Молочная промышленность

Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья

Оценка качества сырья

Оценка качества принимаемого молока производится в полном соответствии с требованиями стандарта на закупаемое молоко, стандартов и технологических инструкций на вырабатываемые продукты. Обязательно определяют плотность, чистоту, микробиологическую обсемененность (по редуктазной пробе) молока и массовые доли жира, сухого молочного остатка и сухого обезжиренного молочного остатка. Для контроля используют стандартные методы.

Массовую долю сухого обезжиренного молочного остатка в молоке цельном, обезжиренном и сливках рассчитывают по разнице между массовыми долями всего сухого молочного остатка и жира: Определение массовой доли сухого молочного остатка стандартным методом высушивания дает достаточно точные результаты, но изза больших затрат времени на его проведение результаты затруднительно использовать для практических целей. Точность расчета по эмпирическим формулам недостаточна, если не учитываются сезонные колебания показателей плотности жира и сухого обезжиренного молочного остатка в сборном молоке, но для получения результатов требуется значительно меньше времени.

При оценке качества принимаемого молока следует контролировать тепловую стойкость молока. Этот контроль необходимо осуществлять по рН, титруемой кислотности и соленому равновесию. Методы определения рН и титруемой кислотности общеизвестны.

Сложнее определить соленое равновесие, отличающееся многообразием, большой подвижностью и неустойчивостью. Ни одна из проб алкогольная, хлоркальциевая, кислотнокипятильная не воспроизводит явлений, происходящих в казеинаткальцийфосфатном комплексе при нагревании молока до высоких температур.

Перечисленные методы основаны на разных принципах, а поэтому сравнивать результаты, полученные с их помощью, не представляется целесообразным. Подобрать прибор, учитывающий все факторы, влияющие на оценку тепловой стойкости, практически невозможно. Поэтому для контроля тепловой стойкости молока необходимо смоделировать тепловую обработку на небольшой пробе молока и по результатам ее делать вывод о пригодности молока. для стерилизованного молока предложен такой контроль, но его перспективно применять и для других видов продуктов консервирования молока.

По завершении оценки качества и пригодности молока его принимают.

Для измерения масс и объемов применяют массоизмерительные приборы для порционного отсчета: весы СМИ-500М, тензометрические емкости, непрерывнодействующие счетчики, расходомеры и пр.

Освобождение молока, молочного сырья от механических примесей и микроорганизмов

Это обязательная операция технологического процесса. Оседая на поверхностях, соприкасающихся с молоком, примеси и микроорганизмы увеличивают гидравлические и теплообменные сопротивления, сокращают продолжительность непрерывной работы аппаратов, усложняют санитарнотехническое обслуживание технологического оборудования и молокопроводов. для очистки молока на предприятиях применяют фильтрование и центрифугирование.

Эффективность очистки молока с помощью сепараторовмолокоочистителей зависит от подготовки молока. При очистке предварительно подогретого молока микробиологические процессы при последующем хранении его протекают более интенсивно вследствие раздробления скоплений микроорганизмов. Наименьшее количество бактерий после 24ч хранения было в молоке, которое очищали от примесей и микроорганизмов без подогрева при 5—10° С. Кроме более высокой эффективности очистки молока без подогрева снижаются и затраты на электроэнергию.

Очистка молока с помощью сепараторовмолокоочистителей считается достаточно эффективной, если количество центрифужного осадка составляет не более 0,001 мл на 10 мл очищенного молока.

Для очистки молока без подогрева рекомендуется применять специальные сепараторы с автоматической выгрузкой осадка типа А 1-ОХО. Молоко, обработанное на этом сепараторе, по степени очистки соответствует первой группе. В сепараторемолокоочистителе А 1-ОХО не происходит подсбивания жира, он может работать продолжительное время без чистки, что значительно сокращает применение ручного труда при мойке.

Для интенсификации процесса выделения из молока микробов в поле центробежной силы перспективно использование бактериофугирования. В сепараторахбактериоотделителях при частоте вращения барабана 250—300 с и температуре стерилизуемого продукта в пределах 65—75° С в бактериофугахт, составляющий 2—3% массы молока, удаляется до 99,97% всех микробов, в том числе полностью выделяется кишечная палочка и на 90% — все споровые микроорганизмы. Если бактериоотделение проводят при 30° С, то количество микроорганизмов в молоке уменьшается только на 80%. Более результативно бактериоотделение в две ступени. На эффективность процесса влияют также концентрация микрофлоры, ее разновидность и продолжительность пребывания молока в сепараторебактериоотделителе. Известно, что при бактериоотделении существенных изменений в молоке не происходит. Бактериоотделение не влияет на гетерогенность белковых фракций. Отмечено уменьшение показателя седиментации и повышение тепловой стойкости молочного сырья.

В молочной промышленности для очистки молока находят применение также сепараторыдиспергаторы, в которых наряду с выделением примесей и микроорганизмов обеспечивается частичная гомогенизация молока. Сущность процесса состоит в том, что молоко, поступая в сепаратордиспергатор, обезжиривается. Образовавшиеся сливки подвергаются воздействию гомогенизирующей турбины, расположенной в верхней части корпуса. После гомогенизации сливки вместе с молоком снова направляют в нижнюю часть корпуса для вторичного обезжиривания. По эффективности диспергирование жира соответствует гомогенизации в плунжерных гомогенизаторах при давлении 7—8 МПа. В процессе диспергирования из молока выделяются механические примеси. Обработка молока в сепараторахдиспергаторах по затратам электроэнергии экономичнее, чем гомогенизация в клапанных гомогенизаторах.

Предварительное выделение микроорганизмов из молока значительно повышает эффективность последующего воздействия режимов обработки на оставшуюся микрофлору, в том числе тепловой обработки молока перед выпариванием, и обеспечивает улучшение качества готового продукта.

Охлаждение молока

Охлаждение молока на фермах и предприятиях молочной промышленности способствует сохранению натуральных свойств сырья при необходимости резервирования. В молоке обычно преобладают микроорганизмы, образующие молочную кислоту, поэтому при резервировании, не превышающем 12 ч, принято охлаждение до 4—8° С. Образование свободной молочной кислоты в результате жизнедеятельности микроорганизмов уменьшает отрицательный заряд белковых частиц и нарушает баланс между солями кальция. Часть коллоидных солей кальция переходит в ионномолекулярноё состояние. Фосфаты кальция приобретают большую растворимость и степень диссоциации. Увеличивается количество ионизированного кальция, происходит агрегация частиц казеинаткальцийфосфатного комплекса, которые при нагревании легко коагулируют.

В охлажденном молоке, которое хранится длительное время, появляются посторонние, неприятные и не свойственные свежему молоку привкусы (салистость, прогорклость и пр.). Эти пороки являются следствием накопления свободных жирных кислот в результате жизнедеятельности психротрофных микроорганизмов и общей активизации ферментативных процессов. Психротрофные микроорганизмы непатогенны, но при обильном росте они снижают качество и санитарную безопасность молока.

Из ферментовприсутствующих в длительное хранимом сыром молоке, липаза наиболее заметно изменяет его свойства. Липаза вызывает гидролитический распад молочного жира на глицерин и смесь жирных кислот. Липолиз как показатель активизации липазы сопровождается накоплением низкомолекулярных жирных кислот, монои диглицеридов, придающих молоку неприятные вкус и запах.

Охлаждение сырого молока до температур, близких к С, как прием обработки, не изменяющий исходного качества его при резервировании, оправдывает себя только в случаях кратковременного хранения молока, не превышающего 12 ч. При длительном (до З сут.) резервировании охлажденного до низких температур сырого молока активизируются психротрофные микроорганизмы, изза липолиза исходное качество молока резко ухудшается, поэтому длительное хранение молока в сыром виде затруднительно без предварительного воздействия на его психротрофную микрофлору.

Тепловая обработка молока, предшествующая его охлаждению в целях длительного резервирования, подавляет жизнедеятельность психротрофной микрофлоры и инактивирует липазу. Подогрев молока до 60—63° С в течение 15 с (критической для разрушения липазы считается температура 55—60° С) и последующее охлаждение до 4—6° С обеспечивают сохранение исходных свойств молока длительное время. Изменение последовательности приемов обработки сырого молока, когда охлаждению до 6—8° С предшествует пастеризация, не вызывает ухудшения исходного качества молока при хранении. Через 48 ч титруемая кислотность, вязкость, рН оставались на исходном уровне, тепловая стойкость не изменялась в течение 24 ч и более. Это обусловлено повьюшением дисперсности частиц казеинаткальцийфосфатного комплекса при пастеризации, предшествующей охлаждению, и воздействием ее на микрофлору, прежде всего, психротрофную, а также на ферменты.

При неизбежности резервирования молока пригодность его к консервированию достигается охлаждением сырого или предварительно нагретого молока. Так, чем меньше продолжительность резервирования молока, тем меньше изменяются его исходные физико-химические свойства и биологическая ценность.

Нормализация состава молока в производстве продуктов консервирования

Нормализация состава молока основана на материальном балансе концентрирования, который описывается как:

Нормализация состава молока основана на материальном балансе концентрирования, который описывается как

Стандартами на молочные консервы, как правило, нормируются массовые доли жира, Жпр и сухого обезжиренного молочного остатка, СОМОпр,. К началу обработки молока в отношении продукта всегда известны допускаемые стандартами и конкретно принимаемые для расчетов массовые доли жира и сухого обезжиренного молочного остатка, а следовательно, и их отношения.

При удалении воды из молока без разделения сухого остатка на составные части на протяжении всего процесса производства молочных консервов соотношение массовых долей жира и сухого обезжиренного молочного остатка остается неизменным. Соответственно этому в молоке для консервирования доля жира на единицу сухого обезжиренного молочного остатка должна быть такой же, какой она задана для того или иного продукта. Совпадение доли жира на единицу сухого обезжиренного молочного остатка в исходном сборном молоке и заданной в продукте при непостоянстве ее в сборном молоке и готовых продуктах является исключением. Как правило, фактическая доля жира на единицу сухого обезжирмолочного остатка в сборном молоке отличается от заданных стандартами в готовых продуктах. Совпадает она чаще всего в молоке цельном сгущенном с сахаром и сгущенном стерилизованном молоке. Изменение фактического соотношения Жм/СОМОм до требуемого по стандарту в готовом продукте Жпр/СОМОпр обеспечивается регулированием состава молока. В производстве молочных консервов регулирование доли жира на единицу СОМО подчиняется условию материального равновесия:

В производстве молочных консервов регулирование доли жира на единицу СОМО подчиняется условию материального равновесия: В соответствии с принятым в промышленности обозначением отношения Жпр/СОМОпр через Опр: Жсм/СОМОсм = Осм, где Опр доля жира на единицу СОМО в продукте.

В сборном цельном молоке доля жира на единицу СОМО, Жм/СОМОм колеблется в пределах 0,39—0,69, в молочных консервах отечественного производства отношение Жпр,/СОМОпр в пределах З ,3—0, 193. Как видно, в производстве молочных консервов необходимо изменять долю жира на единицу СОМО в молоке от 0,39—0,69 до 3,3—0,193.

Сравнивая отношения Жм/СОМОм и Жпр/СОМОпр, следует выяснить, в каком изменении нуждается первое из них.

Если Жм/СОМОм < Жпр/СОМОпр то при регулировании состава фактическая доля жира на единицу СОМО в молоке должна быть увеличена.

Если же Жм/СОМОм > Жпр/СОМОпр, то в результате регулирования состава молока отношение Жм/СОМОм должно быть уменьшено.

При условии Жм/СОМОм = Жпр/СОМОпр состав молока не регулируют.

Способы нормализации

Изменение доли жира на единицу СОМО в цельном молоке с помощью продуктов его сепарирования в молочноконсервной промышленности реализуется по двум схемам:

  • смешивание нормализуемого молока с одним из продуктов сепарирования любой другой партии молока большими массами в емкостях (статический способ) или малыми в потоке с помощью дозаторов  (поточный способ), обеспечивающее в смеси mсм (в кг) заданную для продукта долю жира на единицу СОМО:

Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья

  • смешивание в потоке продуктов сепарирования нормализуемого молока в соотношениях, обеспечивающих в смеси обезжиренного молока т и т сливок, т. е. в нормализованной смеси mсм (в кг или кг·ч1 ), заданную для продукта долю жира на единицу СОМО:

Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья

Согласно второй схеме, масса одного из продуктов сепарирования — mсл или mоб смешивается с частью массы другого — mоб или mсл (рисунок 1). Избыток обезжиренного молока mоб»  или mсл»  используют для других целей.

Рисунок 1 - Схема смешивания продуктов сепарирования
Рисунок 1 — Схема смешивания продуктов сепарирования

Для первой схемы порядок смешивания молока с компонентом нормализации зависит от вида вакуумвыпарного аппарата. В пленочных или многокорпусных циркуляционных вакуумвыпарных аппаратах смешивают компоненты и контролируют составляемую нормализованную смесь обязательно до выпаривают. В однокорпусном циркуляционном вакуумвыпарном аппарате возможно смешивание молока с компонентом нормализации в промежуточной емкости или непосредственно в вакуумвыпарном аппарате при последовательном (или одновременном) поступлении в него нормализуемого молока и компонента нормализации (обезжиренное молоко или сливки). В этом случае результаты нормализации контролируются после выпаривания.

При регулировании состава исходного молока по первой схеме, наряду с обезжиренном молоком или сливками теоретически возможно применение и других молочных продуктов, если собственная доля жира на единицу СОМО в них позволяет это сделать. Практически при необходимости уменьшения фактической доли жира на единицу СОМО в нормализуемом молоке наиболее реально использование для этой цели студенного обезжиренного молока (Жпр/СОМОпр = 0,005), молока обезжиренного сухого (Жпр/СОМОпр = 0,005), пахты сгущенной или сухой (Жпр/СОМОпр = 0,05—0,08). Использование сгущенных или сухих обезжиренного молока или пахты возможно, если оно предусмотрено нормативно-технической документацией (НТД).

Регулирование состава молока путем соединения продуктов сепарирования нормализуемого молока в требуемых соотношениях (вторая схема) наиболее реально в производстве молочных консервов, для которых заданная для расчетов нормализации доля жира на единицу СОМО в продукте (Жпр/СОМОпр = Опр) во всех случаях производства меньше или больше (но не равна) доле жира на единицу СОМО в нормализуемом молоке.

Продукты сепарировання получают пока только на сепараторахсливкоотделителях.

Сепаратораминормализаторами невозможно регулировать состав молока в производстве молочных консервов, так как они раесчитаны на нормализацию молока только по жиру. С их помощью фактическая массовая доля жира в молоке, Жм, изменяется до заданной в смеси и продукте согласно условию Жсм= Жм= const без учета происходящих при этом изменений массовой доли СОМОм.

Тепловая обработка нормализованных смесей

Сущность тепловой обработки состоит в уничтожении микроорганизмов и инактиваци ферментов при возможно полном сохранении исходных свойств и биологической ценности молочного сырья.

В зависимости от режимов различают обычную пастеризацию при температурах, не превышающих 1000 °С, и кратковременную ультравысокотемпературную обработку (УВТобработка) при 100—140°С.

Эффективность процесса оценивается по остаточной микрофлоре и ее качественному составу. Требованиям консервирования отвечают показатели общей эффективности в пределах 99,997—99,999%, т. е. остаточная микрофлора не превышает сотни или десятки клеток в 1 мл нормализованной смеси. В остаточной микрофлоре не допускается присутствие липолитических, протеолитических бактерий. Эти бактерии погибают, а липаза инактивируется при температуре не менее 90° С без выдержки. Поэтому целесообразно применять следующие режимы тепловой обработки нормализованных смесей перед концентрированием 90—95° С без выдержки; 105—109° С без выдержки; в две ступени — 85—87° С и 120—130° С без выдержки. Наиболее эффективна тепловая обработка при температуре более 1000 0С.

Согласно теории пастеризации, эффективность процесса определяется зависимостью температуры пастеризации t от продолжительности тепловой обработки τg

Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья

Г. А. Кук установил, что практически полное уничтожение патогенной и максимально возможное всей другой микрофлоры при сохранении исходного качества молока обеспечивается, если а = 36,84 и β = 048. Тогда lgτg =36,84—0,481.

На основе данной зависимости определяется продолжительность теплового воздействия при той или иной температуре. При температуре 90°С величина τg будет близкой к одной секунде и режим характеризуется — «без выдержки». Увеличение продолжительности выдержки против рассчитанной не повышает эффективности теплового воздействия и отрицательно влияет на составные части молока и его свойства. В качестве показателя завершенности процесса используется критерий Пастера безразмерная величина, представляющая собой отношения фактической продолжительности пастеризации τф к достаточной τg, Ра = τф/τg. Процесс пастеризации считается оптимальным и завершенным, если Ра =1, τф=τg.

Продолжительность УВТобработки составляет доли секунды, что обеспечивается непосредственным контактом нагреваемой молочной смеси с очищенным сухим насыщенным водяным паром, имеющим температуру, равную температуре высокотемпературной обработки, — пароконтактное нагревание или нагревание через стенку теплообменника, чаще всего кожухотрубного нагревателя косвенное нагревание.

Для пароконтактной тепловой обработки молока требуются сложные дорогостоящие установки и пар высокой чистоты. В пленочных вакуумвыпарных аппаратах, широко применяемых в молочноконсервной промышленности, УВТобработку нормализованной молочной смеси перед выпариванием осуществляют в кожухотрубных подогревателях паром, поступающим из котельной, а предварительный подогрев до 85—90° С вторичными парами, конденсатом и греющим паром для первого корпуса, также в кожухотрубных подогревателях.

Нагревание нормализованной молочной смеси конденсатом и вторичным паром значительно снижает расходы острого пара и охлаждающей воды на ее пастеризацию и выпаривание. Если вакуумвыпарные аппараты не имеют подогревателей или их не используют по назначению, то в технологической линии выпаривания необходимы специальные пастеризационные установки для тепловой обработки молочных смесей перед выпариванием, предусмотренной технологией молочных консервов.

В производстве продуктов консервирования молока сгущенного с сахаром требования к количественному и качественному составу остаточной микрофлоры особенно высоки потому, что она становится микрофлорой готового продукта.

Физикохимические изменения молока в процессе тепловой обработки

Молоко, предназначенное для консервирования, должно выдерживать тепловую обработку, необходимую для уничтожения микроорганизмов и инактивации ферментов, с максимальным сохранением исходных свойств. При этом наиболее полно должны быть сохранены нативные свойства ККФК, который обладает достаточной устойчивостью к воздействию тепла благодаря гидратации, электрозаряженности частиц и присутствию капаказеина, являющегося природным поверхностноактивным веществом. Агрегация и седиментация частиц комплекса в свежем сыром молоке затруднена. При тепловой обработке некоторые изменения внутренней структуры комплекса отмечаются уже при 72° С и особенно заметно проявляются при 83° С, однако при этом ККФК не утрачивает способности сохраняться в состоянии коллоидной суспензии.

Казеин, как составная часть ККФК, обладает высокой тепловой стойкостью, что обусловлено высоким содержанием пролина (13,5%), и низким содержанием серосодержащих аминокислот. Частицы казеина не изменяются ни по форме, ни по размерам при умеренном нагревании молока, включая и кратковременное кипячение. Длительная выдержка при высокой температуре влияет только на соотношение между фракциями казеина. Тепловая обработка воздействует на соли, находящиеся в молоке в растворенном и коллоидном состояниях. Их изменение начинается уже при 60° С и в наибольшей степени проявляется при
120—130° С. В процессе нагревания уменьшается содержание ионизированного кальция и фосфора, дикальцийфосфат переходит в нерастворимый трикальцийфосфат. Равновесие ионизированного Са нарушается, что особенно заметно при τф > τд ·(Ра> 1). Тепловая обработка неизбежно сопровождается денатурацией сывороточных белков.

Возможно, что это результат химического изменения в молекуле белка с утратой растворимости в обычных растворителях, или негидролитическое превращение структуры нативного белка с последующим изменением исходных химических, физических и биологических свойств, или разрушение вторичной или третичной структуры глобулярных белков, как модификация вторичной, третичной или четвертичной структуры белковой молекулы.

Устойчивость сывороточных белков к тепловому воздействию зависит от температуры. При нагревании до 45—60° С сывороточные белки практически остаются в исходном состоянии. Из сывороточных белков наиболее термолабилыны иммуноглобулины и сывороточный альбумин. β лактоглобулин и α лактальбумин относятся к более термостабильным белкам. Так, денатурация β лактоглобулина завершается при нагревании молока до 85°С с выдержкой при этой температуре в течение 30 мин, α лактальбумина при 96° С. После вьтдерживания молока при 96—100° С около 0,1% сывороточных белков остается неденатурированным, в том числе протеозопептонная фракция.

Наряду с температурой на изменение сывороточных белков при нагревании оказывает влияние и техника пастеризации или УВТобработки. При прямом нагревании происходит денатурацкя 82%‚ βлактоглобулина, 53% α лактальбумина, при косвенном соответственно 66% ‚ β лактоглобулина и 40%α лактальбумина от общего содержания их в молоке.

Денатурация сывороточных белков проявляется в развертывании полипептидной цепи, и с тем большей полнотой, чем меньше в молекуле белка дисульфидных связей. При этом изменяются вязкость, оптические свойства, показатели седиментации, диффузии.

В результате структурных изменений, вызванных денатурацией, в молекулах белка освобождаются функциональные группы SН-. Вследствие освобождения сульфгидрильных групп и выделения из них сероводорода молоко приобретает вкус кипяченого молока или привкус пастеризации. В результате взаимодействия SНгрупп и других реакционноспособных групп наступает агрегация денатурированных белков, т. е. степень их дисперсности уменьшается.

Практический интерес представляет тепловая агрегация β лактоглобулина и α лактальбумина. В первую очередь агрегирует денатурированный βлактоглобулин начиная с = 70°С. Агрегированные частицы ‚3-лактоглобулина имеют небольшую величину, сильно гидратированы, поэтому не коагулируют. При высоких температурах тепловой обработки денатурированный βлактоглобулин помимо агрегации комплексуется с α лактальбумином и с капаказеином мицелл казеина. В результате комплексообразованкя увеличиваются средний размер частиц казеина и их молекулярная масса (таблица 1).

Таблица 1 - Влияние температуры тепловой обработки на белки молока
Таблица 1 — Влияние температуры тепловой обработки на белки молока

Тепловое воздействие на молоко уменьшает относительное количество структур, обладающих выраженной тиксотропией. При механическом воздействии на пастеризованное молоко восстанавливаемость структуры ККФК уменьшается. Нарушенные связи в обезжиренном молоке восстанавливаются быстрее, чем в цельном. Белковые структуры восстанавливаются с большей скоростью, чем жировые.

В соответствии с образованием белковых комплексов изменяются размеры их частиц и вязкостьη . При УВТобработке (110—112° С без выдержки) вязкость η молока увеличивается незначительно, тогда как при температуре пастеризации 80—95° С она возрастает в 2,1 раза. Изучение ступенчатой тепловой обработки молока нагревание до 87°С, охлаждение до 77°С с выдержкой при этой температуре 30 мин и повторное нагревание до 87°С показало, что ее влияние на вязкость η , и денатурацию сывороточных белков особенно велико. Нагревание с длительной выдержкой (Ра> 1) приводит к увеличению вязкости молока.

Тепловая денатурация сывороточных белков и взаимодействие казеина с солями кальция приводят к образованию конденсационной структуры.

При оптимальной завершенности процесса пастеризации или УВТобработки (Ра = 1) лактоза способствует сохранению устойчивости белкового комплекса молока. Она задерживает раскрытие пептидных цепочек казеина, благодаря чему ограничивается связь его с кальцием и, как следствие, повышается тепловая стойкость молока. Увеличение продолжительности выдержки при температуре тепловой обработки против требуемой (Ра > 1) сопровождается утратой способности лактозы задерживать раскрытие пептидных цепочек казеина. Лактоза при эти частично разлагается с образованием органических кислот. При соблюдении условия τ ф =τ g (Ра = 1) нагревание молока до 100° с практически не влияет на молочный сахар. с увеличением продолжительности теплового воздействия τф =τg (Ра> 1) обычная связь лактозы с белками разрывается и возникает новая, необратимая аминокарбонильная. В результате этого молоко приобретает специфические вкус, запах и цвет.

Тепловая обработка молока практически не оказывает существенного влияния на молочный жир. Состав и константы молочного жира при пастеризации сохраняются, дисперсность жировой фазы не нарушается. Изза увеличения заряда на поверхности жировых шариков скорость отстаивания жира в пастеризованном молоке снижается. Нагревание молока непосредственно паром до 140°С с последующими выдержкой при этой температуре в течение 3—4 с и быстрым охлаждением в вакуумкамере (пароконтактный нагрев) и через стенку до 85—90°С показало, что независимо от способа тепловой обработки массовая доля витамина А изменялась незначительно, потери каротина составили 10-17% и были тем больше, чем выше температура нагревания, несущественно снижалась масса витамина В1. Стойким к нагреванию оказался и витамин В2, лишь витамин с разрушался на 2б—3О%. На витамины влияет не столько температура, сколько присутствие кислорода при нагревании.

При тепловой обработке снижается питательная ценность молока, что обосновывается денатурацией и выпадением в осадок при нагревании молока до температур 85, 110 и 130° С соответственно: иммунных глобулинов — 42, 37, 33%, β лактоглобулина — 59, 37, 17%, сывороточных альбуминов — 62, 48, 100%. Наиболее стойкой оказалась фракция αлактальбумина. В связи с изменением количественного соотношения отдельных фракций сывороточных белков отмечено также изменение в них содержания некоторых аминокислот. Так, при нагревании значительно снижается содержание аланина, лейцина, аргинина, глицина и увеличивается содержание фенилаланина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, что объясняется неодинаковой тепловой стойкостью фракций сывороточных белков.

При температурном оптимуме 20—37° С для ферментов молока, включая и ферменты бактериального происхождения, принятые в производстве продуктов консервирования молока и молочного сырья режимы пастеризации и УВТобработки обеспечивают их полную инактивацию. Наибольшую устойчивость проявляет бактериальная липаза. При нагревании до 80—85°С она разрушается на 78%, до 90—95°С на 80% и меньше, и лишь при температуре 104—106° С полностью инактивируется.

Согласно теории пастеризации для любого режима фактическая выдержка молока при температуре нагревания по времени должна строго соответствовать требуемой Ра = 1. При несоблюдении этого условия неизбежны физикохимические изменения молока.

Выдержка в течение 10 мин, предусмотренная для пастеризации 95°С, создает условия для связывания βлактоглобулина и αлактальбумина с казеином, в результате чего исключается возможность присоединения ионизированного кальция к казеину, повышается тепловая стойкость молока. Нерегулируемая по длительности выдержка молока при 87°С приводит к уменьшению дисперсности частиц ККФК, обусловленному взаимодействием βлактоглобулина с капаказеином. При увеличении выдержки молока до 30 мин при температуре пастеризации 87° С фракционный состав сывороточных белков изменяется.

Пастеризация молока при 90—95° С с нерегулируемой длительностью выдержки создает условия для диссоциации. Казеиновые глобулы развертываются, по свободным связям полипептидных цепочек СО — NН присоединяется ионизированный кальций, изменяется их заряд и понижается тепловая стойкость молока.

Если при температуре пастеризации 90—95° С или УВТобработке при 105, 110, 120° С длительная выдержка неизбежна изза отсутствия синхронности таких приемов, как пастеризация и выпаривание, то охлаждение молока сразу после нагревания до 70—75°С значительно ослабляет нежелательные физикохимические изменения. В отдельных случаях рассмотренное выше влияние фактической выдержки молока при температуре пастеризации или УВТобработки на изменение свойств используется в целях регулирования вязкости продуктов, например, молока цельного сгущенного с сахаром. Так, летом рекомендуется тепловая обработка при температуре не ниже 105° С, зимой — 95° С. При таком режиме вязкость молока цельного сгущенного с сахаром, вырабатываемого в любой период года, колеблется в пределах от 3 до  5Пас.

Концентрирование молока, нормализованных смесей, молочного сырья сгущением

Сущность этого процесса заключается в частичном удалении свободной воды при условии сохранения системы в текучем состоянии при заданной температуре. Способы удаления воды могут быть различными: в замороженном виде (криоконцентрирование), жидком (молекулярная фильтрация) и в виде пара (выпаривание).

При криоконцентрировании исходное молочное сырье подвергается охлаждению до отрицательных температур, вода выкристаллизовывается в виде кристаллов льда, которые затем отделяются на сепараторах. Составные части молока при замораживании изменяются  несущественно. Несмотря на значительные энергетические преимущества этого метода, связанные с тем, что затраты при переводе жидкости в пар больше, чем при ее переводе в лед, метод не находит применения изза значительных потерь сухих веществ со льдом, высоких капитальных и производственных затрат.

Без фазовых превращений вода удаляется из молочного сырья с помощью молекулярной фильтрации, на основе обратного осмоса, через мембраны из ацетатцеллюлозы или других материалов, с диаметром пор 1—3 мкм, под давлением не более 5 МПа. Используя обратный осмос, можно сгущать цельное молоко до 18%, обезжиренное молоко и сыворотку до 30—35% сухих веществ. При такой обработке достаточно полно сохраняются исходные свойства сгущаемого сырья, невелики затраты электроэнергии. Обратноосмотические установки занимают небольшие производственные площади и могут работать непрерывно до 20 ч при температуре процесса от 4 до 80° С. Стоимость сгущения единицы объема в этом случае в 2—2,5 раза меньше, чем при выпаривании.

Широкого промышленного использования в производстве продуктов консервирования обратный осмос не находит, так как в настоящее время не решены проблемы эффективной мойки полупроницаемых мембран и концентрирования цельного молока. При прохождении нормализованных молочных смесей через обратноосмотическую установку отмечается гомогенизирующий эффект, нарушаются белковолицетиновые оболочки жировых шариков, образуется свободный молочный жир и снижается качество продуктов.

В основе сгущения исходных смесей выпариванием лежит парообразование. При атмосферном давлении молоко кипит при 100,5°С. При такой температуре происходят необратимые изменения составных частей молока. Парообразование кипением при 50°С не сопровождается необратимыми изменениями молока. Устойчивы к этому нагреванию даже такие свойства, как вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение. Необратимые изменения отмечаются лишь при нагревании до 70° с и выше. Таким образом, для молока оптимальными для парообразования кипением являются температуры от 50 до 70° С, которые
обеспечиваются при кипении в разреженном пространстве, когда парциальное давление паров кипящей жидкости будет превышать действующее на него общее давление.

Вакуумвыпарные аппараты, применяемые в молочноконсервной промышленности, делятся на две группы (рисунки 2, 3): первая однои многокорпусные пленочные или пластинчатые с поточным поступлением в них сырья и поточным выпуском сгущенного продукта; вторая однои многокорпусные циркуляционные (объемные) вакуумвыпарные аппараты с многократной циркуляцией, поточным поступлением сырья и периодическим (однокорпусные) или поточным и периодическим (многокорпусные) выпуском сгущенного продукта (таблица 2).

Рисунок 2 - Схема трехкорпусного пленочного вакуум-выпарного аппарата
Рисунок 2 — Схема трехкорпусного пленочного вакуум-выпарного аппарата
Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья
Рисунок 3 — Схема двухкорпусного циркуляционного вакуум-выпарного аппарата

Основным фактором, определяющим интенсивность выпаривания и производительность вакуумвыпарного аппарата, является температурный перепад разность между температурами греющего пара и кипящего раствора (молока). В современных вакуумвыпарных аппаратах полезная разность температур составляет 8—15°С.

Таблица 2 - Температура испарения молока в вакуум- выпарных аппаратах
Таблица 2 — Температура испарения молока в вакуум- выпарных аппаратах

Выпаривание в многокорпусных вакуумвыпарных аппаратах по расходу острого пара является более экономичным. По технологическим показателям также отдается предпочтение многокорпусному выпариванию. По мере перехода сгущаемого продукта из одного корпуса в другой массовая доля сухих веществ в нем увеличивается, а температуры выпаривания уменьшаются. Этим обеспечивается наиболее полное сохранение исходных свойств молока.

При выпаривании в пленочном трехкорпусном вакуумвыпарном аппарате взаимосвязь между массовой долей сухих веществ и температурой выпаривания представлена следующим образом:

Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья

Циркуляционные вакуумвыпарные аппараты работают заполненными выпариваемым молочным сырьем до рабочей вместимости, равной примерно 0,6 объема испаряемой влаги в час. В пленочных вакуумвыпарных аппаратах выпариваемое сырье нагревается при нисходящем или восходящем движении его по поверхности нагрева пленки толщиной 2—10мм.

Продолжительность теплового воздействия при выпаривании зависит от вида вакуумвыпарного аппарата. В однокорпусном циркуляционном она колеблется от 1ч при сгущениии партии молока на одну варку от 11,8 до 25,6% сухих веществ в производстве сгущенного стерилизованного молока до 10 ч при сгущении партии сыворотки на одну варку от 6 до 60% сухих веществ в производстве сгущенной сыворотки. При смешанном выпаривании (поточном на протяжении производственного цикла с периодическим выпуском сгущенного продукта по завершении его) в двухкорпусном циркуляционном вакуумвыпарном аппарате тепловое воздействие на сгущаемый продукт, заполняющий рабочую вместимость, продолжается на протяжении всего производственного цикла (до 20 ч).

Продолжительность теплового воздействия на сгущаемый продукт в пленочных вакуумвыпарных аппаратах колеблется от З до 15 мин и зависит от числа ступеней выпаривания и заданной конечной массовой доли сухих веществ. При существенной разнице продолжительности теплового воздействия в процессе выпаривания наименьшие физико-химические изменения концентрируемого продукта происходят при сгущении в пленочных вакуумвыпарных аппаратах.

Кратность сгущения п в соответствии с сущностью концентрирования показывает, во сколько раз увеличивается массовая доля всего сухого вещества в любой составной его части и соответственно уменьшается масса исходного сырья (смеси). В общем виде это описывается как :
Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья На основе приведенного описания рассчитывают массовые доли составных частей сухого вещества сгущенного или сухого продукта как:

Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья

Аналогично рассчитывают массовые доли лактозы, казеинаткальцийфосфатного комплекса и др.

Наряду с этим для сгущенных продуктов необходимы показатели массовых долей того или иного компонента сухого вещества в водной их части. В общем виде массовую долю в водной части любого компонента сухого вещества А в воде рассчитывают по формуле:Технологические операции для всех продуктов в консервирования молока, молочного сырья По этой формуле рассчитывают массовые доли в водной части молока или продукта любых составных частей сухого остатка. Показатели массовых долей в водной части отдельных составных частей сгущаемого продукта необходимы для выяснения возможных при той или иной кратности сгущения изменений физикохимических показателей.

Основным требованием к сгущенным продуктам является сохранение их в текучем состоянии при заданной температуре. Поэтому для любого способа сгущения устанавливают показатели массовых долей составных частей сухого вещества продукта, при которых он не утрачивает текучести, хотя физикохимические его свойства претерпевают изменения.

При кратности сгущения п <2 вкус, запах, цвет молока существенно не меняются. Если п > 2, то сгущенное молоко приобретает соленосладкий вкус и слабокремовую окраску, но эти изменения обратимы и на показатель текучести сгущенного молока не влияют (таблица 3).

Таблица 3 - Изменение массовой доли компонентов молока в зависимости от кратности сгущения, n
Таблица 3 — Изменение массовой доли компонентов молока в зависимости от кратности сгущения, n

Вне зависимости от кратности при сгущении выпариванием жировая фаза молока остается в состоянии эмульсии. Жировые шарики по мере концентрирования сближаются, но не соединяются. Необратимых физикохимических изменений жировой фазы не происходит.

Сгущение выпариванием сопровождается увеличением массовой доли лактозы в водной части продукта. В зависимости от растворимости при некоторых значениях n и температуры выпаривания возможны перенасыщение и кристаллизация лактозы в сгущенном молоке даже в вакуумвыпарном аппарате. При n = 4 массовая доля лактозы в водной части сгущаемого молока составляет 26,7%. Такое насыщение раствора не приводит к кристаллизации лактозы в процессе выпаривания (растворимость лактозы при 60°С составляет 32%), но при охлаждении продукта до 20° С и ниже, по условиям насыщения (растворимость лактозы при 20° С около 14%), неизбежна частичная кристаллизация лактозы.

Однако при этом аномального снижения текучести, обусловленного перенасыщением лактозы, не происходит.

Основное влияние на изменение вязкости в зависимости от п оказывают ККФК и сывороточные белки. По мере увеличения п массовая доля ККФК в водной части сгущаемого молока увеличивается. Известно, что растворы ККФК при массовой доле в водной части более 18—20% утрачивают текучесть. Только при массовой доле ККФК в водной части менее 18—20% вязкость сгущаемого продукта изменяется пропорционально увеличению n (рисунок 4). При массовой дёле ККФК в водной части более 18—20%, что соответствует общей массовой доле сухих веществ около 50%, происходит скачкообразное увеличение вязкости, вплоть до полной утраты текучести. Образуется новая структура, обладающая новыми свойствами. Расстояние между частицами ККФК уменьшается, концентрация дисперсной фазы растет, уменьшается рН. Гидратная оболочка частиц становится тоньше, усиливается взаимодействие между ними, увеличивается средневзвешенная масса частиц ККФК. При критической массовой доле ККФК в водной части (более 20%) частицы ККФК соединяются, образуется новая структура. В структурообразовании ККФК принимают участие и сывороточные белки, которые становятся материалом для так называемых «мостов», прочно соединяющих частицы ККФК между собой.

Рисунок 4 - Изменение вязкости сгущенной молочной смеси с сахаром и без сахара η в зависимости от массовой доли сухих веществ С
Рисунок 4 — Изменение вязкости сгущенной молочной смеси с сахаром и без сахара η в зависимости от массовой доли сухих веществ С

Согласно таблице 3, при n = 4 СМО сгущенного молока составляет 49,6%, массовая доля ККФК в водной части равна 19,7% — следует ожидать заметного повышения вязкости сгущаемого молока при температуре выпаривания. При n = 5 СМО сгущенного молока составляет 62%, а показатель массовой доли ККФК в водной части 29% — возможна полная утрата текучести даже при температуре выпаривания. При сгущении выпариванием изменение структурномеханических свойств сгущаемых смесей зависит от величины массовой доли ККФК в их водной части. При температуре выпаривания сгущаемые молочные смеси сохраняют подвижность, текучесть только до массовой доли ККФК в их водной части неболее 18—20%, что соответствует массовой доле сухого молочного остатка , близкой к 50%. В этом случае изменения других составных частей сухого молочного остатка (жир, лактоза, соли) на скачкообразное повышение вязкости не влияют. Способность сгущенного молока с сахаром вытекать из вакуумвыпарного аппарата при температуре выпаривания и общей массовой доле сухих веществ около 70—71% объясняется тем, что массовая доля ККФК в его водной части около 20%.

Наряду с массовой долей ККФК в водной части сгущаемого продукта на структурообразование в процессе выпаривания оказывают влияние также свободная молочная кислота и техника сгущения. Поэтому массовые доли сухого молочного остатка при подсгущении нормализованных смесей СМОсг.см устанавливают с учетом массовой доли ККФК в их водной части, титруемой кислотности и техники выпаривания.

Получение конечных значений массовых долей сухого молочного остатка в сгущаемых смесях обеспечивается автоматически как при непрерывнопоточном выпаривании и периодическом контроле плотности (на основе зависимости между массовой долей сухих веществ и плотностью), так и при выпаривании в циркуляционных вакуумвыпарных аппаратах. Для автоматического контроля применяют приборы, основанные на зависимости между массовой долей сухого молочного остатка и плотностью или массовой долей сухого молочного остатка и электропроводностью (при t= соnst, Жсм/СОМОсм = соnst). Молочное
сырье, в том числе продукты ультрафильтрации, сгущается на основе обратного осмоса или выпаривания, а также ступенчато: первая ступень обратный осмос, вторая выпаривание до конечной массовой доли сухого вещества.

В пленочных вакуумвыпарных аппаратах поступление сырья и выход сгущенного продукта происходят в потоке. В циркуляционных вакуумвыпарных аппаратах, где выпаривание осуществляется из объема сгущаемого сырья, сгущенный продукт выпускают циклами (варками), а для начального заполнения рабочей вместимости неизбежна выдержка исходного сырья после его тепловой обработки в связи с необходимостью накопления. Для ослабления отрицательного влияния вынужденной выдержки исходного сырья при температуре тепловой обработки технологическую линию дополняют аппаратом для охлаждения обрабатываемого сырья до температуры 70—75° С (после режима тепловой обработки).

При производстве продуктов, в которых нормируется САХпр, для начального заполнения рабочей вместимости двухкорпусных циркуляционных вакуумвыпарных аппаратов используют сахарный сироп, поэтому тепловую обработку нормализованных смесей перед выпариванием проводят без вынужденной выдержки и охлаждения до 70—75°С.