Современные физические методы обработки сырья в производстве молочных продуктов

Раздельную гомогенизацию  применяют для того, чтобы увеличить производительность гомогенизации и ограничить нежелательное механическое воздействие на молочный белок при выработке питьевого молока, кисломолочных продуктов и сыров. Полученное при раздельной гомогенизации молоко по своим физико-химическим и органолептическим свойствам не отличается от обычного гомогенизированного молока при условии, если массовая доля жира в сливках, используемых при гомогенизации, не превышает 12 %. В молоке, полученном из сливок с повышенным содержанием жира и гомогенизированном раздельным способом, наблюдается усиленное отстаивание жира.

1.5 Мембранные методы разделения и концентрирования молока

К мембранным методам обработки продукта относят баромембранные и электромембранные (например, электродиализ).

Баромембранным называют такой способ обработки, когда продукт проходит через полупроницаемую перегородку (мембрану) под действием избыточного давления. В зависимости от размера отделяемых частиц различают обратный осмос, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, микрофильтрацию и др. Однако четкой границы между баромембранными методами провести нельзя, так как они часто перекрывают друг друга.

К мембранным методам разделения и концентрирования молока относятся  ультрафильтрация, обратный осмос и  электродиализ.

Ультрафильтрация —  это фильтрация под давлением  с помощью полупроницаемых мембран, изготовляемых на основе синтеических полимерных (ацетат целлюлозы, полиамид, полисульфон) и керамических материалов.

Для ультрафильтрации применяют  мембраны с порами размером 50... 100 нм. Такие мембраны задерживают молекулы с размерами большими, чем размеры пор, и пропускают мелкие молекулы. Схема распределения молекул при ультрафильтрации показана на рисунке 4. При ультрафильтрации приходится преодолевать осмотическое давление разделяемого раствора, так как растворитель переносится в направлении, противоположном возрастанию 
концентрации растворенного вещества, задерживаемого фильтром. Поэтому ультрафильтрацию проводят под давлением 0,1...0,5 МПа.

Рис. 5. Схема распределения молекул  при ультрафильтрации

В молочной промышленности ультрафильтрацию используют для выделения белков из молока или молочной сыворотки. В процессе ультрафильтрации сыворотка под давлением движется между полупроницаемыми мембранами. Часть сыворотки (фильтрат) проходит через мембраны, оставляя при этом на фильтре сывороточные белки. Полученный фильтрат состоит в основном из воды, лактозы, минеральных солей. Другая часть сыворотки (концентрат) проходит между мембранами, унося при этом и выделившиеся белки. Таким образом, концентрат включает все сывороточные белки и ту часть воды, лактозы и минеральных солей, которая не прошла через мембраны. Отношение объемов концентрата и сыворотки, поступившей на ультрафильтрацию, составляет обычно 1:5.

Успешно применяют ультрафильтрацию для концентрации сывороточных белков творожной сыворотки. Сывороточно-белковые концентраты и фильтраты используют при выработке традиционных и новых видов продуктов питания, отличающихся повышенной биологической ценностью, в частности при производстве продуктов диетического, лечебного и детского питания.

Обратный осмос —  это разделение растворов через  полупроницаемые мембраны с порами размером менее 50 нм при давлении 1...10 МПа. При обратном осмосе через мембраны проходит только вода, а все остальные части молочного сырья задерживаются мембраной. Происходит концентрирование молочного сырья.

Электродиализ — это  перенос ионов из одного раствора в другой, осуществляемый через мембрану под действием электрического поля, создаваемого электродами, расположенными по обе стороны мембраны. Электродиализу подвержены только те вещества, которые при растворении диссоциируют на ионы или образуют заряженные комплексы. Электронейтральные вещества, например лактоза, сахароза, молекулы которых при растворении не несут какого-либо заряда, в электродиализном процессе не участвуют.

В молочной промышленности электродиализной обработке подвергают молочную сыворотку с целью ее деминерализации. В молочной сыворотке  кроме белков и лактозы содержится повышенное количество минеральных солей, что затрудняет ее переработку на продукты питания, особенно для детей. Освобождение сыворотки от минеральных солей при помощи электродиализа в 8... 10 раз дешевле, чем при использовании для этой цели ионообменных смол.

Достижения в технологии фракционирования и модификации  компонентов молока путем ультрафильтрации, электродиализа, обратного осмоса обусловили более широкое применение молочных ингредиентов в различных отраслях промышленности (хлебопекарной, кондитерской, мясной). Применение мембранных процессов в молочной промышленности привело к созданию малоотходного производства, позволяющего повысить эффективность использования сырья на пищевые цели. В результате применения мембранных процессов все сухие вещества молока оказываются полностью переработанными в полноценные продукты питания. Это позволяет увеличить выработку товарной продукции из единицы сырья и снизить ее себестоимость. Продукты ультра фильтрации нашли применение в производстве молочных напитков, сыров и творога. Внедрение ультрафильтрации на сыродельных заводах позволяет увеличить выход сыров на 15...20 % путем использования сывороточных белков концентрата сыворотки, сократить расход сычужного фермента на 75...80 %, а также частично решить проблему очистки сточных вод.

1.6 Тепловая обработка молока

1.6.1 Влияние тепловой обработки на свойства молока

Тепловую обработку молочного  сырья проводят с целью его  обеззараживания. Она должна обеспечить не только надежное подавление жизнедеятельности микроорганизмов, но и максимально возможное сохранение исходных свойств молока. Любое тепловое воздействие на молоко нарушает его первоначальный состав и физико-химические свойства. Степень физико-химических изменений составных частей молока зависит главным образом от температуры и продолжительности тепловой обработки.

Молочные белки под действием  тепла денатурируют. Наиболее чувствительны  к нагреванию сывороточные белки, которые  денатурируют при температурах выше 65°С, казеин же обладает высокой тепловой стойкостью. При температурах выше 100°С начинается частичное разложение лактозы, в результате которого молоко приобретает специфический вкус, запах и цвет (бурый). Молочный жир при нагревании до 100°С практически не меняется. В процессе тепловой обработки частично разрушаются витамины, особенно водорастворимые (С, тиамин и др.), а также инактивируются ферменты (редуктаза, фосфатаза, пероксидаза). Минеральные соли в результате перехода растворимых солей кальция и фосфора в нерастворимое состояние частично выпадают в осадок. Изменение составных частей молока, отрицательно влияющее на пищевую ценность и органолептические показатели, должно быть незначительным.

К видам тепловой обработки  относятся пастеризация и стерилизация. Разновидности пастеризации — это ультравысокотемпературная (УВТ) обработка и термизация.

1.6.2 Пастеризация молока

Пастеризация молока —  это тепловая обработка молока с  целью уничтожения вегетативных форм микрофлоры, в том числе патогенных. Режим пастеризации должен обеспечить также получение заданных свойств готового продукта, в частности органолептичес-ких показателей (вкус, нужные вязкость и плотность сгустка).

Эффект пастеризации, обусловленный  степенью гибели патогенной микрофлоры, влияет на выбор режимов и способов пастеризации. Из патогенных микроорганизмов наиболее устойчивы к тепловой обработке бактерии туберкулеза. Поскольку работа по определению возбудителей туберкулеза сложна, то эффективность пастеризации принято определять по гибели не менее стойкой кишечной палочки. Эффект пастеризации зависит от температуры t и продолжительности тепловой обработки z, взаимосвязь которых установлена в виде следующего уравнения:

где 36,84 и 0,48 — постоянные величины.

В зависимости от этих факторов различают три режима пастеризации: длительная пастеризация — при температуре 60...63 °С с выдержкой 30 мин; кратковременная — при 74...78 °С с выдержкой 20 с; моментальная — при температуре 85...87 °С или 95...98 °С без выдержки.

Выбор режимов пастеризации предопределяется технологическими условиями и свойствами продукта. При содержании в продукте компонентов, отличающихся низкой термоустойчивостью, следует применять длительную пастеризацию. Процесс длительной пастеризации хотя и обеспечивает надежное уничтожение патогенных микробов и наименьшее изменение физико-химических свойств молока, однако требует больших затрат, связанных с использованием малопроизводительного оборудования.

Наиболее распространенный способ в производстве пастеризованного молока, кисломолочных продуктов и мороженого — кратковременная пастеризация. Этот способ также надежен для инактивации микробов и максимального сохранения исходных свойств молока. Моментальная пастеризация по воздействию на микробы и свойства молока аналогична кратковременной. Она рекомендуется для пастеризации сливок, из которых вырабатывают масло, и при производстве молочных консервов. Таким образом, все способы пастеризации позволяют получить продукт, безвредный для непосредственного употребления в пищу, но имеющий ограниченный срок хранения.

Сопротивляемость микроорганизмов  тепловой обработке увеличивается при повышении содержания жира и сухих веществ в продуктах (сливки, смесь для мороженого), так как жировые и белковые вещества оказывают защитное действие на микробные клетки. Поэтому для продуктов с повышенным содержанием жира и сухих веществ температура пастеризации должна быть увеличена на 10...15 °С по сравнению с температурой пастеризации молока.

Одновременно с пастеризацией  для улучшения органолептических  показателей молока и сливок проводят их дезодорацию.

Органолептические показатели изменяются вследствие наличия в  молоке летучих веществ и газов, особенно кислорода, обусловливающих нежелательные вкус и запах. Кислород, присутствующий в молоке, при хранении способствует окислению жировой фракции и разрушению витаминов. Для удаления этих нежелательных веществ из молока используют вакуумдезодорационные установки. Дезодорацию осуществляют обычно при температуре 65...70 °С и разрежении 0,04...0,06 МПа в течение 4...5 с. При этих условиях молоко закипает и вместе с парами удаляются нежелательные газы и летучие вещества.

Ультравысокотемпературная (УВТ) обработка молока проводится при температурах выше 100 °С без выдержки или с выдержкой 1...3 с. Так, в технологии кисломолочных напитков используют УВТ-обработку при 102 ± 2 °С без выдержки.

Термизация - это тепловая обработка молока при более мягких режимах, чем режимы пастеризации. Проводят при 57-68 °С с выдержкой 15 с, но обычно - при 63-65 °С с выдержкой 10-20 с. Она применяется для регулирования микробиологических и технологических процессов в производстве сыра и не может заменить пастеризацию, кроме частных случаев, когда наряду с ней применяются другие средства дезактивации патогенной микрофлоры (7).

В таблице 1 показано влияние термизации на содержание микроорганизмов в молоке. Термизация снижает его в молоке в 5-100 раз, в результате чего численность психротрофов в первом и втором образцах молока через 4 сутки хранения при 7 °С не превышает допустимого уровня; в третьем образце с высокой общей исходной бактериальной обсемененностью она была близка к этому уровню после 3 суток хранения (7).

Таблица 1 Влияние термизации на микрофлору молока.

Термизация снижает активность щелочной фосфатазы на 7-45%, другие энзимы молока к ней малочувствительны.

Замена пастеризации термизацией при 65-70° С уменьшает время сычужного свертывания молока в производстве твердых сыров на 2-10%, ускоряет созревание, повышает качество сыра; она особенно полезна зимой. Пастеризацию считают наиболее вероятной причиной недостаточно выраженного вкуса сыров. Несмотря на эти преимущества, термизация на фоне роста пищевых отравлений во всем мире может заменить пастеризацию только при наличии комбинации следующих факторов: высокого бактериального качества молока к отличных гигиенических условий выработки сыра; достаточно длительного созревания сыров (за исключением тех видов мягких сыров, в которых длительное созревание сопровождается слишком большим повышением pH); высоких температур 2 нагревания. 
Следует отметить, что проведение термизации способствует загрязнению пастеризатора термофильным стрептококком, который может вызвать пороки твердых сыров с низкими температурами II нагревания (7).