На предприятиях молочной промышленности применяют следующие режимы пастеризации.
1. Длительная пастеризация осуществляется при температуре 63-65 °С с выдержкой 30 мин (оборудование - ванны длительной пастеризации, танки универсальные). Недостатки: длительный процесс, не убивается вся микрофлора.
2. Кратковременная пастеризация осуществляется при температуре (76±2) °С с выдержкой 20 сек (оборудование - пластинчатые пастеризационно-охлади-тельные установки). Преимущества: процесс происходит в потоке без доступа воздуха, сохраняются витамины.
3. Моментальная пастеризация осуществляется при температуре 85-87 °С без выдержки (оборудование - трубчатые пастеризаторы). Недостаток - отсутствие секции регенерации.
При выборе производственных режимов пастеризации наряду с необходимостью подавления микрофлоры учитывают и особенности технологии того или иного молочного продукта. Так, при изготовлении сычужных сыров температура пастеризации устанавливается в пределах 72-76 °С, чтобы не вызвать денатурации и перехода в сырную массу сывороточных белков. При производстве кисломолочных продуктов, наоборот, температуру пастеризации повышают до 95 °C, чтобы оказать тепловое воздействие на белковую систему молока, с целью обеспечения хорошей консистенции кисломолочных продуктов.
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 % по сравнению с температурой пастеризации молока. Повышенная температура при пастеризации сливок, идущих на производство масла, необходима для полного разрушения ферментов (липазы, протеазы и др.), вызывающих порчу масла.
|
|
После процесса пастеризации, в результате чего микрофлора в нужной степени инактивирована, молоко чаще всего подвергают охлаждению. Это делается по следующим причинам:
- в молоке одновременно с бактериями при нагреве разрушается естественная антибактериальная система, в связи с этим обостряется потребность в применении искусственных приемов защиты от развития сохранивших свою жизнедеятельность микроорганизмов;
- молоко необходимо предохранить от поражения вторичной микрофлорой, которая с течением времени адаптируется к условиям эксплуатации оборудования для пастеризации и развивается в местах, затрудненных для механизированной мойки и дезинфекции (под резиновыми прокладками);
- молоко необходимо предохранить от опасности размножения в нем патогенных форм микроорганизмов, которые могут попасть в молоко после пастеризации через воздух, руки обслуживающего персонала, плохо промытые части оборудования.
Факторы, влияющие на эффективность пастеризации. Основными факторами, влияющими на эффективность пастеризации являются температура нагревания и время ее воздействия на молоко.
Многочисленными исследованиями установлена зависимость продолжительности выдержки (z) от температуры пастеризации (t).
lnz = 36,84 – 0,48t (30)
Режимы пастеризации, определенные по этому уравнению, гарантируют дезактивацию туберкулезной и кишечной палочки. Зная температуру пастеризации, из этого уравнения определяют время. Данные представлены ниже.
|
|
| Температура, °C | |||||||||
| Время, сек | 25,6 | 9,8 | 3,7 | 1,4 |
Из приведенных данных видно, что достаточно выдержать молоко в течение 3,7 сек при 74 °C, чтобы полностью уничтожить все микроорганизмы в молоке. В промышленности для обеспечения полной гарантии безопасности продукта в микробиологическом отношении время выдержки молока при этой температуре увеличено до 20 сек.
Кроме температуры нагревания и продолжительности ее воздействия на молоко, эффективность пастеризации зависит также от целого ряда второстепенных факторов. Рассмотрим эти факторы.
Степень обсемененности. В процессе пастеризации в молоке сохраняется некоторое количество микроорганизмов, составляющее десятые или сотые доли процентов от их общего количества. В связи с этим в молоке с большей первоначальной обсемененностью после тепловой обработки остается большее количество микроорганизмов, это в основном термофильные расы, развитие которых в пастеризованном молоке также нежелательно.
Возраст бактериальной клетки. Бактериальная клетка в зависимости от возраста проявляет различную чувствительность к действию высоких температур. Молодые клетки, появившиеся в молоке за несколько часов до пастеризации, погибают, быстрее, чем старые клетки. Поэтому длительное хранение нежелательно, даже охлажденного молока.
Механическая загрязненность молока. В частичках механической примеси и слизи находится значительное количество бактерий. Эти частицы прогреваются труднее, поэтому перед пастеризацией молоко необходимо очистить.
|
|
Период получения молока. Стойкость микроорганизмов молока к действию высоких температур несколько изменяется в зависимости от условий содержания скота. В молоке, полученном в пастбищный период, после пастеризации остается микроорганизмов в 3-5 раз, меньше чем в молоке, полученном в стойловый период.
Состав продукта. В продуктах с повышенным содержанием жира и сухих веществ, например, сливках, смесях для мороженого, - возрастает сопротивляемость микроорганизмов действию высоких температур. Поэтому в таких продуктах для достижения необходимой эффективности следует повышать температуру на 8-10 °С или увеличивать время выдержки.
Кислотность молока и его вспенивание. Пастеризация молока производится при кислотности не выше 22 °Т, так как при большей кислотности белки молока при нагревании частично свертываются и на греющей поверхности пастеризатора образуется слой пригара. Этот слой ухудшает теплопроводность через греющую поверхность пастеризатора, что отражается на эффективности пастеризации.
При большом пенообразовании микроорганизмы, находящиеся в пене, не уничтожаются из-за слабого прогрева пены, что также снижает эффективность пастеризации.
Влияние пастеризации на состав, свойства и бактериальную обсемененность молочного сырья. Пастеризация в той или иной мере изменяет физико-химические и биохимические свойства и составные части молока. Чем сильнее эффект тепловой обработки, тем заметнее изменения компонентов молока.
Наиболее существенным изменениям подвергается белковая система, ее структура. Масштаб этих изменений в первую очередь определяется уровнем активной кислотности.
Особенно чувствительны к температурным воздействиям сывороточные белки. При нагревании молока до 100 °C они денатурируют практически полностью. Частично они осаждаются на греющих поверхностях, частично находятся в денатурированном состоянии в молоке. В результате появления сульфгидрильных групп-SН серосодержащих аминокислот молоко приобретает специфический, ореховый привкус.
Казеин также подвержен изменениям при тепловой обработке. Нагревание молока до 100 °C приводит к частичному комплексообразованию казеина и сывороточных белков, а также комплексобразованию между a-, b-, g-формами казеина, что отражается на способности к кислотному и сычужному свертыванию. Коагуляция казеина из нагретого до 100 °С молока повышает степень использования белков молока за счет совместного осаждения казеина и денатурированных сывороточных белков.
Соли молока значительно изменяются при нагревании его до 95 °С и особенно при длительном выдерживании при высоких температурах. Фосфорнокислые и лимоннокислые кальциевые соли из растворимого состояния переходят в нерастворимое состояние, что способствует образованию молочного камня на нагревающих стенках теплообменников. Снижается питательная ценность молока и изменяется качественное состояние его солей, что важно учитывать при выработке творога и сыров.
Молочный сахар при нагревании до 100 °С практически не изменяется. Более высокая температура и длительная выдержка вызывают разложение молочного сахара, что обуславливает некоторое повышение кислотности молока.
Высокотемпературная обработка с продолжительной выдержкой приводит к изменению цвета, приобретению кремового оттенка и характерного вкуса топленого молока. Это - последствия реакции Майяра, при которой в результате взаимодействия белков молока и лактозы образуются комплексные соединения, получившие название меланоидины. Технология ряженки, топленого молока нацелена на ускорение меланоидинообразования (цвет, вкус). Однако меланоидины организмом человека не усваиваются, так как они не разрушаются пищеварительными ферментами.
Как же влияет повышение температуры на жировую фазу молока? При незначительном нагреве внутри защитных оболочек начинает плавиться жир, при температуре 61 °С становится заметным изменение в белковой части оболочек. Следствием этих изменений является уменьшение отстоя сливок. При повышении температуры до 100 °C возможна деструкция оболочек жировых шариков и, соответственно, появление свободного молочного жира.
Тепловая обработка приводит к изменениям в витаминном составе молока, особенно при высокотемпературной обработке с продолжительной выдержкой. Этому способствует контакт молока с кислородом воздуха. При обычных режимах пастеризации теряется до 12 % витаминов, а при высокотемпературных - до 40 %.
Ферменты при нагревании молока до 60 °С разрушаются незначительно. Более высокая температурная обработка приводит к уничтожению большинства ферментов (липазы, фосфатазы и пероксидазы).
Микрофлора, которая остается в молоке после пастеризации, называется остаточной. Характер остаточной микрофлоры зависит в первую очередь от режимов пастеризации. Так, микрофлора молока, пастеризованного при 85 °С без выдержки, состоит из термоустойчивых молочнокислых палочек и бактериальных спор. При кратковременной и длительной пастеризации в качестве остаточной микрофлоры преобладают термофильные молочнокислые стрептококки и палочки, энтерококки, микрококки, бактериальные споры и бактериофаги.
5.1.3. Стерилизация молока
Известны следующие способы стерилизации: химический, механический, радиоактивный, электрический и тепловой. Наиболее надежным и экономически выгодным является тепловой. Сущность его заключается в тепловой обработке молока в целях уничтожения в нем не только вегетативных форм микроорганизмов, но и их спор, инактивации ферментов при минимальном изменении его вкуса, цвета и питательной ценности.
Способ и режимы тепловой стерилизации молока должны обеспечивать уничтожение в нем бактерий и их спор, инактивацию ферментов при минимальном изменении его вкуса, цвета и питательной ценности. Требуемые для этого температура и продолжительность нагревания находятся в зависимости от количества и вида спорообразующей микрофлоры в молоке.
Производство стерилизованного молока в значительной степени зависит от качества исходного сырья, в частности от его бактериальной обсемененности и термоустойчивости, ибо требуемый режим стерилизации определяется количеством и видом спорообразующей микрофлоры сырого молока, а способность молока выдерживать необходимый высокотемпературный нагрев без коагуляции белков - его термоустойчивостью.
Молоко, пригодное для пастеризации, может оказаться непригодным для стерилизации вследствие образования хлопьев или даже свертывания. Поэтому к качеству молока, предназначенного для стерилизации, предъявляются повышенные требования.
Сливки и обезжиренное молоко, используемые для нормализации, должны быть получены путем сепарирования молока высшего или первого сорта, выдерживающего алкогольную пробу с 75%-м этиловым спиртом. Сливки должны быть кислотностью в плазме не выше 22 °Т, с содержанием жира не более 30 %, обезжиренное молоко - кислотностью не выше 19 °Т.
Эффективность стерилизации находится в прямой функциональной зависимости от температуры и продолжительности ее воздействия.
Для теоретического обоснования вероятности максимального уничтожения бактерий при тепловой стерилизации измеряют первоначальную концентрацию (Сн) жизнедеятельных клеток в единице объема предварительно приготовленной микробиологической суспензии. Затем суспензию подвергают тепловой обработке при различных комбинациях температуры и времени выдержки и подсчитывают конечную концентрацию спор (Ск).
Стерилизующий эффект определяется по разности десятичных логарифмов первоначальной и конечной концентрации спор (Ес = log 10 Сн – log 10 Ск) и должен находиться в пределах от 9 до 10. Это означает, например, что эффект стерилизации, равный 9, достигается, когда первоначальное количество спорообразующих бактерий (1000 в 1 см3) уменьшается до 1 на 1 м3.
В молочной промышленности в зависимости от особенностей производства различают периодическую и непрерывную стерилизацию молока и молочных продуктов в таре и в потоке с асептическим розливом.
Периодическая стерилизация в таре может осуществляться одноступенчатым способом - после розлива в тару и ее герметической укупорки при 110-120 °C с выдержкой 15-30 минут. Для одноступенчатой стерилизации в таре служат стерилизаторы периодического действия - автоклавы.
Данный способ стерилизации обеспечивает высокую стойкость продукта при хранении, однако он мало производителен и вызывает физико-химические изменения составных частей молока.
Непрерывная стерилизация при двухступенчатом способе осуществляется следующим образом: первоначально продукт стерилизуют в потоке при 130-150 °C с выдержкой несколько секунд, затем после розлива и герметической укупорки вторично стерилизуют продукт в таре при температуре 110-118 °C в течение 15-20 минут. Двухступенчатый режим стерилизации позволяет инактивировать не только микроорганизмы, имеющиеся в сырье, но и попавшие в продукт при его расфасовке. Готовый продукт можно хранить и употреблять в течение года.
В настоящее время применяют системы прямого и косвенного нагрева. Прямая подача пара применяется реже из-за больших энергозатрат при удалении конденсата. Качество продукта, стерилизованного пароконтактным способом, во многом зависит от качества пара, используемого для нагрева продукта. Он должен быть сухим, насыщенным, без посторонних примесей и запахов. Однако имеется преимущество прямого нагрева - практически мгновенное нагревание всей массы продукта, что позволяет использовать молоко более низкой термоустойчивости. Кроме этого, мгновенное тепловое воздействие вызывает наименьшие физико-химические изменения составных частей молока.
Для стерилизации продукта способом косвенного нагрева используют трубчатые, пластинчатые и для вязких продуктов скребковые теплообменники, которые характеризуются надежностью в работе, простотой обслуживания, высокой степенью использования тепла. Основная трудность, возникающая при использовании косвенных систем, особенно с пластинчатыми теплообменниками, заключается в пригарообразовании. Степень разрушения компонентов молока при стерилизации различна и зависит от режима стерилизации.
При стерилизации молока в таре изменения составных частей молока выражены особенно резко, что значительно снижает его биологическую ценность.
Однако обычные режимы стерилизации являются более жесткими по сравнению с режимами пастеризации. Высокие температуры нагревания молока и особенно продолжительное действие этих температур, когда оно стерилизуется в таре, вызывают в нем реакции, в результате которых молоко приобретает коричневый оттенок и ярко выраженный кипяченый привкус.
При нагревании молока до температур стерилизации происходит изменение свойств и структуры белка. Эти изменения определяют одну из специфических особенностей молока, которую принято называть термостабильностью. При стерилизации изменение белка проявляется в наиболее выраженной форме, чем при пастеризации, и зависит от режима стерилизации. Наибольшим изменениям при стерилизации подвержены сывороточные белки. Денатурация сывороточных белков при стерилизации молока при обычных режимах выше, чем при пастеризации; к действию тепла более чувствительным является b-лактоглобулин, чем a-лактоальбумин. При повышенной кислотности молока процессы денатурации и образования осадка интенсифицируются.
При стерилизации очень сильно разрушаются витамины. Стерилизация в таре сопровождается разрушением как жирорастворимых, так и водорастворимых витаминов.
5.1.4. Ультравысокотемпературная обработка
(УВТ-обработка)
Наиболее прогрессивной является стерилизация продукта в потоке при ультравысокотемпературном режиме 135-150 °C с выдержкой несколько секунд с последующим фасованием продукта в асептических условиях в стерильную тару. Подогрев осуществляется паром, косвенным нагревом или в результате прямого теплообмена.
При ультравысокотемпературной стерилизации в меньшей степени разрушаются компоненты молока. Если молоко стерилизуется в потоке при УВТ-режиме, цвет его не изменяется или делается несколько белее (происходит денатурация сывороточных белков и снижение интенсивности реакции Майяра).
Вкус молока, подвергнутого стерилизации при УВТ-обработка формируется под влиянием как тепловой обработки, так и продолжительности хранения. В отличие от стерилизованного в таре молока молоко, обработанное при УВТ-режиме, не обладает резко выраженным привкусом кипяченого молока. Однако в небольшой степени этот привкус все же появляется, но в период хранения он исчезает (при температуре хранения 10 °С он исчезает в течение 72 часов).
УВТ-обработка не оказывает значительного влияния на липиды, минеральные соли, углеводы. Часть растворимых солей кальция и магния переходит в коллоидное состояние, может произойти потеря ненасыщенных жирных кислот в триглицеридах, содержание линоленовой кислоты не изменяется. Наибольшим изменениям при тепловой обработке подвергаются сывороточные белки, так как они являются термолабильной фракцией белковых веществ.
УВТ-обработка молока вызывает изменения казеина, в частности в размере и составе мицелл казеина. Однако установлено, что эти изменения не влияют на питательную ценность белков молока.
Одним из показателей биологической ценности продукта является его витаминный состав.
УВТ-обработка молока в потоке вызывает менее значительные потери витаминов: А - 10 %, В2 - менее 10 %, В6 - 7-14 %, В12 - 15 %, С - 15 %.
Сравнивая режимы УВТ-обработки с обычными режимами стерилизации, можно сделать вывод, что отдельные компоненты молока при УВТ-режимах разрушаются меньше, следовательно, биологическая ценность молока, стерилизованного при УВТ-режимах выше, чем молока, стерилизованного в таре. Стерилизованное молоко, полученное УВТ-обработкой с асептическим розливом, приближается по своим свойствам к пастеризованному молоку, но обладает значительно большим сроком хранения.