхность, и тем лучше будет удерживаться жидкий жир. Располагаясь между отдельными элементами структуры масла жидкий жир выполняет роль «смазки». Недостаток жидкого жира является причиной хрупкой, крошливой консистенции масла, а избыток вызывает порок «мягкая консистенция». Для получения масла пластичной консистенции необходимо, чтобы образовалось достаточное количество свободного жидкого жира. С этой целью применяют ступенчатые режимы физического созревания.
Вода находится в масле в свободном состоянии, однако часть воды пребывает в связанном состоянии и прочно удерживается на поверхности жировых агрегатов. Свободная вода служит растворителем для различных составных частей молока, переходящих в масло, и называется плазмой.
Плазма, представляющая собой водный раствор белков, молочного сахара, минеральных веществ, витаминов и др., распределена в жидком жире в виде капель различного размера и является дисперсной фазой. Некоторая часть капель плазмы соединена тончайшими протоками, пронизывающими часть или всю массу монолита масла. В этом случае плазму можно рассматривать как дисперсионную среду в масле.
Дисперсность плазмы влияет на консистенцию масла, стойкость его в хранении и зависит от способа производства масла. Размеры капель в масле, выработанном способом сбивания сливок на цилиндрическом маслоизготовителе составляют 10–25 мкм, на коническом и кубическом – 7–15 мкм, на маслоизготовителе непрерывного действия – 3–15 мкм, для масла, выработанного способом преобразования высокожирных сливок – 1–3 мкм.
Дисперсность плазмы в масле характеризуют следующим образом: хорошая – все капли менее 10 мкм; удовлетворительная – большинство капель менее 10 мкм; плохая – значительное число капель больше 10 мкм, встречаются капли до 30 мкм и больше.
Дисперсность плазмы в значительной степени зависит от способа производства масла (табл.). В таблице приведены результаты исследований Ф.А. Вышемирского для сладкосливочного масла с массовой долей жира 82,5%.
По данным Ф.А. Вышемирского наиболее тонко плазма диспергирована в масле, выработанном способом преобразования высокожирных сливок (ПВЖС), в котором средний размер капель плазмы составлял 2,88 мкм, при этом 61,5 % плазмы находилось в виде капель диаметром от 1 до 5 мкм (93–97 % общего количества капель). Для способа сбивания в маслоизготовителе непрерывного действия дисперсность плазмы ниже, чем для способа ПВЖС. При этом средний размер капель плазмы соответствовал 3,20 мкм, и только 40,6 % плазмы находилась в виде капель размером 1–5 мкм (90–94 % от общего количества капель). Для способа сбивания в маслоизготовителях периодического действия степень дисперсности плазмы самая низкая, средний диаметр капель плазмы 3,36 мкм, объем плазмы, находящейся в каплях диаметром 1–5 мкм – 38,5 % (88–93 % общего количества капель).
