Тепловая и вакуумная обработка молока питьевого

Назначение и виды тепловой обработки. Свежевыдоенное молоко имеет температуру тела животного - около 37°С, которая затем снижается до температуры помещения, т.е. около 20-25°С. 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°С 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 ее воздействия и движения продукта в процессе переработки.

1.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°С 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°С. 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°С прочность гидрофобных связей самая высокая. По мере понижения температуры сила гидрофобных связей ослабевает, агломераты распадаются на более мелкие образования. Дезагрегация обратима, но только частично, причем обратный процесс протекает с меньшей скоростью. Поэтому после хранения молока длительное время при температуре 2-6°С способность его к свертываю сычужным ферментом заметно ухудшается. Полученный сгусток характеризуется способностью к синерезису и меньшей прочностью. Неустойчивость гидрофоных связей приводит к усилению активсноти 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 охлажденного молочного сырья приводит к разрушению витаминов. Например, витамин С разрушается на 18% при хранении охлажденного молока 2 сут и на 67% при хранении охлажденного 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 от 5 до 15°С.

2. Замораживание молочного сырья и молочных продуктов. При замораживании происходят более заметные физико-химические и биохимические изменения,чем при охлаждении, причем 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 теплоемкостью, 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°С) с образованием крупных кристаллов вне клеток изменяется первоначальное соотношение объемов межклеточного и внутриклеточного пространства за счет перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание (-22°С) предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределенных 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°С, 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 остается 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 потеря 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 свертываться 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°С. Хранение при таких температурах позволяет сохранить продукты без микробиологической порчи.

3.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, загрязненного корма, питьевой воды, посуды и т.д. могут попасть такие патогенные микроорганизмы, как возбудители туберкулеза, бруцеллеза, 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 туберкулезная палочка. Возбудтель туберкулеза погибает при температурах 60-65°С в течение 30 минут. Однако есть сведения, что для уничтожения туберкулезной палочки необходима более высокая температура (75°С 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 туберкулез необходимо нагревать его до температуры 80°С в течение 30 минут или кипятить. Молоко от заболевших животных необходимо уничтожать. Остальная неспорообразующая патогенная микрофлора погибает при более низких температурах, чем туберкулезная палочка. В связи с этим при обосновании режимов пастеризации молока за основу принимают темпловую обработку туберкулезной 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°С 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°С. 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°С в течение 30 минут фосфатаза в нем не обнаруживается. Тепловая обработка фосфатазы используется в молочной промышленности для оперделения 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°С. Протеазы инактивируются при температурах выше 75°С, нативные липазы - при температуре 80°С, а бактериальные липазы - при температуре 90°С. Сущность теплового разрушения микроорганизмов и ферментов состоит в тепловой денатурации белковых компонентов клеток, при которой происходит развертывание их полипептидных цепей с потерей биологических свойств. Теоретические основы пастеризации описываются уравнением Дальберга - Кука применительно к туберкулезной 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 проведенным 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=logdQ / z. Для завершения процесса пастеризации и обеспечения безопасности молочных продуктов критерий Пастера должен быть равен единице или больше ее. На основании теоретических выводов для производства молочных продуктов были разработаны три вида режимов пастеризации молочного сырья, обеспечивающие уничтожение туберкулезной 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

Эффективность пастеризации молочного сырья при производстве различных молочных продуктов зависит от температуры и времени проведения процесса. Большое значение имеет первоначальное бактериальное обсеменение и механическая загрязненность 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 сьрье должно содержать не более 3·106 KOE в 1 см³ общего количества бактерий (мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов КМАФАнМ), причем термостойких бактерий должно быть не более 3·104 в 1 см³, а бактерии группы кишечной палочки не должны обнаруживаться в 0,001 см³ сырья. Эффективность пастеризации по трем 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 104 в 1 см³.

4. Стерилизация молочного сырья. В молочной промышленности молочное сырье стерилизуют по трем принципиальным схемам:

1. одноступенчатая в упаковке - после розлива молока в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115-120°С с выдежкой 15-30 минут;

2. двухступенчатая - предварительная стерилизация молочного сырья в потоке при температуре 130-150°С в течение нескольких секунд, а затем вторичная стерилизация после розлива молока или молочных продуктов и ее герметичной укупорки при температуре 115-120°С в течение 15-20 минут.

3. одноступенчатая с асептическим розливом - косвенная или прямая стерилизация молочного сырья при температуре 135-150°С 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 и непрерывным способом. Стерилизацию периодическим способом проводят, помещая продукт в упаковке в автоклав и создавая в нем разряжение 0,08 МПа, что соответствует температуре 121°С. При этой температуре продукт выдерживается 15-30 мин. Затем температуру снижают до 20°С. На стерилизацию молоко поступает нормализованным, гомогенизированным, прошедшим предварительный нагрев. Стерилизация непрерывным способом в упаковке осуществляется в гидростатических башенных стерилизаторах. Фасованный в бутылки продукт подается в первую башню стерилизатора, где нагревается до (86±1)°С. Во второй башне продукт в бутылках нагревается до температуры 115-125°С и выдерживается в зависимости от объема бутылки 20-30 мин. В третьей башне стерилизатора бутылки охлаждаются до температуры (65±5)°С, в четвертой - 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°С не более 2 мес со времени выработки. Стерилизация молочного сырья после розлива в упаковку в горизонтальном ротационном стерилизаторе с клапанным затвором осуществляется при температуре 132-140°С в течение 10-12 мин. Весь цикл обработки составляется 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°С с выдержкой 2-4с с обязательным проведением технологического процесса после стерилизации и фасовки в асептических условиях. УВТ-обработка молока обеспечивает уничтожение в нем 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 следует принимать во внимание и использовать сырье с общим количеством не более 3·105 KOE в 1 см³. УВТ-обработку молочного сырья проводят в потоке с асептическим розливом проводят с использованием двух способов нагрева:

1. прямого (пароконтактного) нагрева впрыскиванием (инжекцией) пара в молоко либо подачей молока в среду пара;

2. 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°С и поступает в выдерживатель на 1-3с. 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°С. 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.

Фальсификация

За последние годы ассортимент и производство молока и молочных напитков и особенно мороженого в России значительно выросло. На рынке молока и молочных продуктов, пользующихся стабильным спросом, находятся сотни его наименований и многие из них активно рекламируются. Поэтому соблазн подделать или увеличить объемы молока и молочной продукции путем разбавления водой всегда имеется как у реализатора, так и производителя молочной продукции.

Рассмотрим основные виды фальсификации молочных продуктов, встречаемые на рынках России и используемые для обмана покупателя.

Ассортиментная фальсификация может быть сделана следующими способами: подмена одного вида молока другим; подмена цельного молока нормализованным или даже обезжиренным.

Подмена одного молока другим очень часто бывает при продаже козьего молока. Поскольку козье молоко немного более приближенное к женскому по содержанию бифидоактивных сахаров, то оно реализуется и по более высокой цене. А вместо козьего молока зачастую продают коровье, которое практически близко по органолептическим показателям (вкусу, цвету, запаху) к козьему.

Происходит и подмена натурального (цельного) молока нормализованным. Поскольку в натуральном молоке содержание жира может достигать 4,5 и даже 6,0%, то подмена его нормализованным 2,5% молоком дает солидный доход фальсификатору. И молоко продал и сливки себе еще остались. Отличить нормализованное молоко можно только по содержанию жира и более грубо по цвету, а точнее по желтому оттенку, молока. Нормализованное молоко имеет зачастую синеватый оттенок.

Качественная фальсификация молока и молочных продуктов осуществляется следующими способами: разбавление водой; пониженное содержание жира; добавление чужеродных компонентов; раскисление прокисшего молока.

Ни один пищевой продукт не фальсифицируется в таких размерах, как молоко.

При фальсификации молока водой понижается плотность (менее 1,027 г/см3), жирность, сухой остаток (менее 11,2 %), СОМО (менее 8,0%), а также кислотность. При фальсификации молока (сливок) водой изменяется его натуральный цвет. Молоко становится немного прозрачнее, с менее выраженным желтым оттенком и вкусом, консистенция водянистая.

Снижение содержания молочного жира. Самая обыкновенная и "невинная" подделка заключается в продаже снятого молока как цельного. Снятое молоко имеет синеватый оттенок, водянистость, капля его оставляет на ногте почти незаметный водянистый след. Такое молоко почти безвкусно, и его легко можно узнать. В настоящее время молоко вместо 2,5% жирности имеет 2,2-2,3%.

Порой некоторые недобросовестные производители, восстанавливая молоко, допускают серьезные нарушения: так, например, готовое сухое обезжиренное молоко "зажирняют" не молочным жиром, а дезодорированными растительными жирами. А вместе с молочным жиром молоко, таким образом, теряет важные жирорастворимые витамины. Отличить на вкус такое молоко от натурального практически невозможно, поскольку для этого требуется специальное лабораторное исследование.

Добавление чужеродных добавок. Кроме воды в молоко подмешивают крахмал, мел, мыло, соду, известь, борную или салициловую кислоты и даже гипс.

Все это делается для фальсификации или для предохранения от быстрого скисания. В действительности применение этих добавок не предохраняет молоко от скисания. И, что самое главное, часто приводит к пищевым отравлениям. Для определения химических примесей можно воспользоваться лакмусовой бумажкой. Если молоко не разбавлено, то синяя лакмусовая бумажка краснеет, а красная - синеет.

Некоторые фальсификаторы в прокисшее молоко добавляют сахар, чтобы не чувствовался кислый вкус.

Кстати, существует понятие "восстановленное молоко", когда сухое молоко превращают обратно в жидкое при помощи воды, а затем такое молоко либо разливают по пакетам, либо используют для производства продуктов. Так вот обезжиренное сухое молоко, восстановив, нередко "зажирняют" растительными жирами. А вместе с молочным жиром молоко, таким образом, теряет важные жирорастворимые витамины. Отличить на вкус такое молоко от натурального практически невозможно, поскольку для этого требуется специальное лабораторное исследование. При этом в подавляющем большинстве случаев на этикетке молочных продуктов не указывается, что в них содержатся растительные жиры и что они приготовлены из восстановленного сухого обезжиренного молока. Из-за нехватки и соответственно дороговизны натурального высококачественного сырья, привычки конкурировать ценой, а не качеством технологи постоянно придумывают различную экономичную рецептуру.

Количественная фальсификация молока и молочных продуктов (недолив, обмер) это обман потребителя за счет значительных отклонений параметров товара (объема), превышающих предельно допустимые нормы отклонений. Например, объем молока при продаже на розлив меньше, чем заказывает и оплачивает покупатель. Выявить такую фальсификацию достаточно просто, измерив предварительно объем поверенными измерительными мерами объема. Иногда разливают молоко в бутылки меньшего объема, выполненные из толстостенного стекла.

Информационная фальсификация молока и молочных продуктов - это обман потребителя с помощью неточной или искаженной информации о товаре.

Обман при продаже молока и молочных продуктов широко распространен на российских рынках.