От амфоры до тетрапака

Со времен Архимеда известно: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, которая зависит от соотношения плотностей жидкости и материала тела. Если она больше силы земного тяготения, тело всплывает, если меньше — тонет, когда же они равны — тело находится во взвешенном состоянии. Для жира и молока это соотношение таково, что более легкие жировые частицы поднимаются, образуя на поверхности слой сливок. Вот и получается, что если в молоке всего 3—5 процентов жира, то в сливках его накапливается чуть не вдесятеро больше.

В глубокой древности люди, не имея ни малейшего представления о физике описанного процесса, вместе с тем прекрасно знали, что с отстоявшегося молока можно снять сливки. Собственно отстаивание — операция весьма продолжительная, трудоемкая, малопроизводительная, дающая к тому же продукт невысокого качества, — оставалось долгое время единственным методом получения сливок. Однако попытки повлиять на этот процесс, сделать его направленным, более эффективным, конечно же, предпринимались.

В различных странах и местностях практиковались разные способы отстаивания молока (например, голштинский, голландский, девонширский, швейцарский, Шварца, Гуссандера, Реймера и др.), предписывающие свои точные правила. И все равно дело было длительным и трудоемким: сначала отстаивали молоко, затем снимали сливки, оставляли их «созревать» на несколько часов, потом загружали в примитивные вибрирующие или вращающиеся устройства, наконец отжимали масляные зерна специальными валками.

Предпринимались усилия по совершенствованию маслоделия и в России. Так, в 1838 году была издана книга по технологии получения молочных продуктов, написанная агрономом В. П. Бурнашевым. Она называлась «Секрет делания превосходного сливочного масла на манер приготовляемого на ферме земледельческого училища» (находилось вблизи Санкт-Петербурга) и, в частности, содержала такие соображения: «В начале удоя молоко младшее бывает всегда жиже и не так хорошо для масла... Густое молоко дает всегда меньшее количество сливок, но лучшего достоинства... Разные коровы дают разного достоинства молоко».

Вологодская помещица М. Ф. Кудрявая в начале 70-х годов XIX века на своей молочной ферме наладила производство сливочного масла высокого качества, получившего впоследствии название вологодского. Вот что писал по этому поводу известный московский репортер и писатель В. А. Гиляровский: «Вологда была полна тогда политическими ссыльными. Жена богатого помещика Кудрявого покровительствовала им открыто. По инициативе и при участии ссыльных она завела в своем пригородном имении большую молочную ферму, где ссыльные жили и работали. Выписаны были коровы — холмогорки, дело было поставлено широко и в продаже впервые в городе появилось сливочное масло с надписью на упаковке «Кудрявая». Подавать это масло на стол считалось особым шиком. Эта ферма была родоначальницей знаменитого ныне вологодского масляного производства».

Во второй половине прошлого века фундаментальные исследования поведения сложных жидкостных систем в гравитационном поле английского ученого Дж. Стокса, кстати, в свое время занимавшего кафедру в Кембриджском университете, которой некогда заведовал Исаак Ньютон, во многом прояснили физические основы процесса отстаивания. Из закона гидродинамики, выведенного Стоксом, следует, в частности, что отделение частиц жира из молока можно ускорить, если придать им большие размеры.

Так, десятикратное увеличение диаметра жирового шарика (с 1 до 10 микрон) позволяет ему всплывать в 100 раз быстрее. Однако достичь этого очень сложно, а кроме того, основательное обезжиривание молока неосуществимо, поскольку в нем все равно останутся мелкие частицы. Такие физические факторы, влияющие на отстой, как плотности жира и жидкой среды, изменить еще труднее. Что же касается повышения температуры, чтобы уменьшить вязкость среды и ускорить отстой, то эта мера ограничена сопутствующими нагреванию физико-химическими изменениями молока. Если к тому же учесть, что ускорение силы тяжести, обусловленное гравитацией, по понятным причинам изменить нельзя, то следует признать возможности процесса отстаивания исчерпанными.

Долгое время специалисты искали пути решения этой задачи, пока не родилась новая, перспективная идея. Действительно, ускорение силы тяжести остается неизменным природным фактором (g= 9,81 метр/секунда в квадрате), но ведь его можно заменить центростремительным ускорением, возникающим во время вращения тела. Действующая при этом центробежная сила, которая тем больше, чем выше частота вращения, позволяет существенно ускорить и усовершенствовать процесс разделения сложной жидкостной системы на составляющие фракции. Возник даже своеобразный техницизм — «центробежное поле». Кстати, следы первых попыток использования центробежной силы для обработки жидкостей известны с глубокой древности (см. рис. 32).

Рис. 33.Молочные центрифуги конструкций Прандтля (а) и Лефельдта (б).