Verfahren zur Herstellung von Butter aus Butterfett enthaltenden, wässerigen Emulsionen. Der Butterbildungsprozess aus Butterfett enthaltenden, wässerigen Emulsionen ist nach dem neuesten Stande kolloidehemiseher Forschung als eine Koagulation aufzufassen. Die Milch besteht aus Fett, Eiweisskörpern (Kasein, Albumin und Spuren von Globu linen, Milchzucker, Mineralbestandteilen (Salze) und Wasser.
Der Milchzucker und die Mineralbestandteile sind im Wasser echt gelöst (maximaldispers als Moleküle und Zonen), die Eiweisskörper in kolloider Zer teilung vorhanden (das heisst als feinste Teil chen von einigen Millionstel Millimeter Durchmesser), und -las Fett liegt- als relativ gröbdisperse Zerteilung, als Emulsion vor.
Die Stabilität einer solchen Fettemulsion, wie sie die Milch darstellt, besteht ,solange; als die Kolloide, wie die grobdisperse Fettphase, entweder durch Ionen, die - auf ihrer Ober fläche sitzen, elektrisch aufgeladen sind, das heisst -wenn sie gegenüber dem Dispersions- mittel, der Flüssigkeit, ein bestimmtes elek trisches Potential aufweisen, öder, wenn sie stark hydratisiert sind, wobei aber auch wie der die elektrische Aufladung eine Rolle spielt,
so dass bei irgendwie eintretender Dehydration die Stabilität des dispersen Systems durch die Aufladung der Teilchen bestimmt ist. Über die Ladungen der Fett kügelchen in der Milch orientieren Unter suchungen von H. A. Sirks.
Besteht nun in einem System keine elek trische Aufladung oder keine ausreichende Hydratation, so bleiben die Teilchen anein ander haften, wenn sie infolge der ihnen eigenen Brown'schen Bewegung (zittrige. unregelmässige Bewegung der Teilchen in folge der Molekülstösse der Flüssigkeit) auf einander stossen. Die Zusammenstösse erfolgen in konzentrierten Lösungen ziemlich häufig, so dass in kurzer Frist ein System von nicht geladenen oder entladenen Teilchen zu gro ssen goagulaten zusammenballt und aus- fläckt, ausfällt oder aufrahmt. Stabile Zer teilungen von.
Fett in Wasser sind bekannt bei schwach alkalischer Reaktion (Anwesen- heit von Hydroxyl-Ionen), wodurch die Fetteilehen aufgeladen werden. In neutralen oder schwach sauren Systemen, wie es die Milch darstellt, wäre eine stabile Fettzertei lung ohne Gegenwart eines weiteren stabili sierenden Stoffes nicht wohl denkbar. Als stabilisierende Stoffe kommen, ausser auf ladenden Ionen, sogenannte Schutzkolloide in Frage. Dies sind kolloide Stoffe (gewisse Eiweisskörper oder dergleichen), welche an sich, infolge einer grossen Affinität zum Lö sungsmittel, stark hydratisiert und sehr sta bil sind.
Solche Stoffe bilden um die Teil chen weniger stabiler Zerteilungen sehr leicht hydratisierte Hüllen und übertragen ihren hydrophilen, stabilen Charakter auf die weniger oder nicht stabilen Teilchen.
In der Milch ist nun die Gegenwart von Eiweissstoffen bekannt, und es müsste auch ohne besondere Kenntnis bestätigender Be obachtungen, rein theoretisch angenommen werden, dass -sich um die Fettkugeln Eiweiss stoffe als schützende Hüllen anlagern.
Die Annahme einer solchen Hülle um die Fett kugeln ist heute in der Milchwirtschaft all gemein gültig: es wird von einer Serum hülle (früher Haptogenmembran genannt) gesprochen, wobei es sich um einen Eiweiss- körper handelt, dessen chemischer Charakter noch nicht aufgeklärt ist.
Der Körper ist aber zweifellos stark oberflächenaktiv, er reichert sich an sämtlichen Grenzflächen (bei der Schaumbildung) stark an und erniedrigt die Grenzflächenspannung. Als oberflächen aktiver Körper muss er sich ebenfalls an der Grenzfläche Fett-Wasser anlagern und da durch. seine Schutzkolloidwirkung zur Gel tung bringen. Es kann somit mit Bestimmt heit mit einer Eiweisshülle um .die Fettkugeln in der Milch gerechnet werden.
Gemäss dem in der Literatur vorliegenden Tatsachenmaterial lassen sich nun deutlich zwei verschieden verlaufende Koagulations- vorgänge des Fettes in der Milch erkennen, nämlich der Aufrahmungsvorgang und die Butterbildung. Bei der Aufrahmung handelt es sieh um einen sogenannten orthokine- tischen Koagulationseffekt (nach Wiegner), wobei die Eiweisshüllen um die Fettkügel chen nicht beeinflusst werden.
Es entsteht unter dem Einfluss des Auftriebes auf der Milchoberfläche beim Stehen eine Fett anreicherung, die sogenannte Rahmschicht, wobei sich im Rahm lockere, leicht wieder dispergierbare Koagulate bilden.
Dieser Erscheinung gegenüber handelt es sich beim Butterungsvorgang zweifellos um einen irreversiblen Koagulationseffekt. Eine solche vollständige Koagulation, wie sie die Butterbildung darstellt, tritt dann ein, wenn die Teilchen durch eine Erhöhung des Elek- trolytgehaltes in der Aussenflüssigkeit voll ständig entladen werden.
Bei frischer Milch tritt aber auch bei Erhöhung des Elektrolyt gehaltes eine Koagulation zu Butter nicht ohne weiteres ein, sondern die Butterkoagu lation kommt erst dann zustande, wenn die schützenden Eiweisshüllen der Fettkügelchen entfernt oder jedenfalls weitgehend abgebaut sind. Dies ist der wesentliche Unterschied gegenüber dem Aufrahmungsvorgange.
In der Praxis beobachtet man, dass die Butterbildung unter den folgenden Bedin- gungen eintritt: 1. Wenn die Milch oder der Rahm infolge der natürlichen Säuerung (Bakterientätig keit) einen gewissen Säuregrad erreicht bat (Rahmreifung).
2. Wenn die zum günstigen Grade ge säuerte Milch oder der Rahm mechanisch be arbeitet werden, wobei sie gestossen, gequirlt. geschüttelt oder gepeitscht werden.
3. Es gilt allgemein, und ist durch Ver suche von 0. Rahm belegt, dass zur Butter bildung ein Schaum vorhanden sein muss, welcher durch die unter 2 angeführte mecha nische Behandlung in Verbindung mit atmo sphärischer Luft oder eines andern Gases er zeugt wird.
Diesen drei Bedingungen will nun das vorliegende Verfahren auf einfachere und wirksamere Weise gerecht werden und da mit die Butterungsdauer auf einen Bruchteil der bisher benötigten Zeit herabsetzen.
Ver suche ergaben nämlich. dass sich der Butter- bildungsprozess aus Butterfett enthaltenden, wässerigen Emulsionen gegenüber allen bis her praktisch ausführbaren Vorschlägen be deutend rascher und einfacher erzielen lässt, wenn die Emulsion mit Kohlendioxyd über sättigt wird, so dass durch Bildung von Kohlensäure die für die Butterbildung not wendige Säuerung erzielt wird, und die un ter Kohlensäuredruck stehende Emulsion mechanisch gepeitscht wird.
Dadurch ergeben sich folgende neue Wir kungen: Durch die Übersättigung der Milch mit Kohlensäure unter Druck von einigen Atmo sphären wird sofort die Wasserstoffionen konzentration im System erhöht, während bei den heute üblichen Butterungsverfahren infolge Bakterientätigkeit ein Säuregrad erst nach einiger Zeit durch die natürliche Milch säurebildung erreicht wird., welcher die Milch und den Rahm butterungsreif macht.
Die Milch wird also nach dem vorliegenden Ver fahren sofort "butterungsreif".
Weiter hat die anhaltende Übersättigung des Butterungsgutes den Vorteil, dass eine Erhöhung der Zahl der Gasbläschen und da mit eine Vergrösserung der Gesamtgrenz- fläche Kohlensäure-Flüssigkeit erzielt wird, wodurch die Schaumibldung relativ erhöht wird.
Ferner wird zum Unterschied von den bekannten Butterungsversuchen mit durch- strömender Druckluft die Tatsache aus genutzt, dass das Schutzeiweiss gegenüber Kohlensäure eine grössere Affinität als gegenüber Luft aufweist und dadurch die Adsorption der Eiweisskörper an der Grenz- fläche Kohlensäure-Flüssigkeit stärker wird als an der Grenzfläche Luft-Flüssigkeit.
Ausserdem wird die Schutzwirkung des Eiweiss durch die saure Reaktion (erhöhte Wasserstoffionenkonzentration) bei Verwen dung von Kohlensäure geschwächt.
Die Berücksichtigung aller dieser physi- kalisch-chemischen Tatsachen durch das vor liegende Verfahren ermöglicht eine Herab setzung der Butterungszeit von Minuten auf Sekunden, wobei das Butterungsprodukt der so mit. Kohlensäure behandelten Milch- oder P.ahmmassen zudem frischer. angenehmer im Geschmack und haltbarer wird alc bei Luft behandlung.
Bakteriologische Untersuchungen zeigten. dass bei Verwendung von Kohlensäure gemäss vorliegendem Verfahren ein auffallend nic1- driger Keimgehalt gegenüber der mit Luft gewonnenen Butter vorliegt, so dass also die nach vorliegendem Verfahren gewonnene Butter bakterienärmer ausfällt.
Das Verfahren kann beispielsweise wie folgt ausgeführt werden: Die Butterfett enthaltende. wässerige Emulsion, zum Beispiel Milch oder Rahm. wird in ein Druckgefäss gegossen, so dass darüber noch ein Luftraum besteht. Dar auf wird Kohlendioxyd eingelassen, welche zunächst die Luft aus dem Gefäss verdrängt und ferner mit der wässerigen Emulsion Kohlensäure bildet. Nun wird das Rühr- oder Schlagwerk in Tätigkeit gesetzt, wel ches die Masse unter anhaltendem Kohlen säuredruck energisch bearbeitet. Bereits nach einigen Sekunden tritt die Butterkoagulation ein" das Butterfett sammelt sich zu Körn chen und Klumpen.
Nach Öffnen eines Ab lasshahnes strömt die Kohlensäure, das heisst das flüchtige Kohlendioxyd aus, das Energie werk wird abgestellt und durch Lösen der Verschraubung der Deckel entfernt und die Butterklümpchen auf Sieben gesammelt und geknetet. Das Endprodukt ist eine mit Kohlensäure durchsetzte Butter.
Man hat- schon vorgeschlagen, den druck losen Luftinhalt eines Butterfasses wegen seiner oxydierenden und bakterienfördernden Wirkung durch Kohlensäure ohne Überdruck zu verdrängen, erhielt aber hierbei zum Bei spiel auch nicht die gemäss vorliegendem Verfahren beabsichtigte sofortige Erhöhung der Wasserstoffionenkonzentration durch Gasübersättigung. Milch ohne Übersättigung mit Kohlensäure, ohne anhaltenden Über druck und ohne anhaltende, mechanische Be arbeitung ergibt wegen. Nichteintretens der irreversiblen Koagulation nur eine rnil Kbhlensäure versetzte Trinkmilch.
Die Ver wendung durchströmender Druckluft allein, insbesondere ohne mechanische Peitschung, und nicht in. einem hermetisch abgeschlos senen Druckgefäss, ermöglicht, wie oben dar gelegt ist, weder die sofortige Butterreife, noch -die wesentliche, starke Adsorption des Schutzeiweisses. Ausserdem ist die schädi gende Wirkung des Luftsauerstoffes nicht ausgeschaltet.. -
Process for the production of butter from aqueous emulsions containing butterfat. The butter formation process from aqueous emulsions containing butterfat is to be understood as a coagulation according to the latest state of colloid-chemical research. Milk consists of fat, proteins (casein, albumin and traces of globules, milk sugar, mineral components (salts) and water.
The lactose and the mineral components are really dissolved in the water (maximally dispersed as molecules and zones), the protein bodies are present in colloidal division (i.e. as the finest particles a few millionths of a millimeter in diameter), and - the fat lies - as a relatively coarsely dispersed division, as an emulsion.
The stability of such a fat emulsion as it is milk exists as long as; than the colloids, like the coarsely dispersed fat phase, are either electrically charged by ions that sit on their surface, that is, when they have a certain electrical potential in relation to the dispersant, the liquid, or when they do are highly hydrated, but also how the electrical charge plays a role,
so that if dehydration occurs somehow, the stability of the disperse system is determined by the charging of the particles. Investigations by H. A. Sirks provide information about the charges on the fat globules in milk.
If there is no electrical charge or insufficient hydration in a system, the particles stick to one another when they collide with one another as a result of their own Brownian movement (shaky, irregular movement of the particles as a result of the molecular collisions of the liquid). The collisions occur fairly frequently in concentrated solutions, so that within a short period of time a system of uncharged or discharged particles agglomerates to form large goagulates and flares up, fails or becomes creamy. Stable divisions of.
Fats in water are known to have a weakly alkaline reaction (presence of hydroxyl ions), as a result of which the fat components are charged. In neutral or weakly acidic systems, such as milk, stable fat division would be unthinkable without the presence of another stabilizing substance. In addition to charging ions, so-called protective colloids can be used as stabilizing substances. These are colloidal substances (certain protein bodies or the like) which, due to their high affinity for the solvent, are strongly hydrated and very stable.
Such substances form very easily hydrated shells around the particles of less stable subdivisions and transfer their hydrophilic, stable character to the less stable or unstable particles.
The presence of proteins in milk is now known, and it would have to be theoretically assumed, even without special knowledge of confirmatory observations, that proteins are deposited around the fat globules as protective coatings.
The assumption of such a shell around the fat globules is generally valid today in the dairy industry: it is referred to as a serum shell (formerly called haptogen membrane), which is a protein whose chemical character has not yet been clarified.
The body, however, is undoubtedly highly surface-active, it accumulates strongly at all interfaces (during foam formation) and lowers the interfacial tension. As a surface-active body, it must also attach itself to the fat-water interface and through there. bring its protective colloid effect to bear. It can therefore be expected with a protein shell around the fat globules in the milk.
According to the factual material available in the literature, two different coagulation processes of the fat in the milk can now be clearly recognized, namely the creaming process and the butter formation. The creaming is a so-called orthokinetic coagulation effect (according to Wiegner), whereby the protein layers around the fat globules are not affected.
Under the influence of the buoyancy on the surface of the milk when standing, an accumulation of fat, the so-called cream layer, develops, with loose, easily redispersible coagulates forming in the cream.
In contrast to this phenomenon, the buttering process is undoubtedly an irreversible coagulation effect. Such complete coagulation, as represented by butter formation, occurs when the particles are completely discharged due to an increase in the electrolyte content in the external liquid.
With fresh milk, however, even when the electrolyte content is increased, coagulation to butter does not occur without further ado, but rather the butter coagulation only occurs when the protective protein shells of the fat globules are removed or at least largely broken down. This is the main difference compared to the creaming process.
In practice, it is observed that butter formation occurs under the following conditions: 1. When the milk or cream has reached a certain degree of acidity as a result of natural acidification (bacterial activity) (cream maturation).
2. When the milk or cream that has been acidified to a favorable degree is mechanically processed, poking it, whisking it. Shaken or whipped.
3. It is generally valid, and has been proven by tests by 0. Rahm, that a foam must be present in order to form butter, which is generated by the mechanical treatment listed under 2 in connection with atmospheric air or another gas.
The present method now wants to meet these three conditions in a simpler and more effective way and thus reduce the buttering time to a fraction of the time previously required.
Tests have shown that. that the butter-making process from aqueous emulsions containing butterfat can be achieved significantly faster and easier than all the proposals that have been practically implemented up to now, if the emulsion is over-saturated with carbon dioxide, so that the acidification necessary for butter-making is achieved through the formation of carbonic acid is, and the emulsion standing under carbonic acid pressure is mechanically whipped.
This results in the following new effects: The oversaturation of the milk with carbonic acid under pressure from some atmospheres immediately increases the hydrogen ion concentration in the system, while in today's buttermaking processes due to bacterial activity, an acidity only reaches a certain time due to natural lactic acid formation which makes the milk and cream ripe for butter.
The milk is therefore immediately "ripe for buttering" according to the present process.
Furthermore, the persistent oversaturation of the buttered product has the advantage that an increase in the number of gas bubbles and, therewith, an enlargement of the total interface between carbonic acid and liquid is achieved, whereby the foaming is relatively increased.
Furthermore, in contrast to the known buttermaking experiments with compressed air flowing through, the fact is used that the protective protein has a greater affinity for carbonic acid than for air and thus the adsorption of the protein bodies is stronger at the carbonic acid-liquid interface than at the interface Air-liquid.
In addition, the protective effect of the protein is weakened by the acidic reaction (increased hydrogen ion concentration) when using carbonic acid.
The consideration of all these physico-chemical facts by the present method enables the butter-making time to be reduced from minutes to seconds, with the butter-making product as well. In addition, carbonated milk or pulp treated with carbon dioxide is fresher. alc becomes more pleasant in taste and more durable with air treatment.
Bacteriological studies showed. that when using carbon dioxide according to the present process, there is a noticeably lower germ content compared to the butter obtained with air, so that the butter obtained according to the present process has fewer bacteria.
The method can be carried out, for example, as follows: The butterfat containing. aqueous emulsion, for example milk or cream. is poured into a pressure vessel so that there is still an air space above it. Carbon dioxide is then let in, which initially displaces the air from the vessel and then forms carbonic acid with the aqueous emulsion. Now the agitator or hammer mechanism is set in action, which works the mass vigorously under sustained carbonic acid pressure. After a few seconds, the butter coagulation occurs "the butterfat collects into grains and lumps.
After opening a drain cock, the carbon dioxide, i.e. the volatile carbon dioxide, flows out, the energy plant is switched off and the lid is removed by loosening the screw and the butter lumps are collected on sieves and kneaded. The end product is a carbonated butter.
It has already been proposed to displace the pressureless air content of a butter churn due to its oxidizing and bacteria-promoting effect with carbonic acid without excess pressure, but in this case, for example, the immediate increase in the hydrogen ion concentration due to gas oversaturation as intended according to the present method was not obtained. Milk without oversaturation with carbonic acid, without sustained excess pressure and without sustained mechanical processing results in because. If irreversible coagulation does not occur, only a few carboxylic acid added to drinking milk.
The use of compressed air flowing through it alone, in particular without mechanical whipping, and not in a hermetically sealed pressure vessel, enables, as stated above, neither the immediate ripening of butter, nor the essential, strong adsorption of the protective protein. In addition, the harmful effects of atmospheric oxygen are not eliminated.