Тетра Пак. Технология производства молока
Подождите немного. Документ загружается.
Производство молока с длительным
сроком хранения
Для производства молока с длительным сроком хранения используются два способа:
A Стерилизация в таре, когда упакованный продукт выдерживается при температуре 116С около 20
минут. Допускается хранение при комнатной температуре
B Ультравысокотемпературная обработка при температуре 135–150С с выдержкой 4–15 секунд с
последующей асептической упаковкой в тару, защищающую продукт от воздействия света и атмосферного
кислорода. Допускается хранение при комнатной температуре.
Стерилизация в таре
Для стерилизации в бутылках или консервных банках используются два вида обработки:
• Обработка партиями в автоклавах, рис. 9.6
• Системы непрерывной обработки типа:
– вертикальные гидростатические башни, рис. 9.7
– горизонтальные стерилизаторы, рис. 9.8.
Обработка партиями
Систему обработки партиями можно эксплуатировать тремя способами:
1 В рядах контейнеров с ячейками в статических камерах высокого давления (автоклавах, рис. 9.9)
2 В камере, которую можно вращать в статическом автоклаве
3 В ротационном автоклаве.
Ротационные методы имеют преимущество перед статическим методом, что обусловлено более
быстрой подачей тепла от нагревателя и более высокой равномерностью обработки с точки зрения степени
уничтожения бактерий и изменения цвета обработанного продукта.
При стерилизации молока в автоклаве обычно проводится предварительное нагревание молока
приблизительно до 80С и затем розлив в чистые, нагретые бутылки. Бутылки укупоривают, помещают в
паровую камеру и стерилизуют, обычно при 110–120С в течение 15–40 минут. Затем всю партию охлаждают и
автоклав заполняют новой партией. Тот же принцип используется для обработки консервных банок.
Стерилизация партиями в автоклавах представляет собой метод, используемый чаще для
консервированных твердых пищевых продуктов, чем для жидких. Тот факт, что стерилизация происходит после
розлива в бутылки или консервирования в герметичной таре, позволяет устранить необходимость асептической
упаковки, но, с другой стороны, необходимо использовать термостойкие упаковочные материалы.
Непрерывная обработка
Обычно системы непрерывной обработки используются, когда нужно обработать более 10 000 единиц в
день. Конструкция машин для непрерывного производства зависит от используемой системы пневматического
затвора, через который заполненная тара проходит из отсека с низким давлением/низкой температурой в зону с
относительно высоким давлением/высокой температурой, после чего она попадает в условия медленного
снижения температуры/давления и, в конечном итоге, охлаждается холодной водой.
Существуют два основных типа машин на рынке непрерывной стерилизации, отличающиеся в
основном по типу используемой системы пневматического затвора:
1 Гидростатический вертикальный стерилизатор бутылок
2 Горизонтальный ротационный стерилизатор с клапанным затвором.
Гидростатический вертикальный стерилизатор
Этот тип стерилизатора, часто упоминаемого как башенный стерилизатор (рис. 9.10), в основном
состоит из центральной камеры, в которой поддерживается температура стерилизации паром под давлением,
уравновешенным со стороны загрузки и выгрузки столбами воды, создающими эквивалентное давление. Вода
со стороны загрузки нагревается, а со стороны выгрузки – охлаждается, каждая до температуры,
отрегулированной на максимальную подачу/отвод тепла, во избежание при этом разрушения стекла от тепловой
нагрузки.
В гидростатической башне тара с молоком медленно проходит по конвейеру через последовательные
зоны нагрева и охлаждения. Эти зоны имеют размер, соответствующий требуемой температуре и времени
выдержки на различных этапах обработки. Во многих случаях молоко предварительно нагревают на установке
для предварительной стерилизации, аналогичной установке для высокотемпературной обработки. Молоко
нагревается до 135С или более высокой температуры в течение нескольких секунд, а затем охлаждается до 30–
70С (в зависимости от материала бутылки – как правило, для пластиковых бутылок требуется более низкая
температура) и перед обработкой в гидростатической колонне разливается в чистые нагретые бутылки.
Предварительная стерилизация может осуществляться на установке прямой или косвенной обработки; она не
должна быть такой интенсивной, как одностадийная стерилизация, так как ее основное назначение состоит в
сокращении числа спор с целью снижения тепловой нагрузки в нагревательной башне. Временной цикл
гидростатического стерилизатора составляет приблизительно один час, включая 20–30 минут для прохождения
через секцию стерилизации при температуре 115–125С. Гидростатический стерилизатор пригоден для тепловой
обработки от 2000 х 0,5л до 16 000 х 1л единиц в час. Можно использовать бутылки как из стекла, так и из
пластика.
Горизонтальный стерилизатор
Ротационный стерилизатор с клапанным затвором (рис. 9.11) сравнительно низкорамный агрегат с
механическим приводом ротора, через который заполненная тара проходит в зону относительно высокого
давления/высокой температуры, где она подвергается воздействию температур стерилизации порядка 132–140С
в течение 10–12 минут. Общая продолжительность цикла составляет 30–35 минут, а производительность может
достигать 12 000 единиц в час.
Ротационный стерилизатор с клапанным затвором можно использовать для стерилизации пластиковых
и стеклянных бутылок, а также гибкой тары из пластиковой пленки и слоистой пластмассы.
Другая система, которую следует упомянуть в этом контексте,– это горизонтальный ротационный
автоклав непрерывного действия для сгущенного молока в консервных банках.
Конструкция стерилизатора включает в себя трехцилиндровые камеры, каждая из которых содержит
спиральную ленту, присоединенную внутри камеры к вращающемуся цилиндру.
Более того, число каналов формируется таким образом, что консервные банки продвигаются вперед во
время обработки вдоль вращающегося цилиндра и одновременно вращаются.
Этот тип стерилизатора оборудован также системой с двойным детектором, что позволяет обнаружить
нестерильные банки: один детектор – на выходе из устройства предварительного нагрева, а другой – в конце
системы охлаждения под давлением.
Продукты, обычно подвергаемые высокотемпературной обработке
• Свежее и восстановленное жидкое молоко
• Концентрированное молоко
• Сливки
• Ароматизированные молочные напитки
• Кисломолочные продукты (йогурт, пахта и т. д.)
• Напитки на основе сыворотки
• Смесь для приготовления мороженого
• Десерты (кремы и пудинги)
• Белковые напитки
• Соевые напитки
• Продукты детского питания
• Фруктовые и растительные соки
• Напитки, такие как чай и кофе
• Сливки и кремы на основе растительного жира
• Супы
• Соусы
• Пюре
• Заправки
• Питательные растворы
Высокотемпературная обработка (ВТО)
В современной установке для высокотемпературной обработки молоко подается насосом в закрытую
систему. По мере прохождения технологической цепочки оно предварительно нагревается, обрабатывается при
высокой температуре, гомогенизируется, охлаждается и асептически упаковывается. Жидкие продукты с низким
содержанием кислоты (рН выше 4,5 – для молока рН больше 6,5) обычно обрабатывают при температуре 135–
150С в течение нескольких секунд, либо косвенным нагревом, либо прямой инжекцией пара или введением
продукта в область, заполненную паром. Продукты с высоким содержанием кислоты (рН ниже 4,5), такие как
сок, обычно выдерживают при температуре 90–95С в течение 15–30 секунд. Все части системы после секции
выдержки имеют асептическую конструкцию во избежание риска вторичного бактериального обсеменения. По
сравнению с традиционной стерилизацией в гидростатических башнях высокотемпературная обработка молока
позволяет сэкономить время, трудовые затраты, энергию и пространство. Высокотемпературная обработка
является высокоскоростным процессом и гораздо меньше влияет на вкус молока. Однако постоянные
потребители молока, стерилизованного в автоклаве, привыкли к его “кипяченому” или карамельному привкусу
и могут посчитать продукт, прошедший высокотемпературную обработку, “безвкусным”.
Процессы ВТО
Высокотемпературная обработка является методом сохранения жидких пищевых продуктов путем
кратковременного интенсивного воздействя тепла. Эта обработка разрушает микроорганизмы, присутствующие
в продукте.
Это применимо только до тех пор, пока продукт находится в асептических условиях, поэтому
необходимо предупредить вторичное бактериальное обсеменение, упаковывая продукт после термообработки в
предварительно стерилизованные упаковочные материалы при асептических условиях. Любое промежуточное
хранение между обработкой и упаковкой должно происходить при асептических условиях. Вот почему
технология высокотемпературной обработки называется также асептической технологией.
Развитие метода ВТО
Эксперименты по стерилизации молока в бутылках уже проводились Луи Пастером, но только
приблизительно с 1960 года, когда технологии асептической обработки и асептического розлива стали
коммерчески доступны, началось современное развитие процессов высокотемпературной обработки. Молоко,
прошедшее высокотемпературную обработку, и другие жидкие пищевые продукты, обработанные таким же
образом, являются сейчас широко распространенными во всем мире, но так было не всегда. Первые установки
по высокотемпературной обработке работали по принципу прямой инжекции пара. По сравнению с
оборудованием для стерилизации в таре новые установки вскоре приобрели популярность благодаря
превосходному вкусу вырабатываемых продуктов. Первые установки косвенного воздействия были внедрены на
рынок несколько десятков лет назад.
С тех пор как впервые была введена термообработка при высоких температурах, проводились
интенсивные исследования и разработки. Современные установки производят превосходный продукт
практически без изменения цвета и питательной ценности.
Установки для ВТО
Тепловая обработка при высоких температурах является непрерывным процессом, и ее применение,
следовательно, ограничено объемом продукта, который можно подать в систему.
Высокотемпературную обработку можно применять для широкого ряда молочных и пищевых
продуктов. Приведенный список не является исчерпывающим. Многие другие жидкие пищевые продукты, по
всей вероятности, будут также представлять в будущем большой интерес для молочных заводов.
Установки для высокотемпературной обработки часто имеют универсальную конструкцию,
позволяющую обрабатывать на одной и той же установке широкий ряд продуктов. На установке, производящей
высокотемпературную обработку, можно обрабатывать продукты как с пониженной кислотностью (рН >4,5),
так и с повышенной кислотностью (рН<4,5). Однако высокотемпературная обработка необходима только для
продуктов с пониженной кислотностью для достижения ими состояния промышленной стерильности. В
продуктах с высоким содержанием кислоты, таких как соки, споры развиваться не могут, и, следовательно,
тепловая обработка подразумевает только уничтожение дрожжей и плесеней. Для обеспечения промышленной
стерильности продуктов с высоким содержанием кислоты достаточна обычная пастеризация при высокой
температуре (90–95С в течение 15–30 секунд).
Установки для высокотемпературной обработки полностью автоматизированы и имеют четыре рабочих
режима: предварительная стерилизация установки, производство, AIC (промежуточная асептическая очистка) и
CIP (безразборная чистка). При конструировании установки для высокотемпературной обработки в первую
очередь рассматриваются вопросы безопасности. Должна быть исключена возможность подачи
нестерилизованного продукта на асептическую упаковочную машину. Взаимные блокировки в
программировании управления должны обеспечить защиту от ошибок оператора и несанкционированного
вмешательства в процесс. Например, невозможно начать производство, если установка не прошла
предварительную стерилизацию надлежащим образом. Все последовательности действий, связанных с
запуском, эксплуатацией и мойкой установки, приводятся в действие с пульта управления, который содержит
все необходимое оборудование для управления, контроля и записи процесса.
Различные системы ВТО
На рынке имеются два основных типа систем высокотемпературной обработки.
В системах прямого воздействия продукт вступает в прямое соприкосновение с нагревающей средой с
последующим охлаждением в вакуумной камере и в конечном итоге с заключительным косвенным
охлаждением до температуры упаковки. Системы прямой обработки подразделяются на:
• Системы с инжекцией пара (пар впрыскивается в продукт), рис. 9.12
• Системы с введением продукта в камеру, наполненную паром, рис. 9.13.
В системах с косвенным нагревом продукта тепло передается от нагревательной среды к продукту
через перегородку (пластину или трубчатую стенку). Системы с косвенным нагревом могут базироваться на:
• Пластинчатых теплообменниках, рис. 9.14
• Трубчатых теплообменниках, рис. 9.15
• Шнековых теплообменниках, рис. 9.16.
Более того, в системах с косвенным нагревом можно сочетать теплообменники в соответствии с
требованиями, предъявляемыми к продукту и технологическому процессу.
Основные рабочие режимы процесса ВТО
Эти фазы работы являются общими для всех систем высокотемпературной обработки и, следовательно,
для каждой системы отдельно описаны не будут.
Предварительная стерилизация
Во избежание возникновения вторичного бактериального обсеменения обработанного продукта перед
началом производства установка должна пройти предварительную стерилизацию.
Предварительная стерилизация включает в себя:
• Стерилизацию горячей водой при той же температуре, при которой продукт будет обработан.
Минимальное время стерилизации горячей водой составляет 30 минут с момента достижения
соответствующей температуры во всей асептической части установки.
• Охлаждение установки до температуры, требуемой для производства.
Производство
Режимы производства изменяются согласно характеру протекающих процессов, как описано ниже.
Асептическая промежуточная мойка (AIC)
Полный цикл CIP занимает от 70 до 90 минут и обычно выполняется сразу же после производственного
цикла.
Асептическая промежуточная очистка (AIC) полезна в тех случаях, когда установка используется в
течение длительного периода производства. 30-минутную AIC можно выполнять в любой момент, когда
необходимо удалить загрязнения в производственной линии без потери асептических условий. После AIC
установка не должна подвергаться повторной стерилизации. Этот метод сокращает время простоя и позволяет
осуществлять производство более длительное время.
Безразборная мойка (CIP)
Безразборная мойка установок, работающих по принципу прямого и косвенного нагрева продукта,
может включать в себя последовательность действий по предварительному ополаскиванию, мойке каустической
содой, ополаскиванию горячей водой, мойке кислотой и заключительному ополаскиванию, которые
контролируются автоматически в соответствии с программой предварительно установленных
времени/температуры. Программа CIP должна быть оптимизирована для рабочих условий конкретного
молочного завода.
Установка ВТО, основанная на прямом нагреве
продукта, включающая оборудование для инжекции
пара и пластинчатый теплообменник
На блок-схеме рис. 9.17 продукт при температуре около 4С подается в балансный бак (1а) и
направляется с помощью подающего насоса (2) в секцию предварительного нагрева пластинчатого
теплообменника (3).
После предварительного нагрева приблизительно до 80С давление продукта увеличивается с помощью
насоса (4) примерно до 4 бар, а затем продукт подается на инжектор пара с кольцевым патрубком (5). Пар,
впрыскиваемый в продукт, мгновенно поднимает температуру продукта до 140С (давление 4 бара
предотвращает кипение продукта). Продукт выдерживается при температуре тепловой обработки в трубе для
выдержки (6) в течение нескольких секунд перед тем, как он будет мгновенно охлажден.
Сверхбыстрое охлаждение осуществляется в расширительной камере, оборудованной конденсатором
(7), в которой с помощью насоса (8) поддерживается частичный вакуум. Уровень вакуума регулируется, так что
количество испарений, выходящих из продукта, соответствует количеству пара, предварительно впрыснутого в
него. Центробежный насос (9) подает термообработанный при высокой температуре продукт на асептический
двухступенчатый гомогенизатор (10).
После гомогенизации продукт охлаждается приблизительно до 20С в пластинчатом теплообменнике
(3), а затем поступает на асептическую упаковочную машину или в асептический танк для предварительного
хранения перед упаковкой.
Охлаждающая вода, используемая для конденсации, направляется из балансного бака (1б) и после
выхода из расширительной камеры (7) используется в качестве предварительно нагревающей среды после
прохождения через инжектор пара. При предварительном охлаждении температура воды падает приблизительно
до 11С; таким образом, она может использоваться в качестве охладителя для продукта, поступающего из
гомогенизатора.
В случае падения температуры во время производства продукт после дополнительного охлаждения
отводится в танк для сброса продукта. Одновременно установка промывается водой. Вслед за промывкой водой
установка моется (CIP) и стерилизуется перед повторным запуском. Имеются установки с производительностью
2000–30 000 л/час.
Установка ВТО, основанная на прямом нагреве, с
использованием оборудования для инжекции пара и
трубчатого теплообменника
В качестве варианта вышеописанная конструкция пластинчатого теплообменника (3 на рис. 9.17) может
быть заменена трубчатыми теплообменниками, где обрабатываются продукты с низкой или средней вязкостью,
содержащие или не содержащие частицы или волокна. После предварительной стерилизации и охлаждения
установки до 25С молоко при температуре 4С направляется в трубчатый теплообменник (3) для
предварительного нагрева приблизительно до 95С (в секциях 3а и 3с). После выдержки (4а) для стабилизации
белков молоко далее нагревается косвенным способом (3d).
Инжекция пара (5) мгновенно повышает температуру до 140–150С. Молоко находится при этой
температуре несколько секунд (4b), а затем охлаждается. Предварительное охлаждение осуществляется в
трубчатом теплообменнике (3е), где тепловая энергия используется для регенеративного нагрева. Впрыснутый
пар мгновенно вскипает в вакуумной камере (6), в результате чего температура молока падает до 80С.
Система предварительного охлаждения перед вскипанием увеличивает экономию тепла, а также сводит
к минимуму потерю ароматообразующих соединений молока.
После асептической гомогенизации (8) молоко охлаждается регенеративно (3f) до температуры
упаковки, приблизительно 20С, и направляется в асептический танк для промежуточного хранения перед
асептической упаковкой. Нагревательная и охладительная среды циркулируют в замкнутом водяном контуре,
который переносит тепловую энергию между секциями теплообменников в ходе процесса обработки. Пар
впрыскивается для добавления небольшого количества дополнительной энергии, требуемой во время обычного
производства.
При падении температуры во время производства продукт отводится в танк для сбора продукта, а
установка промывается водой. Перед повторным запуском установку необходимо помыть и простерилизовать.
Установка ВТО, основанная на прямом нагреве
продукта с введением продукта в камеру,
наполненную паром
Эта система отличается от системы с инжекцией пара главным образом по способу введения пара и
молока.
Основной принцип высокотемпературной обработки молока впрыскиванием его в камеру, наполненную
паром, состоит в нагревании продукта путем пропускания его через атмосферу, насыщенную паром, как
показано на рис. 9.19. Система разбрызгивания продукта может быть различной, но коэффициент теплопередачи
– конечный размер капелек молока – должен быть единым. Если размер капелек изменился, устройство для
нагнетания пара отклоняется от теоретической модели, на которой основана конструкция.
В других отношениях обработка аналогична системе с инжекцией пара.
Установка ВТО с использованием пластинчатых
теплообменников, принцип работы которой основан
на косвенном нагреве
Установки высокотемпературной обработки с нагревом косвенного типа сконструированы для
получения производительности 30 000 л/час.
Обратите внимание, что при более низкой производительности время выдержки удваивается для
компенсации более низкой температуры термообработки.
Продукт при температуре около 4С подают насосом из танка для хранения в балансный бак (1)
установки для высокотемпературной обработки и далее питательным насосом (2) в регенеративную секцию
пластинчатого теплообменника (3). В этой секции продукт нагревается до температуры приблизительно 75С
уже прошедшим стерилизацию молоком, которое одновременно охлаждается. Предварительно нагретый
продукт затем гомогенизируют (4) при давлении 18–25 МПа (180–250 бар). Гомогенизация перед тепловой
обработкой возможна на установках с косвенным нагревом, что позволяет использовать неасептические
гомогенизаторы. Однако для улучшения структуры и стабильности системы некоторых продуктов типа сливок
предпочтителен асептический гомогенизатор, установленный после секции высокотемпературной обработки.
Предварительно нагретый гомогенизированный продукт направляют в секцию нагрева пластинчатого
теплообменника, где его температура повышается до 137С. Теплоносителем является вода, находящаяся в
замкнутом контуре, при температуре, регулируемой путем инжекции в воду пара (5). После нагрева продукт
проходит через трубу для выдержки (6), размер которой подобран так, что время прохождения продукта через
нее составляет 4 секунды. Охлаждение выполняется регенеративно в два этапа: первый – от охлажденной части
контура горячей воды, второй – от холодного поступающего продукта.
Продукт, который выходит из секции регенеративного охлаждения, направляется на асептическую
упаковку или в асептический танк для промежуточного хранения. При падении температуры во время
производства продукт отводится в бак для сброса продукта, а установка промывается водой. Перед повторным
запуском установка должна быть вымыта и простерилизована.
Многоконтурная система нагрева
Во многих случаях установки для высокотемпературной обработки с косвенным нагревом
предназначены для переменной производительности от 50 до 100% от номинальной и напрямую соединены с
линией машин по асептической упаковке. Во избежание излишней выработки продукта в случае остановки
одной из упаковочных машин секция нагрева может быть поделена на подсекции. Система с несколькими
контурами нагрева показана на рис. 9.21. При внезапном 50%-ном сокращении потока по сравнению с
номинальным приводится в действие клапан (1), так что нагревательная среда проходит вне первой
нагревательной секции (а). Температура продукта будет сохраняться на уровне температуры предварительного
нагрева (75С), пока продукт не достигнет второй (конечной) нагревательной секции (б), где происходит нагрев
до соответствующей температуры тепловой обработки. Кривые зависимости температуры от времени на рис.
9.22 показывают различие тепловой нагрузки на продукт при номинальной и 50%-ной производительности.
Пунктирная линия на графике представляет изменение температуры в системе без разделения секции нагрева,
работающей в режиме 50%-ной от номинальной производительности.
Установка ВТО с косвенным нагревом, включающая
трубчатые теплообменники
Трубчатую систему выбирают для высокотемпературной обработки продуктов с низкой или средней
вязкостью, которые могут содержать, а могут и не содержать частицы или волокна. Понятие средней вязкости –
это расплывчатое определение, так как вязкость продукта может меняться в зависимости от сырья, добавок и
механической обработки.
Супы, продукты из томатов, фруктовые и овощные продукты, некоторые пудинги и десерты являются
примерами продуктов средней вязкости, подходящими для обработки в трубчатой системе. Трубчатые системы
часто используются также в случаях, когда требуется более длительное время обработки для обычных
молочных продуктов, предназначенных для продажи.
Схема производственной линии, показанная на рис. 9.23, незначительно отличается от теплообменной
установки, в которой используется пластинчатый теплообменник, описанный выше. Установки могут иметь
производительность от 1000 до 30 000 л/час.
Трубчатый теплообменник состоит из большого числа трубок, собранных в модули, которые могут
быть соединены последовательно и/или параллельно, образуя полностью оптимизированную систему для
любого режима нагрева или охлаждения. Эта система может быть снабжена системой многоконтурного нагрева.
При падении температуры во время производственного процесса продукт отводится в танк для сбора
продукта, а установка промывается водой.
Перед повторным запуском установку моют и стерилизуют.
Установка ВТО с косвенным нагревом, включающая
шнековые теплообменники
Шнековые нагреватели – это наиболее приемлемый тип теплообменников для обработки высоковязких
пищевых продуктов, содержащих или не содержащих частицы.
Система ВТО с использованием шнековых теплообменников идентична описанным выше. Типичная
схема производства данной системы представлена на рис. 9.24. Определить удельную почасовую
производительность или температурные программы нельзя из-за широкого диапазона изменений физических
характеристик отдельных продуктов.
Продукт подают из танка (1) с помощью питающего насоса (2) на первый шнековый нагреватель (3a).
Дополнительные стадии нагрева (3b) можно использовать для доведения температуры продукта до
нужного уровня. Контрольно-измерительные устройства, расположенные на различных стадиях процесса,
контролируют достигнутые температуры. В трубе для выдержки (4) продукт сохраняется при требуемой
температуре в течение предварительно заданного времени. Продукт охлаждается водой (3c и 3d) и охлажденной
водой (3e), пока не достигнет температуры упаковки.
В заключение охлажденный продукт подают в асептический буферный танк (6), который обеспечивает
резервный запас, необходимый для непрерывного производства.
Молоко
Сжатый воздух
Пар
Охлаждающая вода
Блок клапанов
Рис. 9.28 Асептический бак, используемый для промежуточного хранения одного продукта, в то время
как второй продукт проходит обработку и упаковывается.
Рис. 9.27 Асептический танк, используемый в качестве буферной емкости для упаковки одного
продукта.
Если заранее заданные значения не выдерживаются, автоматически открывается обратный клапан,
направляющий продукт в бак для сбора продукта.
Асептический танк
Асептический танк, показанный на рис. 9.25, используется для промежуточного хранения продуктов,
прошедших высокотемпературную обработку. Схемы потоков продукта и сервисных сред показаны на рис. 9.26.
Способы его применения на производственных линиях ВТО могут меняться в зависимости от конструкции
установки и производительности различных блоков в производственной и упаковочной линиях. Два примера
показаны на рис. 9.27 и 9.28.
• Если одна из упаковочных машин внезапно остановилась, асептический танк во время остановки
принимает дополнительное количество продукта.
• Одновременная упаковка двух продуктов. Асептический танк заполняется первым продуктом в
количестве, достаточном для обеспечения полного рабочего цикла упаковочной машины. Затем на линии ВТО
производится обработка второго продукта, который направляется непосредственно на упаковку.
Таким образом, включение в производственную линию одного и более асептических танков
обеспечивает гибкость при планировании производства. В случае непосредственной упаковки продукта после
ВТО требуется рециркуляция его дополнительного объема, как минимум 300 литров в час, для поддержания
постоянного давления на упаковывающих машинах. При производстве продуктов, чувствительных к
дополнительной обработке и не способных выдерживать рециркуляцию, избыточный объем должен подаваться
из асептического танка.
Таким образом, для каждого отдельного процесса следует решить вопрос оптимальной компоновки
теплообменных установок, асептических танков и асептических упаковочных машин.
Асептическая упаковка
Асептическая упаковка была определена как процедура, состоящая из стерилизации упаковочного
материала или тары, розлива коммерчески стерильного продукта в стерильных внешних условиях и
производства достаточно плотной тары, чтобы предотвратить повторное бактериальное обсеменение, т. е.
герметичной тары (рис. 9.29).
Для продуктов с длительным сроком хранения вне холодильника упаковка должна также обеспечивать
практически полную защиту от воздействия света и атмосферного кислорода. Картонная упаковка для молока с
длительным сроком хранения, следовательно, должна быть снабжена тонким слоем алюминиевой фольги,
расположенной между слоями полиэтиленовой пленки.
Понятие "асептический" подразумевает отсутствие или устранение из продукта любых нежелательных
организмов, упаковку или другие специальные вопросы, в то время как понятие "герметичный" используется
для указания соответствующих механических свойств, исключающих попадание микроорганизмов в упаковку
или, точнее говоря, предотвращающих прохождение микроорганизмов, газа, испарений в тару или из нее.
Экспериментальные установки ВТО
Выпускаются специальные экспериментальные установки для испытания новых, перспективных
продуктов. На этих установках можно изучать влияние различных технологических параметров,
высокотемпературной обработки, таких как программы изменения температуры, время выдержки, способ
нагрева (прямой или косвенный нагрев) а также необходимость проведения деаэрации, выбор давления и
температуры гомогенизации. Многие технологические параметры связаны с характеристиками продукта и
факторами, влияющими на них, например, рецептура, ингредиенты, предварительная обработка и т. д.
Эти параметры продукта столь же важны, как и параметры обработки, и успешная разработка новых
продуктов, прошедших высокотемпературную обработку, требует, чтобы все эти параметры были изучены
вместе. В то же самое время экспериментальная установка может быть использована для изучения свойств,
связанных с воздействием тепла, таких как устойчивость, чувствительность и способность спор выдерживать
тепловую обработку.
Многие лаборатории в пищевой и молочной промышленности имеют экспериментальные установки
для высокотемпературной обработки. Такие установки также имеются в школах, университетах и других
научных учреждениях, интересующихся технологиями молочных продуктов. Некоторые производители
установок для высокотемпературной обработки имеют также экспериментальные установки для исследования и
испытания продуктов, поступающих в розничную продажу.
Комплектная установка для высокотемпературной обработки может состоять из одного модуля для
косвенного нагрева в пластинчатых теплообменниках и дополнительных модулей для прямого нагрева, нагрева
в трубчатых теплообменниках и гомогенизации. На блок-схеме рис. 9.31 показана экспериментальная установка
для косвенного нагрева в пластинчатых теплообменниках или – в качестве варианта – в трубчатом
теплообменнике. Дополнительные модули для прямого нагрева и гомогенизации продукта установлены до
секции стерилизации (неасептический процесс, 5а), либо после ВТО (асептическая обработка, 5b).
Рис. 9.31 Блок-схема процесса высокотемпературной обработки для экспериментальной установки,
включающей в себя косвенный нагрев в пластинчатых теплообменниках или трубчатых теплообменниках и
модуль прямого нагрева (обведен пунктирной линией), а также вариантов асептической и неасептической
гомогенизации.
Заквасочные культуры и их
производство
Бактериальные культуры, известные как закваски, используются в производстве йогуртов, кефира
и других кисломолочных продуктов, а также в маслоделии и сыроделии. Закваску вносят в продукт и
позволяют развиваться в нем в контролируемых условиях. В процессе проходящей таким образом
ферментации бактерии образуют вещества, которые придают кисломолочному продукту его
характерные свойства, такие как кислотность (рН), вкус, аромат и консистенция. Снижение активной
кислотности при сбраживании бактериями лактозы до молочной кислоты оказывает консервирующее
действие на продукт, одновременно улучшая питательную ценность и усвояемость.
Кисломолочные продукты имеют различные характеристики, поэтому при их производстве используют
различные заквасочные культуры.
Заквасочные культуры можно классифицировать в соответствии с оптимальными температурными
границами развития:
• Мезофильные бактерии – оптимальная температура роста от 20 до 30С
• Термофильные бактерии – оптимальная температура роста от 40 до 45С.
Заквасочные культуры могут быть:
• Одноштаммовые (содержащие только один штамм бактерий)
• Многоштаммовые (смесь различных штаммов, каждый из которых оказывает свое собственное
влияние).
Мезофильные микроорганизмы могут далее делиться на O, L, D и LD культуры. В таблице 10.1
воспроизводится бюллетень Bulletin of the IDF (263/1991), в котором перечислены новые и старые названия
различных заквасочных культур. В настоящей главе используются старые названия.
Некоторые штаммы Str. diacetylactis являются настолько активными кислотообразователями, что могут
быть использованы как кислотообразующие микроорганизмы без добавления других бактериальных культур.
В основном эти микроорганизмы используются совместно со Str. cremoris/lactis. Культуру Leuc.
citrovorum, напротив, нельзя использовать в чистом виде, поскольку рост Leuc. citrovorum в молоке обусловлен
присутствием питательных веществ, вырабатываемых Str. lactis или Str. cremoris. При отсутствии
вырабатывающих кислоту бактерий рост Leuc. citrovorum в молоке значительно замедляется, и в таких условиях
они не могут вырабатывать ароматические вещества.
Таблица 10.1
Новые и старые названия различных заквасок и их использование
Тип Старое название Новое название Продукт
Мезофильные
O Streptococcus cremoris Lactococcus lactis ssp. cremoris Сыр Чеддер Streptococcus lactis Lactococcus
lactis ssp. lactis Сыр Фита
Сыр домашний
Творог
L* Streptococcus cremoris Lactococcus lactis ssp. cremoris Сыр Континенталь (с глазками)
Streptococcus lactis Lactococcus lactis ssp. lactis Leuconostoc citrovorum Leuconostoc mesenteroides ssp.
cremoris Кисло-сливочное масло Leuconostoc lactis Leuconostoc lactis Сыр Фита
D** Streptococcus cremoris Lactococcus lactis ssp. cremoris Кисло-сливочное масло Streptococcus lactis
Lactococcus lactis ssp. lactis Streptococcus diacetylactis Cit+ Lactoccoci***
LD Streptococcus cremoris Lactococcus lactis ssp. cremoris Сыр Континенталь (с глазками) Streptococcus
lactis Lactococcus lactis ssp. lactis Сыр, созревающий с участием плесени Streptococcus diacetylactis Cit+
Lactococci*** Сквашенная пахта Leuconostoc citrovorum Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris Кисло-
сливочное масло Leuconostoc lactis Leuconostoc lactis
Термофильные
Streptococcus thermophilus Streptococcus salivarius ssp. thermophilus Йогурт Lactobacillus bulgaricus
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus Сыр Моцарелла Streptococcus thermophilus Streptococcus salivarius ssp.
thermophilus Сыр Эмменталь Lactobacillus helveticus Lactobacillus helveticus Сыр Грана Lactobacillus lactis
Lactobacillus delbrueckii ssp. lactis *L – Leuconostoc ** D – diacetylactis
*** Cit+ – Аббревиатура для цитратов, которые преобразуются во вкусовые и ароматические
соединения
Такие характеристики бактерий, как оптимальная температура роста и солеустойчивость, очень важны
при подборе состава заквасочной культуры. Назначение составляющих штаммов состоит в получении нужного
результата в симбиозе, а не для дополнения одного штамма другим. Следовательно, их характеристики в этих
отношениях должны быть дополняющими друг друга. В таблице 10.2 перечислены основные данные для
наиболее важных заквасочных культур микроорганизмов.
Молочные заводы обычно покупают готовые смеси заквасок – промышленных заквасочных культур – у
специальных лабораторий. Эти лаборатории прилагают большие усилия по исследованиям и разработкам
составов специальных заквасочных культур для указанного продукта – например, масла, сыра и широкого ряда
кисломолочных продуктов.
Таким образом, молочные заводы могут получать заквасочные культуры, обладающие свойствами,
выбранными для определенных характеристик продукта, таких как текстура, вкус и вязкость.
Молокозаводы могут покупать производственные заквасочные культуры в различном виде:
• В жидком виде для получения маточной закваски (в настоящее время довольно редко)
• В состоянии глубокой заморозки – концентрированные заквасочные культуры для получения
производственной закваски
• Концентрированные заквасочные культуры после сублимационной сушки в виде порошка – для
получения производственной закваски
• В состоянии глубокой заморозки – сверхконцентрированные закваски в готовом растворимом виде
для непосредственного введения в продукт.
Этапы приготовления
В последние годы концентрированные закваски в основном использовались для непосредственного
изготовления производственной закваски (см. рис. 10.2), а также для непосредственного использования в
производстве.
В будущем применение заквасок будет, по всей вероятности, основано на специально разработанных
концентрированных заквасках, которые можно использовать непосредственно в производстве, без какого бы то
ни было приготовления на молочном заводе. Однако есть молочные заводы, которые еще получают свою
собственную производственную закваску через последовательные стадии из материнской закваски, как
показано на рис. 10.3, поэтому здесь приводится описание этого метода.
Процесс может состоять из двух и более стадий. Закваски на различных этапах приготовления имеют
определенные названия:
• Промышленная закваска, оригинальная закваска – исходная культура, которую молокозаводы
покупают у лаборатории
• Материнская закваска – эта закваска приготавливается из оригинальной культуры на молочном заводе.
Материнская закваска готовится ежедневно и является, как указывает ее название, исходной для всех заквасок,
приготавливаемых на молочном заводе
Таблица 10.2
Характеристики некоторых важных бактерий заквасочных культур
Бактерия Оптимальная Макс. Формирование Фермент
(старое название) темп. роста, С солеустой- кислот, фермен., лимонной чивость для % кислоты роста
I Streptococci
Str. lactis прибл. 30 4 – 6,5 0,8 – 1,0 –
Str. cremoris 25 – 30 4 0,8 – 1,0 –
Str. diacetylactis прибл. 30 4 – 6,5 0,8 – 1,0 +
Str. thermophilus 40 – 45 2 0,8 – 1,0 –
Leuc. citrovorum 20 – 25 – мало +
II Lactobacilli
Lb. helveticus 40 – 45 2 2,5 – 3,0 –
Lb. lactis 40 – 45 2 1,5 – 2,0 –
Lb. bulgaricus 40 – 50 2 1,5 – 2,0 –
Lb. acidophilus 35 – 40 – 1,5 – 2,0 –
• Промежуточная закваска – промежуточный этап производства больших объемов производственной
закваски
• Производственная закваска – закваска, используемая в производстве.
Технологический процесс
Производство заквасок является одним из наиболее важных, а также самых трудных процессов на
молочном заводе. Неудачное производство может привести к большим финансовым потерям, так как
современные молокозаводы перерабатывают большие объемы молока.
Поэтому большое внимание следует уделять технологии производства и выбору производственного
оборудования. Производство заквасок должно осуществляться в строгих санитарных условиях. Риск попадания
через воздух дрожжей, плесеней и бактериофага следует свести к абсолютному минимуму. Материнские
закваски должны приготавливаться в отдельном помещении, обеспечиваемом отфильтрованным воздухом под
давлением, несколько более высоким, чем обычное атмосферное давление. Система мойки оборудования
должна также быть тщательно продумана, чтобы предотвратить соприкосновение остатков моющих и
стерилизующих средств с заквасками и их порчу.
Изготовление промежуточной и производственной заквасок может выполняться на месте производства,
или в том же самом помещении, где приготавливается материнская закваска. Необходимо, чтобы каждый
перенос закваски на следующую стадию производства осуществлялся при асептических условиях.
Стадии процесса
Процесс, представленный на рис. 10.4, практически одинаков для производства материнской,
промежуточной и производственной заквасок. Он состоит из следующих стадий:
• Тепловая обработка питательной среды
• Охлаждение до температуры заквашивания
• Заквашивание
• Сквашивание