Молочная промышленность

Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья

Основными продуктами из группы сгущенных стерилизованных (таблица 1) являются сгущенное стерилизованное и концентрированное стерилизованное молоко, приготовляемые путем сгущения молока цельного или смеси его с молоком обезжиренным или сливками, подвергнутыми тепловой обработке, с последующей стерилизацией сгущенных продуктов в банках. По составу продукты различаются незначительно. Массовая доля СМО в среднем составляет в молоке сгущенном стерилизованном 26%, а в концентрированном — 28%. При такой массовой доле СМО ККФК находится в коллоидном, а лактоза в растворенном состояниях. Продукт характеризуется сладковатосолоноватым вкусом, свойственным топленому молоку, который обусловлен сульфгидрильными группами и фурановыми соединениями, образующимися в результате разложения лактозы при стерилизации, а также карбонильными соединениями (уксусным альдегидом и гептаноном-2). Кремовый оттенок продукту придают меланоидины. Консистенция продуктов текучая. Вязкость колеблется в пределах 5—20 мПа·с. Жировая фаза достаточно стабильна. Жировые шарики имеют размеры 0,3—1,0 мкм.

 Таблица 1 - Физико-химические показатели консервов
Таблица 1 — Физико-химические показатели консервов
Таблица 2 - Органолептические и микробиологические показатели
Таблица 2 — Органолептические и микробиологические показатели

Расширение ассортимента сгущенных стерилизованных молочных консервов осуществляется путем частичной замены сухих веществ молока солодом, сухими веществами сыворотки, путем обогащения продуктов вкусовыми наполнителями, в качестве которых могут быть использованы сухие экстрактивные вещества кофецикориевой смеси, чая.

Молоко  сгущенное стерилизованное

Молоко сгущенное стерилизованное в банках вырабатывается по технологии, в основе которой лежит способ стерилизации, запатентованный в Швейцарии в 1884 г. (Мейенберг). Отечественное производство продукта начато с 1939 г.

Технологический процесс производства молока сгущенного стерилизованного включает общие технологические операции для всех продуктов консервирования молока, молочного сырья (рисунок 1):

  • оценка качества и учет массы молока;
  • очистка молока;
  • охлаждение в связи с резервированием;
  • кратковременное резервирование в целях отбора пробы из массы молока, выполнения его исследования, отбора пробы и оценки качества компонента нормализации Ом, и внесения его в молоко, перемешивания полученной нормализованной смеси;
  • тепловая обработка нормализованной смеси;
  • резервирование нормализованной смеси (или ее компонентов) перед сгущением;
  • сгущение выпариванием нормализованной смеси и частные технологические операции;
  • гомогенизация и охлаждение сгущенной нормализованной смеси;
  • нормализация сгущенной нормализованной смеси;
  • внесение солейстабилизаторов;
  • розлив и маркирование тары со сгущенной нормализованной смесью;
  • стерилизация сгущенной нормализованной смеси.
Рисунок 1 - Схема технологических процессов и последовательность работы технологического оборудования при производстве молока сгущенного стерилизованного
Рисунок 1 — Схема технологических процессов и последовательность работы технологического оборудования при производстве молока сгущенного стерилизованного

К качеству молока предъявляются высокие требования, что обусловлено необходимостью возможно более полного сохранения исходных свойств при воздействии высоких температур стерилизации. Обработке подвергается только такое молоко, которое пригодно для консервирования тепловой стерилизацией. Молоко должно быть теплостойким, что обеспечивается показателями титруемой кислотности не более 19°Т, рН в пределах 6,4— 6,6 и равновесием между катионами и анионами молока. Ионное равновесие характеризуется соответствующим соотношением между солями кальция и магния казеиновой, лимонной и фосфорной кислот. При нарушении этого соотношения система становится неустойчивой к тепловому воздействию и казеин молока при стерилизации коагулирует. Отсутствующее в исходном молоке цельном ионное равновесие поддается восстановлению, что позволяет придать ему необходимую тепловую стойкость. Ионное (соленое) равновесие в молоке цельном чаще всего сдвигается в сторону избытка ионов кальция.

Для восстановления соленого равновесия используют пищевые буферные соли. Из возможных для употребления солейстабилизаторов наиболее эффективно восстанавливают соленое равновесие: натрий лимоннокислый трехзамещенный и смесь его с гексаметафосфатом натрия.

Доза солистабилизатора зависит от тепловой стойкости конкретной партии молока, которая косвенно контролируется по алкогольной пробе, колеблется в пределах 0,05—0,40% к массе нормализованной смеси и по технологической инструкции вносится в два приема: в сырое молоко цельное одновременно с внесением сливок или обезжиренного молока в целях регулирования его состава и в сгущенную, гомогенизированную, охлажденную нормализованную смесь по результатам пробкой стерилизации.

Сущность стабилизации соленого состава заключается в том, что анионы фосфорной или лимонной кислот связывают избыточный ионизированный кальций, благодаря чему ККФК при стерилизации остается в коллоидном состоянии. Тепловая стойкость молока не утрачивается. Частичное внесение солистабилизатора в сырое молоко цельное позволяет увеличить время его действия по ходу технологического процесса, сгущение протекает при более низких показателях вязкости, что способствует интенсификации выпаривания.

На рисунке 2 дана аппаратурнотехнологическая схема производства сгущенного и концентрированного стерилизованного молока.

Рисунок 2 - Аппаратуно-технологическая схема производства сгущенного и концентрированного стерилизованного молока
Рисунок 2 — Аппаратуно-технологическая схема производства сгущенного и концентрированного стерилизованного молока

Молоко цельное после оценки качества и пригодности, учета его массы, очистки и охлаждения (при необходимости длительного резервирования молока предварительной термизации, очистки и охлаждения) направляется в емкость хранения в связи с необходимостью составления нормализованной смеси Осм = Ор по схеме мсм = мм + мсл или мсм = мм + мобм и стабилизации соленого состава. Нормализованная смесь с внесенной в нее частью солистабилизатора мсм , насосом подается в емкость для регулирования последующей подачи ее на тепловую обработку перед выпариванием (первая ступень 88—90° С, вторая ступень пароконтактный нагрев до 130° С с выдержкой 30—60 с и снижение температуры до 86—88° С самоиспарением в вакуумной камере) и на выпаривание в пленочный вакуумвыпарной аппарат (первая ступень — 78—80° С, вторая — 65—67° С и третья — 48—54° С).

Емкость накопления сгущенных продуктов обеспечивает возможность регулирования его состава при сгущении. Кратность концентрации сгущением невысока (2,2—2,3 кратн.), что обусловлено необходимостью сохранения теплостойкости сгущенной гомогенизированной нормализованной смеси на стадии стерилизации.

На выходе из вакуумвыпарного аппарата продукт свободно текуч, образования новой структуры ККФК не происходит, обеспечивается высокая эффективность тепловой обработки и максимальное сохранение исходных свойств (Ра = 1; τф = τg ). Сгущенная нормализованная смесь по достижении заданной массовой доли сухих веществ выпускается из вакуум-выпарного аппарата и через емкость и поплавковый регулятор направляется в пластинчатый теплообменник, где подогревается до 72—75° С, подается на гомогенизатор и снова в тот же теплообменник для охлаждения до С. Охлаждение необходимо в связи с резервированием сгущенной гомогенизированной нормализованной смеси для окончательной стабилизации соленого состава по результатам пробной стерилизации конкретной партии стенного продукта. Режим гомогенизации сгущенной нормализованной смеси подогрев до 72—75° С, давление Р1 = 18—19 МПа, Р2 = 3—3,5 МПа обеспечивает диспергирование жировых шариков, оцениваемое показателем эффективности гомогенизации, который должен быть не менее 95%. Гомогенизация способствует также повышению вязкости продукта. При такойобработке скорость отстаивания белковожирового слоя снижается настолько , что расслоение продукта в гарантийные сроки хранения визуально не наблюдается.

Максимально тепловая стойкость сгущенных продуктов обеспечивается при остаточном содержании ионизированного кальция — 9—10 мг%.

Фасование продукта в металлические банки М7 на разливочноукупорочном агрегате и стерилизация в гидростатическом или роторном стерилизаторе. Основным и обязательным требованием является обеспечение герметической укупорки банок с продуктом.

Способы контроля герметичности: незаполненные банки с помощью воздушных тестеров, заполненные с помощью водяных.

Способы недостаточно эффективны. Они не улавливают «тонкий» брак (при «тонком» браке из банки, помещенной в ресивер, где давление 0,1 МПа, за 40 с вытекает 2—10 см3 воздуха). Оценивается герметичность укупоривания банок также и по изменению линейных параметров по торцам.

Стерилизация сгущенной нормализованной смеси заключается в уничтожении всех микроорганизмов и инактивации ферментов. Микроорганизмы погибают в результате коагуляции их клеточных белков. Тепловой стерилизации предшествует выделение микроорганизмов из молока сырого (очистка) и уничтожение преобладающей части оставшейся после этого микрофлоры тепловой обработкой перед выпариванием.

Требования к режимам тепловой стерилизации:

  • обеспечение высокой эффективности воздействия на микроорганизмы и ферменты при минимальных изменениях составных частей молока;
  • максимальное сохранение его пищевой и биологической ценности при минимальных затратах различных видов энергии.

Режимы стерилизации выбираются с учетом термостойкости микрофлоры, физикохимических свойств продукта и скорости проникновения тепла к центру банки.

Отмирание популяции клеток микроорганизмов при нагревании процесс не мгновенный, а протекает во времени, соответствующем температурному режиму. Поэтому число жизнеспособных клеток, остающихся после нагревания, можно представить графически в плоской системе координат. Если по абсциссе отложить абсолютные значения продолжительности нагревания, то можно получить кривую выживаемости бактериальных клеток, состоящую из трех зон (рисунок 3).

Рисунок 3 - Кривая выживаемости бактериальных спор (Npi - псевдоначальное число спор микроорганизмов)
Рисунок 3 — Кривая выживаемости бактериальных спор (Npi — псевдоначальное число спор микроорганизмов)

На участке 1 кривая выражена отрезком прямой, характеризующим скорость отмирания микроорганизмов К, которую можно записать уравнением:

Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья

тогда: Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья Мерой отмирания спор различных видов и штаммов микроорганизмов служит наклон средней части кривой выживаемости. При расчетах режимов стерилизации для удобства характеристикой наклона кривой принимают показатель , представляющий собой время в минутах, необходимое для снижения числа прогреваемых спор в 10 раз. Обычно эту величину относят к температуре 121,1 С принятой за эталон, и записывают D121,1.Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья

Показатель Dt , определяют экспериментально, путем прогрева тесткультуры при различных температурах и времени выдержки. Обычно используют споры Сl. botulinum, Cl. Sporogenes, Bac. Stearothermophilus, Cl. Bituricum.

При выборе промышленных режимов стерилизации рекомендуется пользоваться безразмерной величиной Z, которая показывает эмпирически установленную экспоненциальную зависимость времени термического отмирания (ВТС) Микроорганизмов от температуры нагревания t. За ВТС принимают минимальную продолжительность Fgt, (в мин) нагреванил при t определенного количества спор, необходимую для полного прекращения их жизнедеятельности.

В плоской системе координат откладывают по оси ординат значения lgFgt против значений t, получают прямую линию, наклон которой через число Z характеризует влияние температуры на время теплового отмирания спор.

Числовое значение Z определяют по уравнению:

Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья

Если принять левую часть уравнения равной единице (одному логарифмическому циклу), то Z — это число градусов Цельсия, на которое требуется изменить температуру прогрева суспензии спор, чтобы продолжительность ВТС изменилась в 10 раз.

Установлено, что на величину Z влияют свойства микроорганизмов и среды, в которой ведется нагрев (вода, водяной пар, воздух). Упрощенный расчет режима стерилизации производят с помощью числа Z по уравнению:

Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья

Выбранный режим стерилизации должен обеспечить отмирание микроорганизмов в таком количестве, чтобы оставшиеся в продукте утратили способность вызывать его порчу при хранении. Этому могут соответствовать такие условия тепловой обработки, при которых фактическая отмираемость LtZ0 соответствовала бы требуемой Ft. Если консервы предназначаются для длительного хранения, то рекомендуется соблюсти условие LtZ0 ≥ Ft, т.е. чтобы фактическое отмирание было несколько больше требуемого, соответствующего выбранному режиму стерилизацииТехнология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья Требуемую отмираемость рассчитывают по формуле:

Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья

Когда в стерилизованном продукте обнаруживают микрофлору, способную вызвать его порчу, но безопасную по санитарногигиеническим показателям, то режим стерилизации рассчитывают по допускаемой бактериальной обсемененности, обычной для нормальных санитарных условий производства с учетом допускаемого процента бактериального брака.

Правильный выбор режима стерилизации способствует получению высококачественного, стойкого при хранении продукта, но не гарантирует его от возможной порчи по причине бактериальной обсемененности. Некоторые виды спорообразующих бактерий, например, Вас. coaguians и Сl. foetidum, характеризуются высокой тепловой стойкостью (в 105 раз превышает термоустойчивость вегетативных клеток) и могут выдерживать выбранный режим стерилизации.

Тепловая стерилизация, которая обеспечивает уничтожение термостойких споровых микроорганизмов, надежна и для инактивации ферментов. В зависимости от аппарата для стерилизации, вида продукта, качества исходного сырья режим стерилизации устанавливается в соответствии с формулой стерилизации, представляющей собой следующую условную запись теплового режима аппарата, в котором осуществляется данный процесс:

Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья

Как видно, формула стерилизации носит эмпирический характеру Она раскрывает особенности стерилизации как нестационарного теплового процесса, заключающегося в повышении температуры, выдержке при температуре стерилизации и понижении температуры. Формула стерилизации устанавливается заранее дня конкретного аппарата и конкретных условий. Надежность выбранной для производства формулы стерилизации проверяется микробиологическими анализами. Режим должен обеспечить эффект, выраженный величиной от 4,6 до 5,1 условных минут. При этом нижнее значение допускается для обсемененности не более 1 споры в 1 мл продукта. С повышением обсемененности, но не более 10 спор в 1 мл продукта, требуемый эффект стерилизации должен быть увеличен.

В гидростатических стерилизаторах (рисунок 4) для достижения необходимого эффекта стерилизации температуры составляют 116—117° С, выдержка 15—17 мин. В соответствии с заданным режимом выбираются согласно технологической инструкции параметры работы стерилизатора.

В зоне подогрева необходима температура подогрева 85—95° С, а в зоне охлаждения 20—40° С

Рисунок 4 - Схема гидростатического стерилизатора непрерывного действия для стерилизации сгущенного молока в жестяных банках
Рисунок 4 — Схема гидростатического стерилизатора непрерывного действия для стерилизации сгущенного молока в жестяных банках

В роторных стерилизаторах для достижения необходимого эффекта сгущенное молоко стерилизуют при температуре 116-118° С с выдержкой’ 14—17 мин. Взаимосвязь между температурой стерилизации (tc) и временем стерилизации (τc) определяется по графику.

Оценка выбранного режима в роторных стерилизаторах производится следующим образом:

Температура воды в зоне подогрева 90—98°С, τn = 20—25 мин, температура охлаждения продукта 20—40° С, продолжительность от 14 до 17 мин. Рассчитывается эффект стерилизации выбранного режима по формуле:Технология консервирования молока, молочного сырья тепловой стерилизации предварительно сгущенных нормализованных смесей, молочного сырья В целях смягчения режимов стерилизации применяется антибиотик низин, позволяющий сократить продолжительность стерилизации, τc , при той или иной выбранной температуре стерилизации, tc. Действие низина основано на нарушении обмена веществ у микроорганизмов вследствие торможения или инактивации ферментных систем, главным образом бактерий, в меньшей степени дрожжей и плесеней. Низин нетоксичен, улучшает вкус продукта.

Доза низина — 100 единиц на 1 г продукта или 40 г препарата на 1 туб, при активности не ниже 1 млн. единиц в 1 г.

В целях сохранения пищевой ценности сгущенного стерилизованного молока оптимальная оценка стерилизующего эффекта выбираемых режимов не должна превышать 5,5 условных минут.

В полном соответствии с кратностью концентрирования и режимами тепловой и механической обработок по ходу процесса формируются состав и свойства сгущенного стерилизованного молока. Формирование состава характеризуется следующими изменениями: увеличением массовой доли сухого молочного остатка от 11,8 до 26,0%, доли жира на единицу сухого обезжиренного молочного остатка от фактического значения в молоке цельном до заданного в продукте Жпр/СОМОпр = 0,460, увеличением массовой доли в воде продукта лактозы от 5 до 12—13%, ККФК от 3,4 до 6—7%. для формирования свойств характерно измене ние: вкуса и запаха от исходного в молоке до «сладковатосолоноватого привкуса, свойственного топленому молоку»; увеличение кислотности от 19 до 44—45 °Т, плотности (200 °С) — от 1028 до 1063—1065 кг.м3, вязкости (20°С) — от 2 до 6—10 мПас. Перечисленные изменения состава и свойств являются обратимыми, чем подтверждается надежность режимов и параметров технологии. При полном соблюдении режимов технологии основным для сохранения исходного качества на время гарантийного хранения является герметичность укупорки тары.

Концентрированное стерилизованное молоко

В целях сохранения ККФК в коллоидном состоянии, а сывороточных белков в растворе в качестве сырья для продукта используется молоко сырое с кислотностью не более 18°Т. Режимы общих технологических операций практически не отличаются от показателей, применяемых для производства молока сгущенного стерилизованного (см. рисунок 1). Температура в зоне подогрева 75—85° С. Эффект стерилизации того или иного выбранного режима оценивается аналогично рассмотренному для молока сгущенного стерилизованного. Более предпочтительным для этого продукта является прибавление антибиотика низина. Более жесткой является оценка стерилизующего эффекта выбранных режимов стерилизации (не более 5,3 условных минут).

Показатели состава формируются следующим образом: СМО увеличивается от 11,8 до 28,0%, изменение отношения Ж/СОМО в молоке цельном производится до 0,468 в нормализованной смеси и продукте, массовые доли в водной части увеличиваются: лактозы от 5,0 до 13,8—14,2%, ККФК от 3,4 до 8,0%. Исключаются: кристаллизация лактозы, образование новой структуры ККФК.

Для формирования показателей свойств характерны следующие изменения: увеличение кислотности от 18 до 44—48° Т, плотности (20° С) — от 1028 до 1068—1070 кг/м3 и вязкости от 2 до 8—15 мПа*с. Изменения состава и свойств находятся в полном соответствии с кратностью концентрирования и являются обратимыми. Технологический процесс производства организуется в соответствии со схемой для молока сгущенного стерилизованного.