Назначение и виды тепловой обработкиСвежевыдоенное молоко имеет температуру тела животного — около 37 °C, которая затем снижается до температуры помещения, то есть около 20—25 °C. Этот диапазон температур оптимален для развития микроорганизмов, находящихся в сыром молоке. Для сохранения качества молока необходимо предотвратить размножение микроорганизмов. Этого можно достичь тепловой обработкой молока, при которой в условиях повышенной температуры уменьшается количество микроорганизмов или происходит их полное уничтожение (термизация,
пастеризация,
стерилизация), либо снижением температуры (охлаждение и замораживание). Цель тепловой обработки — исключение передачи через молоко инфекционных заболеваний и повышение стойкости молока при хранении. Для усиления эффекта при производстве молочных продуктов сочетают нагрев молочного сырья до 100 °C или выше с последующим немедленным охлаждением до температур, требуемых стандартом. Эффективность тепловой обработки зависит от резистентности микроорганизмов, устойчивости его составных частей и интенсивности тепловой обработки. Интенсивность тепловой обработки зависит от применяемой температуры, длительности её воздействия и движения продукта в процессе переработки.
Охлаждение молочного сырья и молочных продуктов
В целях торможения развития микроорганизмов. ферментных и физико-химических процессов при охлаждении молочного сырья и молочных продуктов температуру понижают до 2—10 °C и хранят при этой температуре до переработки. В зависимости от конечной температуры охлаждения в продуктах в большей или меньшей степени могут протекать физико-химические процессы, обусловленные действием ферментов и микробиологическими процессами. Понижение температуры приводит к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов. Эффект воздействия низких температур на микробную клетку основан на нарушении сложной взаимосвязи метаболических реакций и повреждении механизма переноса растворимых веществ через клеточную мембрану. Наряду с этим имеет место изменение качественного состава микрофлоры. Некоторые группы микроорганизмов (психрофилы) способны достаточно быстро размножаться при температуре 0—5 °C. Таким образом, охлаждение продуктов до низких температур не исключает возможности его микробиологической порчи, так как возбудителями порчи белковосодержащих продуктов являются преимущественно гнилостные бактерии.
При отведении теплоты замедляется тепловое молекулярное движение и изменяется состояние компонентов молока, прежде всего преобладающим числом гидрофобных связей обладает казеин. При температуре около 60 °C прочность гидрофобных связей самая высокая. По мере понижения температуры сила гидрофобных связей ослабевает, агломераты распадаются на более мелкие образования. Дезагрегация обратима, но только частично, причём обратный процесс протекает с меньшей скоростью. Поэтому после хранения молока длительное время при температуре 2—6 °C способность его к свёртыванию сычужным ферментом заметно ухудшается. Полученный сгусток характеризуется способностью к синерезису и меньшей прочностью. Неустойчивость гидрофобных связей приводит к усилению активности ферментов, в первую очередь ксантиноксидазы и каталазы, связанных с казеином и белковыми компонентами жировых шариков в оболочке. Ксантиноксидаза катализирует окисление многих альдегидов до кислот, а каталаза — окисление пероксидами ненасыщенных жирных кислот и спиртов.
При охлаждении молочного сырья происходят частичное отвердевание и кристаллизация молочного жира в жировых шариках, что и приводит к ослаблению связей в оболочках, так как глицеридный слой теряет эластичность и становится более подверженным механическим воздействиям. Охлаждение и хранение охлаждённого молочного сырья приводит к разрушению витаминов. Например, витамин С разрушается на 18 % при хранении охлаждённого молока 2 сут и на 67 % при хранении охлаждённого молока 3 сут.
При охлаждении молока происходит изменение состава микрофлоры сырого молока — замедляется рост мезофильной и термофильной микрофлоры и начинают преобладать психрофильные бактерии, развивающиеся в молоке при температуре от 5 до 15 °C.
Замораживание молочного сырья и молочных продуктов
При замораживании происходят более заметные физико-химические и биохимические изменения, чем при охлаждении, причём их глубина зависит от скорости замораживания и температуры хранения замороженных продуктов. Изменения обусловлены процессами кристаллизации воды, перераспределением влаги между структурными образованиями компонентов молока, повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ.
Влага, содержащаяся в молоке, обусловливает консистенцию и структуру продукта, определяя его устойчивость при хранении. Связанная влага имеет отличные от свободной влаги свойства. Она замерзает при более низких температурах, обладает меньшей способностью растворения, меньшей теплоёмкостью, повышенной плотностью. Количество связанной влаги помимо его физико-химических свойств определяется его дисперсностью. С увеличением дисперсности продукта увеличивается количество связанной влаги.
При медленном замораживании (−10 °C) с образованием крупных кристаллов вне клеток изменяется первоначальное соотношение объёмов межклеточного и внутриклеточного пространства за счёт перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание (−22 °C) предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределённых кристаллов льда. Наиболее мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях продукта.
При замораживании воды образуются кристаллы различной формы, имеющие острые вершины и кромки, вследствие чего они могут отрицательно воздействовать на грубодисперсные составные части. Максимальное кристаллообразование происходит при температуре от −2 до −8 °C, поэтому, чтобы предотвратить образование крупных кристаллов льда при замораживании, необходимо обеспечить быстрое понижение температур в этом интервале. Кроме того, в этом интервале температур повышается содержание в невымороженной влаге растворенных веществ, увеличивается скорость некоторых реакций, высвобождаются ферменты и окисляются липиды. При медленном замораживании невымороженной остаётся около 4 % свободной и 3,5 % связанной влаги. В свободной влаге повышена концентрация белков, минеральных солей и лактозы. Это приводит к агрегации и дезагрегации казеиновых мицелл и потере ими стабильности. Этому способствует кристаллизация лактозы при охлаждении и сильном перемешивании молока перед замораживанием. При медленном замораживании происходит частичная или полная денатурация белков. Такие изменения белков приводят к снижению способности свёртываться под действием сычужного фермента. При медленном замораживании молочное сырье расслаивается. Замораживание сопровождается уменьшением количества и активности микроорганизмов без их полного уничтожения. Из-за изменения состояния белковолипидных комплексов и механического разрушения микробной клетки кристаллами льда возможны повреждения мембранных структур клетки. Наиболее высокая степень гибели микроорганизмов приходится при температурах −10…-12 °C. Хранение при таких температурах позволяет сохранить продукты без микробиологической порчи. В 70—80 годах прошлого столетия в России проводились исследования сохранности молока при низких температурах. Экспериментаторы убедились, что при температуре −15…-18 °C молоко сохраняет свои бактерицидные свойства до 500 дней (свойства парного молока.) Хранить замороженное молоко, как и любые продукты следует в полной темноте или в светозащитной упаковке. Но при длительном хранении быстро замороженного молока происходит перекристализация, что впрочем не отражается на его питательных свойствах. При размораживании молока следует восстанавливать его однородность интенсивным перемешиванием.
Пастеризация молочного сырья
Основная цель
пастеризации — уничтожение патогенной токсинообразующей
микрофлоры и инактивация ферментов. В результате исключается передача через молоко и молочные продукты инфекционных заболеваний и обеспечивается более длительный срок хранения.
В молоко от больной коровы, с рук переболевшего персонала, загрязнённого корма, питьевой воды, посуды и т. д. могут попасть такие патогенные микроорганизмы, как возбудители туберкулёза, бруцеллёза, чумы, сибирской язвы, кишечная палочка и т. д. Эти заболевания могут через молоко передаваться человеку. Стойкость различных патогенных микроорганизмов к температуре неодинакова. Как правило, патогенные микроорганизмы погибают при относительно невысоких температурах. Наиболее стойкой к нагреванию из неспорообразующих микроорганизмов является туберкулёзная палочка. Возбудитель туберкулёза погибает при температурах 60—65 °C в течение 30 минут. Однако есть сведения, что для уничтожения туберкулёзной палочки необходима более высокая температура (75 °C с выдержкой 30 минут). Это объясняется тем, что стойкость к температурным режимам в зависимости от многочисленных факторов у разных штаммов может быть не одинакова. Поэтому при использовании молока коров с подозрением на туберкулёз необходимо нагревать его до температуры 80 °C в течение 30 минут или кипятить. Молоко от заболевших животных необходимо уничтожать. Остальная неспорообразующая патогенная микрофлора погибает при более низких температурах, чем туберкулёзная палочка. В связи с этим при обосновании режимов пастеризации молока за основу принимают тепловую обработку туберкулёзной палочки.
Одним из санитарно-показательных микроорганизмов, которые могут привести в различного рода токсикозам и кишечным отравлениям, являются бактерии группы кишечной палочки (БГКП). Наличие этих бактерий в молоке говорит о нарушении требуемых санитарно-гигиенических условий производства молока. Они не выдерживают нагрева молока до 60 °C в течение 30 минут. С помощью пастеризации в молоке можно уничтожить лишь вегетативные формы микрофлоры, так как наличие спор повышает тепловую устойчивость микроорганизмов на 10—15, а иногда и на 50 °C. Нагревание молочного сырья до температур пастеризации приводит к инактивации ферментов, тепловая устойчивость которых также индивидуальна, как и тепловая устойчивость микроорганизмов. Температурные режимы пастеризации, принятые в молочной промышленности, полностью инактивируют щелочную фосфатазу. Известно, что после нагревания молока до 65 °C в течение 30 минут фосфатаза в нём не обнаруживается. Тепловая обработка фосфатазы используется в молочной промышленности для определения эффективности пастеризации молока при производстве питьевого пастеризованного молока. При производстве кисломолочных напитков или масла эффективность пастеризации определяется пробой на ксантиноксидазу, которая инактивируется при температурах около 80 °C. Протеазы инактивируются при температурах выше 75 °C, нативные липазы — при температуре 80 °C, а бактериальные липазы — при температуре 90 °C. Сущность теплового разрушения микроорганизмов и ферментов состоит в тепловой денатурации белковых компонентов клеток, при которой происходит развёртывание их полипептидных цепей с потерей биологических свойств. Теоретические основы пастеризации описываются уравнением Дальберга — Кука применительно к туберкулёзной палочке: lnz=α — βt где z — время воздействия температуры, (c); α,β — коэффициенты, равные 36,84 и 0,48 соответственно; t — температура пастеризации, (°C). Уравнение показывает взаимозависимость температуры и времени для разрушения микроорганизмов и ферментов.
На производстве фактическое время выдержки Q при тепловой обработке молочного сырья не должно быть меньше теоретических значений z. При Q=z процесс пастеризации считается проведённым правильно, при Q<z — процесс пастеризации не обеспечивает безопасность продукта, при Q>z — процесс пастеризации излишне длителен. Средний эффект пастеризации равен отношению Q/z. По предложению Кука эта величина была названа
критерием Пастера и стала обозначаться символом Pa. Для любого бесконечно малого отрезка времени dQ элементарный эффект пастеризации равен dQ/z, а суммарный эффект за время z обозначается Pa=
. Для завершения процесса пастеризации и обеспечения безопасности молочных продуктов критерий Пастера должен быть равен единице или больше её.
На основании теоретических выводов для производства молочных продуктов были разработаны три вида режимов пастеризации молочного сырья, обеспечивающие уничтожение туберкулёзной палочки, бактерий группы кишечной палочки и других патогенных микроорганизмов и инактивацию ферментов:
- Длительная пастеризация: t=65 °C, z=30 минут
- Кратковременная пастеризация: t=71—74 °C, z=40 с
- Мгновенная пастеризация: t=85 °C, z=8—10 с
- Ультрапастеризация: t=125 °C, z=0,5 с
Эффективность пастеризации молочного сырья при производстве различных молочных продуктов зависит от температуры и времени проведения процесса. Большое значение имеет первоначальное бактериальное обсеменение и механическая загрязнённость сырого молока. Эффективность пастеризации выражают отношением количества бактерий, уничтоженных пастеризацией, к количеству бактерий, содержавшихся в исходном молоке. Эффективность пастеризации должна достигать 99,5—99,98 %. Для обеспечения такого значения сьрьё должно содержать не более 3·
KOE в 1 см³ общего количества бактерий (мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов КМАФАнМ), причём термостойких бактерий должно быть не более 3·
в 1 см³, а бактерии группы кишечной палочки не должны обнаруживаться в 0,001 см³ сырья. Эффективность пастеризации по трём показателям после секции охлаждения пастеризационной установки контролируют на производстве не реже 1 раза в декаду. БГКП не должны обнаруживаться в 10 см³ молока, проба на фосфатазу должна быть отрицательной, а общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов не должно быть выше
в 1 см³.
Стерилизация молочного сырья
В молочной промышленности процесс
стерилизации молочного сырья производят по трём различным схемам:
- одноступенчатая в упаковке — после розлива молока в упаковку и её герметичной укупорки при температуре 115—120 °C с выдержкой 15—30 минут;
- двухступенчатая — предварительная стерилизация молочного сырья в потоке при температуре 130—150 °C в течение нескольких секунд, а затем вторичная стерилизация после розлива молока или молочных продуктов и её герметичной укупорки при температуре 115—120 °C в течение 15—20 минут.
- одноступенчатая с асептическим розливом — косвенная или прямая стерилизация молочного сырья при температуре 135—150 °C в течение нескольких секунд с последующим фасованием в асептических условиях в стерильную тару.
В зависимости от особенностей производства и фасования готового продукта молочное сырье стерилизуют периодическим инепрерывным способом.
Стерилизацию периодическим способом проводят, помещая продукт в упаковке в автоклав и создавая в нём избыточное давление 0,08 МПа, что соответствует температуре кипения 121 °C. При этой температуре продукт выдерживается 15—30 мин. Затем температуру снижают до 20 °C. На стерилизацию молоко поступает нормализованным, гомогенизированным, прошедшим предварительный нагрев.
Стерилизация непрерывным способом в упаковке осуществляется в гидростатических башенных стерилизаторах. Фасованный в бутылки продукт подаётся в первую башню стерилизатора, где нагревается до (86±1)°С. Во второй башне продукт в бутылках нагревается до температуры 115—125 °C и выдерживается в зависимости от объёма бутылки 20—30 мин. В третьей башне стерилизатора бутылки охлаждаются до температуры 65 (±5) °С, в четвёртой — до 40 (±5)°С. Дальнейшее охлаждение идет в камере хранения продукта. Весь цикл обработки в башенном стерилизаторе составляет примерно 1 ч. Такое молоко хранится при температуре 1—20 °C не более 2 месяцев со времени выработки. Стерилизация молочного сырья после розлива в упаковку в горизонтальном ротационном стерилизаторе с клапанным затвором осуществляется при температуре 132—140 °C в течение 10—12 мин. Весь цикл обработки составляет 30—35 мин.
Для более длительного хранения молока и молочных продуктов применяются ультравысокотемпературную обработку молочного сырья в потоке (
УВТ-обработанное), проводимую при температурах 135—145 °C с выдержкой 2—4 с с обязательным проведением технологического процесса после стерилизации и фасовки в асептических условиях.
УВТ-обработка молока обеспечивает уничтожение в нём бактерий и их спор, инактивацию ферментов при минимальном изменении вкуса, цвета и пищевой консистенции. Требуемые для этого температура и продолжительность нагревания находятся в зависимости от количества и вида спорообразующей микрофлоры в исходном сырье. Обычно присутствие большого числа спорообразующей микрофлоры связано с повышенным общим бактериальным обсеменением молока. При отборе молока для УВТ-обработки этот факт принимается во внимание и используется сырье с общим количеством не более 3·
KOE в 1 см³.
УВТ-обработку молочного сырья проводят в потоке с асептическим розливом проводят с использованием двух способов нагрева:
- прямого (пароконтактного) нагрева впрыскиванием (инжекцией) пара в молоко либо подачей молока в среду пара;
- косвенного (непрямого) нагрева молока через теплопередающую поверхность.
Прямой нагрев молочного сырья эффективен в случае необходимости моментального его нагрева до температуры стерилизации. Молоко мгновенно нагревается до температуры 140—145 °C и поступает в выдерживатель на 1—3 с. Недостатки способа: продукт вступает в непосредственное соприкосновение с нагревающей средой. Молочное сырье должно обладать высокой термоустойчивостью, а пар должен подвергаться особой очистке, чтобы не быть источником загрязнения стерилизованного молока. Кроме того после стерилизации паром молочное сырье имеет повышенную влажность из-за попадания в него конденсата. Конденсат удаляется из молока в вакуум-выпариватель, куда поступает стерилизованное молока. В вакуум-камере поддерживается разрежение 0,04 МПа, при котором молоко кипит при температуре около 80 °C. Конденсат, попавший в молоко в камере стерилизации, удаляется вместе с паром из молока при кипении.
При косвенном способе нагрев молочного сырья осуществляется от нагревающей среды через теплопередающую поверхность в теплообменных установках. В молочной промышленности наиболее распространены трубчатые и пластинчатые теплообменные установки.
Молочные продукты
Существует большое количество продуктов, получаемых из молока:
сливки,
сметана,
творог,
кумыс,
сыр,
ряженка(биоряженка),
пахта,
сыворотка,
варенец,
кефир,
йогурт,
простокваша,
ацидофилин.
Желатин залить теплой кипяченой водой.Сливки вылить в глубокую эмалированную кастрюлю, которую нужно поставить в миску с холодной водой и льдом. Взбить сливки в пену, добавляя сахар и какао. Затем ввести туда растворенный желатин и хорошо перемешать. Поставить в холодильник. Подавать можно отдельно или с мороженым.
