Тетра Пак. Технология производства молока
Подождите немного. Документ загружается.
5 Пластинчатый теплообменник
6 Микрофильтрационная установка
7 Гомогенизатор
Молоко
Сливки
Обезжир. молоко
Пермеат
Ретентат
Теплоноситель
Хладагент
Пар
Срок хранения, однако, резко сократится, если в сыром молоке находятся такие микроорганизмы, как
вид Pseudomonas, который образует системы термостойких ферментов (липазы и протеазы), и/или термостойкие
бациллы, образующие споры – например: B. cereus и B. subtilis.
Для улучшения бактериального качества пастеризованного молока и, таким образом, сохранения или
даже увеличения его срока хранения пастеризационную установку можно дополнить бактофугой или
микрофильтрационной установкой.
Бактофугирование – это отделение микроорганизмов под действием центробежных сил. Хотя эффект
снижения числа вегетативных и споровых форм микроорганизмов при двухэтапном центрифугировании
составляет >99% (см.г лаву 14 “Сыр”), это не является достаточным для получения продукта (питьевого
пастеризованного молока) с длительным сроком хранения при пониженной температуре <7 С.
Эффект снижения количества вегетативных и споровых форм микроорганизмов до 99,5–99,99% может
быть достигнут с помощью микрофильтрующих мембран с порами размером 1,4 мкм и меньше. На рис. 8.2
показана общая блок-схема обработки молока, включая микрофильтрацию.
Мембраны микрофильтрационной установки имеют очень маленький диаметр пор и удерживают не
только микроорганизмы, но и жировые шарики, поэтому на установку подается обезжиренное молоко.
Производственная линия, кроме микрофильтрационной установки, также включает оборудование для
высокотемпературной обработки сливок и ретентата – отделенной части молока, содержащей
концентрированные жировую фазу и микроорганизмы. После тепловой обработки ретентат смешивается с
пермеатом – обезжиренной фазой.
Смесь сливок и ретентатастерилизуется при температуре приблизительно 130С в течение пары секунд.
После повторного смешивания с прошедшим микрофильтрацию обезжиренным молоком продукт
гомогенизируется и проходит заключительную пастеризацию при температуре 72С в течение 15–20 секунд и
охлаждается до температуры 4С.
Линия, показанная на рис. 8.2, может перерабатывать до 10 000 литров сырого молока в час. После
сепарирования обезжиренное молоко направляется в модуль МФ. Часть сливок, обычно с содержанием жира
40%, повторно смешивается с обезжиренным молоком в процессе нормализации молока, в то время как избыток
сливок обрабатывается отдельно.
Пропорции подмешиваемых и избыточных сливок зависят от требуемой массовой доли жира питьевого
молока.
Приблизительно 5% поступившего молока выходит из модуля МФ в виде ретентата – фазы,
содержащей микроорганизмы. Суммарное содержание сухих веществ в ретентате в среднем составляет 9–10%,
из которых около 3,9% – белок (включая белок микроорганизмов) и около 0,25% жира.
Производственная линия, изображенная на рисунке, включает полную гомогенизацию молока, но
возможна также и частичная гомогенизация. Молоко, обработанное таким образом, будет сохранять свежий
вкус и белый цвет. Более того, если на заводе соблюдаются строгие санитарные требования от получения
сырого молока и до упаковки молока включительно, то основа для длительного срока хранения молока
заложена. Если молоко хранится при температуре не более 7С на протяжении всего периода времени от
молочного завода через розничную торговлю к потребителю, можно достичь срока хранения 40–45 дней в
закрытом виде.
Молоко с удлиненным сроком хранения
Термин “длительный срок хранения” (ESL) часто применяется в Канаде и США для свежих жидких
продуктов, сохраняющих высокое качество при температуре не выше 7С. Выражение ESL (ДСХ) и эта идея
теперь распространились также в Европе и на других континентах.
Однозначного определения ESL нет, так как понятие включает в себя много факторов.
На самом деле это понятие означает возможность увеличить срок хранения продукта по отношению к
его обычному сроку хранения путем сокращения основных источников повторного микробногообсеменения и
сохранения качества продукта на всем пути к потребителю.
Режимы применяемой тепловой обработки (ультрапастеризации) составляют обычно выдержку в
течение 2–4 секунд при температуре 125–130С.
Срок хранения пастеризованного молока, как правило, зависит от качества сырого молока.
Производство сливок
Существуют различные виды питьевых сливок, отличающихся по массовой доле жира. Сливки с более
низким содержанием жира, 10–18%, часто упоминают как одинарные или кофейные сливки; они все больше
используются для десертов и в кулинарии. Сливки с высоким содержанием жира, обычно 35–40%, уже более
жирные. Их можно взбить в густую пену, следовательно, они называются “взбиваемыми сливками”.
Взбиваемые сливки используются взбитыми или невзбитыми в качестве десерта, в кулинарии и т. д.
Взбитые сливки
Помимо хорошего вкуса и внешнего вида, взбитые сливки должны также обладать способностью
“хорошо взбиваться”, т. е. они должны легко взбиваться и с образованием нежной сливочной пены (взбитость).
Пена должна быть крепкой и устойчивой и не должна быть чувствительной к синерезису. Хорошая
взбиваемость зависит от того, достаточно ли высокое в сливках содержание жира. Взбивать сливки с
содержанием жира 40% обычно легко, взбиваемость падает по мере снижения содержания жира до 30% и ниже.
Однако можно получить хорошие взбитые сливки с низким содержанием жира (приблизительно 25%), добавив
вещества, которые улучшают взбиваемость, например, порошок с высоким содержанием лецитина,
изготовленный из сладкой пахты.
При производстве сливок следует избегать случайного попадания воздуха, которое приводит к
образованию пены и дестабилизации. Если сливки подвергают чрезмерной механической обработке, особенно
непосредственно после их выхода из секции охлаждения, будут повреждены мембраны жировых шариков, что
приведет к слиянию жира и образованию кластеров. Образование верхнего слоя сливок происходит, когда грубо
обработанные сливки хранятся в упаковке. Слой сливок будет плотным и липким. “Эффект гомогенизации”
сильно портит характеристики взбиваемости сливок.
Привзбивании сливок воздух вбивается намеренно. При этом образуется пена, полная небольших
воздушных пузырьков. Жировые шарики в сливках собираются на стенках этих воздушных пузырьков.
Механическая обработка разрушает мембраны большого числа шариков жира с освобождением некоторого
количества жидкого жира, посредством которого шарики слипаются.
Для получения крепкой пены жировые шарики должны содержать жидкие и кристаллизованные
фракции жира в определенном соотношении. В жировых шариках теплых сливок содержится в основном
жидкий жир, что делает взбивание невозможным. Сливки для взбивания должны, следовательно, выдерживать
при низкой температуре (4–6С) в течение относительно длительного периода времени для достижения
надлежащей кристаллизации жира в жировых шариках. Этот период хранения называется временем созревания.
Сливки обычно выдерживают в танках с двойными стенками и со скребковой мешалкой. Во время
кристаллизации выделяется теплота. Однако охлаждение и перемешивание можно начинать только
приблизительно через два часа после наполнения танка. Причина состоит в том, что в течение этого периода
кристаллизации жировые шарики легко разрушаются, высвобождая жидкий жир и приводя к образованию
скоплений. При охлаждении перемешивание должно быть слабым. См. также рис. 8.4, где показан процесс
кристаллизации сливок с содержанием жира 40%. Несколько более низкие конечные температуры могут быть
использованы летом, когда соотношение легкоплавких и твердоплавких фракций жира в жировых шариках
изменяется.
Метод взбивания
Наилучшее взбивание достигается, когда температура сливок ниже 6С. Чаша и инструмент для
взбивания должны быть пропорционально подобраны один к другому, так, чтобы взбивание выполнялось как
можно быстрее. В противном случае температура во время взбивания может заметно повыситься, что приведет
к образованию худшей пены (в наихудшем случае может образоваться масло). Время взбивания и увеличение
объема (взбитость) – это два критерия, которые следует определять для контроля способности к взбиванию. Для
этого теста необходимы надлежащая чаша (емкостью 1 литр) и инструмент (предпочтительно электрическая
сбивальная машина). Соответствующий объем сливок (то есть 2 дл) охлаждают до температуры 6С ±1 С, а
затем выливают в чашу.
Высоту сливок измеряют перед началом взбивания. Сбивальная машина останавливается, когда пена
достигает приемлемой крепости (это означает, что она не начинает стекать, когда чашу переворачивают). Время
взбивания измеряют по секундомеру, который запускают и останавливают одновременно со сбивальной
машиной.
Для определения степени взбитости измеряется высота взбитых сливок. Если, например, высота
первоначально была 5 см и составляет 10,5 см после взбивания, степень взбитости составит (10,5 – 5) х 100 – 5 =
110%.
Для 40%-ных сливок время взбивания должно составлять приблизительно 2 минуты, а взбитость от 100
до 130%. Качество пены определяют по вытеканию жидкости после 2-часовой выдержки при температуре 18–
20С и относительной влажности 75%. Непосредственно после взбивания и измерения взбитости все взбитые
сливки помещают на плоскую металлическую сетку. Пену укладывают, как показано на рис. 8.3, сетку
размещают над воронкой соответствующего размера, которая, в свою очередь, опускается в градуированный
мерный стакан. Количество жидкости, которая скапливается в стакане, измеряют после двухчасовой выдержки
при вышеупомянутой температуре и влажности. Критерий для оценки следующий:
0–1 мл очень хорошо
1–4 мл хорошо
>4 мл не очень хорошо.
Линия по производству взбитых сливок
Метод Скания
Этапы процесса производства взбитых сливок включают в себя нагрев цельного молока до температуры
сепарирования, 62–64С, сепарирование, нормализацию сливок по содержанию жира до требуемого значения,
пастеризацию и охлаждение сливок в теплообменнике перед тем, как они поступят в танк для созревания.
Обработка сливок с высокой массовой долей жира сопряжена с рядом проблем, которые необходимо
внимательно рассмотреть при проектировании производственной линии. Самая серьезная проблема состоит в
том, чтобы избежать поперечных перемещений и турбулентности во время кристаллизации жира.
Жир в шариках переходит в жидкое состояние при более высоких температурах, и жировые шарики
становятся менее чувствительны к обработке при температурах выше 40С.
Фракция жира в жировых шариках начинает кристаллизоваться, как только в производственной линии
начинается охлаждение. Это медленный процесс: кристаллизация отчасти продолжается более четырех или пяти
часов.
Кристаллизованный жир имеет более низкий удельный объем, чем жидкий жир, так что во время
кристаллизации в шариках жира возникают силы натяжения. Это делает шарики жира очень чувствительными к
грубой обработке при температуре 10–40С.
Процесс кристаллизации 40%-ных сливок, охлажденных до 8С. Сливки нельзя перемешивать, пока
танк заполняется. Перемешивание и охлаждение начинают через два часа после заполнения бака.
При кристаллизации выделяется теплота плавления, что приводит к повышению температуры на 2–3С.
Заключительное охлаждение в танке крайне существенно.
Сливки обычно охлаждают до 6С и даже более низких температур. Жировые шарики, по всей
вероятности, менее чувствительны к грубой обработке при этих температурах, но они все же более
чувствительны, чем при температурах выше 40С. Самой большой проблемой при производстве взбитых сливок
является образование кластеров, что снижает стабильность эмульсии сливок. Скопления возникают, когда
шарики жира с частично кристаллизованным жиром и слабыми мембранами подвергаются грубой механической
обработке. Сниженная стабильность эмульсии сливок приводит к возникновению пороков, ухудшающих
качество взбитых сливок,– например, к образованию в контейнерах пробок из сливок, снижению взбиваемости,
липолизу.
Нарис. 8.5 показан процесс, при котором большое внимание уделено устранению грубой обработки
взбитых сливок. Этот метод, разработанный фирмой Alfa Laval в сотрудничестве с некоторыми шведскими
молочными кооперативами, называется методом Скания. Нормализованные сливки могут поступать из
специальной линии по производству сливок или же могут быть дополнительным продуктом, получаемым на
линии по производству питьевого молока, показанной на рис. 8.1. В любом случае температура сепарирования
должна быть 62–64С для получения как можно более высокого качества сливок (с самым низким содержанием
жира).
Нормализованные сливки подают сверху в танк для выдержки (1) при температуре сепарирования.
Оптимальное время выдержки в танке перед началом пастеризации составляет 15–30 минут. Скорость потока в
пастеризационной установке должна быть близка к средней скорости подачи в танк для выдержки, что
позволяет собирать порции избыточных сливок в танке для созревания за время, обеспечивающее минимальное
механическое перемешивание сливок.
Танк для выдержки не имеет мешалки, и в нем естественным образом устраняется приблизительно 50%
содержащегося воздуха в сливках. В то же самое время удаляются посторонние летучие вещества, уменьшается
возможность пригорания продукта на стенах теплообменника. Выдерживание сливок при температуре
приблизительно 63С в танке позволяет инактивировать многие ферменты и предотвратить таким образом
гидролиз свободного жира. Максимальное время выдержки, включая заполнение и опорожнение, должно
составлять приблизительно четыре часа. При более длительном производственном цикле следует установить
два танка для выдержки и использовать их попеременно, с промежуточной мойкой одного танка во время
использования другого. Из танка для выдержки сливки подаются в регенеративную нагревательную секцию
теплообменника (3). Затем вспомогательный насос (4) подает сливки в секцию нагревания и трубу для
выдержки (5). Так как подача происходит при высокой температуре (выше 60С), при которой сливкименее
чувствительны к механической обработке, в качестве обоих насосов – и насоса для подачи продукта (2), и
вспомогательного насоса (4) – могут использоваться центробежные насосы.
В течение 10 секунд после пастеризации, обычно при температуре выше 80–95С, сливки закачивают в
охладительные секции теплообменника, где они моментально охлаждаются до 8С в секции глубокого
охлаждения перед поступлением в танки сквашивания (6). Охлаждение в теплообменнике до средней
температуры 8С является оптимальным для сливок с массовой долей жира 35–40%. При более высоком
содержании жира следует использовать более высокие температуры охлаждения, чтобы предотвратить
закупоривание сливками секции охлаждения, обусловленное быстрым возрастанием вязкости. Это приводит к
резкому увеличению спада давления в охладительной секции, что, в свою очередь, приводит к повреждению
шариков жира, возможно, даже к вытеканию молочного жира из секции. В этом случае процесс должен быть
остановлен, система опорожнена, промыта и запущена повторно.
Из-за нестабильности структуры шариков жира сразу после охлаждения следует избегать поперечных
перемещений и турбулентности во время транспортировки от охладительной секции теплообменника в
технологический танк для заключительного охлаждения и кристаллизации жира (необходимо использовать
предварительно подобранные насос и трубопровод). Давление при этой транспортировке, следовательно,
обеспечивается вспомогательным насосом.
После сквашивания сливки перекачивают к упаковочным машинам. Здесь температура низкая, и
большая часть жира в молоке кристаллизована, что означает: сливки теперь менее чувствительны к
механической обработке. При низком перепаде давлений, до 1,2 бара, можно использовать центробежный насос
с регулируемой частотой – при условии, что в систему также встроен датчик давления. Лопастные роторные
насосы, работающие максимум при 250–300 оборотах в минуту, рекомендуется использовать при перепаде
давлений от 1,2–2,5 до 3 бар.
Одинарные или кофейные сливки
Сливки, содержащие 10–18% жира, считаются одинарными или кофейными сливками. На рис. 8.6
показана линия обработки одинарных сливок. Необработанное молоко из танков для хранения регенеративно
нагревается в теплообменнике до температуры сепарации 62–64С. Затем молоко перетекает в сепаратор для
сепарации обезжиренного молока и сливок с требуемым содержанием жира – обычно 35–40%.
Обработка сливок та же, что и описанная для взбитых сливок, за исключением того, что одинарные
сливки смешивают с обезжиренным молоком для получения требуемого содержания жира. Сливки
гомогенизируют.
Перемешивание сливок и обезжиренного молока в потоке выполняется с помощью дозировочного
насоса, который подает обезжиренное молоко в трубопровод для сливок.
Затем сливки подогреваются до температуры гомогенизации.
Таблица 8.3
Тест на вязкость; повышенное давление гомогенизации при 57 С
Давление гомогенизации, МПа Вязкость сливок, секунды
10 18
15 28
20 45
После гомогенизации сливки возвращаются в теплообменник, где они пастеризуются при температуре
85–90С в течение 15–20 секунд перед охлаждением приблизительно до 5С и упаковываются.
При производстве сливок следует соблюдать два основных требования:
• Сливки должны быть вязкими, чтобы иметь более аппетитный вид
• Сливки должны иметь хорошую устойчивость в кофе. Они не должны выпадать хлопьями при
добавлении в кофе.
Сливки с низким содержанием жира имеют относительно низкую вязкость, и их консистенция обычно
не нравится потребителю. Необходимо выбрать правильную температуру и давление гомогенизации, чтобы
придать сливкам нужную вязкость.
Таблица 8.4
Тест на вязкость; влияние температуры гомогенизации при давлении 15 МПа
Температура гомогенизации, C Вязкость, секунды
35 49
50 35
65 10
Вязкость сливок возрастает с увеличением давления гомогенизации и снижается с ростом температуры.
Вязкость сливок по таблице 8.3 можно получить, сохраняя температуру гомогенизации постоянной на уровне
приблизительно 57С и гомогенизируя сливки при трех различных давлениях: 10; 15 и 20 МПа (100, 150 и 200
бар). Вязкость измеряется с помощью вискозиметра SMR, описанного в главе 11 “Кисломолочные продукты”.
Чем продолжительнее время (в секундах) протекания сливок через вискозиметр, тем выше вязкость. Сливки,
которые гомогенизировались при 20 МПа, имеют самую высокую вязкость.
В таблице 8.4 приведена вязкость, если температура гомогенизации меняется при постоянном давлении
гомогенизации 15 МПа.
Вязкость сливок уменьшается при возрастании температуры гомогенизации, которая, следовательно,
должна быть как можно меньшей. Однако молочный жир должен полностью находиться в жидком состоянии
для достижения эффекта гомогенизации. Это означает, что температура гомогенизации должна быть не ниже
35С. На устойчивость сливок в кофе можно в значительной мере повлиять с помощью условий гомогенизации –
температуры, давления и положения гомогенизатора (вверх по потоку или вниз по потоку от теплообменника).
Устойчивость сливок в кофе можно до некоторой степени улучшить, добавив бикарбонат натрия (макс.
0,02%), если это разрешено законом. Устойчивость в кофе является своего рода термостойкостью и
представляет собой сложный вопрос, связанный со многими факторами:
• Температура кофе: чем горячее кофе, тем легче сливки коагулируют.
• Тип кофе и способ его приготовления: чем больше в кофе кислоты, тем легче сливки коагулируют.
• Жесткость воды, используемой для кофе: сливки будут выпадать хлопьями быстрее в жесткой воде,
чем в мягкой, так как соли кальция уменьшают стабильность белков, и они коагулируют.
Упаковка
Принципиальными и фундаментальными задачами упаковки являются:
– обеспечение возможности эффективной оптовой продажи продукта
– обеспечение гигиены продукта
– сохранение питательных веществ и вкусовых качеств
– уменьшение порчи и снижение отходов продукта
– повышение доступности продукта
– передача информации о продукте.
Стеклянные бутылки для молока были внедрены в начале XX века. Стекло как материал для упаковки
имеет некоторые недостатки. Оно тяжелое и хрупкое и перед повторным использованием должно быть вымыто,
что создает некоторые проблемы молочным заводам. С 1960 года на рынке молочных продуктов появились
другие виды упаковок, главным образом картонные коробки, а также пластиковые бутылки и пластиковые
мешки.
Упаковка должна защитить продукт и сохранить его вкусовую ценность и витамины на пути к
потребителю. Жидкие продукты часто являются скоропортящимися, так что чистая упаковка, не вызывающая
порчи, является абсолютно необходимой. Упаковка должна также защищать продукт от механического
воздействия, света и кислорода. Молоко является чувствительным продуктом; воздействие дневного света или
искусственного освещения разрушает некоторые важные витамины и пагубно воздействует на вкус (“солнечный
привкус”, см. таблицу 8.2).
Другие продукты, такие как ароматизированное молоко, содержат ароматизатор или витамины,
чувствительные к воздействию кислорода. Упаковка должна, следовательно, исключить воздействие кислорода.
Картонная упаковка для молока обычно состоит из картона и пластика (полиэтилена). Картон получают
из древесины, причем его можно вырабатывать из вторичного сырья. Картон придает упаковке жесткость, а
также делает ее устойчивой к механическому воздействию. До некоторой степени картон также служит
световым барьером. Тонкий слой пищевого полиэтилена на любой из сторон картона делает картон
непромокаемым. С внешней стороны пластик также защищает картон от конденсации, когда охлажденные
продукты вынимают после хранения.
Функции упаковки:
• Обеспечить возможность эффективной оптовой продажи продукта
• Обеспечивать гигиену продукта
• Защитить питательные вещества и вкус
• Снизить порчу и снизить отходы от продукта
• Повысить доступность продукта
• Сообщить информацию о продукте
Благодаря своей чистоте этот полиэтилен создает минимальный ущерб внешней среде при сжигании
или утилизации на мусорных свалках.
Для продуктов с длительным сроком хранения без охлаждения и очень чувствительных продуктов
между слоями полиэтиленовой пленки расположен тонкий слой алюминиевой фольги, обеспечивающий полную
защиту продукта от света и атмосферного кислорода.
Все упаковки рано или поздно становятся отходами. Растущий объем бытового мусора может стать
экологической проблемой нашего общества.
Пути решения этой проблемы можно сформулировать в виде пяти основных направлений:
• Сокращение. Сокращение объемов используемого сырья и выбор материалов, которые не являются
вредными для окружающей среды, помогают сохранить природные ресурсы
• Переработка. Упаковку можно собирать после использования и использовать повторно. Однако
следует помнить, что даже при повторном заполнении упаковка в конце концов превращается в отходы
• Восстановление материалов. Упаковку можно собирать и использовать материалы для производства
новых изделий, но важно, чтобы новые изделия соответствовали реальным потребностям
• Восстановление энергии. Материал упаковки заключает в себе энергию, которая высвобождается при
сжигании упаковки. Потенциальный выход зависит от типа упаковочного материала
• Мусорные свалки. Отходы можно складывать на мусорной свалке, и участок можно в конечном
итоге проектировать для рекреации или других целей.
Картонная упаковка имеет очень малую массу, и ее основной компонент может быть использован
повторно. По сравнению с большинством других упаковок количество возникающих отходов мало. Упаковка
Tetra Brik вместимостью 1 литр весит 27 г и создает отходы аналогичной массы.
Картонные упаковки широко применимы для восстановления энергии. Древесина и нефть (сырье для
пластика) являются обычными источниками энергии, и можно сказать, что мы просто заимствуем это сырье для
упаковки перед использованием его в качестве топлива. Сжигание двух тонн упаковочного материала дает
столько же энергии, сколько дает одна тонна нефти. Отходы в виде мусорной свалки – менее эффективная
форма утилизации отходов. Однако, если упаковки Tetra Pak утилизировать таким образом, в них нет токсичных
веществ, которые могли бы загрязнить подземные воды.
Молоко с длительным сроком хранения
Стерилизовать продукт – значит подвергнуть его такой термообработке, при которой все
микроорганизмы и термостойкие ферменты теряют активность. Стерилизованные продукты
сохраняют превосходное качество в течение длительного времени при комнатной температуре.
Таким образом, многие молочные заводы могут реализовывать стерилизованные продукты вдали
от своих предприятий и открывать для себя новые рынки сбыта.
Продукт, который может храниться длительный период времени без порчи и необходимости
охлаждения, имеет множество преимуществ как для производителя, так и для торговли и потребителя.
Производитель может, например, добиться географически более обширных рынков, упростить
транспортировку, использовать меньшее количество и более дешевые транспортные средства, а также избежать
возврата непроданных продуктов. Упрощается обращение с продуктом в розничной торговле, так как исчезает
необходимость использования обширных площадей с холодильными установками и планирования мест для
хранения.
Наконец, достигается удобство для потребителя, так как он может совершать меньше поездок в
магазины и иметь запас на случай неожиданного прихода гостей, а домашний холодильник будет меньше
перегружен. Упомянутый запас может включать в себя дорогостоящие продукты, такие как сливки, десерты и
соусы.
Качество сырья
Молоко, подвергаемое термообработке, должно быть очень высокого качества.
Особенно важно, чтобы белки в сыром молоке являлись термически устойчивыми.
Термоустойчивость белков можно легко определить по алкогольной пробе на свертываемость. Когда
образцы сырого молока смешивают в равном объеме с раствором этилового спирта, а белки являются
нестабильными, то при некоторой концентрации молоко сворачивается. Термоустойчивость молока лучше в том
случае, когда белки выдерживают тест с более высокой концентрацией раствора этилового спирта. Проблем,
связанных с производством и сроком хранения, обычно можно избежать, если молоко остается стабильным при
концентрации спирта 75%.
Алкогольная проба обычно используется для выявления молока, непригодного для ВТО
термообработки, по следующим параметрам:
• Повышенная кислотность обусловливается количеством молочнокислых микроорганизмов,
вырабатывающих молочную кислоту
• Нарушение солевого баланса
• Нарушение белкового баланса, повышенное содержание сывороточных белков – типично для
молозива.
Сырое молоко низкого качества отрицательно влияет и на качество обработки, и на характеристики
конечного продукта. Молоко с повышенной кислотностью обладает худшей термоустойчивостью и вызывает
проблемы при обработке, осаждении – например, подгорание на нагреваемых поверхностях, что приводит к
короткому времени работы и трудностям при мойке, а также осаждение белков на дне упаковки при хранении.
Молоко, хранящееся длительное время при низкой температуре, содержит большое количество
психрофильных микроорганизмов, обладающих способностью вырабатывать термоустойчивые ферменты,
которые нельзя полностью инактивировать при стерилизации. Во время хранения они могут вызвать такие
пороки вкуса, как прогорклость, горечь или даже проблемы с желатинированием (загустевание при старении
или “сладкое” свертывание).
Бактериологическое качество молока должно быть высоким. Это относится к общему количеству
бактерий и спор, которые влияют на степень нестерильности.
Эффективность стерилизации
Когда микроорганизмы и/или споры подвергаются воздействию высокой температуры или любому
другому виду процедур стерилизации/дезинфекции, не все микроорганизмы могут быть убиты сразу. Напротив,
за данный период времени разрушается некоторая их часть, в то время как оставшаяся часть выживает. Если
выжившие микроорганизмы еще раз подвергнуть той же обработке в течение того же периода времени,
погибнет такая же их часть, и так далее. Другими словами, заданное воздействие стерилизующих или
дезинфицирующих реагентов всегда убивает одну и ту же долю присутствующих микроорганизмов, однако
большая или малая их часть может остаться.
Логарифмическое снижение числа спор
Летальное воздействие стерилизации на микроорганизмы можно выразить математически в виде
логарифмической функции, представленной слева.
Эта формула дает прямую при построении в полулогарифмическом масштабе, причем время
откладывается по линейной оси, а число выживших спор – по логарифмической оси.
Логарифмическая функция никогда не достигает нуля! Иначе говоря, невозможно достичь
стерилизации, определяемой как отсутствие живых бактериальных спор в неограниченном объеме продукта. Не
запрашивая невозможного и неопределяемого по практическим соображениям, мы обратились к более
действенной и реалистической концепции. “Эффект стерилизации” или “эффективность стерилизации” – это
именно такая концепция.
K x t = log N/Nt
где:
N – первоначально присутствовавшее число микроорганизмов (спор)
Nt – число микроорганизмов (спор), присутствующих после заданного времени обработки (t)
K – константа
t – время обработки
Логарифмическая функция никогда не достигает нуля!
Чем выше температура и продолжительнее время выдержки, тем более эффективна обработка, т. е.
выше эффект стерилизации.
Рис. 9.1 Тепловое воздействие на бактерии в различных состояниях.
Эти понятия устанавливают число десятичного сокращения количества спор микроорганизмов,
достигаемого в процессе стерилизации.
Каждый процесс стерилизации может быть охарактеризован определенным эффектом стерилизации.
При любой стерилизационной обработке эффект стерилизации определяется применяемыми параметрами
времени/температуры. Чем выше температура и продолжительнее время выдержки, тем более эффективна
обработка, т. е. выше эффект стерилизации.
Эффект стерилизации выражают числом десятичных сокращений, достигаемых при обработке.
Например, эффект стерилизации 9 указывает, что из 109 спор бактерий, подвергнутых обработке, только 1 (100)
выживет. Эффект стерилизации не зависит от объема.
Споры Bacillus subtilis или Basillus stearothermophilus используются в общем случае в качестве тест-
культуры для определения эффекта стерилизации термообрабатывающего оборудования высокой тепловой
обработки, так как эти штаммы – особенно B. stearothermophilus – образуют достаточно термостойкие споры.
Микроорганизмы вида Clostridium botulinum используются для расчета влияния стерилизации в таре.
Оборудование для поточной стерилизации (высокотемпературной обработки – ВТО) обычно дает
эффект стерилизации приблизительно от 10 до 12 при пробах со спорами B. subtilis и приблизительно 8 при
использовании спор B. stearothermophilus, в то время как эффект при стерилизации в таре должен быть не ниже
12 при использовании Clostridium botulinum.
Очевидно, что эффект стерилизации зависит от:
• Сочетания времени/температуры
• Термоустойчивости спор тест-культуры, которая, в свою очередь, зависит от используемого штамма
бацилл и способа получения спор
• Продукта, который подвергается тепловой обработке.
Летальное воздействие на споры бактерий начинает сказываться при температурах около 115С и
возрастает очень быстро при повышении температуры. Бактерии можно подразделить на две группы:
1 Бактерии, представленные только вегетативной формой (легко уничтожаются при нагревании и
других способах обработки)
2 Существующие в вегетативной и споровой формах, т. е. спорообразующие бактерии (в то время как
вегетативные клетки этих бактерий легко уничтожаются, их споры устранить трудно).
Стерилизуемые продукты обычно содержат смешанную флору вегетативных и споровых форм
микроорганизмов, как показано на рис. 9.1. К сожалению, определенной корреляции между этими двумя типами
как таковой не существует. Высокое содержание спор может быть обнаружено в продуктах с низким общим
количеством микроорганизмов, и наоборот, определение общего числа бактерий не может служить надежным
основанием для оценки количества спор в пищевых продуктах.
Значение Q
10
Эффект стерилизации при стерилизационной обработке нагревом быстро возрастает с повышением
температуры. Это, без сомнения, также относится к химическим реакциям, происходящим вследствие
термообработки. Значение Q10 было введено, чтобы выразить указанное увеличение скорости реакции. Оно
устанавливает, во сколько раз скорость реакции возрастает, если температура системы увеличивается на 10С.
Значение Q10 для изменения вкуса – и для большинства химических реакций – составляет
приблизительно от 2 до 3, т. е., если температура системы увеличивается на 10С, скорость химических реакций
удваивается или утраивается. Значения Q10 также можно определить для уничтожения спор бактерий.
Найденные значения лежат в интервале от 8 до 30. Существует широкий ряд возможных вариантов в
зависимости от особенностей вида бактериальных спор, разной реакции на увеличение температуры.
log 109 – log 100 = 9 – 0 = 9
Промышленный стерильный продукт не содержит микроорганизмов, рост которых происходит при
широко распространенных условиях.
Значение F
0
В этом контексте следует также упомянуть, что соотношение между временем и температурой
стерилизации также выражают через значение F0 в соответствии со следующей логарифмической функцией:
где:
t – время стерилизации в секундах при TС
T – температура стерилизации, С
z – величина, выражающая увеличение температуры для получения летального эффекта за 1/10
времени. Это значение меняется в зависимости от происхождения спор (10–10,8С) и в общем случае его можно
установить 10С.
Если формула выражена в градусах Фаренгейта (F), эталонная температура составляет 250F, и
значение z обычно составляет 18F.
F0 = 1 после нагревания продукта при 121,1С в течение одной минуты. Для получения стерильного
молока в промышленных масштабах из сырого молока высокого качества требуется значение F0 не менее 5–6.
Значения B* и С*
Эффективный рабочий диапазон высокой температурной обработки определяется также в некоторых
странах со ссылкой на два параметра, а именно:
Бактериологическое действие: B* (известен как B со звездочкой)
Химическое воздействие: C* (известен как С со звездочкой).
Параметр B* основан на предположении, что промышленная стерильность достигается при температуре
135С в течение 10,1 секунды с соответствующим значением z, равным 10,5С. Этому эталонному процессу
присвоено значение B*, равное 1,0, что представляет собой относительное сокращение числа термофильных
спор, равное 109/мл.
Значение С* основано на условии 3%-ного разрушения тиамина на единицу. Это эквивалентно
обработке при 135С в течение 30,5 секунды со значением z, равным 31,4 С.
Процесс высокой температурной обработки дает удовлетворительные результаты в отношении
сохранения качества продукта при выполнении следующих условий:
“Самая быстрая частица”
В некоторых странах (особенно в США) пристальное внимание уделяется времени нахождения в
секции или трубе для выдержки, а время выдержки особо указывается для “самой быстрой частицы”. В
зависимости от характера потока (турбулентное или ламинарное течение) коэффициент эффективности для
молока составляет 0,85–0,9.
Это значение включает в себя применение корректирующего множителя в расчетах времени выдержки.
В особых случаях в США считается, что самая быстрая частица проходит камеру для выдержки в два раза
быстрее средней частицы, т. е. коэффициент эффективности (h) равен 0,5–0,85.
Промышленная стерильность
Вы также встретитесь с выражением “промышленная стерильность”, которое часто используется для
стерилизованных продуктов. Промышленно стерильным продуктом является продукт, определяемый как не
содержащий микроорганизмов, рост которых происходит при наиболее широко распространенных условиях.
Кривые на рис. 9.3 и 9.4 показывают зависимость температуры от времени для двух наиболее часто
используемых систем термической стерилизации.
На диаграммах также показано, что если время стерилизации в таре нестерильного продукта
выражается в минутах, то соответствующее время высокотемпературной обработки составляет всего лишь
несколько секунд.
Химические и бактериологические изменения при
высокотемпературной обработке
Когда молоко выдерживается при высокой температуре в течение длительного времени, в нем
образуются продукты некоторых химических реакций, что приводит к изменению цвета (потемнению).
Оно также приобретает привкус кипяченого молока и карамели, а иногда появляется некоторое
количество осадка. Этих недостатков можно избежать с помощью тепловой обработки при более высокой
температуре в течение более короткого времени. Необходимо, чтобы сочетание
температура/продолжительность выдержки обеспечивало максимальную степень разрушения бактериальных
спор с минимально возможной степенью химических изменений составляющих молока.
Рис. 9.5 демонстрирует взаимосвязь между достигнутым эффектом стерилизации и степенью изменения
окраски молока. Линия А представляет собой нижний предел сочетаний времени/температуры, которые
приводят к побурению молока. Линия В является нижним переделом этих сочетаний для полной стерилизации
(разрушение термофильных спор). На рисунке также отмечены области режимов стерилизации в таре и
высокотемпературной обработки. Рисунок показывает, что, несмотря на идентичную степень производимого
эффекта стерилизации, в обоих случаях весьма значительно различается разрушающее воздействие на
компоненты молока (витамины, аминокислоты). Вследствие этого органолептические характеристики и
питательная ценность молока, подверженного кратковременной температурной обработке, выше, чем у молока,
стерилизованного в таре.
С тех самых пор как молоко, прошедшее высокотемпературную обработку, появилось на рынке,
обсуждалось его качество, и в первую очередь его органолептические свойства (вкус и запах).
Сначала молоко, подвергнутое высокотемпературной обработке, было таким же белым, как и
пастеризованное молоко, но имело привкус и запах кипяченого молока. Работа по приближению вкусовых
качеств молока, подвергнутого высокотемпературной обработке, к пастеризованному молоку все еще
продолжается.
В этом контексте важно упомянуть, что температура, при которой определяются органолептические
качества молока, сильно влияет на результат. При пониженной температуре хранения молока (в холодильнике:
около 5–7С) вкус, придаваемый высокотемпературной обработкой, подавляется.
Следовательно, например, при проведении сравнения влияния различных методов тепловой обработки
органолептическую оценку следует проводить при температуре 20С после того, как образцы хранились при
20С в течение различных промежутков времени, то есть 2, 4 и 6 недель.
Испытания, проводимые таким образом, показывают, что для прямых и косвенных методов существуют
значительные различия, причем при косвенных методах молоко подвергается большей тепловой нагрузке.
Однако между двумя прямыми методами существенного различия нет.
Срок хранения
Другим понятием, используемым для характеристики качества высокотемпературной обработки,
является срок хранения продукта. Он определяется как время, в течение которого продукт можно хранить без
риска снижения качества ниже некоторого приемлемого минимального уровня. Понятие является субъективным
– срок хранения может быть очень длительным, если оценивается по невысоким критериям качества.
Физическими и химическими факторами, ограничивающими срок хранения, являются начинающаяся
желатинизация, увеличение вязкости, осаждение и отстой сливок. Лимитирующими факторами с точки зрения
органолептических свойств являются ухудшение вкуса, запаха и цвета.
Питательные свойства
При изучении производства всех пищевых продуктов необходимо рассмотреть вопрос их питательных
свойств. Поэтому были проведены обширные исследования влияния термообработки на молоко. Воздействие
тепла на компоненты молока при его высокотемпературной обработке можно кратко описать следующим
образом:
По результатам воздействия тепловой обработки на компоненты молока можно сделать некоторые
выводы относительно изменения питательной ценности. Питательная ценность жира, лактозы и минеральных
веществ не снижается, но появляются незначительные изменения питательной ценности белков и витаминов.
На основной белок молока, казеин, тепловая обработка воздействия не оказывает. Денатурация
сывороточных белков не приводит к снижению питательной ценности молока, прошедшего
высокотемпературную обработку, по сравнению с сырым молоком. Наоборот, тепловая обработка улучшает
усвояемость сывороточных белков. Структура ослабляется таким образом, что имеющиеся в желудке ферменты
могут легко воздействовать на белки.
Небольшие потери ценной аминокислоты лизина вызывают незначительные изменения питательной
ценности. Однако было показано, что в результате высокотемпературной обработки и пастеризации потери
лизина составляют 0,4–0,8%, в то время как при стерилизации молока в таре 6–10%.
Некоторые витамины в молоке считаются более или менее термостойкими. Среди них
жирорастворимые витамины A, D и E и водорастворимые витамины B
2
, B
3
, биотин и никотиновая кислота
(ниацин). Другие витамины менее устойчивы к воздействию тепла – например, B
1
(тиамин).
График зависимости температуры от времени (рис. 9.5) показывает, что потери тиамина в молоке,
прошедшем высокотемпературную обработку, составляют менее 3%, а в молоке, стерилизованном в таре, эта
величина значительно выше (приблизительно 20–50%). Подобная взаимосвязь может быть найдена для
термолабильных витаминов В
6
, В
12
, С, фолиевой кислоты при сравнении молока, прошедшего
высокотемпературную обработку и стерилизацию в таре. Потери витамина B
2
и витамина C в молоке,
стерилизованном в таре, могут достигать 100%.
Составляющие Результат воздействия тепла
Жир Нет изменений
Лактоза Незначительные изменения
Белки Частичная денатурация сывороточных белков
Минеральные вещества Частичное осаждение
Витамины Незначительные потери
Изменения питательной ценности жира, лактозы и минеральных солей не происходит, но имеются
незначительные изменения питательной ценности белков и витаминов.
Основные потери витаминов, чувствительных к воздействию кислорода – например, фолиевой кислоты
и витамина С – главным образом происходят при хранении упакованного молока за счет высокого содержания
растворенного в нем воздуха. Однако молоко не является основным источником витамина С и фолиевой
кислоты, так как содержащееся в нем количество этих витаминов значительно ниже рекомендуемой ежедневной
нормы потребления.
В целом, когда пища готовится дома, потери витаминов значительно выше, чем при
высокотемпературной обработке и пастеризации молока. Общее заключение, следовательно, будет таким, что
питательная ценность молока, прошедшего высокотемпературную обработку, и пастеризованного молока
приблизительно одинакова, в то время как качество молока, стерилизованного в таре, будет ниже.