Курс лекций по ТОО молоко.3-4 курсы ИТФ

При падении температуры во время производства продукт отводится в бак для сброса продукта, а установка промывается водой. Перед повторным запуском установка должна быть вымыта и простерилизована.

МНОГОКОНТУРНАЯ СИСТЕМА НАГРЕВА

Во многих случаях установки для высокотемпературной обработки с косвенным нагревом предназначены для переменной производительности от 50 до 100% от номинальной и напрямую соединены с линией машин по асептической упаковке. Во избежание излишней выработки продукта в случае остановки одной из упаковочных машин секция нагрева может быть поделена на подсекции. Система с несколькими контурами нагрева показана на рис. 15. При внезапном 50%-ном сокращении потока по сравнению с номинальным приводится в действие клапан (1), так что нагревательная среда проходит вне первой нагревательной секции (а). Температура продукта будет сохраняться на уровне температуры предварительного нагрева (75°С), пока продукт не достигнет второй (конечной) нагревательной секции(б), где происходит нагрев до соответствующей температуры тепловой обработки.

Рис. 15. Многоконтурная система нагрева в пластинчатом теплообменнике. а Первая нагревательная секция

b Заключительная нагревательная cекция

Кривые зависимости температуры от времени на рис. 16 показывают различие тепловой нагрузки на продукт при номинальной и 50%-ной производительности. Пунктирная линия на графике представляет изменение температуры в системе без разделения секции нагрева, работающей в режиме 50%-ной от номинальной производительности.

501

Рис. 16. Влияние изменения производительности многоконтурного нагревателя на тепловую нагрузку.

Пунктирной линией показано изменение температуры в системе, не имеющей многоконтурного нагревателя.

Обратите внимание, что при более низкой производительности время выдержки удваивается для компенсации более низкой температуры термообработки.

ВОПРОС № 5. СТЕРИЛИЗАЦИЯ В ТРУБЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ.

Трубчатую систему выбирают для высокотемпературной обработки продуктов

с низкой или средней вязкостью, которые могут содержать, а могут и не содержать частицы или волокна. Понятие средней вязкости – это расплывчатое определение, так как вязкость продукта может меняться в зависимости от сырья, добавок и механической обработки.

Супы, продукты из томатов, фруктовые и овощные продукты, некоторые пудинги и десерты являются примерами продуктов средней вязкости, подходящими для обработки в трубчатой системе. Трубчатые системы часто используются также в случаях, когда требуется более длительное время обработки для обычных молочных продуктов, предназначенных для продажи.

Схема производственной линии, показанная на рис. 17, незначительно отличается от теплообменной установки, в которой используется пластинчатый теплообменник, описанный выше. Установки могут иметь производительность от1000 до 30 000 л/час.

Трубчатый теплообменник состоит из большого числа трубок, собранных в модули, которые могут быть соединены последовательно и/или

502

параллельно,образуя полностью оптимизированную систему для любого режима нагрева или охлаждения. Эта система может быть снабжена системой многоконтурного нагрева.

При падении температуры во время производственного процесса продукт отводится в танк для сбора продукта, а установка промывается водой. Перед повторным запуском установку моют и стерилизуют.

Рис. 17 Установка для высокотемпературной обработки с косвенным нагревом, включающая трубчатые теплообменники

1 Балансный бак

2 Питающий насос

3 Трубчатый теплообменник

3a Секция предварительного нагрева

3b Средняя секция охлаждения

3c Секция нагрева

3d Секция регенеративного охлаждения

3e Секция охлаждения обратного потока

4 Неасептический гомогенизатор

5 Труба для выдержки

6 Головка для инжекции пара

7 Асептический танк

8 Асептический розлив

503

ЛЕКЦИЯ № 28

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПТЛ ПРОИЗВОДСТВА СЫРА

Литература:

6.Курс лекций «Технологическое оборудования молочной промышленности». Составитель Раицкий Г.Е., Гродно, 2008, лекция № 10.

7.Технология и техника переработки молока. База данных кафедры ТМ

иМ.

План лекции:

1.Общие сведения о процессе производства сыра.

2.Оборудование и ПТЛ подготовки молока.

3.Основные варианты ПТЛ производства и обработки сгустка.

4.ПТЛ посолки сыров.

5.Производственные линии для твердых и полутвердых сыров.

6.Ультрафильтрация в сыроделии.

ВОПРОС № 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА СЫРА.

Производство сыра включает в себя ряд основных этапов, которые являются общими для большинства типов сыра. Существуют также другие способы обработки, которые специфичны для определенных видов. Основные этапы производства твердых и полутвердых сыров схематически показаны на рис. 1.

Сыропригодное молоко предварительно обрабатывается, возможно, предварительно выдерживается после добавления бактериальной культуры, используемой для данного типа сыра, и смешивается с сычужным ферментом. Воздействие энзимов сычужного фермента приводит к коагуляции молока до состояния твердого геля, называемого коагулятом. Его разрезают специальным режущим инструментом на мелкие кубики требуемого размера – прежде всего чтобы способствовать выделению сыворотки. Во время перерыва процесса обработки сгустка бактерии растут и образуют молочную кислоту. Сырное зерно подвергается механической обработке с помощью перемешивающего устройства, в то же самое время оно нагревается по заданной программе. Общий эффект этих трех операций – рост микроорганизмов, механическая обработка и термообработка – заключается в синерезисе, т. е. отделении сыворотки от сырного зерна. Сырную массу помещают в сырные формы, сделанные из металла, дерева или пластика, которые определяют форму готового сыра.

504

Рис. 1. Технологический процесс производства твердых и полутвердых сыров.

Сыр прессуется под тяжестью своего веса, а чаще под давлением на форму. Обработка сгустка и прессование определяют характеристики сыра.

На графике технологического процесса на рис. 1 показаны также посолка и хранение. Наконец, сыры покрывают, обертывают или упаковывают.

505

ВОПРОС № 2. ОБОРУДОВАНИЕ И ПТЛ ПОДГОТОВКИ МОЛОКА.

Пригодность молока для производства сыра зависит в основном от условий на молочной ферме. Кроме строгого соблюдения основных санитарных требований, необходимо также обеспечить, чтобы молоко больных коров или животных, прошедших лечение антибиотиками, не использовалось в сыроделии или производстве каких-либо других молочных продуктов.

Кормление животных плохо приготовленным кормом может сильно ухудшить качество некоторых сыров.

Сбор молока

При классическом способе получения молока, т. е. поставке всего молока, необходимого для суточного производства, молоко обрабатывалось почти сразу же после взвешивания. Затем одновременно с сепарированием и пастеризацией осуществлялась нормализация по содержанию жира, и после регенеративного охлаждения до температуры сычужного свертывания молоко перекачивалось в сыродельные ванны.

Термообработка и механическое уменьшение количества бактерий Термизация

Хранение молока при пониженной температуре вызывает изменение присутствующих в нем белков и солей, что приводит к ухудшению сыропригодности молока. Было показано, что через 24 часа хранения при 5°С примерно 25% кальция выпадает в осадок в виде фосфата. Это снижение, однако, временное; после пастеризации молока кальций опять растворяется и коагулятивные свойства молока практически полностью восстанавливаются. β-казеин во время хранения при пониженных температурах тоже расщепляется и отделяется от мицелл казеина, что в дальнейшем отрицательно сказывается на сыропригодности молока. Однако такое изменение тоже почти полностью восстанавливается во время пастеризации.

Другим и столь же важным феноменом является то, что микрофлора, попадающая в молоко при повторном бактериальном обсеменении – особенно Pseudomonas spp – приспосабливается к низкой температуре, при которой ее ферменты, протеиназы и липазы, расщепляют белок и жиры соответственно. В результате такого воздействия появляется “горький” привкус, возникающий при расщеплении β-казеина, который покидает казеиновые мицеллы во время хранения при низкой температуре.

Протеолитические и липолитические ферменты, образованные Pseudomonas, могут также совместно проникать сквозь мембраны жировых шариков.

Это совместное взаимодействие ведет к высвобождению жирных кислот, особенно низших, путем воздействия липазы, в результате чего молоко приобретает прогорклый привкус.

506

Рис. 2. Организация приемки молока, предназначенного для

2Фильтр

3Счетчик молока

4Танк промежуточного

хранения

5Термизация и охлаждение

или

только охлаждение

Поэтому, если молоко, которому уже, по меньшей мере, 24–48 часов, не может быть обработано в течение 12 часов после доставки на молочный завод, рекомендуется охладить его примерно до 4°С или лучше термизировать его.

Термизация означает умеренную термообработку при 65°С в течение 15 с, затем охлаждение до4°С, но и после данной обработки молоко все еще дает положительную реакцию на присутствие фосфотазы. Эта технология была в основном введена с целью остановить рост психротрофной микрофлоры при хранении молока более 12–48 часов после его доставки на завод. Как было указано в главе 1, “критический возраст” сырого молока, хранящегося при температуре 4°С, обычно составляет от 48 до 72 часов после доения. На рис. 2 показана организация станции приемки молока.

Пастеризация

До начала процесса изготовления сыра молоко обычно предварительно обрабатывается с целью его оптимизации для производства.

Молоко, предназначенное для приготовления сыра, который созревает более одного месяца, необязательно пастеризовать, но обычно его пастеризуют.

Молоко, предназначенное для незрелых сыров (свежие сыры), должно пастеризоваться. Это подразумевает, что молоко для изготовления тех видов сыра, которым требуется период созревания, по меньшей мере, один месяц, не нуждается в пастеризации.

Однако сыворотка, предназначенная для фуража, должна пастеризоваться для предотвращения возможности распространения болезни крупного рогатого скота. Тем не менее, если молоко, предназначенное для

507

изготовления сыра, пастеризовано, то нет необходимости пастеризовать сыворотку отдельно.

Молоко, предназначенное первоначально для производства Эмментальского сыра, Пармезана, Грана и других сверхтвердых сыров, не должно подогреваться до более чем 40°С во избежание изменения вкуса аромата и отделения сыворотки. Молоко для этих типов сыра обычно поступает с отобранных молочных ферм, где часто проводят ветеринарную инспекцию поголовья.

И хотя считается, что сыр, изготовленный из непастеризованного молока, имеет лучший вкус и аромат, многие производители (за исключением изготовителей сверхтвердых типов) пастеризуют молоко, т.к. его качество повышается не настолько, чтобы имело смысл рисковать и обходиться без пастеризации.

Пастеризация должна быть значительной, чтобы убить бактерии, способные повлиять на качество сыра – например, Coliforms, которые могут легко вызвать вспучивание и нежелательный привкус.

Широко применяется высокотемпературная кратковременная пастеризация HTST при 72–73°С в течение 15–20 секунд.

Однако спорообразующие микроорганизмы переживают пастеризацию в состоянии спор и могут вызвать серьезные проблемы во время процесса созревания. Примером может быть Clostridium tyrobutyricum, которые образуют масляную кислоту и большие объемы водородного газа путем сбраживания молочной кислоты. Этот газ полностью разрушает структуру сыра, не говоря уже о том, что масляная кислота придает неприятный вкус сыру.

Более интенсивная тепловая обработка может уменьшить этот риск, но может и серьезно ухудшить общую сыропригодность молока. Поэтому для уменьшения количества термостойких бактерий используются другие средства.

Традиционно в молоко, предназначенное для сыроделия, до производства добавляли определенные химикаты, чтобы избежать “вспучивания” и образования неприятного запаха, обусловленного термостойкими, спорообразующими бактериями (в основном Clostridium tyrobutyricum). Чаще всего используется нитрат натрия (NaNO3), хотя при изготовлении сыра Эмменталь также используется перекись водорода (H2O2). Однако если использование химических добавок широко критиковалось, механические средства уменьшения числа нежелательных микроорганизмов были одобрены, особенно в странах, где запрещается применять химические ингибиторы.

Уменьшение количества бактерий механическим путем Бактофугирование

Бактофугирование – это процесс, в котором используется специально разработанная герметичная центрифуга Bactofuge(r), предназначенная для

508

отделения бактерий из молока и особенно спор, образованных некоторыми видами бактерий.

Бактофугирование оказалось эффективным способом сокращения количества спор в молоке, т. к. их удельный вес выше, чем у молока.

Бактофугирование обычно разделяет молоко на фракцию, которая более или менее свободна от бактерий, и концентрат (бактофугат), который содержит как споры, так и бактерии в целом и составляет до 3% от потока, поступающего в бактофугу.

Бактофугирование всегда является частью предварительной обработки молока. В тех случаях, когда необходимо достичь высокого качества молока, предназначенного для производства сыра, бактофуга устанавливается последовательно с центробежным сепаратором, до или после него.

Бактофуга устанавливается до сепаратора в случае предъявления повышенных требований к качеству сливок, дополнительно образующихся при непрерывной нормализации молока в потоке. При этом качество сливок будет улучшено, т. к. количество спор аэробных спорообразующих микроорганизмов, таких как Bacillus cereus, будет уменьшено.

Для бактофугирования часто выбирают ту же температуру, что и для сепарирования, т. е. 55–65°С, или 60–63°С.

Существуют два типа бактофуги:

•Двухфазная бактофуга

•Однофазная бактофуга.

Двухфазная бактофуга имеет два выходных патрубка сверху:

–один для непрерывной выгрузки тяжелой фазы (бактофугата) через cпециальный верхний диск,

–другой для фазы с уменьшенным содержанием микроорганизмов. Однофазная бактофуга имеет только один выход в верхней части

центрифуги для молока с уменьшенным количеством бактерий; бактофугат собирается в шламовом пространстве барабана и разгружается с заранее заданными интервалами через отверстия в барабане.

Наличие двух типов позволяет выбирать различные комбинации оборудования для оптимизации бактериологического состояния молока, используемого как для сыроделия, так и для других целей.

В этом контексте можно также упомянуть, что сыворотка, если она предназначается для производства концентрата сывороточного белка в качестве ингредиента в молочных смесях для грудных детей, после улавливания мелких частиц и жира должна быть подвергнута бактофугированию.

Альтернативные технологии

Существует около десяти возможных вариантов компоновки установки для бактофугирования; здесь приводятся три примера:

1Двухфазная бактофуга с непрерывным выбросом бактофугата

2Однофазная бактофуга с периодическим сбросом бактофугата

509

3 Двойное бактофугирование с двумя однофазными бактофугами. Установка, изображенная на рис. 3, герметична, доступ воздуха в

систему отсутствует; образующийся непрерывно поток концентрата микроорганизмов (бактофугат), не содержащий воздуха, является тяжелой фазой.

1. Двухфазная установка Bactofuge с непрерывной выгрузкой бактофугата

Эта технология, показанная на рис. 14.3, работает при условиях герметичности и производит непрерывный поток концентрата (бактофугата) бактерий в виде тяжелой фазы, не содержащей воздуха. Эта фаза, составляющая до 3% от подаваемого потока(регулируемого внешним лопастно-роторным насосом с регулируемой подачей), часто стерилизуется и перемешивается с основным потоком. Принцип работы стерилизатора – впрыскивание продукта в пар. Стерилизатор – настойного типа, а температура стерилизации – приблизительно 1300С в течение нескольких секунд – достаточна для инактивации спор микроорганизмов рода Clostridia.

Рис. 3. Бактофугирование с непрерывной выгрузкой и стерилизацией

Горячий бактофугат, выходящий из стерилизатора, перемешивается примерно с половиной объема молока, прошедшего бактофугирование, чтобы снизить температуру до того, как он снова попадает в остальной поток, прошедший бактофугирование. После смешивания молоко

510