Тетра Пак. Технология производства молока

Подождите немного. Документ загружается.

Центробежный насос (8) подает обезжиренное молоко через секцию предварительного нагрева

пластинчатого теплообменника (9). Технологическая схема предусматривает введение молочного жира в танки

для смешивания. Добавление жира приводит к снижению пенообразования, вызываемого захватом воздуха. В

данном случае пенообразование весьма интенсивное, поэтому рекомендуется устанавливать в линию деаэратор

(10) после секции подогрева теплообменника (9). Молоко подогревается до температуры примерно на 8ºС выше

температуры гомогенизации, после чего происходит мгновенная деаэрация, как это описано выше. Затем

молоко подается через встроенный инжектор (13), подающий жир из резервуара для плавления жира (11) в

поток с помощью объемного дозирующего насоса (12). Смешивание в потоке завершается в смесителе (14),

установленном после инжектора. Немедленно после смешивания восстановленное молоко поступает в

высокопроизводительный гомогенизатор (15), где повышается степень дисперсности жировой фазы. Затем

гомогенизированное молоко опять подается в теплообменник (9) для пастеризации и охлаждения. После выхода

из пастеризатора молоко готово к упаковыванию.

Перекачивание молока

Необходимо согласовать условия перекачивания молока и конструкцию производственной линии. Это

обеспечивает поставку потребителю высококачественного продукта.

Упаковывание

Молоко должно быть упаковано как можно быстрее после его изготовления. Молоко, прошедшее

высокотемпературную обработку (UHT-обработку), должно подаваться по асептической линии на упаковочную

машину для упаковывания в картонные пакеты или жестяную тару. Пастеризованное молоко может разливаться

в бумажные или пластиковые пакеты и стеклянные бутылки. Используемые бутылки должны быть изготовлены

паризтемного стекла, предохраняющего органолептические свойства молока от изменения под воздействием

света.

Упаковка всегда должна быть непроницаемой для воздуха, чтобы предотвратить окисление

компонентов молока. Она должна быть также достаточно прочной для укладки в ящики или коробки.

Хранение

Обычно восстановленное молоко подается на упаковку непосредственно после производственной

линии. Для компенсации временных остановок на линиях производства и расфасовки может потребоваться

буферный резервуар. При производстве стерилизованного молока этот резервуар должен быть асептическим для

предотвращения риска повторного попадания микроорганизмов.

Упакованное стерилизованное молоко может храниться в любых условиях при обеспечении

целостности упаковки. Пастеризованное молоко должно храниться в охлаждаемых складских помещениях.

Молоко, подвергнутое высокотемпературной обработке, и стерилизованное молоко часто используется на

рынках, где хранение при пониженных температурах отсутствует или недостаточно развито.

Реализация

Температура окружающей среды и другие условия не являются столь критичными для молока,

подвергшегося ультравысокотемпературной обработке и стерилизованного молока по сравнению с

пастеризованным. Фактор времени также не является столь важным. Молоко, прошедшее ВТ-обработку,

например, можно перевозить в обычных грузовиках на дальние расстояния и выставлять на продажу в

магазинах без холодильных устройств, куда люди приходят за покупками, может быть, раз в неделю.

Для пастеризованного молока, напротив, требуется транспортировка в изотермических фургонах,

обеспечивающих хранение продукта при пониженных температурах, охлаждаемые прилавки в магазинах,

продажа в течение суток, и предпочтительно хранение пастеризованного молока в домашних условиях

осуществлять в холодильнике.

Мороженое

Неизвестно, как давно началось производство мороженого, но вполне вероятно, что его родиной

является Китай. Древние рукописи свидетельствуют, что китайцы любили замороженный продукт,

получаемый смешиванием фруктовых соков со снегом, который мы сегодня называем фруктовым льдом.

Впоследствии этот способ приготохвления распространился в Древней Греции и Риме, где замороженные

десерты считались пристрастием состоятельных людей.

Исчезнув на несколько столетий, мороженое в различных видах вновь появилось в Италии в

средние века, вероятнее всего, по возвращении Марко Поло в Италию в 1295 году после 16–17-летнего

пребывания в Китае, где он научился ценить замороженные десерты на основе молока. Из Италии

мороженое в течение семнадцатого столетия распространилось по всей Европе и долго еще оставалось

деликатесом, подаваемым при королевских дворах.

Продажа мороженого в США широкой публике началась в XVIII столетии, но стала повсеместной лишь

в XIX веке с появлением на рынке первых оптовых фирм.

Виды мороженого

В соответствии с основными используемыми ингредиентами мороженое можно подразделить на четыре

основные категории:

• Мороженое, приготовленное исключительно из молочных продуктов

• Мороженое, содержащее растительные жиры

• Мороженое-щербет, изготавливаемое из фруктовых соков с добавлением молочного жира и сухого

обезжиренного молочного остатка

• Сладкий фруктовый лед, получаемый из воды, сахара и фруктовых концентратов.

Два первых вида мороженого по оценкам составляют 80–90% от общего мирового производства.

Поэтому в дальнейшем приводится описание этих двух видов. Состав основных типов мороженого представлен

в таблице 19.1.

Таблица 19.1

Состав основных видов мороженого

Вид мороженого Жир СОМО Сахар Э и С Вода Взбитость

вес. % вес. % вес. % вес. % вес. % об. %

Десертное мороженое 15 10 15 0,3 59,7 110

Сливочное мороженое 10 11 14 0,4 64,6 100

Молочное мороженое 4 12 13 0,6 70,4 85

Щербет 2 4 22 0,4 71,6 50

Фруктовый лед 0 0 22 0,2 77,8 0

Жир Молоко, сливки, сливочное или растительное масло

Вода Может включать ароматизатор и краситель

СОМО Сухой обезжиренный молочный остаток (белки, соли, лактоза)

Сахар Жидкая илитвердая сахароза (10% сахара может составлять глюкоза или несахарные

подсластители-несахара)

Э/С Эмульгатор и стабилизатор, т.е. моноглицериды, желатин, альгинат

Взбитость Количество воздуха в продукте

Прочие Яйца, кусочки фруктов и шоколода

компоненты – могут добавляться в процессе изготовления

Технология мороженого

Приемка и хранение сырья

Сырье хранится в резервуарах, бункерах, бочках или мешках в зависимости от его физического

состояния. Подбор оборудования для приемки осуществляется в соответствии с производительностью завода.

Сухие продукты, используемые в сравнительно малых количествах,– например, сухая сыворотка, стабилизаторы

и эмульгаторы, какао-порошок, и т.п.– обычно поставляются в мешках. Сахар и сухое молоко могут

поставляться в контейнерах и транспортируются посредством сжатого воздуха в башенные танки. Сыпучие

материалы, такие как сахар и сухое молоко, также могут поставляться в мешках, которые опорожняются с

помощью специальных машин. Жидкие продукты, такие как молоко, сливки, сгущенное молоко, жидкая

глюкоза и растительное масло, могут поставляться в цистернах.

Наполнение, экструзия, чашки/рожки/шарики (добавление ароматизаторов)

Введение смеси фруктовых сиропов и ингредиентов

Молочные продукты перед хранением охлаждают примерно до 5ºC, а сгущенное молоко с сахаром,

глюкоза и растительный жир должны храниться при достаточно высокой температуре (30–50ºC) с целью

сохранения пониженной вязкости, достаточной для их перекачивания.

Молочный жир поставляется в форме обезвоженного молочного жира (ОМЖ) или блоков сливочного

масла, которые плавятся и перекачиваются в резервуары для хранения, где должна поддерживаться температура

36–40ºC. В последнем случае готовятся порции, достаточные для производства в течение 1–2 дней с целью

предотвращения окисления молочного жира, за исключением хранения жира в атмосфере инертного газа (N

Расчет состава

Вес и/или объем отдельных компонентов необходимо тщательно рассчитывать перед их смешиванием.

Для получения хорошо сбалансированной смеси важно рассчитать процентное содержание сухого

обезжиренного молочного остатка (СОМО). Это производится вычитанием процентного содержания жира,

сахара, эмульгаторов и стабилизаторов (Э/С), которые вы желаете ввести, из 100 процентов и умножением

остатка на 0,15.

Например, для изготовления мороженого с 10 вес. % жира, 15 вес. % сахара и 0,5 вес. % Э/С, требуемое

весовое процентное СОМО составит:

(100 – 10 – 15 – 0,5) х 0,15 = 11,5 вес. %

Если известно количество СОМО, содержание сухих веществ считается величиной постоянной, число

позволяет рассчитать количество добавляемых ингредиентов. К тому же увеличение объема обычного

мороженого за счет воздуха составляет около 2,5–2,7 общего содержания сухих веществ в смеси. Так, для

примера, рассмотренного выше, взбитость составит:

СОМО 2,7 x (10 + 15 + 0,5 + 11,5) = 100 %.

После фризерования, проходящего одновременно со взбиванием, когда объем мороженого

увеличивается за счет введения определенного количества воздуха, объем исходной смеси практически

удваивается, что означает также, что процентное содержание компонентов в объеме уменьшается почти в два

раза.

Компоненты

Различные компоненты поступают, взвешиваются и анализируются в отделе приемки сырья, который

обычно подразделяется на секцию сухих компонентов и секцию жидких компонентов.

В производстве мороженого используются следующие компоненты:

• Жир

• Сухой обезжиренный молочный остаток (СОМО)

• Подсластитель сахар/несахар

• Эмульгаторы/стабилизаторы

• Вкусоароматические добавки

• Красящие добавки.

Жир

Жир, содержание которого в молочном мороженом составляет примерно 10–15 вес. %, может быть

молочным или растительным. В первом случае это может быть цельное молоко, сливки, сливочное масло или

ОМЖ. Некоторая часть или весь молочный жир в мороженом может быть замещен твердым растительным

жиром в виде подсолнечного, кокосового, соевого или рапсового масла. Использование растительных жиров

приводит к небольшим изменениям цвета и запаха продукта по сравнению с молочнымжиром. Это различие

едва уловимо при использовании красителей и вкусоароматических добавок. Использование растительных

жиров в мороженом в некоторых странах запрещено.

Сухой обезжиренный молочный остаток (СОМО)

Сухой обезжиренный молочный остаток включает белки, лактозу и минеральные соли. Они

добавляются в виде сухого молока или сгущенного обезжиренного молока. Для достижения наилучших

результатов количество СОМО всегда должно быть пропорционально количеству жира. Для приготовления

смеси для мороженого с содержанием жира 10–12% количество СОМО должно быть равно 11–11,5% по весу.

СОМО обладают не только высокой питательной ценностью, но также способностью улучшать текстуру

мороженого путем связывания и замещения воды. Белковые компоненты СОМО также значительно влияют на

правильное распределение воздуха в мороженом в процессе замораживания.

Сахар

Сахар добавляется для регулировки содержания сухих веществ в мороженом, а также для придания

сладкого вкуса, предпочитаемого потребителями. Обычно смесь для изготовления мороженого содержит от 10

до 18% сахара по весу. Многие факторы влияют на сладость и качество продукта, при этом могут быть

использованы различные виды сахаров, например, тростниковый и свекловичный, глюкоза, лактоза и

инвертированный сахар (смесь глюкозы и фруктозы). Иногда используется сгущенное молоко с сахаром,

влияющее как на эффект сладости, так и на содержание нежировых компонентов молока. Обычный сахар

иногда растворяют в воде: до концентрации 50–55% при комнатной температуре, при 80ºС достигается

концентрация около 70%. Сахарный сироп более технологичен, чем сухой. При изготовлении мороженого для

диетического питания – в частности, для употребления больными диабетом – необходимо использовать

подсластители. Подсластитель не обладает питательной ценностью, но имеет весьма сладкий вкус даже в

незначительных дозах. Заметьте, что подсластители не могут быть использованы в качестве консервантов для

сладкого сгущенного молока.

Эмульгаторы

Эмульгаторы – это вещества, способствующие эмульгированию посредством снижения поверхностного

натяжения жидких продуктов. Они также помогают стабилизировать эмульсию. Яичный желток – хорошо

известный эмульгатор, но очень дорогостоящий, а также менее эффективный, чем обычно используемые

добавки, представляющие в основном неионные производные природных жиров, которые этерифицируются с

тем, чтобы ввести в них один или несколько водорастворимых (гидрофильных) радикалов, связанных с одним

или несколькими жирорастворимыми (липофильными) радикалами. Эмульгаторы, используемые в производстве

мороженого, можно подразделить на четыре группы: эфиры глицерина, эфиры сорбитола, эфиры сахаров и

сложные эфиры – производные других соединений. Количество вводимых эмульгаторов обычно составляет 0,3–

0,5% от веса смеси для мороженого.

Стабилизаторы

Стабилизатор – это вещество, которое при распределении в жидкой фазе (воде) связывает значительное

количество молекул воды. Этот процесс называется гидратацией, и это означает, что стабилизатор образует

решетку, которая предотвращает свободное движение молекул воды.

Существуют два типа стабилизаторов: белковые и углеводные. Белковая группа включает желатин,

казеин, альбумин и глобулин. Углеводная группа включает коллоиды морских продуктов, соединения

гемицеллюлозы и модифицированной целлюлозы. Доля стабилизатора обычно составляет 0,2–0,4% от веса

смеси для изготовления мороженого.

Вкусоароматические добавки

Вкусоароматические добавки играют важную роль при выборе мороженого потребителем. Чаще всего

используются ваниль, нуга, шоколад, клубника и орехи. Они вводятся на стадии смешивания. Если вкусовые

добавки присутствуют в форме больших кусочков, например, нуга, орехи, фрукты или джем, то они

добавляются в уже замороженную смесь.

Какао очень широко используется при изготовлении блоков мороженого, рожков, а также брикетов с

шоколадным покрытием. Для этой цели какао смешивают с жиром – например, какао-маслом – для придания

шоколадному покрытию необходимой вязкости, эластичности и консистенции.

Красители

Красящие вещества добавляют в смесь для придания мороженому привлекательного вида и улучшения

цвета фруктовых вкусоароматических добавок. Красящие добавки обычно вводятся в виде концентрата.

Допускается использование только разрешенных красителей и стерилизаторов.

Взвешивание, измерение и смешивание

Количество сухих ингредиентов определяется измерением массы, в то время как жидкие компоненты

могут дозироваться также по объему.

На заводах с невысокой производительностью и небольшими объемами перерабатываемого сырья

сухие компоненты обычно взвешиваются и подаются в резервуары для смешивания вручную. Эти резервуары

предназначены для косвенного нагрева и снабжены высокопроизводительными мешалками.

Крупнотоннажные производства используют автоматические дозирующие системы, которые зачастую

специально изготовлены по проектам изготовителя.

Сырье в танке нагревается и перемешивается до получения однородной смеси, которая затем

пастеризуется и гомогенизируется. Наиболее широко используемыми вкусоароматическими добавками при

изготовлении мороженого являются ваниль, нуга, шоколад, клубника и орех.

На крупных заводах обычно используют два танка вместимостью, обеспечивающей работу

пастеризатора в течение 1 часа с целью поддержания непрерывности производства. Сухие компоненты – в

частности, сухое молоко – обычно вводится в смесительное устройство, через которое циркулирует вода,

создавая эффект эжектора, всасывая порошок в поток. Перед возвращением в резервуар для ускорения

растворения смесь обычно подогревается до 50–60ºС. Жидкие компоненты – например, молоко, сливки,

сахарный сироп и т.д.– дозируются и вводятся в смесительный танк.

Гомогенизация и пастеризация

При крупномасштабном производстве смесь для мороженого поступает в балансный танк, далее

подается в пластинчатый теплообменник, где подогревается до 73–75ºС. Перед гомогенизатором посредством

поточного смесителя дозируются и вводятся ОМЖ или растительные жиры. После гомогенизации,

протекающей при давлении 14–20 МПа (140–200 бар), смесь пастеризуется. При периодическом производстве

смесь, включающая определенное количество жира, сначала пастеризуется в технологическом танке, обычно

при 70ºС в течение 30 минут. Затем смесь проходит через гомогенизатор, охлаждается до 5ºС в пластинчатом

теплообменнике и поступает в резервуар для выдержки. В условиях крупномасштабного производства

гомогенизированная смесь возвращается в пластинчатый теплообменник и пастеризуется при температуре 83–

85ºС в течение примерно 15 секунд. Затем пастеризованная смесь охлаждается до 5ºС и подается в резервуар

для выдержки.

Выдержка

Смесь должна выдерживаться по меньшей мере в течение 4 часов при температуре от 2 до 5ºС при

постоянном медленном перемешивании. Во время выдержки стабилизатор оказывает необходимое действие и

происходит кристаллизация жира.

Непрерывное фризерование

Фризер для непрерывного фризерования выполняет две функции:

• Взбивает смесь, вводя контролируемое количество воздуха

• Замораживает воду, содержащуюся в смеси, в виде множества мелких кристаллов льда.

Аппарат для непрерывного замораживания. Смесь подается в цилиндр с охлаждающей рубашкой.

Процесс замораживания происходит очень быстро; это необходимо для образования мелких кристаллов льда.

Слой замороженной смеси непрерывно снимается со стенок цилиндра с помощью вращающегося била,

оснащенного ножом и установленного внутри цилиндра.

Из резервуаров для выдержки смесь поступает в фризер непрерывного действия, при этом происходит

одновременный захват воздуха и замораживание при температуре от –3ºС до –6ºС в зависимости от вида

мороженого. Увеличение объема за счет введения воздуха в смесь для приготовления мороженого называется

"взбиванием" и обычно составляет 80–100%, т.е. от 0,8 до 1 литра воздуха на литр смеси. На выходе из фризера

непрерывного действия мороженое имеет структуру, аналогичную структуре мягкого льда, при этом около 40%

содержащейся в ней воды заморожено. Затем она подается на следующую стадию процесса – упаковку,

экструзию или формование.

Фруктовый сироп и сухие компоненты – например, кусочки фруктов, орехов, шоколада – могут

вводиться в мороженое непосредственно после фризера. Это осуществляется с помощью подключения насоса

для сиропа или установки подачи компонента к линии мороженого.

Упаковка, экструзия и формование

Упаковка в стаканчики, рожки и контейнеры

Мороженое расфасовывается в стаканчики, рожки и контейнеры (от 1 до 6 литров) на ротационной или

поточной наполнительной машине, которая может содержать различные вкусоароматические добавки и

украшать продукт орехами, фруктами и шоколадом. Упаковки закрываются крышками перед выходом из

машины, после чего они проходят через закалочный туннель, где осуществляется окончательное замораживание

до –20ºС. До или после закаливания продукт может упаковываться вручную или автоматически в коробки или

другую тару.

Пластиковые коробочки или картонные стаканчики могут заполняться вручную из контейнеров,

оборудованных устройством подачи одной или двух вкусоароматических добавок.

Экструзия продукта на палочки или без палочек

Экструдированное мороженое обычно изготавливают при помощи туннельного экструдера. Мороженое

может выдавливаться различной формы и размеров непосредственно на лотки, в стаканчик или рожок, или в

двойные вафли.

Наносятся украшения, после чего продукт транспортируется на лотках через закалочный туннель, где

замораживается до –20ºС. После закаливания продукт удаляется с лотков и готов для упаковки в картонные

коробки вручную или автоматически. Эта система работает непрерывно; в зависимости от производительности

экструдера и типа продукта в час может быть изготовлено от 5 до 25 000 штук.

Формование брикетов

Брикеты мороженого или фруктового льда изготавливаются в специальных машинах, называемых

эскимогенераторами, снабженных ячейками, в которых формуется мороженое или фруктовый лед. Мороженое

поступает непосредственно из фризера непрерывного действия с температурой около –3ºС. Заполненные формы

постепенно перемещаются в рассоле с температурой –40ºС, который замораживает мороженое или еще жидкий

фруктовый лед. Палочки вставляются перед окончательным замораживаем форм. Замороженные продукты

извлекаются из форм после прохождения через теплый рассол, который расплавляет поверхностный слой

продукта и позволяет извлечь брикеты с помощью специального автоматического устройства. После извлечения

брикеты могут окунаться в шоколад, а затем передаваться на оберточную машину. Так как продукт полностью

заморожен, после заворачивания и упаковки в коробки продукт направляется непосредственно в холодильную

камеру.

В описанных фризерах можно изготавливать продукты разнообразной формы с одной, двумя и тремя

вкусоароматическими добавками, а также многослойные продукты с сердцевиной из мороженого и оболочкой

из сладкого льда.

Закаливание и холодильное хранение

Изготовление мороженого завершается только после закаливания при температуре около –20ºС. Для

продуктов, изготавливаемых на линии экструзии или в эскимогенераторах, операция закаливания включена в

технологическую линию. Продукт, упакованный немедленно после замораживания, должен все же пройти через

туннель для закаливания. Чем быстрее закаливание, тем лучше текстура. После закаливания продукты

поступают в холодильную камеру, где они хранятся на полках или стойках для поддонов при температуре –

25ºС. Продолжительность хранения мороженого зависит от вида продукта, упаковки и поддержания постоянной

низкой температуры. Срок хранения от 0 до 9 месяцев.

Обертывание и упаковка

Стаканчики, контейнеры и т.п. группируют и упаковывают в картонные коробки. Продукты

небольшого размера, например – эскимо, рожки и брикеты – перед упаковкой в коробки заворачиваются с

помощью одно- или многослойной оберточной машины. Конструкция установки для обертывания и упаковки

мороженого, являющейся частью технологической линии, зависит от типа продукта и ее производительности.

Эта операция может осуществляться вручную или в автоматическом режиме разной степени.

Казеин

Казеин является основным белком коровьего молока и составляет около 80% от общего

содержания белков, остальные 20% составляют сывороточные белки.

Казеин является основным компонентом обычного сыра. В процессе изготовления сыра казеин

осаждается под воздействием сычужного фермента. Образующийся сгусток состоит из казеина,

сывороточных белков, жира, лактозы и минеральных веществ.

Технический казеин изготавливается из обезжиренного молока с использованием одного из двух

основных способов: осаждение кислотой или коагуляция сычужным ферментом. Максимально возможное

количество жира, сывороточных белков, лактозы и минеральных солей должно быть удалено в процессе

многостадийной промывки водой, поскольку они снижают качество казеина, а также ухудшают его

сохраняемость. Высушенный должным образом, изготовленный казеин обладает относительно высокой

сохраняемостью и используется главным образом в пищевой и химической промышленности.

Виды казеина

Обычно казеин подразделяется на два типа:

• Cычужный казеин, получаемый ферментативным осаждением

• Кислотный казеин, получаемый подкислением обезжиренного молока до изоэлектрической точки (рН

4,6–4,7).

Кроме этих двух основных типов, существуют другие важные промышленные казеиновые продукты,

производимые в промышленных масштабах:

• Копреципитаты, изготавливаемые нагреванием обезжиренного молока до высокой температуры с

последующим осаждением комплекса казеина и сывороточных белков, которое обычно осуществляется

хлоридом кальция, копреципитат также содержит сывороточные и кальций

• Казеинаты, обычно казеинат натрия, получаемый при растворении кислотного казеина в гидроксиде

натрия.

Влияние качества сырья

Для того чтобы произвести высококачественный казеин, сырье – обезжиренное молоко должно иметь

хорошее качество. Если вследствие изменения кислотности в молоке будут развиваться микроорганизмы и

воздействовать на белки в молоке, это повлияет на цвет и консистенцию казеина, который приобретает

сероватую окраску и более мягкую консистенцию. Избыточное нагревание молока перед осаждением не только

вызовет различные взаимодействия между лактозой, казеином и сывороточными белками, но и придаст казеину

желтую или в – наихудшем случае – коричневатую окраску. Для производства казеина высокого

бактериологического качества без высокотемпературной обработки обезжиренного молока установка для

пастеризации может быть оборудована также и модулем для микрофильтрации (МФ). Для удовлетворения

высоких требований к качеству казеина, предназначенного для использования в пищевой промышленности,

необходимо не только тщательно спроектировать производственную линию, начиная от приемки молока, но

обеспечить также и тщательный контроль за предварительной обработкой и транспортировкой сырья еще до

начального этапа производства.

Сычужный казеин

Для производства сычужного казеина, а также других видов казеина используется пастеризованное при

72С в течение 15–20 секунд обезжиренное молоко. Даже невысокое содержание жира отрицательно влияет на

качество. Поэтому важно, чтобы молоко подвергалось эффективному сепарированию.

Ферментация происходит под действием сычужного фермента химозина. Молоко нагревается на

короткое время, а затем охлаждается примерно до 30С. После этого добавляется сычужный фермент. Через 15–

20 минут образуется гель. Его разрезают, а сгусток перемешивается при нагревании примерно до 60С. Высокая

температура необходима для деактивации фермента. Продолжительность тепловой обработки составляет около

30 минут.

Периодическая промывка

Сыворотка сливается после достижения конечной температуры, а остающийся казеин промывается

водой для удаления сывороточных белков, лактозы и солей. Промывка осуществляется в два или три этапа при

температуре от 45 до 60С. После слива воды казеин просушивается с помощью сита или сепаратора. Затем он

высушивается горячим воздухом до тех пор, пока содержание воды не снизится до 12%, и, наконец,

размалывается в порошок. Температура сушки зависит от используемого метода. При двухстадийном процессе

высушивания температура составляет 50–55С на первой стадии и около 65С на второй стадии. Сычужный

казеин должен быть белым или слегка желтоватым. Более темная окраска является признаком ухудшения

качества и может быть вызвана слишком высоким содержанием лактозы.

Непрерывная промывка

Сычужный казеин первоначально изготавливался партиями в специальных танках для производства

казеина, но сейчас используются также и непрерывные технологии. На линии для непрерывного производства

слив сыворотки осуществляется перед тем, как казеин проходит через два или три промывочных резервуара с

мешалками. Удаление сыворотки производится обычно в декантирующей центрифуге с целью уменьшения

объема потребляемых промывочных вод. Казеин обезвоживается между стадиями промывки, или на наклонных

статических ситах или в декантаторах. После завершения этапов промывки смесь казеина с водой поступает в

другой декантатор для удаления максимально возможного количества воды перед окончательной сушкой. В

крупномасштабных производствах коагуляция казеина все еще осуществляется партиями в рассчитанном

количестве ванн для производства казеина, которые освобождаются поочередно так, чтобы обеспечить

непрерывную загрузку установок для удаления сыворотки и промывки. Промывка осуществляется по принципу

противотока, что более экономично с точки зрения расхода воды по сравнению с прямоточной промывкой.

Последняя потребляет один литр воды на литр обезжиренного молока, тогда как для противоточной промывки

требуется лишь около 0,3–0,4 литра воды на литр обезжиренного молока. Число стадий промывки зависит от

требований, предъявляемых к продукту. Минимальное количество стадий – две. Свежая вода подается только на

последней стадии. После промывки казеин обезвоживается в декантаторе до содержания СВ 45–40%. После

сушки – например, в вибрационной сушилке – казеин размалывается до частиц размером 40, 50 или 80 mesh и

упаковывается в мешки (mesh = число отверстий сита на дюйм; 40 mesh соответствуют 0,64 мм).

Кислотный казеин

Кислотность молока доводится до изоэлектрической точки казеина, которая обычно соответствует рН

4,6, но может сдвигаться в присутствии нейтральных солей в растворе и располагаться в интервале от рН 4,0 до

рН 4,8. Изоэлектрическая точка – это такое состояние, где концентрация ионов гидроксония нейтрализует

отрицательно заряженные мицеллы казеина, что приводит к осаждению (коагуляции) казеинового комплекса.

Такое подкисление может быть осуществлено биологически или добавлением неорганических кислот,

например, соляной (HCl) или серной кислоты (H

Традиционное осаждение – молочнокислый казеин

Молочнокислый казеин получается в процессе бактериального сквашивания. Молоко пастеризуется и

охлаждается до 27–23С. Далее вводится закваска, содержащая мезофильную, не образующую газов

микрофлору.

Снижение кислотности до требуемой величины рН занимает около 15 часов. Если процесс сквашивания

будет слишком быстрым, возникнут различные проблемы – например, невысокое качество, пониженный выход

казеина. Для этой операции обычно используют большие резервуары. Это означает, что для опорожнения танка

может потребоваться столь долгое время, что кислотность может измениться.

После достижения требуемой кислотности молоко перемешивается и нагревается до 50–55С в

пластинчатом теплообменнике. После кратковременной выдержки продукт подвергается непрерывной

обработке – промывке и сушке – практически аналогично процессу обработки сычужного казеина.

Минеральное осаждение – кислотный казеин

Молоко нагревается до требуемой температуры, примерно 32С. Затем добавляется неорганическая

кислота, понижающая рН молока до 4,3–4,6. После проверки рН молоко нагревается до температуры 40–45С в

пластинчатом теплообменнике и выдерживается в течение двух минут до образования ровных агрегатов

казеина. Для извлечения максимально возможного количества сыворотки перед началом промывки смесь

казеина и сыворотки пропускают через декантатор. Таким образом, снижается количество воды, требующейся

для промывки.

Схема технологического процесса для изготовления кислотного казеина. Причем эта схема после

стадии подкисления практически идентична процессу получения сычужного казеина. Перед выходом из

установки сыворотка и промывочная вода удаляются, а осажденный казеин собирается в танк. После

добавления раствора щелочи казеин растворяется, а затем вновь смешивается с обезжиренным молоком,

предназначенным для производства казеина.

После просушки кислый казеин размалывается и упаковывается в мешки. Следует упомянуть и о

технологии производства кислотного казеина, разработанной фирмой Pillet, Франция. После подогрева до 32С

обезжиренное молоко подкисляется и поступает в установку для коагуляции. Коагуляция завершается после

нагрева примерно до 45С прямой инжекцией пара. Отделение сыворотки в декантаторе сопровождается

противоточной промывкой в одной или двух специально предназначенных для этого промывочных башнях.

Перед подачей в сушилку с псевдоожиженным слоем казеин обезвоживается в декантаторе.

Копреципитат

Копреципитат содержит практически все белковые фракции молока. После добавления небольшого

количества хлорида кальция или кислоты к обезжиренному молоку эта смесь нагревается до температуры 85–

95С и выдерживается при ней в течение 1–20 минут для прохождения реакции между казеином и белками

сыворотки. Затем осуществляется осаждение белков из нагретого молока путем регулируемого добавления либо

раствора хлорида кальция (для получения копреципитата с высоким содержанием кальция), либо разбавленной

кислоты (для получения осадка со средним или низким содержанием кальция в зависимости от количества

добавленной кислоты и уровня рН образующейся сыворотки). После этого сгусток последовательно

промывается либо высушивается для получения зернистых нерастворимых копреципитатов, либо растворяется в

щелочи, как описано в методике для производства казеинатов с целью получения растворимых или

"диспергируемых" копреципитатов.

Казеинат

Казеинат можно охарактеризовать как химическое соединение казеина и легких металлов, например,

одновалентного натрия (Na

) или двухвалентного кальция (Ca

Казеинаты можно получать из свежеосажденного ("влажного") сгустка кислотного казеина или из

сухого кислотного казеина по реакции с разбавленным раствором любой щелочи.

Казеинат натрия

Наиболее широко используемой щелочью для производства казеината натрия является раствор

гидроксида натрия (NaOH) с концентрацией 2,5М или 10%. Количество NaOH, требуемое для достижения

конечного значения рН около 6,7, обычно составляет 1,7–2,2% от веса твердого казеина. Можно использовать

также и другие соединения натрия – например, бикарбонат натрия или фосфаты натрия, но их расход и

стоимость выше, чем для NaOH. Обычно они используются только для специфических целей, например, для

производства цитрата казеинатов.

Высокая вязкость растворов казеината натрия с умеренными концентрациями, предназначенных для

распылительной сушки, приводит к ограничению содержания в них твердых компонентов до 20%. Рассматривая

операции обработки, необходимо отметить, что продолжительность растворения непосредственно связана с

размером частиц, поэтому уменьшение размеров частиц до добавления гидроксида натрия, а не после, приводит

к ускорению процесса. Следовательно, сгусток перед добавлением щелочи следует пропускать через

коллоидную мельницу. После окончательной промывки казеина его можно высушить до содержания твердых

веществ около 45%, а затем перед подачей в коллоидную мельницу вновь смешать с водой (до 25–30% твердых

веществ). Температура смеси должна быть ниже 45С, так как размолотый сгусток может вновь агломерировать

при более высоких температурах. Обычно смесь собирают в танк с рубашкой, оборудованный

высокопроизводительной мешалкой, включенный в систему циркуляции, оснащенную насосом с большой

мощностью. Добавление разбавленной щелочи следует проводить при тщательном контроле уровня рН в целях

достижения его конечного значения около 6,7. Предпочтительнее всего дозировать щелочь в линии

рециркуляции непосредственно перед насосом. После добавления щелочи к массе важно как можно быстрее

поднять температуру до 60–75С для снижения вязкости. Продолжительность растворения приготовленного

периодическим способом казеината натрия обычно равно 30–60 мин. Для эффективного распыления раствор

казеината натрия при подаче в распылительную сушилку должен иметь постоянную вязкость. Обычно вязкость

снижают путем предварительного подогрева раствора до 90–95С непосредственно перед распылительной

сушкой.

Казеинат кальция

Технология казеината кальция повторяет основные этапы производства казеината натрия, за

исключением нескольких важных отличий. Растворы казеината кальция склонны к дестабилизации при

нагревании, особенно при значениях рН ниже 6. Было установлено, что в процессе растворения реакция между

кислотным казеиновым коагулятом и гидроксидом кальция протекает значительно медленнее, чем между

коагулятом и гидроксидом натрия. Для ускорения реакции между казеином и гидроксидом кальция казеин

следует предварительно полностью растворить в гидроксиде аммония. Затем добавляют раствор гидроксида

кальция в сахарозе, подают раствор казеината кальция на вальцовую сушилку. Большая часть аммиака во время

этого процесса испаряется.

Прочие казеинаты

В литературе имеются только краткие упоминания о казеинате магния. Соединения казеина с

алюминием были получены для медицинских целей, а также в качестве эмульгаторов для мясных продуктов.

Производные казеина с тяжелыми металлами используются, главным образом, в терапевтических целях – в

частности, казеинаты серебра, ртути, железа и висмута. Казеинаты железа и меди получают ионообменным

способом для использования в качестве детских и диетических продуктов питания.

Казеинат натрия, полученный методом экструзии

Казеинат натрия можно получать из казеина в присутствии ограниченного количества воды методом

экструзии. Некоторые европейские компании, использующие в производстве метод экструзии,– Вернер и

Пфайдерер ГМбХ (Werner & Pfleiderer GmbH, Германия), Клекстраль (Clextral, Франция), и другие – сообщают

о хороших результатах получения казеината натрия методом экструзии с пропариванием. В большей части

опубликованной информации сообщается об использовании в качестве исходного сырья сухогоказеина. Вода и

щелочь добавляются для получения смеси для экструзии. Смесь казеина с водой имеет влагосодержание 10–

30%. Метод экструзии, используемый для производства казеинатов, скорее всего, станет конкурентоспособным

по отношению к традиционному способу периодического производства.

Более того, технология с применением экструзии была также опробована на производстве кислотного

казеина из обезжиренного молока. Пилотные испытания провели Дж. Фиктали (J. Fichtali) и Ф.Р. ван дер Ворт

(F.R. van der Vort) на установке в Колледже Мак- Доналд Университета Мак-Гилл в Квебеке (Канада). Они

резюмировали результаты своих испытаний (1990 г.) следующим образом: “Наша первоначальная работа по

производству кислотного коагулята из СОМ (сухого обезжиренного молока) методом экструзии показала, что

наиболее значительные усилия следует сосредоточить на разработке процесса для получения качественного

продукта. Соединенные Штаты, Канада и Европейское Экономическое Сообщество испытывают хроническое

перепроизводство молока, значительная часть которого перерабатывается на сухое обезжиренное молоко.

Изменяя условия проведения процесса экструзии, изучая коагуляцию высокомолекулярных соединений и

оптимизируя этапы коагуляции и промывки с использованием данной технологии, можно получать кислотный

казеин приемлемого качества. Этот процесс является непрерывным, регулируемым, использует сухие вещества

СОМи позволяет снизить затраты рабочей силы и уменьшить необходимые производственные площади по

сравнению с традиционной технологией. Данный материал может служить исходным сырьем для дальнейшей

переработки в казеинаты натрия с использованием процесса экструзии, который мы обсудим в следующей

статье”.

Применение казеина и казеинатов

Сычужный казеин

Сычужный казеин отличается от кислотного казеина. В промышленности он используется в основном

при производстве пластических масс. Сополимер казеина с формалином известен как галалит, а синтетическое

волокно из казеина как ланитал. Несмотря на большой выбор различных пластических масс, прямо

конкурирующих с галалитом, спрос на казеин для производства галалита все еще сохраняется. Небольшие

количества сычужного казеина используются также как сырье при производстве плавленого сыра. Сычужный

казеин нерастворим в воде.

Таблица 20.1

Типичный состав казеина, казеинатов и копреципитатов

Стандарты для кислотного казеина в

зависимости от сорта

ПоказательЭкстра Стандартный

Влажность (макс) 10 % 12%

Жир (макс) 1,5 % 2%

Свободные кислоты (макс) 0,20 мл 0,27 мл

Минеральный остаток (макс) 2,2 % 2,2%

Содержание белка в сухом продукте 95 % 90%

Общее количество бактерий/г (макс) 30 000 100 000

Бактерии группы кишечных палочек (макс.)/0,1 г 0 0

Cтандарты для кислотного казеина

ПоказательЭкстра Стандартный

Влажность (макс) 12 % 13%

Жир (макс) 1,0 % 1,5%

Зола (макс) 7,5 % 7,0%

Цвет A C

Типичный состав казеинатов

Казеинат натрия Казеинат кальция

Влага 3,8 % 3,8 %

Белок (N х 6,38) 91,4 % 91,2 %

Минеральный остаток 3,6 % 3,8 %

Лактоза 0,1 % 0,1 %

Жир 1,1 % 1,1 %

Натрий 1,2 – 1,4 % <0,1 %

Кальций 0,1 % 1,3 – 1,6 %

Железо 3 – 20 мг/кг 10 – 40 мг/кг

Медь 1 – 2 мг/кг 1,2 мг/кг

Свинец <1 мг/кг <1 мгкг

pH 6,5 – 6,9 6,8 – 7,0

Кислотный казеин

Кислотный казеин преобладает на мировом рынке. Он используется в химической промышленности в

качестве добавки в производстве бумаги – для глянцевания бумаги высшего качества. Для применения при

производстве бумаги особенно важно, чтобы казеин не содержал жира и частиц посторонних или подгоревших

веществ, которые могут образовывать пятна на бумаге. Для достижения исключительно низкого содержания

жира в обезжиренном молоке его необходимо подвергать микрофильтрации (МФ), совмещенной с

пастеризацией. В каждой отрасли промышленности существуют определенные строгие требования к качеству.

Производство красителей и косметики также является крупным потребителем казеина.

Казеинат натрия

Всевозрастающую важность приобретает применение казеина в качестве сырья для производства

казеината натрия. Казеин легко растворяется в разбавленной щелочи, и эта жидкость затем высушивается путем

распылительной сушки. Сухой казеин лучше растворяется, чем казеин и все больше используется в пищевой

промышленности. Он часто применяется в качестве эмульгатора для мясных продуктов, а также при

производстве ряда новых продуктов, таких как заменители молока и сливок.

Раствор казеината натрия характеризуется очень высокой вязкостью, причем максимально достижимая

концентрация равна 20% при 55–60С.

Таблица 20.2

Примерный аналитический состав гранулированного копреципитата и казеина

Казеин, выработанный Копреципитат

с применением

молочной и С высоким Со средним

серной кислоты содержанием содержанием

кальция кальция Кислотный