Характеристика та аналіз технологічного процесу виробництва молока згущеного та шляхи його удосконалення

 


 


«Характеристика та аналіз технологічного процесу виробництва молока згущеного та шляхи його удосконалення»

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

ВСТУП

4

1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛОКА ЗГУЩЕНОГО

5

1.1 Сучасний асортимент молочних консервів

5

1.2 Фізико-хімічні основи виробництва молока згущеного                                

6

1.3 Характеристика та вимоги до  якості сировини

8

2 МОДЕЛЮВАННЯ ТА АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА МОЛОКА ЗГУЩЕНОГО

10

3 РОЗРОБКА АПАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГІЧНОЇ  СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА МОЛОКА ЗГУЩЕНОГО

17

4 Вимоги до основних показників якості готового продукту

19

5 ОСНОВНІ ШЛЯХИ РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ  СИСТЕМИ

21

6 ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ

23

ВИСНОВКИ

25

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

26

Додаток А

  

 

 

 

ВСТУП

 

Згущене молоко один з найпопулярніших продуктів серед населення та, як сировина, широко використовується в кондитерській промисловості [1]. Завдяки підвищеному терміну зберігання, згущене молоко з цукром є стратегічним продуктом. Все це говорить про високу рентабельність і ліквідності продукту.

Вітчизняний ринок консервів з вмістом молока розвивається стрімкими темпами. Зростають і обсяги виробництва молочних консервів. Позитивну динаміку в цьому сегменті експерти пояснюють збільшенням попиту на продукцію з боку прямих споживачів і підприємств, які займаються виробництвом кондитерських виробів. Стійка тенденція до збільшення обсягів споживання молока харчовою промисловістю дозволяє прогнозувати збільшення числа компаній, що працюють в цьому секторі, протягом найближчих кількох років. До числа продуктів, які є перспективними для виробництва на таких підприємствах, відноситься і згущене молоко.

На межі третього тисячоліття молочна промисловість, зокрема виробництво молока згущеного, являє собою велику індустріальну галузь з розвиненою матеріально-технічною базою, що виробляє широкий асортимент продукції, якість якої в основному не поступається вимогам світових стандартів.

З розвитком ринкових відносин в системі виробництва, переробки та реалізації молочної продукції відбулися великі зміни. Бажання вижити в складних умовах конкурентної боротьби мобілізує керівників до прийняття нестандартних рішень, що дозволяють не тільки існувати, але і розвиватися далі, збільшуючи асортимент своєї продукції, розширюючи ринки збуту.

У сучасній ситуації найбільш результативним є концепція створення інноваційних молочних продуктів, які сприятливо впливають на організм людини.

 

1 ОБГРУНТУВАННЯ РОБОТИ

 

1.1 Сучасний асортимент молочних консервів

 

Метод консервування молока шляхом стерилізації у герметичних контейнерах був розроблений на початку 1880-х років. Але ще до цього, за припущеннями – у 1850 році, метод зберігання молока шляхом додавання цукру був винайдений в Америці. Виробництво згущеного молока цими двома способами розрослося до промислових масштабів [2].

На сьогоднішній день згущені молочні консерви виробляють двох видів: з цукром і без нього (стерилізовані). Згущені молочні консерви з цукром мають однорідну по всій масі консистенцію без відчутних органолептично кристалів лактози, білий з кремовим відтінком колір (для нежирних консервів допускається голубуватий відтінок, а для консервів з наповнювачем – темно-коричневий). Ці консерви мають солодкий смак з вираженим відтінком пастеризованого молока або вершків, а консерви з наповнювачами – добре вираженими смаком і запахом натуральної кави або какао [3].

В даний час виготовляють великий асортимент згущених консервів з цукром, нежирних і з масовою часткою вологи від 26 до 30%, сухих речовин від 26 до 36, жиру від 5 до 19 і сахарози від 37 до 44%, кислотністю від 37 до 60 Т. У готових консервах загальна кількість бактерій в 1 г допускається не більше 50 000 (для молока згущеного з цукром, нежирного і сколотин) і 35000 (для згущених консервів з цукром, кава і какао), бактерії групи кишкової палички в 0,1 г продукту і патогенні мікроорганізми не допускаються [4].

Підприємства галузі випускають наступні види консервів: незбиране згущене молоко з цукром, згущені вершки з цукром; нежирне згущене молоко з цукром; згущену сколотини з цукром; натуральна кава зі згущеним молоком і цукром, какао зі згущеним молоком і цукром, какао зі згущеними вершками і цукром і інші з різними оригінальними назвами [5].

1.2 Фізико-хімічні основи виробництва  молока згущеного

 

Виробництво молока згущеного з цукром заснована на збільшенні концентрації сухих речовин молока шляхом згущення і додавання цукрози. Основним показником, що визначає якість молока згущеного з цукром, є консистенція (найбільш часто зустрічається порок продукту – зміна його консистенції – загустівання). Одним з найважливіших факторів, що впливають на консистенцію згущеного молока з цукром, – хімічний склад молока, головним чином, його білково-сольовий склад [6].

Для виробництва продукту найбільш придатне молоко з низькою величиною співвідношення між жиром і СОМО (близько 0,425), з дрібними жировими кульками і казеїновими міцелами та оптимальним вмістом кальцію (не більше 125 мг %). Ці показники залежать від пори року, стадії лактації, породи, стану здоров’я тварин та інших факторів.

В'язкість готового продукту залежить від кислотності молока. Підвищення кислотності сирого молока (в результаті зброджування бактеріями молочного цукру) порушує сольовий баланс молока, знижує теплову стійкість казеїну і негативно позначається на консистенції згущеного молока з цукром.

Під час теплової обробки – пастеризації і згущенню – відбуваються фізико-хімічні зміни складових частин вихідного молока [7].

При пастеризації денатурують сироваткові білки, концентрація яких при згущенні збільшується. Змінюється структура казеїну: він набуває здатності до агрегації. Частина солей молока переходить в нерозчинний               стан – змінюється співвідношення між катіонами кальцію, аніонами фосфорної та лимонної кислот. Таким чином, режим пастеризації впливає на білково-сольовий склад молока та, відповідно, на в'язкість згущеного молока з цукром і його стійкість до загустівання при зберіганні. Наприклад, температура пастеризації молока 85…95 °С сприяє підвищенню в'язкості згущеного молока з цукром, а температура вище 100 °С – одержанню продукту порівняно рідкої консистенції. Отже, для вироблення продукту оптимальною в'язкістю режим пастеризації слід вибирати з урахуванням сезонних змін складу і властивостей молока.

Під час згущення зростає концентрація солей кальцію, в результаті чого казеїнові міцели укрупнюються і з'єднуються з денатурованими сироватковими білками. Зміні піддається жирова фаза молока. При пастеризації дробляться жирові кульки, грудочки злиплих кульок роз'єднуються, знижується швидкість відстоювання вершків [6].

Під час згущення, поряд з дробленням жирових кульок (при збільшенні числа дрібних кульок розміром менше 2 мкм), спостерігається їх укрупнення і часткова дестабілізація жирової емульсії. При цьому виділяються летючі жирні кислоти лактони, які разом з продуктами розпаду молочного цукру беруть участь у формуванні властивих пастеризованому молоку смаку і запаху.

У процесі пастеризації і згущення руйнуються ферменти і вітаміни. У процесі згущення зменшується вміст вітаміну А на 19%, В2 – на 8-21, В6 і В12 – на 40, С – на 20, Е – на 3-12%.

Технологічний режим згущення молока (температура та тривалість її впливу) також істотно впливає колоїдну систему молока і консистенцію готового продукту. Оптимальним вважається наступний режим: температура не вище 60 °С і тривалість не більше 2…2,5 год [8].

Велике значення для якості продукту мають склад і час введення в молоко цукрового сиропу. Цукровий сироп доцільно подавати в вакуум-випарну установку одночасно з молочною сумішшю або за 20…25 хв до закінчення згущення (при вмісту у згущеному молоці 46-48% сухих речовин). Цукровий сироп повинен містити мінімальну кількість інвертного цукру (суміш фруктози і глюкози), що утворюється при інверсії сахарози.

Під час охолодження відбувається кристалізація молочного цукру, від правильності проведення якого залежить консистенція готового продукту. У неохолодженому згущеному молоці з цукром міститься 11-12% лактози, яка розчинена в 25-26% вологи, утворюючи при 50…60 °С насичений розчин. При охолодженні продукту після згущення (до 20 °С) розчин лактози стає пересиченим, і частина її випадає у вигляді кристалів. Перехід лактози в кристалічний стан відбувається у два етапи: спочатку зароджуються центри кристалізації, потім ростуть кристали.

Розмір кристалів молочного цукру залежить від режиму охолодження згущеного молока (температури і тривалості). Консистенція згущеного молока з цукром визначається розмірами та кількістю утворених при охолодженні і зберіганні продукту кристалів молочного цукру. Для забезпечення гарної консистенції продукту необхідно прагнути до масового утворення дрібних кристалів лактози (розміром до 10 мкм) при можливо повної її кристалізації. Недостатньо повна кристалізація лактози в процесі охолодження може призвести до її кристалізації під час зберігання продукту. При цьому утворюються великі кристали розміром 20-25 мкм. Швидке охолодження згущеного молока з цукром до температури посиленої кристалізації (18…20 °С) сприяє утворенню великої кількості дрібних кристалів лактози. Тривале охолодження може призвести не тільки до випадання великих кристалів лактози, але і до інших пороків продукту – загустіванню і побурінню. На інтенсивність кристалізації лактози впливають також кількість вноситься в згущеному молоці затравки, тривалість та інтенсивність його перемішування [6- 8].

                                

1.3 Характеристика та вимоги до якості сировини

 

До сировини, призначеної для виробництва молочних консервів, висувають підвищені вимоги, оскільки пороки сирого молока в результаті концентрування сухих речовин посилюються.

Для консервування придатне натуральне молоко, що відповідає вимогам ГОСТ 13264-88, воно має бути термостійким, мати кислотність                16-160 ̊ Т (для концентрованого молока), не вище 190 ̊ Т (для стерилізованих консервів) і 200 ̊ Т (для інших видів молочних консервів), а також мати невисоку мікробіологічну забрудненість. При підборі молока для консервів необхідно враховувати його хімічний склад і властивості (табл. 1.1) [9, 10].

 

Таблиця 1.1 –  Хімічний склад молока

 

Показник

Молоко

незбиране

Знежирене

Сухі речовини, %

12,5

8,75

Жир,%

3,8

0,05

Загальний білок, % 

3,3

3,30

Молочний цукор, %

4,5

5,0

Зола, %

0,7

0,7

Вітамін В1, мг/кг

450,0

350,0

Вітамін В2, мг/кг

1330,0

1800,0

Фолієва кислота, мг/кг

675,0

885,0

Пантотенова кислота, мг/кг

4400,0

4400,0

Вітамін В3, мг/кг

4,4

4,4

Вітамін Н, мг/кг

38,6

38,3

Вітамін В12, мг/кг

4,0

4,0

Калорійність, 1кг, ккал

730,0

385,0


 

Крім того слід враховувати зміст сироваткових білків, які знижують термостійкість. З цієї причини вважається непридатним для вироблення консервів молозиво і стародійне молоко. Більш придатне молоко з меншими розмірами жирових кульок і міцел казеїну, так як в такому молоці сповільнюється відстоювання білково-жирового шару при зберіганні.

Таким чином, придатність сировини встановлюють за результатами фізико-хімічних і бактеріологічних аналізів, а також органолептичної перевірки.

 

2 МОДЕЛЮВАННЯ ТА АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИРОБНИЦТВА МОЛОКА ЗГУЩЕНОГО


 

Технологічною системою, яка досліджується, є технологія виробництва молока згущеного. Одним з етапів курсового проекту є аналіз рецептурного складу (табл. 2.1) та технологічного процесу виробництва (табл. 2.2) молока згущеного з точки зору якісного та кількісного складу основних рецептурних компонентів, обґрунтування проблемних елементів [11-13].

 

Таблиця 2.1 – Аналіз рецептурного складу молока згущеного

 

Найменування рецептурних компонентів

Питома вага компо-нента в рецептурі, %

Роль компонента у формуванні готової продукції

Вимоги до якості рецеп-турних компо-ненттів

Молоко незбиране (ж=4,2%, СЗМЗ 8,1%)

60,0

Основний рецептурний компонент, джерело молочного жиру, СЗМЗ, молочної кислоти та мінеральних речовин

ДСТУ 3662-97

Молоко сухе незбиране

( ж=25%, СЗМЗ 71%)

8,0

Для досягнення визначеного вмісту жиру

ДСТУ 4556:

2006

Вода питна

10,0

Розчинник для цукрового сиропу

ГОСТ 2874, ДСанПіН 136/1840

Цукор-пісок

17,0

Підвищує вміст сухих речовин, надає солодкий смак продукту

ДСТУ 2316-93

Цукор молочний рафінований дрібнокристалевий

5,0

Запобігання кристалізації лактози

Згідно чинного НД


 

Виробляється згущене молоко шляхом випарювання з свіжого молока частини води і додаванням в нього бурякового або тростинного цукру. Консервування засноване на принципі осмоанабіоз і досягається за рахунок збільшення концентрації сухих речовин молока і додавання сахарози з метою підвищення осмотичного тиску. Ефект консервування досягається також за рахунок: теплової обробки і герметичності упаковки.

Виробництво молока згущеного має горизонтальну (рис. 2.1) та ієрархічну (рис. 2.2) декомпозицію яка наведено нижче, технологічну схему на рис. 2.3 у виконанні наступних технологічних операцій [13]:

1. Приймання і  оцінка якості молока; охолодження; резервування; очистка молока.

2. Нормалізація  молока по жиру і сухим речовинам.

Жирність нормалізованої суміші розраховують за формулою:                  ЖСМ = ЖПР * СОМОсм / СОМОпр (де ЖПР і ЖСМ – жирність продукту і суміші,%; СОМОпр і СОМОсм – вміст сухого знежиреного молочного залишку в продукті і суміші, %). Наприклад: ЖСМ = 7,8 * 8,7 / 17,7 = 3,83%. Для підвищення жирності незбираного молока, його нормалізують додаванням вершків або молочного жиру. Для зниження жирності незбираного молока додають знежирене молоко. Внесення, при необхідності, солей стабілізаторів.

3. Пастеризація

Високотемпературна пастеризація (при t 90…95̊С) забезпечує знищення патогенної мікрофлори і стабілізує фізико-хімічні властивості молока, внаслідок чого запобігає загустение молока при зберіганні.

4. Охолодження  до 70…75 ̊С.

5. Проміжне зберігання  перед згущенням.

6. Внесення цукру

У молоко вноситься в твердому вигляді або у вигляді сиропу з вмістом цукру 60-70%. Сироп готують наступним чином: а) нагрівають воду до 60̊С; б) просівають і розчиняють цукор; в) отриманий сироп нагрівають до 95-99̊С (без витримки). Перед внесенням в молоко сироп необхідно відфільтрувати. Сироп найчастіше вносять до згущення, змішанням або в потоці.

7. Згущення молока

Отриману суміш направляють на згущення у вакуум-випарну установку. При впуску в апарат гарячого молока відбувається моментальне і бурхливе кипіння його, інтенсивне перемішування частинок і випаровування вологи. Готовність продукту визначають за вмістом сухих речовин, рефрактометром або по щільності.

8. Охолодження  згущеного молока

Гарячий продукт направляють в кристалізатори, де в середовищі вакууму і безперестанного механічного впливу, він охолоджується до 20̊С протягом 20-25 хвилин. Всі ці маніпуляції потрібні для того, щоб уникнути утворення великих кристалів лактози, яка веде до утворення такого пороку як піщанистого.

9. Внесення затравки

В якості затравки використовують розмолоту в пил лактозу. Мета операції – створення безлічі центрів кристалізації лактози, що в свою чергу перешкоджає утворенню великих кристалів.

10. Фасування  і зберігання

Традиційно згущене молоко з цукром фасують в жерстяні банки (термін зберігання 1 рік), але останнім часом все частіше для цієї мети використовують поліпропіленові або полістиролові стаканчики та іншу дрібну фасовку, застосовувану в молочній промисловості (термін зберігання 3 місяці).

 


 

 

 

Рисунок 2.1 – Горизонтальна декомпозиція технологічної системи молока згущеного 






 

 

 

 

 

 

 


 


 

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 – Ієрархічна декомпозиція технологічної системи молока згущеного

Таблиця 2.2 – Аналіз технологічної схеми виробництва молока згущеного


 

Найменування етапу

Найменування операції

Режими, параметри

Фізико-хімічні зміни,що відбуваються

Мета, яка досягається

І етап

Підготовка сировини:

        

Основної

Фільтрування

t=40…45˚C

d=0,1…0,3 мм

-

Вилучення механічних сторонніх домішок

Нормалізація жирового вмісту

t=40…45˚C

Збільшення масової частки жиру

Регулювання жирового вмісту до значення 8,5 %

Допоміжної

Просіювання

d=0,8…1,0 мм

-

Вилучення механічних сторонніх домішок

ІІ етап

Теплова обробка

Пастеризація

t=90…95 ˚C; τ=2…3 с

Знищення патогенної мікрофлори

Стабілізація фізико-хімічних властивостей

Охолодження

t=70…75 ˚C

Запобігання утворення кристалів лактози

Проміжне зберігання

t=70…95 ˚C; τ=5…7 хв

Згущення

t=50…60 ̊С; τ=30…40 хв

Консервування засноване на принципі осмоанабіоз і досягається за рахунок збільшення концентрації сухих речовин молока і додавання сахарози з метою підвищення осмотичного тиску

Досягання визначеного вмісту сухих речовин

ІII етап

Охолодження

Механічне охолодження

t=20…25 ˚C; τ=20…25 хв

Запобігання утворення кристалів лактози

Попередження утворення великих кристалів лактози




 

 

Закінчення табл. 2.2

 

Внесення затравки

t=20…25 ˚C

Створення центрів кристалізації лактози

  

ІV етап

Підготовка до реалізація, зберігання

Зберігання

t=8…10˚C; τ=3міс.

Кристалізація лактози за неправильних умов зберігання

Дотримання режимів та термінів зберігання




 

Результатом проведення етапів моделювання технологічної системи виробництва молока згущеного є уявлення технологічного процесу у вигляді взаємопов'язаних структурних елементів [10] – етапів, операцій, факторів, що впливають на виробничий процес приготування молока згущеного з визначенням мети їх функціонування, змін у технологічній системі під впливом технологічних чинників.

 

3 РОЗРОБКА АПАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГІЧНОЇ  СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА МОЛОКА ЗГУЩЕНОГО

 

Технологічний процес виробництва згущених консервів з цукром складається з наступних основних операцій: приймання і підготовка сировини і компонентів, нормалізація, пастеризація, гомогенізація, приготування і додавання цукрового сиропу, згущення, охолодження згущеного продукту, фасування, пакування (закочування) та зберігання [3, 7, 14]. Схема технологічної лінії виробництва молока згущеного приведена на рисунку 3.1.

Молоко відцентровим насосом 2 перекачується через ваги і 
надходить у пластинчастий нагрівач 3, потім насосом для молока 4 — у ре- 
зервуар 5 для проміжного зберігання або через лічильник відразу 
в резервуар 5. Далі воно підігрівається в трубчастому пастериза- 
торі 7 до 45 °С і надходить у сепаратор-молокоочисник 8. Очищене 
молоко охолоджується до 4…6 °С в пластинчастому охолоджува- 
чі 9 і надходить у резервуар 10, де зберігається до переробки. В 
цьому резервуарі його стандартизують знежиреним молоком або 
вершками. Стандартизована суміш відцентровим насосом 11 
спрямовується на пастеризацію в трубчастий пастеризатор 12 і 
далі — в проміжний резервуар 13. Гаряча суміш під дією розрі- 
дження, яке створюється в системі, надходить у вакуум-апарат 14. 
Цукровий сироп готують у сироповарильному котлі 16. Насосом 
17 він подається у фільтр 18, надходить у резервуар 19, потім у 
вакуум-апарат 14. Згущене молоко із цукром насосом 15 подається 
у вакуум-охолоджувач 20 для охолодження і кристалізації лакто- 
зи. Готовий продукт насосом 21 спрямовується у проміжну ван- 
ну 22, звідки самопливом — на фасування

 

Рисунок 3.1 – Схема поточно-механізованої лінії виробництва молока згущеного:

1 – приймальня ємність; 2, 7, 10, 13, 14, 21 – насоси; 3 – пластинчастий нагрівач; 4 – сепаратори-молокоочисники; 5 – сепаратор-вершковідокремлювач; 6 – ємність для знежиреного молока; 8- пластинчастий охолоджувач; 9, 12, 15 – ємності; 11 – трубчасті пастеризатори; 16, 22 – вакуум-апарати; 17, 20 – регулятори рівня; 18 – трубчасті охолоджувачі; 19 – трубчасті підігрівачі; 23 – вакуум-охолоджувач; 24 – наповнювач; 25 – закаточна машина; 26 – мийно-сушильний агрегат;                 27 – етикетувальна машина при температурі пастеризації, що забезпечує отримання готового продукту підвищеної в'язкості

 

 

4 ВИМОГИ ДО ЯКОСТІ ГОТОВОГО ПРОДУКТУ

 

Готова продукція – згущені молочні консерви є продукт, одержуваний з підданої тепловій обробці молока, шляхом випарювання з нього частини води і консервування цукром. В останні роки асортимент молочних консервів значно розширився в першу чергу за рахунок продуктів, що виробляються за технічними умовами.

Згідно з ДСТУ 4274-2003 «Молоко  незбиране згущене з цукром. Загальні технічні умови» розглянемо органолептичні показники (табл. 4.1), фізико-хімічні показники (табл. 4.2), мікробіологічні показники (табл. 4.3) харчову та енергетичну цінність [4].

 

Таблиця 4.1 –Органолептичні показники молока згущеного

 

Показники

Характеристика та норма

Консистенція

Однорідна по всій масі без наявності відчутних органолептичних кристалів лактози

Смак, запах

Солодкий, чистий, з вираженим присмаком пастеризованого молока без будь-яких сторонніх присмаків і запахів. Допускається наявність легкого кормового присмаку

Колір

Білий з кремовим відтінком, рівномірний по всій масі


 

Таблиця 4.2 – Фізико-хімічні параметри готового продукту

 

Назва показника

Норма

Метод контролю

Масова частка вологи, не більше, %

26,5

ГОСТ 30305.1

Масова частка сахарози, не менше, %

43,5

ГОСТ 29248, ГОСТ 30305.2

Масова частка сухих речовин молока, не менше, %

28,5

ГОСТ 30305.1

в тому числі жиру, не менше, %

8,5

ГОСТ 29247

Кислотність, не більше, 0Т

48,0

ГОСТ 30305.3

Кислотність в перерахунку на відсоток вмісту молочної кислоти, не більше, %

0,43

Те саме

В’язкість свіжевиробленого продукту (до 2-х місяців зберігання), Па•с

від 3,0 до 10,0

ГОСТ 27709