Стерилизация

Стерилизация – тепловая обработка молока при температуре выше 100 ⁰С. Проводится в целях получения безопасного в санитарно-гигиеническом отношении продукта и обеспечения его длительного хранения при температуре окружающей среды без изменений качества. При этом в продукте уничтожаются все микроорганизмы не только в вегетативной, но и в споровой форме.

В процессе стерилизации t и τ сохраняют ту же зависимость, что и при пастеризации.

Эффективность стерилизации Е_С определяется:

Е_С = lg10 С_Н – lg10 С_К (18)

где С_Н и С_К – начальная и конечная (после стерилизации) концентрация спорообразующих микроорганизмов. Стерилизация эффективна, когда Е_С = 9-10.

В процессе стерилизации происходят более существенные изменения физико-химических свойств молока по сравнению с пастеризацией.

Под действием температуры более 100 ⁰С происходят глубокие изменения оболочек жировых шариков, вызывающие выталкивание молочного жира и объединение его в капли, свободно плавающие на поверхности. После обработки при температуре более 120 ⁰С жировые шарики теряют способность к отстаиванию и даже за 24 часа после обработки не всплывают на поверхность.

Тепловая обработка молока ухудшает его способность свертываться под действием сычужного фермента. Молоко, обработанное при температуре 120 ⁰С в течение 15 мин, совершенно не свертываются сычужным ферментом. Коагуляция казеина в свежем молоке возможна при температуре 145 ⁰С и выше. С повышением кислотности казеин коагулирует при низких температурах.

При повышении температуры выше 100 ⁰С молоко приобретает коричневый оттенок, в результате образования меланоидинов (аминокислота взаимодействует с лактозой). Кроме этого, при температуре более 100 ⁰С лактоза разлагается с образованием молочной, муравьиной и др. кислот, кислотность повышается на 1-2 ⁰Т.

В процессе высокотемпературной обработки происходит поляризация лактозы (образование лактулозы). Лактулоза обладает бифидогеннными свойствами, способствует лечению и профилактике заболеваний ЖКТ и печени.

Действие температуры более 100 ⁰С вызывает частичное разрушение всех витаминов молока. Витамин С разрушается практически полностью. Незначительные разрушения наблюдаются в содержании витамина А (10-13 %). В зависимости от режимов стерилизации витамины группы В разрушаются от 10 до 100 %.

В процессе тепловой обработки изменяется состав солей кальция: гидро- и дигидрофосфаты переходят в нерастворимый ортофосфат кальция_. В результате стерилизации количество ионно-молекулярного кальция снижается на 11-50 %.

При стерилизации усугубляются изменения сывороточных белков. Степень денатурации зависит от режимов стерилизации и составляет 50-88 %. В процессе стерилизации также может наблюдаться гидролиз белков, т.к. наблюдается увеличение небелкового азота.

Казеин является очень термоустойчивым белком, для его коагуляции необходима выдержка молока при Т = 130 ⁰С в течение 2-8 мин. Однако при высоких температурах изменяется состав и структура ККФК: отщепляются гликопептиды, органический фосфор и кальций, на поверхности мицелл казеина осаждаются денатурированный β-лактоглобулин, ортофосфат кальция. Эти факторы вызывают агрегацию мицелл казеина, увеличивается их размер, увеличивается вязкость молока и как следствие снижается термоустойчивость.

Так как белковые компоненты ферментов близки к сывороточным белкам, то при стерилизации большая часть ферментов молока инактивируется. Сравнительно устойчивы к нагреванию кислая фосфотаза, пероксидаза, бактериальные липазы и протеиназы, при ультравысокотемпературной обработке возможно сохранение активности этих ферментов, которая в последствие является причиной порчи стерилизованных продуктов. Некоторые из термостабильных ферментов обладают свойствами реактивации – восстановление активности в процессе хранения молочных продуктов.

При правильно проведенной стерилизации молоко приобретает привкус кипячения и ореховый привкус, обусловленный образованием сульфгидрильных групп, которые являются антиокислителями, препятствуют окислению и прогорканию жира.

Стерилизация в зависимости от применяемого оборудования может быть периодической, полунепрерывной и непрерывной.

Периодическая стерилизация производится в автоклавах вертикального и горизонтального типа. Подготовленное молоко разливают в бутылки и укупоривают металлическими крышками. Бутылки устанавливают в корзины и помещают в стерилизатор. Он герметически закрывается, воздух в нем замещается паром, давление повышается. Стерилизация идет при температуре 103-104 ⁰С и времени 40 мин. Затем пар сбрасывают, температура понижается до 100 ⁰С, молоко охлаждают, заполняя автоклав водой.

Наряду с периодичностью процесса (а, следовательно, трудо-емкостью) недостатком такой стерилизации является значительные изменения молока, длительное воздействие температуры приводит к интенсивно-бурой окраске молока. Сильно выраженному вкусу кипячения.

Полунепрерывная стерилизация осуществляется в стерилизаторах, выполненных в виде туннеля, состоящего из 11 камер, в которых последовательно осуществляется нагрев, стерилизация и охлаждение продукта. Стерилизация такого вида может осуществляться двумя путями: одноступенчатым и двухступенчатым. При одноступенчатом молоко подвергается стерилизации один раз в потоке, или после розлива – в бутылках. При двухступенчатом способе молоко стерилизуется дважды: до розлива – в потоке и после розлива – в бутылках.

Непрерывная стерилизация, являясь наиболее прогрессивной. Для стерилизации молока в бутылках используются четырехбашенные стерилизаторы (рис.8). Молоко стерилизуется в бутылках, движущихся по цепному транспортеру. Нагревание молока в стерилизаторах непрерывного действия происходит значительно быстрее, чем в автоклавах, что способствует лучшему сохранению качества. При движении бутылки с молоком переворачиваются 7 раз, что обеспечивает лучший прогрев молока.

Наиболее прогрессивный является стерилизация продукта в потоке при ультравысокотемпературном (УВТ) режиме (135-150 ⁰С) с выдержкой несколько секунд с последующим фасованием его в асептических условиях в стерильную тару. Такое молоко по своим качествам приближается к пастеризованному молоку.

УВТ стерилизация молока осуществляется путем косвенного нагрева в установках поверхностного типа (теплообменники трубчатые, пластинчатые) или путем прямого нагрева в пароконтактных установках.

При косвенном нагреве греющая среда (пар, горячая вода) обеспечивает нагревание молока до 135-138 ⁰С в течение 12-20 с. Повышение температуры стерилизации ведет к образованию пригара на теплопередающей поверхности, уменьшению питательной ценности и поэтому не рекомендуется.

При прямом нагреве продукт и греющая среда находятся в прямом контакте. Нагрев продукта осуществляется паром двумя способами: либо инжекцией пара в молоко, либо введением молока в пар. В 1-ом случае пар под давлением вводится в молоко, нагревая его в доли секунды до 140-150 ⁰С (уперизация). Во 2-ом случае молоко инжектируется в виде капель, струй или пленки в атмосферу пара (вакреация).

Пар должен быть сухим, насыщенным, без посторонних примесей и запахов, полученным из питьевой воды в специальных парогенераторах (кулинарный пар).

Основным преимуществом прямого нагрева является практически мгновенное нагревание всей массы продукта, без теплопередающей поверхности, что позволяет обрабатывать более вязкие продукты, работать длительно без промежуточной мойки (15-20 часов при высоком качестве сырья).

Недостатки прямого нагрева: высокая энергоемкость, низкий коэффициент рекуперации тепла (40-50 %), проблемы получения пара высокого качества и регулирования процесса удаления конденсата на стадии охлаждения продукта в вакуум-камере.

Процесс косвенного нагрева более простой, надежный, менее энергоемкий, рекуперация тепла составляет 70-90 %. Однако сокращенное время работы 6-12 часов, наличие пригара в секциях нагрева и стерилизации, может снизить время работы и до 4 часов.

Качество молока, полученное прямым и косвенным методами, существенно не различается. Поэтому при выборе способа стерилизации и типа установок для производства стерилизованных молочных продуктов следует исходить из условий производства.

Вопросы для контроля изучения материала лекции

1. Охлаждение. Сущность процесса?

2. Изменения в молочном сырье в процессе охлаждения?

3. Замораживание молочного сырья?

4. Изменения в молочном сырье в процессе замораживания. Практическое применение замораживания?

5. Пастеризация. Цели пастеризации?

6. Теоретические основы пастеризации?

7. Изменения компонентов молока, происходящие в процессе пастеризации?

8. Факторы, влияющие на эффективность пастеризации?

9. Режимы пастеризации?

10. Стерилизация. Изменения, происходящие в процессе стерилизации?

11. Виды стерилизации. Аппаратурное оформление процесса?

ЛЕКЦИЯ №8 Химические и физические способы обработки молочного сырья

ПЛАН

1. Химические способы обработки.

2. Физические способы обработки.