Курс лекций по ТОО молоко.3-4 курсы ИТФ

На рис. 11 показан процесс кристаллизации 40%-ных сливок, охлажденных до 8°С. Сливки нельзя перемешивать, пока танк заполняется. Перемешивание и охлаждение начинают через два часа после заполнения бака.

При кристаллизации выделяется теплота плавления, что приводит к повышению температуры на 2–3°С. Заключительное охлаждение в танке крайне существенно. Сливки обычно охлаждают до 6°С и даже более низких температур. Жировые шарики, по всей вероятности, менее чувствительны к грубой обработке при этих температурах, но они все же более чувствительны, чем при температурах выше 40°С.

Самой большой проблемой при производстве взбитых сливок является образование кластеров, что снижает стабильность эмульсии сливок. Скопления возникают, когда шарики жира с частично кристаллизованным жиром и слабыми мембранами подвергаются грубой механической обработке. Сниженная стабильность эмульсии сливок приводит к возникновению пороков, ухудшающих качество взбитых сливок,– например, к образованию в контейнерах пробок из сливок, снижению взбиваемости, липолизу.

На рис. 11 показан процесс, при котором большое внимание уделено устранению грубой обработки взбитых сливок. Этот метод, разработанный фирмой Alfa Laval в сотрудничестве с некоторыми шведскими молочными кооперативами, называется методом Скания. Нормализованные сливки могут поступать из специальной линии по производству сливок или же могут быть дополнительным продуктом, получаемым на линии по производству питьевого молока, показанной на рис. 8.1. В любом случае температура сепарирования должна быть 62–64°С для получения как можно более высокого качества сливок (с самым низким содержанием жира).

Нормализованные сливки подают сверху в танк для выдержки (1) при температуре сепарирования. Оптимальное время выдержки в танке перед началом пастеризации составляет 15–30 минут. Скорость потока в пастеризационной установке должна быть близка к средней скорости подачи в танк для выдержки, что позволяет собирать порции избыточных сливок в танке для созревания за время, обеспечивающее минимальное механическое перемешивание сливок.

Танк для выдержки не имеет мешалки, и в нем естественным образом устраняется приблизительно 50% содержащегося воздуха в сливках. В то же самое время удаляются посторонние летучие вещества, уменьшается возможность пригорания продукта на стенах теплообменника. Выдерживание сливок при температуре приблизительно 63°С в танке позволяет инактивировать многие ферменты и предотвратить таким образом гидролиз свободного жира. Максимальное время выдержки, включая заполнение и опорожнение, должно составлять приблизительно четыре часа. При более длительном производственном цикле следует установить два танка для выдержки и использовать их попеременно, с промежуточной мойкой одного танка во время использования другого.

481

Из танка для выдержки сливки подаются в регенеративную нагревательную секцию теплообменника (3). Затем вспомогательный насос (4) подает сливки в секцию нагревания и трубу для выдержки (5). Так как подача происходит при высокой температуре (выше 60°С), при которой сливки менее чувствительны к механической обработке, в качестве обоих насосов – и насоса для подачи продукта(2), и вспомогательного насоса (4) – могут использоваться центробежные насосы.

В течение 10 секунд после пастеризации, обычно при температуре выше80–95°С, сливки закачивают в охладительные секции теплообменника, где они моментально охлаждаются до 8°С в секции глубокого охлаждения перед поступлением в танки сквашивания (6). Охлаждение в теплообменнике до средней температуры 8°С является оптимальным для сливок с массовой долей жира35–40%. При более высоком содержании жира следует использовать более высокие температуры охлаждения, чтобы предотвратить закупоривание сливками секции охлаждения, обусловленное быстрым возрастанием вязкости. Это приводит к резкому увеличению спада давления в охладительной секции, что, в свою очередь, приводит к повреждению шариков жира, возможно, даже к вытеканию молочного жира из секции. В этом случае процесс должен быть остановлен, система опорожнена, промыта и запущена повторно.

Рис. 12. Линия по производству одинарных или кофейных сливок.

1 Танк для нормализации по жиру

2 Насос для подачи продукта

3 Пластинчатый теплообменник

4Гомогенизатор

5Труба для выдержки

482

ЛЕКЦИЯ № 27 Проектирование ПТЛ производства стерилизованного питьевого молока

Литература:

1.Курс лекций «Технологическое оборудования молочной промышленности». Составитель Раицкий Г.Е., Гродно, 2008, лекция № 35.

2.Технология и техника переработки молока. База данных кафедры ТМ и М.

План лекции:

1.Общие сведения о процессе.

2.Стерилизация в таре.

3.Оборудование для высокотемпературной обработки асептическим паром.

a.С использованием пластинчатого теплообменника

b.С использованием трубчатого теплообменника

4.Стерилизация в пластинчатых теплообменниках.

5.Стерилизация в трубчатых теплообменниках.

ВОПРОС № 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ. КАЧЕСТВО СЫРЬЯ

Молоко, подвергаемое термообработке, должно быть очень высокого качества. Особенно важно, чтобы белки в сыром молоке являлись термически устойчивыми. Термоустойчивость белков можно легко определить по алкогольной пробе на свертываемость. Когда образцы сырого молока смешивают в равном объеме с раствором этилового спирта, а белки являются нестабильными, то при некоторой концентрации молоко сворачивается. Термоустойчивость молока лучше в том случае, когда белки выдерживают тест с более высокой концентрацией раствора этилового спирта. Проблем, связанных с производством и сроком хранения, обычно можно избежать, если молоко остается стабильным при концентрации спирта 75%.

Алкогольная проба обычно используется для выявления молока, непригодного для ВТО термообработки, по следующим параметрам:

•Повышенная кислотность обусловливается количеством молочнокислых микроорганизмов, вырабатывающих молочную кислоту

•Нарушение солевого баланса

•Нарушение белкового баланса, повышенное содержание сывороточных белков – типично для молозива.

Сырое молоко низкого качества отрицательно влияет и на качество обработки, и на характеристики конечного продукта. Молоко с повышенной кислотностью обладает худшей термоустойчивостью и вызывает проблемы при обработке, осаждении – например, подгорание на нагреваемых поверхностях,

483

что приводит к короткому времени работы и трудностям при мойке, а также осаждение белков на дне упаковки при хранении.

Молоко, хранящееся длительное время при низкой температуре, содержит большое количество психрофильных микроорганизмов, обладающих способностью вырабатывать термоустойчивые ферменты, которые нельзя полностью инактивировать при стерилизации. Во время хранения они могут вызвать такие пороки вкуса, как прогорклость, горечь или даже проблемы с желатинированием (загустевание при старении или “сладкое” свертывание).

Бактериологическое качество молока должно быть высоким. Это относится к общему количеству бактерий и спор, которые влияют на степень нестерильности.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Когда микроорганизмы и/или споры подвергаются воздействию высокой температуры или любому другому виду процедур стерилизации/дезинфекции, не все микроорганизмы могут быть убиты сразу. Напротив, за данный период времени разрушается некоторая их часть, в то время как оставшаяся часть выживает. Если выжившие микроорганизмы еще раз подвергнуть той же обработке в течение того же периода времени, погибнет такая же их часть, и так далее. Другими словами, заданное воздействие стерилизующих или дезинфицирующих реагентов всегда убивает одну и ту же долю присутствующих микроорганизмов, однако большая или малая их часть может остаться.

ВОПРОС № 2. СТЕРИЛИЗАЦИЯ В ТАРЕ.

Для производства молока с длительным сроком хранения используются два способа:

AСтерилизация в таре, когда упакованный продукт выдерживается при температуре 116°С около 20 минут. Допускается хранение при комнатной температуре

BУльтравысокотемпературная обработка при температуре 135–150°С 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.

484

Рис. 1. Вертикальный или башенный стерилизатор.

Рис. 2. Горизонтальный стерилизатор.

•Системы непрерывной обработки типа:

–вертикальные гидростатические башни, рис. 1.

–горизонтальные стерилизаторы, рис. 2.

ОБРАБОТКА ПАРТИЯМИ

Систему обработки партиями можно эксплуатировать тремя способами:

1.В рядах контейнеров с ячейками в статических камерах высокого давления (автоклавах, рис.3.)

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 80°С и затем розлив в чистые, нагретые бутылки. Бутылки укупоривают, помещают в паровую камеру и стерилизуют, обычно при 110–120°С в течение 15–40 минут. Затем всю партию охлаждают и автоклав заполняют новой партией. Тот же принцип используется для обработки консервных банок.

485

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.

Рис. 3. Обработка партиями в статической камере высокого давления (автоклаве).

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. 4), 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,

486

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.

Рис. 4. Гидростатический вертикальный стерилизатор бутылок непрерывного действия.

11-я стадия нагрева

2Водяной затвор и 2-я стадия нагрева

33-я стадия нагрева

4Секция стерилизации

51-я стадия охлаждения

62-я стадия охлаждения

73-я стадия охлаждения

84-я стадия охлаждения

9Стадия заключительного охлаждения

10Верхние валы и колеса c индивидуальным приводом

Во многих случаях молоко предварительно нагревают на установке для предварительной стерилизации, аналогичной установке для высокотемпературной обработки. Молоко нагревается до 135°С или более

487

высокой температуры в течение нескольких секунд, а затем охлаждается до 30– 70°С (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 115–125°С.

Гидростатический стерилизатор пригоден для тепловой обработки от 2000 х 0,5л до16 000 х 1л единиц в час. Можно использовать бутылки как из стекла, так и из пластика.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СТЕРИЛИЗАТОР

Ротационный стерилизатор с клапанным затвором (рис. 5) 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 132–1400С в течение 10–12 минут. Общая продолжительность цикла составляет 30–35 минут, а производительность может достигать12 000 единиц в час.

Рис. 5. Горизонтальный стерилизатор с ротационным клапанным затвором и избыточным внутренним давлением (паровоздушная смесь).

488

1.Автоматическая загрузка бутылок или консервных банок

2.Ротационный клапан одновременно транспортирует бутылки в камеру и из камеры с избыточным давлением

3.Секция стерилизации

4.Вентилятор

5.Область

предварительного

охлаждения

6.Заключительное охлаждение при атмосферном давлении

7.Выгрузка с конвейерной цепи

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.

ВОПРОС № 3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ АСЕПТИЧЕСКИМ ПАРОМ.

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 135–150°С в течение

489

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 90–95°С 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 воздействия 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.

Рис. 6. Патрубок инжекции пара.

490