Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая технология молочной отрасли. Учебное пособие
.pdf
Таблица 3.1
Показатель
Микрофильтрация
Ультрафильтрация
Обратный
осмос
Средний диаметр
частиц, мкм
10–0,1
0,1–0,003
0,003–0,0001
Рабочее давление,
МПа
0,02–0,2
0,2–1,0
3,5–8,0
Частицы
концентрата
Микрочастицы
Макромолекулы, колло-
идные частицы
Гидратиро-
ванные ионы
Задерживаемые
частицы
Кишечная палочка,
стафилококки, мо-
лочнокислые бакте-
рии
Сывороточные белки,
мицеллы казеина, бакте-
риофаги
Ионы натрия,
калия, каль-
ция
Загрязнения полупроницаемых
мембран
Осадок микрочастиц
Гель
Слой слабо-
растворимых
солей
Характеристика мембранных процессов разделения молока
Через полупроницаемую мембрану под давлением проталкивается жидкий продукт. Мембрана полностью задерживает частицы продукта, диаметр которых больше, чем размеры ее пор, также они могут
задерживаться мембраной за счет электростатических и ван-дер-ваальсовых сил. Результат этого взаимодействия, а, следовательно, и доля
задерживаемых частиц и молекул, в значительной мере зависят от рН
среды, ионной силы, прилагаемого давления и величины потока разделяемой жидкости.
Микрофильтрация осуществляется при диаметре пор мембран более 10
4
нм и рабочем давлении 0,2–0,3 МПа, ультрафильтрация – 40–
50 нм и 0,2–1,0 МПа, обратный осмос – 1–3 нм и 3,5–8,0 МПа соответственно.
При микрофильтрации концентрируются микрочастицы, задерживаются кишечная палочка, стафилококки, молочнокислые бактерии;
при ультрафильтрации в концентрате – макромолекулы, коллоидные
частицы, сывороточные белки, мицеллы казеина, бактериофаги; при
обратом осмосе – концентрате гидратированные ионы, а также ионы
натрия, кальция, калия.
Методы мембранного разделения используются в производстве
многих молочных продуктов.
51
Большие возможности получения молочных продуктов повышен-
Показатель
Поколение фильтрационных мембран
первое
второе
третье
Основной материал мембран
Ацетатцеллюлоза
Полисульфон
Металлоке-
рамика
Верхний предел рабочей темпе-
ратуры, °С
50
95
140
Допустимый интервал рН
3–6
2–12
1–14
Ограничение по концентрации
ионов металлов (железа, мар-
ганца и др.) в промывочной
воде
Есть
Есть
Отсутствует
Прочность
Слабая
Удовлетвори-
тельная
Высокая
ной биологической и пищевой ценности представляет ультрафильтрационная обработка. Это могут быть новые, оригинальные изделия или
продукты традиционного ассортимента, но с обогащенным вкусом,
улучшенной консистенцией и т. д.
Ультрафильтрационные мембраны задерживают сывороточные
белки, мицеллы казеина и другие высокомолекулярные соединения молока. Простые молекулы, а также гидратированные ионы кальция,
натрия, калия и т. п. могут быть отделены от твердой фазы молока лишь
при обратном осмосе.
Обратноосмотическая обработка молока и молочных продуктов
в основном используется для концентрирования, однако возможны и
другие области применения. Предварительное удаление половины водной фазы молока и сыворотки на обратноосмотической установке позволяет в 14 раз снизить энергозатраты и в 2,5–3,0 раза увеличить производительность вакуум-выпарных установок по выпуску сгущенных
молочных продуктов.
Баромембранные процессы осуществляются на специальных установках. Наибольшее распространение получили пластинчато-рамные,
трубчатые, капиллярные и спиральные конструкции фильтрационных
модулей, которые представляют собой главный элемент этих установок. Технологические возможности фильтрационного оборудования
в значительной мере зависят от типа применяемых мембран (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Характеристика фильтрационных мембран
52
Мембраны 1-го и 2-го поколений требуют наличия специальных
ионообменников для снижения концентрации ионов железа, марганца,
а также для уменьшения общей жесткости промывной воды. Кроме
того, для очистки ацетатцеллюлозных мембран от остатков белка в состав моющих средств необходимо включать протеолитические ферменты.
3 . 5 . Дезодорация и аэрация молочного сырья
Поступающие на переработку молоко и сливки иногда имеют посторонние привкусы и запахи различной степени выраженности. При
переработке они переходят в молочные продукты и иногда становятся
более выраженными. Поэтому для удаления посторонних привкусов и
запахов в зависимости от их природы и выраженности молочное сырье
подвергают обработке методами аэрации, дезодорации и вакреации.
Слабые кормовые запахи, обусловленные абсорбцией, как, например, силосный, можно удалить аэрацией. Для этого через тонкий слой
нагретого молока или сливок продувают чистый воздух или проветривают при их стекании по открытой поверхности оросительного охладителя. Обычная пастеризация молочного сырья, особенно высокотемпературная, значительно ослабляет посторонние привкусы.
Существуют специальные аппараты – дезодораторы и вакреаторы,
в которых в условиях разрежения осуществляется паровая дистилляция
из сливок летучих пахнущих веществ, образующих с водяным паром
азеотропные смеси. Эти смеси кипят при температуре ниже температуры воды, вследствие чего облегчается их удаление. Для обработки
сливок применяют вакуум-дезодорационные установки различных
конструкций. Нагретые до 70–80 °С сливки в потоке подают в вакуумдезодорационную камеру, где при разрежении 0,04–0,06 МПа кипят
в течение 4–5 с при 65–70 °С. Вместе с соковыми парами из сливок удаляются летучие вещества, придающие им посторонний запах. При
наличии высокомолекулярных соединений, температура кипения которых выше температуры кипения воды, существенной дезодорации молочного сырья не происходит. Поэтому запахи лука, чеснока, химикатов при дезодорации не удаляются.
Интенсивность кипения сливок в дезодорационной камере и уда-
ления посторонних привкусов достигается при достаточной разнице
53
между температурами сливок до и после кипения, последняя обусловлена степенью разрежения. Этот процесс обычно регулируют повышением температуры сливок на входе в камеру, так как повышение разрежения приводит к чрезмерному удалению ароматических веществ из сливок, обусловливающих их специфический вкус.
Для более полного удаления кормовых привкусов дезодорацию
проводят при температуре 92–95 °С и разрежении в осенне-зимний период 0,02–0,04, в весенне-летний – 0,01–0,03 МПа. Такие режимы оказывают отрицательное влияние на жировую дисперсию и плазму сливок. Для повышения эффективности дезодорации предлагают разбрызгивание сливок в слое инертных (из фторопласта) шарообразных тел с
предварительным введением в сливки (NH
CО3 в количестве 0,02 %,
4)2
способствующем повышению термоустойчивости сливок.
Для устранения кормовых привкусов широко применяется вакре-
ация, в процессе которой сливки распыляются под вакуумом и обрабатываются паром. В производстве обычно применяют трехкамерные
вакреаторы. В первой камере сливки подвергаются высокотемпературной пастеризации под разрежением. При этом давление поддерживается в пределах от 0,06 до 0,08 МПа при температуре пара от 88 до
93 °С. Во второй камере вследствие дистилляции пара сливки дегазируются при давлении от 0,05 до 0,061 МПа и температуре 71–82 °С.
В третьей камере сливки окончательно дегазируются при остаточном
давлении 10,1–15,2 кПа. По выходе из вакреатора их немедленно охлаждают, чтобы предотвратить вытапливание жира. После вакреации и
дезодорации сливки приобретают «пустой вкус», так как из них удаляются и нужные ароматические вещества. Их восстанавливают повторной пастеризацией при температуре 95 °С для восполнения утраченных вкуса и естественного запаха.
Масло из дезодорированных или вакреированных сливок приобретает излишне твердую консистенцию, в большей степени склонно
к окислению. Поэтому дезодорацию и вакреацию сливок следует применять только при необходимости.
54
4 . ИНАКТИВАЦИЯ ПОСТОРОННЕЙ МИКРОФЛОРЫ
И ПРЕДОХРАНЕНИЕ ОТ ПОРЧИ МОЛОКА
И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
4 . 1 . Биологические принципы обработки молочного
сырья
Методы защиты молока от ферментов и микрофлоры основаны
на трех биологических принципах по классификации Я. Я. Никитинского.
Биоз – поддержание жизненных функций в продукте и использо-
вание его естественных возможностей. Биоз не является методом консервирования в обычном понимании. Он сводится к осуществлению
мер, обеспечивающих кратковременную сохранность продукта. Эти
меры сводятся к соблюдению санитарно-гигиенических условий получения микробиологически чистого молока, что продлевает его сохранность путем увеличения продолжительности бактерицидной фазы молока, препятствующей развитию в нем микрофлоры.
Абиоз – отсутствие жизни, то есть полное прекращение всех жиз-
ненных процессов в микроорганизмах. Для инактивации микроорганизмов и ферментов (абиоза) отдельно или совместно могут быть использованы ультразвуковые колебания, ионизирующее излучение, антибиотики, химические вещества и тепловое воздействие. В результате происходит стерилизация, гибель вегетативной и споровой микрофлоры.
Ультразвуковые колебания воздействуют не только на микро-
флору, ферменты, но и на компоненты молока. Поэтому применение
ультразвуковой обработки для консервирования молока проводится
при обязательном соблюдении оптимальных параметров, не вызывающих существенных химических, питательных и вкусовых изменений
продукта. Однако чувствительность различных бактерий к звуковым
волнам колеблется в больших пределах. Это ограничивает использование ультразвука для инактивации микрофлоры.
В настоящее время в молочной промышленности используются
гидродинамические вибраторы, работающие в бескавитационном ре-
55
жиме (при давлении не более 0,3 МПа). Они вызывают физиологические изменения в микроорганизмах, разрушают их оболочки, «расшатывают» элементы клеточных структур.
Для стерилизации применяют ионизирующее излучение, которое в
зависимости от длины волны делится на коротковолновое, ультрафиолетовое и лазерное. Коротковолновые ионизирующие излучения (менее 10 нм) характеризуются большой энергией квантов, различные
микроорганизмы реагируют на них неодинаково. Ионизирующее излучение применяют для консервирования в случае, если оно поглощается
молоком.
Для инактивации ферментов требуются большие дозы излучения.
Наибольшему воздействию подвергается белковый комплекс, от него
отщепляются кальций, магний и фосфор. При этом значительно повышается вязкость и снижается растворимость молока.
Ионизирующее излучение может вызывать нежелательные фи-
зико-химические изменения компонентов молока, поэтому его можно
применять лишь в сочетании с другими видами стерилизации. При стерилизации молока УФ-излучением ухудшается его вкус и запах молока.
Антибиотики применяют в дополнение к основному способу кон-
сервирования. Чаще всего используют низин, который не действует на
плесени и дрожжи, антибиотически активен к бактериям в зависимости
от рН среды. Он понижает термоустойчивость спор бактерий, благодаря чему повышается эффективность тепловой стерилизации, что позволяет смягчить режимы обработки в производстве сгущенного стерилизованного молока. В нашей стране применение низина разрешается
законодательством.
Химическая стерилизация молока ограничена, так как вызывает
его порчу. Только сорбиновая кислота и ее соли, которые оказывают
сильное ингибирующее действие на дрожжи и плесени, используются
в молочной промышленности. Они не имеют вкуса и запаха, не токсичны для человека. В организме сорбиновая кислота окисляется с образованием безвредных веществ.
В молочной промышленности сорбиновую кислоту и низин при-
меняют совместно для инактивации широкого спектра микрофлоры.
Однако и такая комбинация используется как вспомогательное средство стерилизации.
На абиозе основано производство сгущенных стерилизованных
молока и сливок.
56
Анабиоз (от греческого слова «оживление») – это такое состояние
микроорганизма, при котором жизненные процессы его настолько подавлены и замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни.
Микроорганизмы, находящиеся в состоянии анабиоза, при благоприятных
условиях восстанавливают нормальную жизнедеятельность.
Основной причиной наступления анабиоза является потеря воды
протоплазмой клеток организма при воздействии высокой температуры, замораживании и т. п. Обмен веществ в любом организме протекает только при наличии воды. Вода является средой, в которой растворены питательные вещества, используемые клеткой для получения
энергии или для синтеза протоплазмы. Вода также участвует во многих
химических реакциях, необходимых для жизненных процессов. С водой удаляются продукты распада, образующиеся при обмене веществ.
Принцип анабиоза используют для консервирования молока и мо-
лочных продуктов охлаждением, замораживанием свободной воды и
повышением осмотического давления в продукте. Действие основано
на понижении активности воды до уровня, при котором развитие микроорганизмов становится невозможным или значительно подавляется.
При пониженных температурах сильно замедляются биологические и
биохимические процессы. Это обусловлено известной зависимостью
скорости химических реакций от температуры, а также состояния цитоплазмы – носителя жизненных функций клетки. Под влиянием холода проницаемость протоплазмы снижается. Вследствие этого замедляется обмен веществ, снижается поступление в клетку кислорода
извне через сузившиеся поры протоплазменной мембраны, уменьшается массообмен между клеткой и средой, снижается активность ферментов – жизнь клетки замирает, не прекращаясь совсем, клетка впадает
в состояние анабиоза. При отогревании биологические и биохимические процессы в микробной клетке восстанавливаются, клетка оживает.
Охлаждение молока и молочных продуктов до низких положи-
тельных температур 1–5 °С резко снижает развитие микробов, особенно молочнокислых, значительно продлевая бактерицидную фазу
молока и продолжительность его хранения. Организмы после анабиоза
способны оживать, если в них сохранилось не менее 1/4 части воды,
когда нет полного промерзания, и когда тканевые жидкости остаются
при низких температурах в переохлажденном жидком состоянии.
57
4 . 2 . Тепловая обработка молока
Тепловая обработка (нагревание и охлаждение) молока являются
основной и обязательной технологической операцией в производстве
питьевого молока и молочных продуктов. В молочной промышленности используются следующие виды тепловой обработки нагреванием:
термизация, пастеризация и стерилизация.
Тепловая обработка молока и других молочных продуктов при
температурах ниже точки кипения называется пастеризацией по имени
французского ученого Луи Пастера. В основе бактерицидного действия
высоких температур на микробные клетки лежит повреждение рибосом, денатурация ферментных и мембранных белков.
4.2.1. Термизация молока
Термизация молочного сырья – процесс нагрева (термоообра-
ботки) при температуре от 60 до 65 ºС с выдержкой от 2 до 30 с. Термизацию широко используют в сыродельной отрасли. При производстве сыров термизации подвергают молоко с повышенной бактериальной обсемененностью, направляемое на созревание.
При хранении молока, в значительной степени обсемененного
психротрофными бактериями, происходит накопление продуктов их
жизнедеятельности. В этом случае эффект термизации снижается, так
как она хотя и уничтожает бактериальные клетки, но не тормозит действия выделяемых ими ферментов, способствующих порче молока.
Термизация не оказывает влияния на продолжительность сверты-
вания молока или качество сырного зерна. Хотя термизация практически убивает все клетки группы кишечных палочек, она все же не обеспечивает достаточно полное уничтожение микрофлоры. В связи с этим
ее применяют в комбинации с обязательной последующей пастеризацией молока (после созревания) по оптимальному режиму. Проведение
термизации позволяет продлить сроки хранения молока при температуре от 5 до 6 ºС до 60–72 ч.
В производстве молочных консервов термизацию проводят с це-
лью повышения термостойкости молока.
58
Термизацию применяют также в производстве кисломолочных
продуктов для увеличения сроков их хранения. В этом случае термизации подвергают уже сквашенные продукты перед расфасовкой.
4.2.2. Пастеризация молока
Пастеризация – это процесс термообработки при температуре
выше 67 ºС с выдержкой от 2 с до 30 мин. Пастеризация является обязательной технологической операцией при производстве молочных
продуктов. Цели пастеризации:
1. Уничтожение патогенной микрофлоры, получение продукта,
безопасного для потребителя в санитарно-гигиеническом отношении;
2. Снижение общей бактериальной обсемененности, разрушение
ферментов сырого молока, вызывающих порчу пастеризованного молока, снижающих его стойкость при хранении;
3. Направленное изменение физико-химических свойств молока
для получения заданных свойств готового продукта, в частности, органолептических свойств, вязкости, плотности сгустка и т. д.
Основным критерием надежности пастеризации является режим
термической обработки, при котором обеспечивается гибель наиболее
стойкого из патогенных микроорганизмов – туберкулезной палочки.
Установлено, что разрушение в молоке фермента фосфатазы происходит после отмирания неспорообразующих патогенных бактерий.
Например, при температуре 75 °С возбудитель туберкулеза погибает
через 10–12 с, а фосфатаза при этой температуре разрушается только
через 23 с. Отсюда косвенным показателем эффективности пастеризации является разрушение в молоке фермента фосфатазы, имеющего
температурный оптимум несколько выше, чем у туберкулезной палочки.
Эффективность пастеризации в процентах выражается отношением количества уничтоженных клеток к содержанию бактериальных
клеток в сыром молоке. При правильном ведении процесса пастеризации эффективность достигает 99,99 %.
Режимы пастеризации молока. Перечислим режимы пастериза-
ции, которые применяются на предприятиях молочной промышленности.
59
Длительная пастеризация осуществляется при температуре 63–
65 °С с выдержкой 30 мин (оборудование – ванны длительной пастеризации, танки универсальные). Недостатки: длительный процесс, не убивается вся микрофлора.
Кратковременная пастеризация осуществляется при температуре
(76±2) °С с выдержкой 20 с (оборудование – пластинчатые пастеризационно-охладительные установки). Преимущества: процесс происходит
в потоке без доступа воздуха, сохраняются витамины.
Моментальная пастеризация осуществляется при температуре
85–87 °С без выдержки (оборудование – трубчатые пастеризаторы). Не-
достаток – отсутствие секции регенерации.
При выборе производственных режимов пастеризации наряду
с необходимостью подавления микрофлоры учитывают и особенности
технологии того или иного молочного продукта. Так, при изготовлении
сычужных сыров температура пастеризации устанавливается в пределах 72–76 °С, чтобы не вызвать денатурации и перехода в сырную массу
сывороточных белков. При производстве кисломолочных продуктов,
наоборот, температуру пастеризации повышают до 95 °C, чтобы оказать тепловое воздействие на белковую систему молока, с целью обеспечения хорошей консистенции кисломолочных продуктов.
Сопротивляемость микроорганизмов тепловой обработке увели-
чивается при повышении содержания жира и сухих веществ в продуктах (сливки, смесь для мороженого), так как жировые и белковые вещества оказывают защитное действие на микробные клетки. Поэтому для
продуктов с повышенным содержанием жира и сухих веществ температура пастеризации должна быть увеличена на 10–15 % по сравнению
с температурой пастеризации молока. Повышенная температура при
пастеризации сливок, идущих на производство масла, необходима для
полного разрушения ферментов (липазы, протеазы и др.), вызывающих
порчу масла.
После процесса пастеризации, в результате чего микрофлора
в нужной степени инактивирована, молоко чаще всего подвергают
охлаждению. Это делается по следующим причинам:
– в молоке одновременно с бактериями при нагреве разруш
естественная антибактериальная система, в связи с этим обостряется
потребность в применении искусственных приемов защиты от развития
сохранивших свою жизнедеятельность микроорганизмов;
60
ается
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]