В целях многократного повышения интенсивности теплообменных процессов разработан ряд технологических процессов и оборудования для обработки молока с целью снижения его бактериальной обсемененности с использованием таких нетрадиционных источников энергии, как переменное электромагнитное поле сверхвысокой частоты (микроволны), электроннолучевая плазма (пиковолны) и сильные импульсные магнитные поля.
Практическое освоение новых технологий позволит осуществить способ «мгновенной» пастеризации, ускоряющей процесс в 50-100 раз по сравнению с традиционными технологиями при одновременном сохранении на высоком уровне биологической и пищевой ценности продукта. С внедрением этих технологий на предприятии будут кардинально решены вопросы производственной санитарии, гигиены и экологической безопасности.
Рассмотрим один из нетрадиционных методов подвода теплоты, реализующий бесконтактную передачу энергии от источника к обрабатываемому продукту инфракрасный нагрев (ИК-нагрев).
В результате взаимодействия электромагнитного поля, создаваемого ИК-источником, с обрабатываемым молоком во всем объеме последнего обеспечивается равномерное повышение температуры до заданного значения.
В настоящее время более чем в двадцати странах мира используются установки с ИК-нагревом «Штаунц-Актинатор-Фикс» производительностью от 150 до 25 000 л/час. Они полностью автоматизированы, управляемы электронной аппаратурой, имеют высокий КПД.
Актинированное молоко не имеет привкуса пастеризации, что предопределяет использование его в сыроделии, обеспечивая сырам тонкий вкус.
Во Франции выпускаются линии по производству пастеризованного молока, сливок, масла, йогуртов и сыров, укомплектованные электропастеризаторами с ИК-нагревом, обеспечивающими температуру в диапазоне от 70 до 92 °С с выдержкой, регулируемой в пределах от 30 до 120 сек.
В России НПО «Мир» (г. Москва) совместно с Украиной была разработана установка по обеззараживанию молока ИК-нагревом производительность 1 000 и 3 000 л/час.
Использование электропастеризатора с ИК-нагревом обеспечивает бактерицидное действие, незначительно превышающее то, которое наблюдается при традиционных способах пастеризации.
Пищевая ценность молока, обусловленная состоянием белковой и жировой фракций, минеральным составом, соотношением кальция и фосфора, после ИК-обработки при температурах до 80 °С не меняется, а в диапазоне температур 80-92 ºС снижается незначительно, но остается более высокой, чем при традиционных способах пастеризации.
Пищевая ценность молока, обусловленная содержанием витамина С, как наиболее чувствительного к нагреванию, после ИК-обработки при температурах до 70 °С не меняется, а в диапазоне температур 70-92 °С снижается меньше, чем при традиционных способах пастеризации.
В результате прямого воздействия ИК-лучей на белки молока происходят небольшие изменения в третичной и четвертичной структурах казеина. Подтверждением этих изменений является более высокая степень денатурации белков молока после ИК-обработки, чем после пастеризации в пластинчатой пастеризационно-охладительной установке, а также соответствующая ей повышен-ная влагоудерживающая способность белков и пониженная термоустойчивость. При этом первичная и вторичная структуры казеина изменений не претерпевают, о чем свидетельствуют данные электрофоретических исследований.
Молоко после ИК-облучения приобретает специфический фактор, угнетающий развитие микрофлоры, как остаточной (после пастеризации), так и внесенной с заквасками. Это обуславливает увеличение сроков хранения молока, пастеризованного в электропастеризаторе с ИК-нагревом. Однако при использовании такого молока для выработки кисломолочных напитков, кефира и творога на 1-3 часа удлиняется производительный цикл.
Из молока, прошедшего ИК-обработку при высоких температурах (например, при 92 °С), возможно производство творога и сыра хорошего качества, что затруднительно в случаях высокотемпературной пастеризации на традиционном оборудовании, когда получается творог и сыр с повышенным содержанием влаги и очень мажущейся консистенции. Иными словами, ИК-обработка молока позволяет получать молочные продукты с новыми свойствами.
Основные преимущества установок ИК-электронагрева (по сравнению с традиционными):
- обезвреживание возбудителей бруцеллеза и туберкулеза в молоке происходит в потоке при более низких температурах, чем в традиционных установках;
- для работы установки не требуется паровой котел, насос для горячей воды, выдерживатель;
- удельный расход энергии на обеззараживание 1 т молока в 2-4 раза меньше, чем в традиционных;
- металлоемкость снижается более чем на 50 %;
- рабочая площадь под установку сокращается в 1,5-2 раза;
- качество молока по технологическим показателям и пищевой ценности превосходит молоко, обработанное в традиционных установках.
Из других видов обработки молока находит широкое применение микроволновая обработка (МВ). Диапазон волн, применяемый при обработке пищевых продуктов, - от 915 до 2 450 МГц. Микроволны не разрушают химических связей и не являются причинами молекулярных изменений. У молока, подвергнутого МВ-обработке, количество бактерий приблизительно одинаково, что и у традиционно пастеризованного молока, а общее бактериальное число меньше на 5 порядков. Для повсеместного применения данного способа обработки молока предстоит изучить молекулярные изменения в аминокислотах и других компонентах молока с целью проверки питательной ценности и безопасности продуктов МВ-обработки.
Ионизирующая обработка используется во многих странах. Этот вид обработки весьма эффективен относительно таких бактерий, как сальмонелла, листерия. Иррадиация продуктов со средней допустимой дозой до 10 кГр безопасна и не составляет питательных и микробиологических проблем.
Молоко и молочные продукты очень чувствительны к воздействию иррадиации. При дозах около 5 кГр происходит окисление жирных кислот. Воздействие ионизации на углеводы вызывает менее значительную их модификацию, чем при тепловой обработке. Из витаминов наиболее чувствительными являются витамины А и Е, менее - витамин С.
Этот способ по сравнению с термической обработкой менее энергоемкий. Он применяется для продуктов в герметической упаковке.
Гибель бактерий в молоке и молочных продуктах происходит и при воздействии на них некоторых физических факторов. В частности, к ним относится ультрафиолетовое облучение. Кванты ультрафиолетовой части спектра обладают достаточно высокой энергией (порядка 12 эв) и поэтому могут изменить характер биохимических превращений в клетках микроорганизмов, вызывая их инактивацию. Повреждение ДНК служит основной причиной ингибирования бактерий под действием ультрафиолетового облучения. Воздействие УФ-лучами используют в молочной промышленности для пастеризации молока и подавления воздушно-взвешенных вегетативных и споровых форм в атмосфере помещений с повышенным санитарно-гигиеническим режимом (отделение приготовления производственных заквасок, камера созревания сыров, участки фасования и асептического розлива молока).
Все рассмотренные способы обеззараживания молока требуют дополнительных исследований, и в России пока не нашли широкого распространения.