UNIWERSYTET ROLNICZY W KRAKOWIE
WYDZIAŁ TECHNOLOGII śYWNOŚCI
Katedra Przetwórstwa Produktów Zwierzęcych
ĆWICZENIE 4
PRODUKCJA MASŁA
Specjalizacja: Technologia mleczarstwa
Studia niestacjonarne – rok IV, semestr VIII
Przedmiot: Tłuszcz mlekowy, napoje fermentowane i lody
1
WSTĘP
Charakterystyka procesu zmaślania
Zmaślanie to przekształcenie odpowiednio przygotowanej śmietanki słodkiej lub
ukwaszonej (śmietany) w masło. Spośród wielu znanych teorii opisujących ten proces,
najbardziej akceptowana wydaje się być teoria flotacyjna. W duŜym uproszczeniu proces
zmaślania moŜna określić jako przemianę fazową emulsji typu o-w (śmietanka) w emulsję
typu w-o (masło). Warunkiem tej konwersji jest uszkodzenie otoczek kuleczek tłuszczowych
przez oddziaływanie mechaniczne. Nie ma takich moŜliwości w śmietance pozostawionej w
spokoju, w której na powierzchni granicznej: śmietanka – powietrze jest zaadsorbowana
warstewka białkowa złoŜona głownie z kazeiny. W wyniku jednak róŜnego rodzaju
oddziaływań uporządkowana powierzchniowo czynna warstewka białkowa traci ciągłość.
Zjawisko to towarzyszy początkowemu okresowi zmaślania i intensywnego tworzenia
pęcherzyków powietrza. Do nowo tworzącej się granicy międzyfazowej dąŜą substancje
wykazujące zdolność obniŜania napięcia powierzchniowego, a wiec białka i otoczone
otoczkami fosfolipidowo-białkowymi kuleczki tłuszczowe. W efekcie część kuleczek
tłuszczowych zostaje pozbawiona materiału otoczkowego. W ślad za materiałem otoczkowym
po powierzchni granicznej rozprzestrzenia się równieŜ wydobywający się z wnętrza kuleczek
tłuszczowych ciekły tłuszcz. Kolejne zderzenia pęcherzyków powodują ich powiększanie się,
a tym samym zmniejszanie powierzchni granicznej powietrze – plazma. W wyniku tego
następuje gwałtowne zbliŜanie się kuleczek tłuszczowych, prowadzące do powstawania
mikroskopijnych grudek masła. Czynnikiem zlepiającym te nowe struktury jest ta część
wolnego tłuszczu wydobywającego się z uszkodzonych kuleczek tłuszczowych, która nie
zaadsorbowała na swojej powierzchni warstewki białek plazmy. Dalsze oddziaływanie
mechaniczne i kolejne kolizje pęcherzyków z zawartymi w nich, wytworzonymi wcześniej,
maleńkimi grudkami masła prowadzą do powstania jeszcze większych struktur, zlepiających
się juŜ w wyniku zwykłych zderzeń mechanicznych. Proces ten zaczyna dominować w
końcowej fazie procesu zmaślania, charakteryzującej się zanikaniem pęcherzyków piany i
przechodzeniem do plazmy substancji otoczkowej oraz części silnie zdyspergowanego i
pokrytego zaadsorbowaną warstwą białkową wolnego tłuszczu (tzw. koloidalnego).
Gwałtowne załamywanie się piany wskazuje na wzmoŜoną aglomerację grudek masła i jest
związane z pojawieniem się – widocznych juŜ wzrokowo – ziarenek masła. Po uzyskaniu
poŜądanej ich wielkości (2-4 mm) proces zmaślania naleŜy uznać za zakończony. Masło
uzyskuje ostateczną strukturę po oddzieleniu maślanki i wygniataniu, poprzedzonym czasem
płukaniem.
Czynniki wpływające na czas i jakość zmaślania
Czas i dokładność zmaślania oraz związany z nimi wydatek jak równieŜ jakość i trwałość
masła zaleŜą od następujących czynników:
-
składu chemicznego i wielkości kuleczek tłuszczowych,
-
zawartości tłuszczu w śmietanie,
-
stopnia dojrzałości fizycznej śmietany,
-
stopnia ukwaszenia śmietany,
-
stopnia napełnienia masielnicy,
-
temperatury zmaślania,
-
prędkości obrotowej masielnicy.
Skład chemiczny i wielkość kuleczek tłuszczowych. Skład chemiczny ma bezpośredni
wpływ na twardość kuleczek tłuszczowych. Skład chemiczny tłuszczu zaleŜy od warunków
Ŝ
ywienia, okresu laktacji i rasy krów. Tłuszcz twardy, zawierający duŜo nasyconych kwasów
2
tłuszczowych, zmaśla się trudniej i dłuŜej. Tłuszcz miękki, bogaty w nienasycone kwasy
tłuszczowe, łatwo i szybko łączy się w ziarna masła. Latem, gdy tłuszcz jest miękki, stosuje
się niską temperaturę zmaślania. Zimą natomiast, gdy tłuszcz jest twardy, podnosi się
temperaturę zmaślania.
Na czas zmaślania i wydatek masła wpływa takŜe wielkość kuleczek tłuszczowych. DuŜe
kuleczki tłuszczowe łatwiej i szybciej łączą się w gronka i ziarna masła niŜ kuleczki drobne.
Jeśli przeciętna wielkość kuleczek tłuszczowych jest większa, wówczas czas zmaślania jest
krótszy. Temperaturę zmaślania naleŜy tak ustalać, aby drobne kuleczki tłuszczowe zdąŜyły
połączyć się w ziarna masła, a nie zwiększały zawartości tłuszczu w maślance.
Przy róŜnych rozmiarach kuleczek tłuszczowych w normalnych warunkach zmaślania
wykorzystanie tłuszczu jest róŜne - im większe są kuleczki tłuszczowe, tym wyŜszy jest
stopień ich wykorzystania.
Zawartość tłuszczu w śmietanie. Większa zawartość tłuszczu w śmietanie powoduje, Ŝe
kuleczki tłuszczowe znajdujące się w większej koncentracji, szybciej łączą się w grudki
masła. Ze względu jednak na skrócony czas zmaślania nie wszystkie kuleczki tłuszczowe
zdołają połączyć się w ziarna wskutek czego zwiększa się zawartość tłuszczu w maślance, a
więc uzyskuje się mniejszy wydatek masła.
Zbyt wysoka zawartość tłuszczu w śmietanie powoduje skłonność do zlepiania się ziaren
masła i jego mazistości, utrudnia płukanie oraz przyczynia się do powstawania smaku
oleistego i łojowatego, pogarsza więc trwałość masła.
W celu zmniejszenia zawartości tłuszczu w maślance przy zmaślaniu śmietany
wysokoprocentowej naleŜy obniŜyć temperaturę zmaślania, tak aby czas zmaślania
odpowiadał ogólnie przyjętej normie.
Do zmaślania powinna być uŜyta śmietana o stałej zawartości tłuszczu, tj. 28—35% dla
masielnic o działaniu okresowym oraz 40—50 % dla masielnic o działaniu ciągłym.
Stopień dojrzałości fizycznej śmietany. Stopień twardości kuleczek tłuszczowych, tj. stan
dojrzałości fizycznej śmietany, wpływa na czas zmaślania i konsystencję masła.
Twarde kuleczki tłuszczowe, jak juŜ powiedziano, trudniej łączą się ze sobą, miękkie zaś —
łatwiej i szybciej. Dlatego podczas zmaślania śmietany niedojrzałej fizycznie, zawierającej
duŜą ilość nie zestalonego tłuszczu charakteryzującego się duŜą skłonnością do zlepiania się,
ziarno tworzy się szybko. Konsystencja takiego ziarna jest wadliwa, a znaczna część tłuszczu
nie zdąŜy się połączyć w ziarno i pozostaje w maślance. Śmietanę niedostatecznie dojrzałą
naleŜy zmaślać w niŜszej temperaturze.
Stopień ukwaszenia śmietany. Nadmiernie wysoka kwasowość śmietany moŜe powodować
smak kwaśny i serowy masła. Niedostateczne ukwaszenie umoŜliwia rozwój mikroflory
niepoŜądanej, co jest szczególnie niebezpieczne przy przerobie śmietanki gorszej jakości.
Oprócz tego przy niskiej kwasowości otrzymuje się masło bez wyraźnych cech smakowych i
aromatu. Przy niŜszym zakwaszeniu dokładność oddzielania tłuszczu od plazmy oraz
intensywność łączenia się kuleczek tłuszczowych w grudki i ziarna są mniejsze, wskutek
czego maślanka zawiera więcej tłuszczu.
Prawidłowe ukwaszenie śmietany uzyskuje się w granicach od 16 do 18°SH w plazmie, przy
umiarkowanym ukwaszeniu i 22°SH przy silnym ukwaszeniu.
Stopień napełnienia masielnicy. W metodzie okresowej przy całkowitym napełnieniu
masielnicy nie wytwarza się piana, a więc nie powstają ziarna masła, przy zbyt małej ilości
ś
mietany (poniŜej 15% pojemności masielnicy) rozlewa się ona po ścianach obracającej się
masielnicy i nie zmaśla się.
Dla kaŜdego typu masielnicy stopień napełnienia jest stały i wynosi:
— dla masielnic bezwalcowych cylindrycznych 40% ogólnej pojemności masielnicy,
— dla pozostałych masielnic metalowych 15—55% ogólnej pojemności masielnicy.
3
Temperatura zmaślania śmietany. Jest to jeden z czynników mających największy wpływ
na proces produkcji masła. Od niej zaleŜy czas i dokładność zmaślania, konsystencja masła
oraz zawartość w nim wody.
Przez podwyŜszenie lub obniŜenie temperatury zmaślania, przy pozostałych warunkach nie
zmienionych, moŜna wpływać na czas zmaślania śmietany. W wyŜszej temperaturze czas
zmaślania jest krótszy. Powstają wówczas większe pęcherzyki piany o małej elastyczności,
wskutek czego piana szybciej zanika. Mniejsze kuleczki tłuszczowe nie zdąŜają
skoncentrować się na błonkach pęcherzyków piany oraz wytworzyć grudek i ziaren masła,
wskutek czego wzbogacają maślankę w tłuszcz. Otrzymane masło ma złą, mazistą
konsystencję, zawiera nadmierną ilość wody i jest nietrwałe.
W niskiej temperaturze czas zmaślania jest dłuŜszy. Powstaje wówczas duŜa liczba bardzo
drobnych, elastycznych pęcherzyków piany. Kuleczki tłuszczowe łatwiej przechodzą na
błonki pęcherzyków piany, wskutek czego maślanka zawiera mniej tłuszczu. Powstałe ziarno
ma twardą konsystencję, a masło po wygnieceniu zawiera zbyt mało wody.
Najodpowiedniejsza jest taka temperatura, przy której czas zmaślania trwa średnio 45 min
(30—60 min).
W czasie zmaślania następuje wzrost temperatury o 1,5—2°C. Przyczyną tego jest tarcie
cząstek śmietany o siebie i o ściany masielnicy, wywołane przez ruch masielnicy.
Wysoka temperatura zmaślania sprzyja przyspieszeniu procesów utleniania tłuszczu, wskutek
czego masło szybciej nabiera posmaku oleistego.
Dla metody ciągłej temperatury zmaślania zaleŜne od zawartości tłuszczu w śmietanie i jej
kwasowości przedstawia tabela 1
Tabela 1. Temperatury zmaślania śmietany przy produkcji masła systemem ciągłym
Kwasowość śmietany [
°
SH]
Temperatura zmaślania [
o
C]
Zawartość tłuszczu w
ś
mietanie
%
ogólna
w plaźmie
w lecie
w zimie
35
40
45
5,0 –7,0
7,5-10,0
13,0-18,0
4,5-6,5
6,9-9,0
4,0-3,5
6,2-6,2
8,0-11,0
12,0-16,0
31,0-29,0
8,0-11,0
12,0-16,0
8,0-11,0
12,0-16,0
10-11
9-10
8-9
8-9
7-8
8-9
7-8
12-13
11-12
10-11
10-11
9-10
10-11
9-10
Prędkość obrotowa masielnicy. Ma bezpośredni wpływ na intensywność wstrząsów
ś
mietany. Im obroty masielnicy są szybsze, tym wstrząsy śmietany są gwałtowniejsze i tym
czas zmaślania jest krótszy. Przy mniejszej liczbie obrotów wstrząsy są łagodniejsze, a tym
samym przedłuŜa się czas zmaślania.
Zarówno zbyt duŜa, jak i zbyt mała liczba obrotów masielnicy na jednostkę czasu nie daje
poŜądanych wyników.
Liczbę obrotów masielnicy ustala fabryka, która ją wyprodukowała. Masielnice o napędzie
mechanicznym mają 15—35 obr/min.
4
OCENA ŚMIETANY PRZYGOTOWANEJ DO ZMAŚLANIA
1.
Przeprowadzić ocenę organoleptyczną wg PN-90/A-86050
2.
Oznaczyć kwasowość ogólną i kwasowość plazmy w
°°°°
SH
Do kolby stoŜkowej odmierzyć pipetą 25 cm
3
śmietany i wypłukiwać jej resztki z pipety
uŜywając 25 cm
3
wody destylowanej. Dodać 2 cm
3
fenoloftaleiny i miareczkować 0,25 N
NaOH do uzyskania róŜowego zabarwienia. Uzyskany wynik przeliczyć na
°
SH.
Kwasowość plazmy obliczyć wg wzoru:
K – kwasowość ogólna,
°
SH,
ƒ – zawartość tłuszczu w smietanie, %,
0,93 przeciętna gęstość tłuszczu,
3.
Oznaczyć pH
4.
Oznaczyć zawartość tłuszczu
Do tłuszczomierza Koehlera odmierzyć 10 cm
3
kwasu siarkowego (d=1,815) a następnie
specjalną pipetą 5 cm
3
śmietanki. Drugą pipetą odmierzyć 5 cm
3
letniej wody destylowanej i
spłukać nią do tłuszczomierza resztki śmietany z pipety. Dodać 1 cm
3
alkoholu
izoamylowego i tłuszczomierz dokładnie zatkać po czym wstawić do łaźni wodnej o temp.
65-70
°
C na 5-10 minut. Po dokładnym rozpuszczeniu kazeiny sprawdzić czy poziom słupka
tłuszczu znajduje się na skali (ewentualnie wyregulować korkiem lub dodać alkoholu
izoamylowego) i tłuszczomierz umieścić w wirówce Gerbera. Wirować przy około 1000-1200
obr/min przez 5 minut. Następnie wstawić tłuszczomierz do łaźni wodnej o temp. 65-70
°
C na
5 minut, po czym dokonać odczytu zawartości tłuszczu wg menisku dolnego.
5.
Oznaczyć temperaturę śmietany, w razie potrzeby doprowadzić śmietanę do
temperatury zmaślania: 7
°
C latem i 11
°
C zimą.
PRZEPROWADZENIE ZMAŚLANIA
1.
Przygotować masielnice do zmaślania
a.
Zmierzyć objętość masielnicy (wlewając wodę za pomocą naczyń miarowych)
b.
Wymyć masielnicę roztworem detergentu,
c.
Wydezynfekować masielnicę gorącą wodą,
d.
Wypłukać masielnicę zimną wodą
2.
Napełnić masielnicę odmierzoną ilością śmietany, tak aby jej wypełnienie wynosiło ok.
40% (30-50%) całkowitej objętości. W wypadku produkcji masła z dodatkiem oleju dodać
go do śmietany. Schłodzony do temp. poniŜej 7
°
C olej dodać w ilości 15% latem i 25%
zimą w stosunku do ilości tłuszczu. Ilość tą obliczyć na podstawie procentowej zawartości
tłuszczu i objętości śmietany uŜytej do zmaślania. Olej wlać bezpośrednio do maselnicy
napełnionej śmietaną.
−
=
93
,
0
100
100
f
K
K
P
5
3.
Zamknąć szczelnie maselnicę i rozpocząć zmaślanie. Po kilku minutach zatrzymać i
odpowietrzyć masielnicę poprzez jej otwarcie. Obserwować dokładnie przebieg zmaślania
szczególnie w ostatniej fazie (czas zmaślania wynosi 45-60 minut). Zmaślanie naleŜy
przerwać, gdy ziarenka masła osiągną wielkość 2-4 mm. Po zakończeniu zmaślania
maślankę odpuścić ostroŜnie przez sitko. Zmierzyć jej objętość, temperaturę, kwasowość i
zawartość tłuszczu.
4.
Wypłukać masło trzykrotnie wodą.
a.
I płukanie przeprowadza się poprzez zalanie ziarna rozproszonym strumieniem wody
w ilości ok. 10% w stosunku do ilości śmietany wziętej do zmaślania i temperaturze
zmaślania.
b.
II płukanie przeprowadza się poprzez wypełnienie masielnicy wodą w ilości równej
objętości spuszczonej maślanki i temp. o 1-2
°
C niŜszej od temp. zmaślenia. Wodę naleŜy
wpuszczać ostroŜnie. Ziarna masła pozostawia się w spokoju przez kilka minut, po czym
delikatnie miesza się maselnice i po osadzeniu się ziarna wylewa ostroŜnie wodę.
c.
III płukanie przeprowadza się podobnie jak II.
5.
Wygnieść masło łopatką na płytce do chwili uzyskania prawidłowego rozmieszczenia
(kontrolować papierkiem Dysprewod) i zawartości wody w maśle. W trakcie wygniatania
do masła wyprodukowanego ze słodkiej śmietanki dodać zakwas w ilości ok. 2% w
stosunku do masła.
6.
OdwaŜyć uzyskane masło.
7.
Wypełnić dziennik techniczny produkcji.
8.
Obliczyć wydatek masła ze 100 kg śmietanki wg wzoru E. Pijanowskiego:
gdzie:
X
’’
– wydatek ze 100 kg śmietany,
k – współczynnik kontrolowanego rozchodu tłuszczu; wartość jego wynosi 0,996÷0,998,
ś
rednio 0,997
T
s
– % tłuszczu w śmietanie,
T
m
– % tłuszczu w maślance,
W – % wody w maśle,
S
m
– % suchej masy beztłuszczowej w maśle,
oraz wg wzoru Hittchera:
Wydatek masła w kg ze 100 dm
3
śmietany = 1,212 · % tłuszczu śmietany – 0,67
9.
Obliczyć zuŜycie jednostek tłuszczowych na 1 kg masła wg wzoru:
liczba jednostek zuŜytych na produkcję masła
liczba kg uzyskanego masła
m
m
m
S
T
S
w
T
T
k
X
07
,
1
100
)
(
100
''
−
−
−
−
=
6
10.
Obliczyć relatywne straty tłuszczu w procesie wyrobu masła
gdzie:
S
t
– relatywne straty tłuszczu w %,
t
s
– zawartość tłuszczu w śmietanie w %,
t
m
– zawartość tłuszczu w maślance w %,
11.
Zestawić bilans jednostek tłuszczowych:
Przychód: ilość j.tł. śmietany (l śmietany · % tł.)
Rozchód: ilość j.tł. masła +
ilość j.tł. maślanki
Straty: ilość j.tł. (Przychód – Rozchód)
Skrócony dziennik produkcji masła
Ilość [l]
Tłuszcz [%]
Kwasowość [ºSH]
pH
Ś
mietanka do
zmaślenia
Temperatura [ºC]
Napełnienie [%]
Temperatura [ºC]
Czas [min]
Zmaślanie śmietanki
Cechy ziarna [wielkość w mm]
Zawartość tłuszczu [%]
Kwasowość [ºSH]
pH
Temperatura [ºC]
Maślanka
Ilość [l]
I
II
Temperatura wody
podczas płukania
ziarna
III
Czas [min]
Wygniatanie
Rozmieszczenie wody [pap. „dysperwod”]
Masło
Ilość [kg]
s
m
s
t
t
t
t
S
⋅
⋅
−
=
)
991
,
0
80
(
7
Zakwaszanie plazmy masła metodą IBC – Indirect Biological Culturing
Zamiast ukwaszania śmietany przed zmaśleniem, moŜna stosować ukwaszanie plazmy
masła poprzez dodatek koncentratu kwasu mlekowego wraz z zakwasem maślarskim.
Odpowiednią kwasowość masła uzyskuje się poprzez dodatek 80% kwasu mlekowego. Aby
pH plazmy masła osiągnęło wartość 5,2-5,3 dodatek ten kształtuje się na poziomie 0,056%.
Właściwy aromat masła uzyskuje się przez dodatek wysokoaromatyzującego zakwasu typu
D, zawierającego w swoim składzie 20-25% L. lactis ssp. lactis biovar diacetylactis.
Zawartość diacetylu w tym zakwasie wynosi 80-160 mg/litr. Równocześnie zakwas ten
produkuje duŜą ilość aldehydu octowego, który charakteryzuje się surowo-roślinnym,
jogurtowym zapachem, co pogarszało by cechy organoleptyczne masła. W związku z tym
oprócz zakwasu D dodaje się do masła takŜe zakwas L (Leuconostoc cremoris), którego
zadaniem jest rozkład aldehydu octowego, dzięki czemu masło uzyskuje właściwy,
charakterystyczny dla diacetylu aromat.
Przygotowanie zakwasu typu D
1.
W związku z duŜą wraŜliwością L. lactis ssp. lactis biovar diacetylactis, na bakteriofagi
przygotowanie zakwasu powinno się odbywać z zachowaniem szczególnej higieny i w
warunkach aseptycznych.
2.
W celu uzyskania wysokiej koncentracji diacetylu do przygotowania zakwasu stosuje się
mleko wzbogacone w suchą masę beztłuszczową do poziomu 16 %.
3.
Do zaszczepiania mleka uŜywa się głęboko mroŜonych lub liofilizowanych zakwasów
typu D o wysokim udziale L. lactis ssp. lactis biovar diacetylactis (20-25%).
4.
Temperatura inkubacji wynosi 21-23
°
C.
5.
W trakcie inkubacji i dojrzewania zakwasu prowadzi się ciągły pomiar pH.
6.
Przy pH 4,85 odfermentowany zostaje cały kwas cytrynowy i aby zapobiec rozkładowi
wytworzonego diacetylu zakwas chłodzi się do temp. 5
°
C. Podczas chłodzenia dodaje się
80% kwas mlekowy w ilości 3,75%, dzięki czemu redukuje się pH zakwasu do wartości
ok. 3,3, co działa stabilizująco na zawartość diacetylu.
7.
Zawartość diacetylu moŜe być dodatkowo zwiększona przez mieszanie i napowietrzanie
ukwaszonego kwasem mlekowym zakwasu, przepuszczając go np. przez pompę wirową.
8.
W temp. 5
°
C zakwas moŜe być przechowywany przez okres 2-3 dni.
Przy metodzie ciągłej produkcji masła zakwas dodawany jest do sekcji wygniatania.
W metodzie tradycyjnej zakwas dodawany jest przed wygniataniem w ilości:
- zakwas typu D (z dodatkiem kwasu mlekowego) – 1,2 – 1,5%,
- zakwas typu L – 0,5 – 1,0%.
Korzyści stosowania metody IBC
1.
Rozdzielenie procesów wytwarzania kwasu mlekowego i składników aromatu od procesu
dojrzewania fizycznego, zwiększające moŜliwości optymalizacji cieplnej obróbki śmietanki w
celu poprawy cech struktury i konsystencji masła
2.
MoŜliwość uzyskania słodkiej maślanki i łatwiejszego jej zagospodarowania.
3.
Ograniczenie nadmiernej lepkości śmietany utrudniającej jej przetłaczanie do urządzeń
zmaślających w systemie ciągłym
4.
Poprawa trwałości masła w skutek zmniejszenia zmian oksydacyjnych co wiąŜe się z obniŜeniem
zawartości jonów miedzi w maśle w wyniku większego ich przejścia do maślanki podczas
zmaślania słodkiej śmietanki w porównaniu z ukwaszoną śmietaną.
5.
ObniŜenie ryzyka wad związanych z hydrolitycznym rozkładem tłuszczu mlekowego w wyniku
przejścia większej ilości wolnych kwasów tłuszczowych do maślanki podczas zmaślania słodkiej
ś
mietanki w porównaniu z ukwaszoną śmietaną (wraz ze wzrostem pH rośnie rozpuszczalność
kwasów tłuszczowych w wodzie).