Тепловая обработка — одна из основных и необходимых технологических операций переработки молока, проводимых с целью обеззараживания. Эффективность тепловой обработки связана с термоустойчивостью молока, обусловливаемой его белковым, солевым составом и кислотностью, которые, в свою очередь, зависят от времени года, периода лактации, физического состояния и породы животных, режимов и рациона кормления и др.
При тепловой обработке молоко и молочные продукты претерпевают сложные изменения биохимических и физико-химических свойств, а также видоизменения составных частей молока. Цель тепловой обработки многообразна, а именно: снижение общего количества микроорганизмов и уничтожение патогенных форм, инактивация (разрушение) ферментов молока для повышения стойкости при длительном хранении, обеспечение специфических вкуса, запаха, цвета и консистенции, создание благоприятных температурных условий для проведения заквашивания, выпаривания, хранения, а также процессов механической обработки и др. Режим тепловой обработки молока для выработки каждого вида продукции определен технологической инструкцией. При этом молоко нагревают до температуры пастеризации, а затем выдерживают и быстро охлаждают до требуемой температуры. Совмещение операций нагрева и охлаждения продиктовано технологическими и санитарными требованиями, а также возможностью использования теплоты горячего продукта. Для этого горячий продукт направляется в специальную секцию аппарата (пластинчатого или трубчатого) для предварительного нагрева холодного продукта, поступающего на пастеризацию. Эту операцию называют регенерацией теплоты, а аппараты или их части — регенераторами или секциями регенерации. Применение этой операции позволяет получить определенную экономию тепловой энергии, расходуемой на пастеризацию. Пастеризация. Тепловая обработка молока проводится для предохранения молочных продуктов от порчи и повышения стойкости при хранении.В процессе тепловой обработки изменяются основные компоненты молока, а также вязкость, кислотность, поверхностное натяжение, окислительно-восстановительный потенциал, вкус, запах, цвет, способность молока к отстою сливок и сычужному свертыванию. Длительное воздействие высоких температур часто вызывает нежелательные изменения составных частей молока, его физико-химических свойств, органолептических и технологических свойств. Поэтому при всех видах тепловой обработки стремятся максимально сохранить исходные свойства молока, его пищевую ценность. В молочной промышленности применяют два вида высокотемпературной обработки: пастеризацию и стерилизацию; в домашних условиях - молоко кипятят. Пастеризация молока – нагревание молока до температуры не выше 100°С с разной выдержкой. Свое название этот процесс получил по имени французского ученого Луи Пастера, который впервые применил тепловую обработку как способ сохранения молока и продуктов. Впервые пастеризация молока была применена на практике доктором Сокслетом в Германии в 1886г. Цель пастеризации – уничтожение микрофлоры, которая развивается в процессе получения и последующей обработки. Однако следует помнить, что пастеризацией нельзя превратить молоко удовлетворительного качества в молоко хорошего качества.В хозяйствах молоко подвергают пастеризации, если хозяйство доставляет молоко в торговую сеть или в учреждения общественного питания. Молоко пастеризуют для его обеззараживания от болезнетворных возбудителей на фермах, неблагополучных по инфекционным заболеваниям (ящуру, бруцеллезу, туберкулезу). Пастеризация убивает вегетативные формы бактерий, при этом споровые формы не уничтожаются. Пастеризация может быть длительной, кратковременной и моментальной или мгновенной.
•Длительная пастеризация – нагревание молока до температуры 63- 65°С с выдержкой 30 мин.
•Кратковременная пастеризация - нагревание до температуры 72-76°С с выдержкой 15-20 с;
•Моментальная пастеризация - нагревание молока до температуры 85-90°С без выдержки. Пастеризуют молоко и при температуре 95-97°С с выдержкой 10 мин.
На фермах, неблагополучных по бруцеллезу и туберкулезу, необходимо проводить пастеризацию молока при температуре 70°С в течение 30 минут, или при температуре 85-90°С в течение 15-20с, а при заболевании коров ящуром следует проводить пастеризацию при температуре 85-90°С в течение 30 с. или кипятить в течение 5 мин. Эффективность пастеризации зависит от вида и количества микроорганизмов в исходном сырье. Если в молоке содержится много термостойких бактерий, то эффективность пастеризации снижается, при преобладании психрофильных рас - повышается. На эффективность пастеризации влияет степень механического загрязнения молока (при кратковременной пастеризации не все частицы механических примесей успевают прогреться до нужной температуры, и бактерии, находящиеся на их поверхности, могут сохраняться). Поэтому перед пастеризацией необходима тщательная очистка молока). Эффективность пастеризации определяется также конструкцией пастеризаторов. Эффективность пастеризации принято выражать процентным отношением числа бактерий, уничтоженных пастеризацией, к количеству бактерий, содержащихся в исходном сырье. Применяемые в настоящее время режимы пастеризации обеспечивают уничтожение 99,98% бактерий и не придают молоку привкуса пастеризации.
Стерилизация – это тепловая обработка молока при температуре выше 100°С с целью уничтожения в нем всех бактерий, их спор и инактивации ферментов при минимальном изменении вкуса, цвета и питательной ценности.
Это позволит получить продукт, безопасный в санитарно-гигиеническом отношении, и обеспечить его длительное хранения при температуре окружающей среды без изменения качества. При этом температура и продолжительность нагревания зависят от количества и вида спорообразующей микрофлоры исходного молока. Эффективность стерилизации зависит от температуры и продолжительности ее воздействия. С увеличением температуры, споры разрушаются намного быстрее, чем происходят химические реакции, приводящие к нежелательным изменениям вкуса, цвета и питательной ценности продукта.
Способы стерилизации:
•химический
•механический
•радиоактивный
•электрический
•тепловой
Тепловой способ считают наиболее надежным, экономически выгодным и нашедшим наиболее широкое применение в промышленности. Способы бактериального обеззараживания молока представлены в таблице 19.
Метод бактофугации - очищение молока от бактерий путем центрифугирования, при котором удаляется до 99.9% бактерий. В Дании разработан способ стерилизации путем распыления молока в камерах при температуре 300°С. Существуют такие методы, как метод ионизирующего облучения; метод высокочастотного нагрева; метод химической обработки молока (перекисью водорода H2O2, озоном, насыщение O2 под давлением). Выше перечисленные методы находятся в стадии экспериментальных исследований, их применение пока ограничено, т.к. они вызывают глубокие изменения в химическом составе молока. На заводах средней и малой мощности применяют способ стерилизации молока – актинизацию, основанный на использовании ультрафиолетового и инфракрасного излучения (молоко пропускается через трубы, изготовленные из изоляционного материала, проницаемого для излучения). В молочной промышленности стерилизация молока и молочных продуктов осуществляется в таре и в потоке. Стерилизация в таре может осуществляться: одноступенчатым способом – после разлива в тару и последующей ее герметической укупорки при температуре 110-120°С с выдержкой 15-30 мин; двухступенчатым способом – первоначально в потоке (до разлива в тару) при температуре 130-150°С в течение нескольких секунд, затем вторично после разлива продукта в тару и ее герметической упаковки (укупорки) при температуре 110-118°С в течение 10-20 мин. Готовый продукт можно хранить и употреблять в течение года. При стерилизации в таре – изменяется вкус и снижается питательная ценность молочного продукта. Наиболее прогрессивной является стерилизация в потоке при ультравысокотемпературном «УВТ» режиме (135-150°С с выдержкой в несколько секунд) с последующим фасованием молока (в асептических условиях) в стерильную тару. По окончании тепловой обработки молоко охлаждают до температуры ниже 10 °С и хранят при температуре не выше той, до которой охладили. При этом необходимо следить за тем, чтобы не произошло повторного загрязнения.
● Охлаждение молока – наиболее доступный способ сохранения качества молока. Цель охлаждения – подавление развития микрофлоры, попавшей в молоко во время доения, и сохранение возможно дольше бактерицидной фазы.
Оптимальной температурой для роста и развития является 25- 40 °С и pH среды 6,8-7,4. Рост и развитие молочнокислых бактерий, вызывающих сквашивание молока, приостанавливаются при температуре около 10°С и прекращаются при 2- 4 °С. В свежевыдоенном молоке содержатся вещества, не только препятствующие росту бактерий, но и уничтожающие их: в молозиве - лактенин I; в молоке - лактенин II. Молоко является хорошей средой для молочнокислых, колиформных, маслянокислых, пропионовокислых и гнилостных бактерий. Как мы уже выяснили, что они в молоко попадают с вымени животного, из воздуха, с рук человека, посуды и т.д. Выдоенное молоко охлаждают до температуры 3- 8 °С (чем ниже температура, тем лучше). Обычно срок от доения до переработки составляет несколько часов, и на ферме используют различные источники холода: холодный воздух, холодную или ледяную воду, лед, сжиженный газ, машинный холод. Вода снижает температуру молока в 20 раз быстрее, чем воздух. Для охлаждения 1 л. молока необходимо до 5 л. H2O. Следует иметь ввиду, что вода охлаждает молоко только до температуры на 2 °С выше температуры самой воды.В свежевыдоенном молоке, имеющем оптимальную температуру для размножения, микробы не развиваются, что объясняется бактерицидными свойствами. Если своевременно молоко не охладить, через 2-3 часа молоко теряет свои бактерицидные свойства и начинает скисать. Бактерицидные свойства молока зависят также от степени загрязненности молока во время доения коров. Температура охлаждения молока зависит от сроков его хранения. Охлаждение молока основано на теплообмене между теплым молоком и хладоносителем (воздух, вода, рассол). Наиболее простой способ охлаждения - во флягах – но он очень трудоемкий и низкий коэффициент теплоотдачи даже при низких температурах окружающей среды: для охлаждения молока от 35 до 8,5°С при температуре окружающей среды 8 °С требуется 3 часа и для этого необходимо иметь бассейны. Чтобы охладить 100 л. молока от 35 до 10 °С требуется 60 кг льда, до 5 °С – 70кг. Из коровников молоко транспортируют по молокопроводу (может быть подземным и наземным).