3.4.4. Изменение состава и свойств молока в результате гомогенизации

В процессе гомогенизации изменяются структура и свойства белков. Диаметр мицелл казеина уменьшается, часть их распадается на субмицеллы, которые адсорбируются поверхностью шариков жира. Меняются структурно-механические, а также синеретические свойства кислотного и сычужного сгустков: повышается прочность сгустков и замедляется синерезис.

Изменяется и солевой состав молока: в плазме увеличивается количество кальция в ионно-молекулярном состоянии, а часть коллоидного фосфата и цитрата кальция адсорбируется поверхностью шариков жира.

После гомогенизации наблюдается активация ферментов молока: ксантиноксидазы, липазы и др., - что может сопровождаться образованием свободных жирных кислот, повышением титруемой кислотности и даже прогорканием молока.

Процесс гомогенизации изменяет физико-химические свойства молока. Возрастает вязкость вследствие увеличения общей площади поверхности жировой фазы и адсорбции белковых компонентов на их оболочках. Следует подчеркнуть, что нарастание кислотности происходит в том случае, когда гомогенизации подвергается сырое молоко (ферменты воздействуют на молочный жир), в случае гомогенизации пастеризованного молока (ферменты инактивированы), такой рост наблюдается только после определенного срока хранения. Стабильность жировой фазы повышается, белковой - снижается.

Процесс гомогенизации понижает термоустойчивость молочных смесей. Степень влияния гомогенизации зависит от температуры и давления, при которых она проводится. Установлено, что термоустойчивость гомогенизированного молока зависит от значения рН в меньшей степени, чем термоустойчивость негомогенизированного молока. В гомогенизированных молочных эмульсиях термоустойчивость определяется агрегативной устойчивостью жировых шариков, которая зависит от их качественного состава и величины общей поверхности, структуры адсорбционных оболочек. Вследствие этого при тепловой коагуляции гомогенизированных молочных эмульсий в роли коагулирующих частиц выступают жировые шарики, покрытые адсорбционными оболочками, основным компонентом которых является казеин. Если скопления жировых шариков, образовавшиеся в процессе гомогенизации эмульсий с повышенным содержанием жира, разрушаются на второй ступени гомогенизации, то это способствует повышению термоустойчивости эмульсии. У гомогенизированных эмульсий другой механизм коагуляции, чем у негомогенизированных.

Гомогенизация повышает дисперсность жировой фазы молока, что способствует уменьшению содержания жира в сыворотке благодаря отсутствию отстоя жира в процессе свертывания и более равномерному распределению его в сгустке. Однако в процессе гомогенизации изменяются свойства молочных белков, что ухудшает технологические свойства молока: при свертывании образуется непрочный, менее связанный сгусток, замедляется выделение сыворотки, затрудняется образование сгустка.

3.4.4. Оборудование для дробления жировых шариков

Для гомогенизации молока и жидких молочных продуктов используются в основном гомогенизаторы клапанного типа, несмотря на их громоздкость и вибрацию при работе, а для вязких продуктов (плавленый сыр, масло) - гомогенизаторы-пластификаторы клапанного типа. Гомогенизация молока и жидких молочных продуктов может осуществляться также в сепараторах-диспергато-рах. В молочной промышленности проводятся работы по использованию для гомогенизации ультразвуковых и центробежных гомогенизаторов с целью снижения энергоемкости процесса.

В настоящее время применяют следующие виды гомогенизации: одно-, двух- и трехступенчатую. При одноступенчатой гомогенизации могут образовываться агрегаты мелких жировых шариков и даже их слияние. Для предотвращения этого процесса предусматривается двух- и трехступенчатая гомогенизация, обеспечивающая разрушение этих агрегатов и дальнейшее диспергирование жировых шариков.

При эксплуатации клапанных гомогенизаторов основным способом снижения энергоемкости процесса является применение раздельной гомогенизации. Этот способ основан на предварительном выделении сепарированием низкожирных сливок, гомогенизации их при температуре 70 С и давлении 10-15 МПа и последующей нормализацией сливок обезжиренным молоком. Раздельная гомогенизация предназначена для получения гомогенизированного молока с требуемым содержанием жира, повышенной стабильностью жировой дисперсной фазы и белков. При производстве раздельно гомогенизированного молока с использованием двухступенчатой гомогенизации массовая доля жира в сливках не должна превышать 25 %, а при одноступенчатой - 16 %.

Способ раздельной гомогенизации применяют для того, чтобы увеличить производительность и ограничить нежелательное механическое воздействие на молочный белок при выработке молока пастеризованного, кисломолочных продуктов и сыров. Полученное при раздельной гомогенизации молоко по своим физико-химическим свойствам не отличается от обычного гомогенизированного молока, если содержание жира в сливках, используемых при гомогенизации, не превышает 12 %.

При производстве сметаны 10, 15 и 20%-й жирности гомогенизации подвергают всю массу нормализованных сливок.

Для сметаны 25%-й жирности объемная доля сливок, направляемых на гомогенизацию, по отношению к их общему объему составляет 70-80 %, а для сметаны 30%-й жирности - 50-70 %.

При производстве кисломолочных напитков также применяют раздельную гомогенизацию.

Раздельная гомогенизация используется в основном при производстве мягких сыров и некоторых видов твердых сыров.

С одной стороны, гомогенизация повышает дисперсность жировой фазы молока, что способствует уменьшению содержания жира в сыворотке благодаря отсутствию отстоя жира в процессе свертывания и более равномерному распределению его в сгустке. Однако, с другой стороны, в процессе гомогенизации изменяются свойства молочных белков, что ухудшает технологические свойства молока: при свертывании образуется непрочный, менее связанный сгусток, замедляется выделение сыворотки, затрудняется обработка сгустка. В связи с этим гомогенизацию в производстве твердых сыров проводить нежелательно, так как в этом случае получается рыхлое сырное тесто, а в процессе созревания может образовываться самокол. Для избежания указанных пороков, а также с целью снижения потерь жира в сыворотку, увеличение выхода, улучшения консистенции в производстве сыров рекомендуется проводить раздельную гомогенизацию. В сырах, выработанных с применением раздельной гомогенизации сливок, меняется характер гидратации. В них до конца созревания остается влага, в то время как в сырах, выработанных из негомогенизированного сырья, она отсутствует уже после одного месяца созревания. Наличие этой формы влаги и увеличение содержания общей влаги в сырах влияют на получение нежной и маслянистой консистенции. Гомогенизация сливок также интенсифицирует процесс гидролиза жира и белка, что ведет к ускорению созревания сыра на 10–15 дней. Раздельная гомогенизация при производстве сыра «Рокфор» способствует увеличению выхода сыра на 8-9 % при значительном улучшении консистенции продукта за счет лучшего использования жира, белка, снижения содержания жира в сыворотке на 0,1-0,15 %, уменьшения усушки сыра при созревании на 1,5-2,5 %.

В настоящее время отмечается определенный прогресс в области совершенствования гомогенизаторов. Наряду с усовершенствованием традиционных гомогенизаторов ведутся работы по созданию нового класса менее энергоемких бесклапанных гомогенизаторов. Созданы машины, обеспечивающие производство эмульсионных продуктов, - это роторно-пульсационные аппараты (РПА).

Применение гомогенизаторов позволяет добиться не только однородности по размерам жировых шариков в молоке. С помощью гомогенизаторов добиваются однородной пластичной консистенции, с высокой степенью дисперсности влаги и равномерным ее распределением в монолите, масле и плавленых сырах. Устройство и принцип действия гомогенизаторов-пластификаторов аналогичен устройству и принципу действия гомогенизаторов для жидких молочных продуктов.

При производстве творога раздельным способом, плавленых сыров, смесей для мороженого и других многокомпонентных смесей применяют гомогенизаторы-дезинтеграторы, в которых процесс гомогенизации совмещен с процессом перемешивания.

Заслуживают внимания также ультразвуковые гомогенизаторы, разработанные на базе пьезоэлектрических преобразователей. С помощью ультразвуковых гомогенизаторов удается создать в жидкости звуковое поле с контролируемыми параметрами, что позволяет эффективно проводить процесс диспергирования, поскольку при фиксированной частоте ультразвуковых колебаний существуют оптимальные для данного вида эмульсии интенсивность звуковой волны и постоянное давление.

На рынке молочного оборудования ультразвуковые гомогенизаторы представлены единичными моделями, например, ультразвуковой гомогенизатор проточного типа марки РУЗ-3.

Сравнивая основные технические характеристики гомогенизаторов, можно отметить малые энергоемкость, массу и габариты РУЗ-3, эффективность гомогенизациии также существенно выше.

Кроме высокой эффективности, отмечен ряд преимуществ ультразвуковой обработки молока:

• при ультразвуковой обработке молока снижается уровень его микробиологической обсемененности;

• сухое молоко, выработанное с использованием ультразвуковой технологии, хранится дольше, чем полученное по традиционным технологиям, после восстановления по вкусу и составу не отличается от натурального;

• обработанное на ультразвуковом гомогенизаторе и замороженное для длительного хранения молоко после размораживания полностью восстанавливает вкус и питательную ценность.

Производительность гомогенизаторов колеблется от 250 до 50 000 л/час.

Подводя итог, можно сделать следующие выводы:

1. Гомогенизация имеет большое практическое значение в производстве молочных продуктов.

2. Гомогенизация молока положительно влияет на характер сгустка, получаемого при кислотной и сычужной коагуляции. Сгусток получается более нежным, однородным, отделение сыворотки замедляется, что является положительным фактором для кисломолочных продуктов.

3. Соблюдение режимов гомогенизации, выполнение последовательности технологических операций является залогом гарантированного качества молочной продукции. Особенно это важно при производстве кисломолочных напитков для получения более однородной и плотной консистенции, а в перемешанном состоянии (при резервуарном способе производства) - более вязкой консистенции, без отстоя сливок и с лучшей способностью удерживать сыворотку. Процесс гомогенизации в технологической схеме необходимо проводить на последней стадии дестабилизации жира. При производстве кисломолочных продуктов таким участком является выдержка смеси в течение (152) мин при температуре (905) С.

4. Обычно гомогенизацию проводят после секции регенерации при температуре (555) С. В этом случае есть свои преимущества, поскольку на формирование оболочки раздробленных жировых шариков используются плазменные белки, а после выдержки они переходят частично в денатурированное состояние и уже в полной мере не могут быть эффективными в процессе создания оболочек. В то же время возможно неполное обволакивание пленкой белка жирового шарика, слияние их, образование кучек жира и прогоркание готового продукта.

5. Давление гомогенизации устанавливают в зависимости от массовой доли жира и сухих веществ в смеси: чем выше жирность и концентрация сухих веществ в смеси, тем ниже давление в гомогенизирующей головке. Наиболее часто применяемое давление в гомогенизаторах клапанного типа от 9,0 до 17,0 МПа.

6. Температуру гомогенизации устанавливают от 55 до 95 С в зависимости от возможностей технологической схемы.

7. В производстве молочных продуктов следует более широко использовать раздельную гомогенизацию только цельного молока или только сливок, а затем проводить нормализацию обезжиренным молоком.

8. При выработке молочной продукции, в рецептурах которой используются сухие молочные смеси, сахар, масло, наполнители, следует обязательно производить двойную очистку смеси перед гомогенизацией.