Вопросы: 1. Очистка, сепарирование, гомогенизация молока.
2. Мембранные методы обработки, дезодорация и аэрация молочного сырья.
3. Биологические принципы обработки молочного сырья (тепловая обработка молока, физические и химические способы инактивации микрофлоры).
4. Производство заквасок.
Вопрос 1. Методы очистки молока выбираются в зависимости от производительности молочных предприятий: фильтры или центробежные молокоочистители. Мелкие предприятия используют самые простые методы очистки молока. Для этого используют ватные фильтры одноразового пользования рассчитаны на 70 -100л молока), фланель, вафельную ткань, марлю, сложенную в 4-6 слоев, лавсан –в 2 раза. Марля хороший фильтрующий материал недостатки в том, что не прочность, Пропускная способность одного марлевого фильтра 10-15т молока.
Перед повторным использованием хлопчатобумажных тканей их подвергают стирке в 0,5%-ном теплом растворе дезмола или другого моющего средства прополаскивают в проточной воде, проглаживают или кипятят в течение 12-15 минут и высушивают.
Широко используются лавсановые фильтры. Они не токсичны, с высокой скоростью можно профильтровать молоко, устойчивы к воздействию микроорганизмов, моющих средств, слабым растворам органических и минеральных кислот, щелочам, пару, воде. Пропускная способность одного фильтра 140т молока.
Нормы расхода материалов на 1 т молока: фланели или вафельной ткани требуется 0,09м, марли -1,26, лавсана -0,017, ватных фильтров 25 штук (масса одного фильтра 1,5г).
Для фильтрации молока используют фильтры разных конструкций: пластинчатые, дисковые, цилиндрические, в том числе фильтры самоочищающиеся, агрегаты очистительно-охладительные. При фильтрации имеются недостатки: при большом накоплении частиц примесей на фильтре образуется толстый слой который препятствует прохождения молока, тем самым снижает скорость очистки молока, а так же большие затраты рабочего времени на промывки, разгрузку фильтра от осадка, подготовку установки к работе. Поэтому в промышленности стали широко использовать наиболее эффективную центробежную очистку с применением сепараторов-молокоочистителей и бактериофуг.
По конструкции сепараторы-молокоочстители напоминают сепараторы сливкоотделители но имеют не которые отличия.
Центробежная очистка молока приводит к изменению дисперсности жировых шариков. При холодной очистки молока (Т10-200С) величина жировых шариков изменяется минимально, однако их дробление резко возрастает при повышении температуры выше 450С. Что не желательно в производстве многих молочных продуктов.
Бактериофугирование. При бактериофугировании одновременно с механическими примесями из молока удаляется подавляющая часть микроорганизмов. Бактериофуги действуют по принципу центробежных очистителей, отличаются высокой скоростью вращения барабана(более 16000об/мин).
Химическая фильтрация. Разработаны способы химической очистки молока с использованием специальных аппаратов-ионообменников. В ионообменниках молоко фильтруется через высокомолекулярные органические вещества – иониты (ионообменные смолы)Ионообменные смолы поглощают различные ионы, в результате чего меняется минеральный состав молока и оно приобретает новые свойства. Это позволяет получить новые пищевые продукты, улучшить их качество, удалить нежелательные примеси. Так в результате удаления 10% кальция молоко медленнее свертывается под действием сычужного фермента, сгусток его получается менее плотный, при этом вкус, цвет, внешний вид молока изменяется незначительно. На основе ионообменного процесса разработана технология получения ионитного молока для вскармливания детей раннего возраста.
Сепарирование. До конца 19 века сливки для выработки масла и сметаны получали длительным методом отстаивания. В 1877 году шведский ученый де Лаваль изобрел сепаратор непрерывного действия для разделения молока под действием центробежной силы на сливки и обезжиренное молоко.
С 1882 года сепаратор был завезен в ряд европейских стран. Конструкция сепаратора многие годы совершенствовалась. В настоящее время различные конструкции сепараторов используются не только для получения сливок средней жирности 20-35%, но и с содержанием жира 65-83%. Существуют сепаратор-кларификсатор для нормализации молока, сепаратор молокоочиститель для очистки молока, а так же сепараторы трех функциональные (сливкоотделение, нормализации и гомогенизации) и четырех (сливкоотделитель, нормализатор, очиститель и гомогенизатор) сейчас применяются сепараторы с программным управлением и сепараторы специального назначения для пахты, сыворотки, творожной массы, для получения рафинированного молочного сахара и для рафинированного масла.
Гомогенизация При хранении молока, сливок, выработке сметаны,диетических кисломолочных продуктов на их поверхности образуется сливочный или жировой отстой, а при производстве мороженого – крупинки молочного жира. Это нарушает гомогенность консистенции и снижает потребительские свойства молочных продуктов.
Крупные жировые шарики имеют значительно меньшую плотность по сравнению с плазмой и постепенно поднимаются на поверхность молока. При столкновении с другими шариками они склеиваются (аглютинируют) с ними за счет иммуноглобулинов молока, образуя рыхлые скопления жировых шариков, резко ускоряющие отстаивание жира. Такая агглютинация связана с тем, что у крупных жировых шариков силы сцепления превалируют над силами отталкивания за счет одноименной отрицательной заряженности жировых шариков. У мелких жировых шариков силы электрического отталкивания преобладают над силами сцепления, поэтому они не включаются в скопления жировых шариков и не отстаиваются.
Для получения однородной гомогенной дисперсии жировой фазы, не способной к отстаиванию, проводят гомогенизацию путем дробления жировых шариков до размеров около 1мкм.
Для гомогенизации применяют гомогенезаторы, представляющие собой плунжерные насосы высокого давления.
Вопрос 2. В последние годы находят широкое применение мембранные методы обработки молока, сыворотки и другого молочного сырья. Сыворотка или молоко под давлением пропускается через полупроницаемые мембраны, происходит разделение на концентрат и проникающий через поры мембраны пермеат. Различают три основных вида мембранного разделения: микрофильтрацию, ультрафильтрацию и обратный осмос.
При микрофильтрации концентрируются микрочастицы, задерживаются кишечная палочка, стафилококки, молочнокислые бактерии.
При ультрофильтрации задерживаются макромалекулы, коллоидные частицы, сывороточные белки, мицеллы казеина, бактериофаги.
При обратном осмосе в концентрате гидратированные ионы, а также ионынатрия, кальция, калия.
Для этого применяют агрегаты с мембранами 3-го поколения для изготовления жидких концентратов обычной и гидролизованной сыворотки.
Дезодорация и аэрация молочного сырья. Поступающее на переработку молоко и сливки иногда имеют посторонние привкусы и запахи различной степени выраженности. При переработки они переходят в молочные продукты и иногда становятся более выраженными.
Для удаления посторонних привкусов и запахов в зависимости от их природы и выраженности молочное сырье подвергается обработке методами аэрации, дезодарации и вакриации.
Слабые кормовые запахи, обусловленные абсорбцией, как, например силосный, можно удалить аэрацией. Для этого через тонкий слой нагретого молока или сливок продувают чистый воздух или проветривают при их стекании по открытой поверхности оросительного охладителя. Обычная пастеризация молочного сырья особенно высокотемпературная, значительно ослабляет посторонние привкусы.
Существуют специальные аппарата – дезодораторы и вакреаторы, в которых в условиях разрежения осуществляется паровая дистилляция из сливок летучих пахнущих веществ, образующих с водяным паром азеотропные смеси. Эти смеси кипят при температуре ниже температуры воды, вследствие чего облегчается их удаление. Для этого используются вакуум-дезодорационные установки РЗ-ОДА, ОДУ-2, ОДУ – 3 и др.
Для устранения кормовых привкусов широко применяется вакреация, в процессе которой сливки распыляются под вакуумом и обрабатываются паром. В производстве обычно применяют трехкамерные вакреаторы. После вакреации и дезодорации сливки приобретают «пустой вкус», так как из них удаляют и нужные ароматические вещества. Их восстанавливают повторной пастеризацией при температуре 950С для восстановления утраченных вкуса и естественного запаха.
Масло из дезодорированных или вакреированных сливок приобретает излишне твердую консистенцию, в большей степени склонно к окислению. По этому дезодорированные и вакреированные сливки применяют редко и только в крайних случаях.
Вопрос 3. Биологические принципы обработки молочного сырья. Молоко является прекрасной питательной средой для развития микроорганизмов, вызывающих порчу продукта.
Методы защиты пищевых продуктов от ферментов и микрофлоры основаны на трех биологических принципах по классификации профессора Я.Я. Никитинского.
Биоз – поддержание жизненных функций в продукте и использование его естественных возможностей. Биоз не является методом консервирования в обычном понимании. Он сводится к осуществлению мер, обеспечивающих кратковременную сохранность продукта, молока. Эти меры сводятся к соблюдению санитарно-гигинических условий получения микробиологически чистого молока, что продлевает его сохранность путем увеличения продолжительности бактерицидной фазы молока, препятствует развитию в нем микрофлоры.
Консервирование молока основано на двух принципах: абиозе и анабиозе.
Абиоз – отсутствие жизни, то есть полное прекращение всех жизненных процессов в микроорганизмах.
Для инактивации микроорганизмов и ферментов (абиоза) отдельно или совместно могут быть использованы ультразвуковые колебания, ионизирующее излучение, антибиотики, химические вещества и тепловое воздействие.
Ультразвуковые колебания воздействуют не только на микрофлору, ферменты, но и на компоненты молока. Поэтому не обходимо соблюдать все оптимальные параметры. Для стерилизации применяют ионизирующее излучение, которое в зависимости от длины волны делится на коротковолновое, ультрафиолетовое и лазерное.
Пищевые антибиотики применяют в дополнение к основному способу консервирования. Чаще всего используют низин,который не действует на плесени и дрожжи антибиотически активен к бактериям в зависимости от рН среды. Он понижает термоустойчивость пор бактерий, благодаря чему повышает эффективность тепловой стерилизации. В нашей стране законодательством разрешено применять низин.
Химическая стерилизация молока ограничена, так как вызывает его порчу. Только сорбиновая кислота и ее соли, которые оказывают сильное ингибирующее действие на дрожжи и плесени, используются в молочной промышленности. Они не имеют вкуса и запаха, не токсичны для организма человека. В организме человека морбиновая кислота окисляется с образованием безвредных веществ.
Наиболее широкое распространение в молочной промышленности получила стерилизация тепловой обработкой.
На абиозе основано производство сгущенных стерилизованных молока и сливок.
Анабиоз (от греческого слова – оживление) – это такое состояние микроорганизма, при котором жизненные процессы его настолько подавлены и замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Микроорганизмы, находящиеся в состоянии анабиоза, при благоприятных условиях восстанавливают нормальную жизнедеятельность. Основной причиной наступления анабиоза является потеря воды протоплазмой клеток организма при воздействии высокой температуры, замораживании или повышении концентрации осмолитиков в окружающей среде.
Организмы после анабиоза способны оживать, если в них сохранилось1/4 части воды, когда нет полного промерзания, и когда тканевые жидкости остаются при низких температурах в переохлажденном жидком состоянию. Кристаллики льда вызывают необратимые изменения клетки организма. На анабиозе основано получение сгущенных молочных консервов с сахаром и без сахара.
Тепловая обработка молока. Тепловая обработка (нагревание и охлаждение) молока является основой и обязательной технологической операцией в производстве питьевого молока и молочных продуктов.
Развитие микробов в молоке приводит к изменению химического состава, свойств молочных продуктов, вызывая в них различные пороки. Кроме того через молоко могут передаться различные заболевания (туберкулез, тиф, дизентерия, холера, дифтерит и др.).
Температура один из факторов, влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов. Изменяя ее можно создать благоприятные или наоборот неблагоприятные условия для их развития.
Основная цель нагревания – инактивировать имеющиеся в продукте микрофлору и ферменты и в сочетании с охлаждением предохранить от порчи при хранении. Обработка нагреванием обеспечивает безопасность потребления и высокое вкусовое качество продукта, является наиболее эффективным, экономичным и простым методом обработки молока.
В молочной промышленности широко используются два вида тепловой обработки молока – пастеризация и стерилизация.
Физические и химические инактивации микрофлоры. К физическим методам инактивации бактерий в молоке и молочных продуктах ультрафиолетовое облучение. Ванты ультрафиолетового спектра обладают достаточно высокой энергией. Воздействие на микроорганизмы, УФ-личи повреждают ДНК клеток. УФ-облучение пастеризуют молоко, а также дезинфицируют производственные помещения: участки фасования и асептического розлива молочных продуктов, заквасочные камеры, помещения для созревания сыра и др.
Ионирирующееизлучение глубоко проникает в молочный продукт, обеспечивая холодную пастеризацию или стерилизацию. В сочетании с мягкой тепловой обработкой ионизирующее облучение может быть использовано для инактивации специфической патогенной микрофлоры.
Аэроионизацию используют для инактивации спор плесневых грибов в атмосфере камер созревания и хранения сыров.
К физическим методам борьбы с нежелательной микрофлорой относится также бактофугирование. При использовании специальных сепараторов- бактофуг выделяется биомасса бактерий (фугат),плотность которой выше, чем плазмы молока. Обычно используется последовательно две бактофуги, которые удаляют из молка 97% клеток микроорганизмов.
Из химических способов инактивации используют ингибирование сорбитовой кислотой и ее солями. Сорбиновую кислоту вносят в животное масло, плавленые сыры, включают в состав покрытий для сыров в целях защиты от окисления, развития плесени.
Используют плюмбагин и юглон растительного происхождения для консервирования сыворотки. Активно подавляет развитие плесневых грибов озон.
Вопрос 4. Производство заквасок. Ряд молочных продуктов изготавливается с использованием определенных культур микроорганизмов. Составляется закваска на чистых культурах микроорганизмов, которые, выделяя свои ферменты, производят биохимические превращения компонентов молока.
Подбором чистых культур для заквасок и проверкой их свойств занимаются специальные микробиологические лаборатории при научно-исследовательских институтах.
На предприятия закваски поступают в жидком и сухом виде. Для сушки заквасок применяют распылительный метод или сублимацию (сушка в замороженном виде в глубоком вакууме).
Ассортимент заквасок разнообразен применительно к особенностям технологического процесса и биохимическим процессам формирования товарных свойств молочных продуктов. Качественный состав заквасок все время совершенствуется.
Отбираются специальные штаммы для улучшения вкуса, запаха, консистенции продукта в зависимости и глубины вызываемых ими биохимических процессов.
Приготовление заквасок в производстве. Для приготовления заквасок отбираю молоко от заведомо здоровых коров, свежее, с кислотностью в пределах 16-180Т, по чистоте – самого высокого качества с чистым приятным вкусом, без посторонних привкусов и запахов. Обычно для этой цели выбирается ферма, стабильно дающая высококачественное молоко.
Заквасочные отделения на молочных предприятиях размещают в отдельных изолированных помещениях.
Для изготовления закваски берут обезжиренное или цельное молоко, пастеризованное или стерилизованное.
В стерилизованное или пастеризованное молоко вносят молочнокислые бактерии закваски и готовят материнскую закваску.
Приготовление производственной закваски происходит в специальных заквасачниках с автоматическим регулированием температуры. В заквасачнике осуществляется весь цикл приготовления закваски: тепловая обработка молока, выдержка, охлаждение, заквашивание, культивирование, охлаждение.
Применение ферментных препаратов. В настоящее время используются в производстве молочных продуктов ферменты. Биохимические процессы активизируемые ферментными препаратами, при обычной температуре проходят значительно быстрее.
Традиционно в сыроделии используется сычужный фермент (химозин) и его заменители. Методами генной инженерии создан микробный суперпродуцент химозина, что расширяет возможности обеспечения сыродельной промышленности молокосвертывающими препаратами. Широко используется ферментный препарат β-галактотозидаза.Он расщепляет молекулу молочного сахара на глюкозу и галактозу. При меняется в производстве мороженного и для лечебного и профилактического питания.
Бактериофаги. При производстве и хранении заквасок большую опасность представляют бактериофаги. Они представляют собой вирусы, размеры которых в 20-40 раз меньше чем молочнокислые бактерий. Если закваска заражена бактериофагом то через 2-4 часа заквашивание развитие микрофлоры прекращается или значительно замедляется, что видно по нарастанию кислотности. Бактериофаг адсорбируется (прикрепляется) с помощью отростка к поверхности бактериальной клетки и выделяя фермент, разрыхляет ее оболочку. Фаг внедряется в бактериальную клетку и интенсивно размножается. В результате бактериальная клетка разрушается и образуется сотни новых клеток фага. В результате бактериофаг снижает активность молочнокислых бактерий, а при благоприятных условиях полностью их уничтожает.
Источником заражения молочнокислых культур бактериофагом могут быть руки обслуживающего персонала, воздух помещений, оборудование. Наибольшую опасность представляют остатки молочной сыворотки, где концентрируются фаги.