Глава 3. ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА МОЛОКА
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА МОЛОКА
Тепловая обработка молочного сырья проводится с целью его обеззараживания. Она должна обеспечить не только надежное подавление жизнедеятельности микроорганизмов, но и максимально возможное сохранение исходных свойств молока. Любое тепловое воздействие на молоко нарушает его первоначальный состав и физико-химические свойства. Степень физико-химических изменений составных частей молока зависит главным образом от температуры и продолжительности тепловой обработки.
Молочные белки под действием тепла денатурируют. Наиболее чувствительны к нагреванию сывороточные белки, которые денатурируют при температурах выше 65 °С, казеин же обладает высокой тепловой стойкостью. При температурах выше 100 °С начинается частичное разложение лактозы, в результате которого молоко приобретает специфический вкус, запах и цвет (бурый). Молочный жир при нагревании до 100 °С практически не меняется. В процессе тепловой обработки частично разрушаются витамины, особенно водорастворимые (С, B12, тиамин и др.), а также инактивируются ферменты (редуктаза, фосфатаза, пероксидаза). Минеральные соли в результате перехода растворимых солей кальция и фосфора в нерастворимое состояние частично выпадают в осадок. Изменение составных частей молока, вызывающих отрицательное влияние на пищевую ценность и органолептические показатели, должно быть незначительным.
К видам тепловой обработки относятся пастеризация, стерилизация и термизация.
ПАСТЕРИЗАЦИЯ МОЛОКА
Пастеризация молока – это тепловая обработка молока с целью уничтожения вегетативных форм микрофлоры, в том числе патогенных. Режим пастеризации должен обеспечить также получение заданных свойств готового продукта, в частности органолептических показателей (придать вкус, нужную вязкость, плотность сгустка).
Эффект пастеризации, обусловленный степенью гибели патогенной микрофлоры, влияет на выбор режимов и способов пастеризации. Из патогенных микроорганизмов более устойчивыми к тепловой обработке являются бактерии туберкулеза. Поскольку работа по определению возбудителей туберкулеза сложна, то эффективность пастеризации принято определять по гибели не менее стойкой кишечной палочки. Эффект пастеризации зависит от температуры (t) и продолжительности тепловой обработки (z), взаимосвязь которых установлена в виде следующего уравнения: ln z = 36,84 – 0,48 t, где 36,84 и 0,48 – постоянные величины. В зависимости от этих факторов различают три режима пастеризации: длительная пастеризация – при температуре 60–63°С с выдержкой 30 мин; кратковременная – при температуре 74–78 °С с выдержкой 20 с; моментальная – при температуре 85–87 °С или 95–98 °С без выдержки.
Выбор режимов пастеризации предопределяется технологическими условиями и свойствами продукта. При содержании в продукте компонентов, отличающихся низкой термоустойчивостью, следует применять длительную пастеризацию. Процесс длительной пастеризации хотя и обеспечивает надежное уничтожение патогенных микробов и наименьшее изменение физико-химических свойств молока, однако требует больших затрат, связанных с использованием малопроизводительного оборудования.
Наиболее распространенным способом в производстве пастеризованного молока, кисломолочных продуктов, мороженого является кратковременная пастеризация. Этот способ также надежен для инактивации микробов и максимального сохранения исходных свойств молока. Моментальная пастеризация по воздействию на микробы и свойства молока аналогична кратковременной. Она рекомендуется для пастеризации сливок, из которых вырабатывается масло, и при производстве молочных консервов. Таким образом, все способы пастеризации позволяют получить продукт, безвредный для непосредственного употребления в пищу, но обладающий ограниченным сроком хранения.
Сопротивляемость микроорганизмов тепловой обработке увеличивается 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 температуря пастеризации должна быть увеличена на 10–15 % по сравнению с температурой пастеризации молока.
Одновременно с процессом пастеризации для улучшения органолептических показателей молока и сливок проводится их дезодорация. Изменение органолептических показателей происходит вследствие наличия в молоке летучих веществ и газов, особенно кислорода, обусловливающих нежелательные вкус и запах. Кислород, присутствующий в молоке, при хранении способствует окислению жировой фракции и разрушению витаминов. Для удаления этих нежелательных веществ из молока используют вакуум-дезодорационные установки. Дезодорация осуществляется обычно при температуре 65–70 °С и разрежении 0,04–0,06 МПа в течение 4–5 с. При этих условиях молоко закипает, и вместе с парами удаляются нежелательные газы и летучие вещества.
Одной из разновидностей пастеризации является термизация.
Термизация – это тепловая обработка молока с целью увеличения продолжительности его хранения путем снижения общей бактериальной обсемененности молока. Ее проводят при температуре 65 °С в течение 15 с. Термизация в качестве низкотемпературной кратковременной тепловой обработки рекомендована для повышения стойкости сырого молока при хранении. В сыроделии термизацию применяют для обработки молока с повышенной бактериальной обсемененностью и предназначенного для созревания, а в производстве молочных консервов – для повышения термостойкости молока.
СТЕРИЛИЗАЦИЯ МОЛОКА
Стерилизация молока – это тепловая обработка молока (выше 100°С) с целью повышения стойкости в хранении путем уничтожения как вегетативных, так и споровых форм микроорганизмов.
Эффективность стерилизации ЭС определяется по разности десятичных логарифмов первоначальной концентрации спорообразующих микроорганизмов в исходном молоке СН и конечной концентрации спор СК в продукте после тепловой обработки: ЭС = lg 10 СН – lg 10 СК. Она должна быть в пределах от 9 до 10 Эффективность стерилизации находится в такой же прямой зависимости от температуры и продолжительности ее воздействия,, как и при пастеризации. Стерилизация по сравнению с пастеризацией проводится при более высоких температурах, но с менее продолжительной выдержкой, поэтому физико-химические свойства молока претерпевают почти такие же изменения, как при пастеризации.
В зависимости от особенностей производства и фасования, продукта различают периодическую и непрерывную стерилизацию в таре и в потоке с асептическим розливом. Периодическая стерилизация в таре осуществляется после фасования и герметического укупоривания продукта при температуре 110–120 °С в течение 15–30 мин. Для одноступенчатой стерилизации в таре служат стерилизаторы периодического действия – автоклавы. При периодической стерилизации продукт в таре загружают в стерилизатор, нагревают паром, выдерживают определенное время и охлаждают водой или воздухом до 40–50 °С. Периодический способ стерилизации обеспечивает высокую стойкость продукта при хранении даже в неблагоприятных условиях (при 50 °С) в течение 12 месяцев и более. Однако этот способ малопроизводителен и вызывает физико-химические изменения составных частей молока вследствие продолжительного теплового воздействия. В результате этих изменений молоко приобретает сильно выраженный кипяченый вкус, буровато-кремовую окраску.
Наибольшее распространение получила непрерывная стерилизация с одноступенчатым и двухступенчатым режимами. При одноступенчатой стерилизации в потоке продукт подвергают кратковременной ультравысокотемпературной обработке (УВТ) при температуре 130–150 °С в течение нескольких секунд, после чего фасуют в асептических условиях в стерильную тару. Стерилизация в потоке может осуществляться прямым или косвенным нагревом. Прямой нагрев осуществляется путем смешивания теплоносителя (пара) с продуктом, а косвенный нагрев – через теплопередающую поверхность. При смешивании с паром происходит практически мгновенное нагревание продукта, что позволяет использовать молоко более низкой термоустойчивости. Кроме того, мгновенное тепловое воздействие вызывает наименьшие физико-химические изменения. К существенным недостаткам указанного способа относятся низкий коэффициент регенерации тепла, повышенные требования к качеству пара, используемого для нагревания продукта.
Для стерилизации продукта способом косвенного нагрева применяют трубчатые, пластинчатые и для вязких продуктов скребковые теплообменники. Эти теплообменники характеризуются надежностью в работе, простотой обслуживания, высокой степенью использования тепла. Однако при стерилизации в теплообменниках косвенного нагрева быстрее образуется пригар на теплопередающих поверхностях.
Непрерывная стерилизация при двухступенчатом режиме осуществляется в следующей последовательности: первоначально продукт стерилизуют в потоке при 130–150 °С в течение нескольких секунд, затем после розлива и укупоривания вторично стерилизуют продукт в таре при температуре 110–118 °С в течение 15–20 мин. Двухступенчатый режим стерилизации предназначен не только для уничтожения микроорганизмов, имеющихся в сырье, но и попавших в продукт при его фасовании. Продукт, полученный при двукратном режиме стерилизации, обладает высокой стойкостью при длительном хранении.
При выборе способа стерилизации и типа установок следует учитывать условия эксплуатации, качество исходного сырья, вид вырабатываемого продукта и экономическую целесообразность.