Производство кефира

   Введение

Кефир является одним из наиболее популярных кисломолочных диетических напитков и по праву занимает доминирующее положение среди всех продуктов переработки молока.

Родиной кефира является Северный Кавказ, где его долгое время изготовляли в бурдюках или в деревянных кадках. Технология его изготовления в аулах простая – кефирные грибки заливают парным молоком, охлажденным до 18-20 0С, в процессе сквашивания и созревания продукт периодически взбалтывают. При созревании кефира вследствие усиленной аэрации активно развиваются дрожжи, что влияет на вкус и консистенцию продукта: консистенция становится жидкой, сметанообразной, вкус – специфическим, кислым, приобретает остроту.

В России кефир вырабатывался еще в 1866-1867 гг. кустарным способом на грибках, привезенных с Кавказа в сухом виде. Кефирные грибки оживляли в кипяченом охлажденном обезжиренном молоке и использовали для приготовления заквасок. Молоко для кефира подогревали до 16-23 0С и заквашивали закваской, непосредственно слитой с грибков. После получения сгустка бутыли взбалтывали для ускорения процесса образования напитка и выдерживали в помещении при температуре 14-16 0С в течение суток, а иногда и более продолжительное время.

По той же технологии вырабатывали кефир на городских молочных заводах, при этом применяли пастеризацию молока и розлив напитка в бутыли с герметичной укупоркой.

В результате длительности технологического процесса, трудоемкости многих операций выпуск кефира был ограничен и спрос населения на него не удовлетворялся, поэтому в 30-х годах ХХ в. технологию кефира изменили: его стали выпускать ускоренным способом, получившим впоследствии наименование термостатного.

  Молоко, идущее на выработку кефира, стали сквашивать при высоких температурах в термостатах без встряхивания и соответствующего накопления продуктов дрожжевого брожения. В результате изменения технологии вместо мягкого по консистенции полужидкого напитка с характерным освежающим вкусом заводы стали выпускать продукт с плотным сгустком, по вкусу похожим на простоквашу.

В результате ряда научно-исследовательских работ был разработан резервуарный способ производства кефира, являющийся в настоящее время общепризнанным и широко внедренным в молочную промышленность.

Целью моей работы является рассмотрение типовой технологической линии производства кефира резервуарным способом с охлаждением продукта в резервуарной емкости для сквашивания молока и фасовки. Данная технологическая линия широко применяется для производства кефира по всей стране и позволяет получать продукт с хорошими вкусовыми и органолептическими качествами, удовлетворяющими требованиям нормативных документов.

  1 Технико – экономическое обоснование

            Главное достоинство кефира в том, что этот продукт - замечательный поставщик кальция и фосфора, без которых все мы уже давно пали бы жертвой коварного кариеса и постоянно страдали бы от переломов костей. Кроме того, кальций и фосфор участвуют в построении клеток головного мозга, способствуют слаженной работе нервной системы и помогают нормализовать обмен веществ. Безусловно, эти ценные элементы имеются и в других продуктах, но дело в том, что организм может усваивать их только в растворимой форме и в присутствии органических кислот. Кислоты в большом количестве содержатся в цитрусовых, черной смородине, клубнике, но, увы, почти во всех этих полезных фруктах отсутствуют кальций и фосфор. В кефире же имеется и то и другое, и именно поэтому его состав считается наиболее сбалансированным.

Что касается витаминов, то здесь кефиру тоже есть чем похвастаться - он способствует синтезу витаминов группы В (борются со стрессами, снимают усталость, устраняют депрессию, избавляют от перхоти и прыщей), богат витамином А (необходим для зрения и здоровья кожи), витамином D (нужен для усвоения кальция и фосфора и поддержания в хорошем состоянии костей) и фолиевой кислотой (важнейший витамин для беременных и тех, кто хочет иметь здоровый цвет лица и поддерживать мышцы в тонусе). Выбирая кефир, следует знать, что в обезжиренном кефире всех этих полезных веществ гораздо меньше, чем в жирном, а потому не стоит гнаться за отсутствием калорий в ущерб своему здоровью.

В придачу ко всем своим достоинствам кефир еще и обладает противовирусными свойствами, а потому те, кто выпивает хотя бы стакан полезного напитка ежедневно, имеют гораздо меньше шансов подцепить грипп или простуду, чем «кефироненавистник». А если учесть, что кефир способен еще и избавить ваши сосуды от холестериновых бляшек, то стоит почаще включать в свое меню полезный напиток.

  Ещё одно достоинство кефира и его кисломолочных собратьев - наличие в них полезных бактерий. Известно, что наш кишечник населяет множество различных микробов, большинство из которых вовсе не являются болезнетворными. «Правильные» бактерии помогают переваривать пищу, усваивать витамины, предохраняют нас от инфекций. Но, к сожалению, стрессы, прием антибиотиков и некоторых других лекарств способны сократить количество полезных бактерий, и тогда мы начинаем испытывать самые разнообразные проблемы, начиная с несварения желудка и заканчивая появлением угрей и прыщей. Справиться с этими неприятностями помогут кисломолочные продукты, которые вновь заселят кишечник полезной микрофлорой.

В последнее время на прилавках магазинов появились различные сорта кефира и йогуртов с пометкой «живой» или «био». Это означает, что данный продукт дополнительно обогащен ценными бактериями. Впрочем, полезная микрофлора имеется и в самом обычном кефире, который в некоторых случаях даже может заменить лекарства. Любой кефир улучшает иммунитет, снимает бессонницу, молодой (однодневный кефир) помогает справиться с запорами, а старый (трехдневный) избавляет от диареи.

2         Характеристика сырья для производства кефира с бифидобактериями

Существует два способа производства кефира - резервуарный и термостатный. Резервуарный способ производства отличается от термостатного тем, что сквашивание молока производится в большой емкости и на розлив направляется продукт с перемешанным сгустком. Технологический процесс состоит из следующих операций: приемки и подготовки сырья, нормализации, гомогенизации, пастеризации и охлаждения, заквашивания, сквашивания в специальных емкостях, охлаждения сгустка, созревание сгустка, фасования.

Кефир резервуарным способом вырабатывают из цельного натурального нормализованного молока не ниже второго сорта, кислотностью не более 19 0Т, плотностью не менее 1,0278 кг/м3, с различной массовой долей жира, поэтому исходное молоко нормализуют до требуемой массовой доли жира. При нормализации цельного молока по жиру могут быть два варианта: жира в цельном молоке больше, чем требуется в производстве, и жира в цельном молоке меньше, чем требуется. В первом варианте жир частично отбирают путем сепарирования или к исходному молоку добавляют обезжиренное. Во втором варианте для повышения жирности исходного молока добавляют к нему сливки. Один из простейших способов нормализации по жиру - нормализация путем смешивания в емкости рассчитанных количеств нормализуемого молока и нормализующего компонента (сливок или обезжиренного молока) при тщательном перемешивании смеси.

2.1 Молоко (ГОСТ 13264)

          Молоко является основным сырьём для производства молочных продуктов. Пищевая ценность молока характеризует степень удовлетворения

организма в питательных веществах и определяется его энергетической ценностью, составом и вкусовыми достоинствами.

          Молоко представляет собой биологическую жидкость, сложного химического состава, который не является постоянным.

Органолептические свойства которым должно соответствовать молоко:

Однородная жидкость без осадка и хлопьев.

Цвет - от белого до слабо-кремовогою

Без допускается посторонних запахов и привкусов.

Степень чистоты по эталону, 1 I не ниже.

Плотность, кг/м3, не менее 1027 1027.

Кислотность, °Т 16—18 16—18.

2.2 Вода

Вода используется для растворения сухих компонентов и солей. Состав и свойства воды, при любом типе водоисточника, способе обработки и конструктивных особенностях водопроводной сети, должны обеспечивать безопасность его в эпидемическом отношении, безвредность химического состава, и благоприятные органолептические свойства.

Качество воды в значительной мере определяет прозрачность, вкус, стойкость напитков. Поэтому вода используемая в производстве, должна отвечать ряду требований. Она должна быть прозрачной, бесцветной, приятной на вкус и не иметь запаха. Пробы воды при отстаивании в течении суток в стеклянной посуде при температуре 15-20 ºС не должна давать осадка.

Сухой остаток воды (масса высушенного и прокаленного вещества, остающегося после выпаривания), обусловливаемый общим содержанием в ней минеральных солей, должен быть не более 500-600 мг/л.

Окисляемость воды – расход кислорода на окисление примесей воды

при кипячении её с перманганатом калия – характеризует наличие органических веществ, солей закисного железа, нитратов и сульфидов; она не должна превышать 1 мл кислорода на 1 л воды.

Кислотность воды должна быть близкой к нейтральной, рН – в пределах 6,8-7,3.

В воде не допускается содержание ядовитых веществ: следов ртути, аммиачных соединений. Содержание свинца не должно превышать 0,1 мг, мышьяка – 0,05 мг, меди – 3 мг, цинка – 5 мг, соединений, содержащих фенол – 0,0001 мг, нитратов – 40 мг, хлора – 0,5 мг в 1 литре.

Также не должно в воде содержатся болезнетворных микроорганизмов. Общее число микроорганизмов в 1 л воды не должно превышать 50.

2.3 Кефирные «грибки»

Кефирные "грибки", закваска для получения кефира из коровьего молока. В высушенном состоянии — золотисто-жёлтые зёрна неправильной формы, с бугристой поверхностью, величиной до лесного ореха. Помещенные в молоко, набухают, и их объём увеличивается в 2—5 раз.

В состав входят казеин и следующие микроорганизмы: молочнокислый стрептококк (Streptococcus lactis), сбраживающий лактозу с образованием молочной кислоты; молочнокислая палочка (Streptobacterium plantarum), придающая кефиру необходимую консистенцию и вкус; молочные дрожжи (Torulopsis kefir), сбраживающие лактозу и образующие этиловый спирт и углекислый газ.

  3 Принципиально – технологическая схема производства кефира с бифидобактериями

3.1 Приемка молока

При приемке молока на завод качество его оценивают по органолептическим показателям, содержанию жира, кислотности и температуре. Для производства пастеризованного молока применяемое натуральное молоко должно быть не ниже 2-го сорта. Молоко 1-го сорта имеет кислотность 16-18 °Т, механическую и бактериальную загрязненность 1-го класса, температуру не выше 10 °С, плотность в пределах 1,030 г/см3.

           При оценке качества из партии молока берут среднюю пробу, представляющую собой часть продукта, отобранную от каждой упаковки в одну емкость, а из автомобильных или железнодорожных цистерн — из каждого отсека отдельно. Перед отбором средней пробы молоко перемешивают до полной однородности.

3.2 Тепловая обработка и гомогенизация

Пастеризация молока производится с целью уничтожения вегетативных форм микрофлоры, в том числе патогенных. Наиболее распространенный способ в производстве кисломолочных продуктов – кратковременная пастеризация при температуре 85-87 0С с выдержкой в течение 5-10 мин. или при 90-92 0С с выдержкой 2-3 мин. с последующим охлаждением до температуры заквашивания. Режим пастеризации должен обеспечить получение заданных свойств готового продукта, в частности органолептических показателей (вкус, нужные вязкость и плотность сгустка). Высокие температуры пастеризации вызывают денатурацию сывороточных белков, при этом повышаются гидратационные свойства казеина. Это способствует образованию более плотного сгустка, который хорошо удерживает влагу, что препятствует отделению сыворотки при хранении.

  Гомогенизация – это раздробление (диспергирование) жировых шариков путем воздействия на молоко значительных внешних усилий. В процессе обработки уменьшаются размеры жировых шариков и скорость всплывания. Происходит перераспределение оболочечного вещества жирового шарика, стабилизируется жировая эмульсия, и гомогенизированное молоко не отстаивается. В настоящее время применяют двухступенчатую гомогенизацию, исключающую слипание частичек жировых шариков на выходе из клапанной щели гомогенизирующей головки. Гомогенизация проводится при температуре 60-65 0С и давлении 15-17,5 МПа (125-175 атм). После пастеризации и гомогенизации смесь охлаждается до температуры заквашивания.

3.3 Заквашивание и сквашивание молока

При производстве кефира обычно применяют закваску, приготовленную на кефирных грибках. Основными представителями их являются молочнокислые палочки, молочнокислые стрептококки, в том числе ароматобразующие и молочные дрожжи типа Torula. Случайная микрофлора зерен состоит из споровых палочек, уксуснокислых бактерий, молочных плесеней, пленчатых дрожжей, бактерий группы Coli и пр.

Для приготовления кефирной закваски сухие кефирные зерна выдерживают в теплой воде (25-30 0С) в течение суток, меняя ее за это время 2-3 раза. После этого воду сливают, и набухшие зерна заливают теплым молоком, взятым в десятикратном количестве по отношению к объему грибков.

Для выработки кефира с характерным вкусом и прочной консистенцией необходимо использовать производственную закваску, выдержанную после сквашивания при температуре 10 - 12 0С в течение 12-24 час. Закваску, масса которой обычно составляет 5 % массы заквашиваемой смеси, вносят в смесь, охлажденную до температуры заквашивания.

  Смесь сквашивают при температуре 23-25 0С до образования молочно-белкового сгустка кислотностью 80-100 0Т (рН 4,5-4,65). Во время сквашивания происходит размножение микрофлоры закваски, нарастает кислотность, коагулирует казеин и образуется сгусток. После окончания сквашивания продукт немедленно охлаждают.

3.4 Перемешивание и охлаждение сгустка

После сквашивания кефир перемешивают и охлаждают до температуры созревания. Перемешивание продукта начинают через 60-90 мин. после начала времени его охлаждения и проводят в течение 10-30 минут. Перемешанный и охлажденный до температуры 20 0С сгусток оставляют в покое.

          3.5 Созревание кефира

Продолжительность созревания кефира составляет 6-10 ч. Во время созревания активизируются дрожжи, происходит спиртовое брожение, в результате чего в продукте образуются спирт, диоксид углерода и другие вещества, придающие этому продукту специфические свойства.

3.6 Перемешивание и розлив

По истечении времени созревания, перед началом розлива кефир в резервуаре перемешивают 2-10 мин.

Упаковку и маркировку производят в соответствии с требованиями стандарта на этот продукт. С целью улучшения консистенции готового продукта, упакованный кефир рекомендуется выдерживать в холодильной камере перед реализацией. При достижении кефиром требуемого показателя условной вязкости и температуры 6 0С технологический процесс считается законченным и продукт готов к реализации.

4 Требования к готовому продукту

В соответствии с требованиями кефир должен удовлетворять следующим требованиям:

Таблица 1 – Требования к готовому кефиру

Вкус и запах – чистый, кисломолочный, освежающий.

Консистенция кефира должна быть однородной, напоминающей жидкую сметану. Допускается газообразование, вызванное дрожжами или ароматобразующими стрептококками.

   5 Подбор оборудования

В состав данной линии входит следующее технологическое оборудование:

Танк молокохранительный В2-ОМГ-10 , емкостью 10 тыс. л

Насос центробежный НМУ-6 производительностью 6 тыс. л/час

Пастеризационно-охладительная установка ОПЛ-5, производительностью

5 тыс. л/час 

Молокоочиститель ОМА-3М производительностью 5 тыс. л/час

Гомогенизатор А1-ОГМ с рабочим давлением до 200 ат производительностью 5 тыс. л/час

Танк Г6-ОПБ-1000 для выдерживания пастеризованного молока, емкостью

1 тыс. л

Балансировочный бак

Смеситель для закваски с шаровым клапаном

Танк двустенный ОТК-6 для сквашивания молока емкостью 6 тыс. л каждый .

Фасовочно-упаковочный автомат М6-ОПЗ-Е

          5.1 Технологическое оборудование

Танк молокохранительный В2-ОМГ-10

        Емкость для хранения молока цилиндрической формы, состоит из алюминиевого корпуса и стального кожуха. Пространство между ними заполнено термоизолирующим веществом. В верхней части емкости предусмотрены смотровое окно, светильник, моечное устройство, датчик верхнего уровня и воздушный клапан.

   Смотровое окно и светильник предназначены для периодического осмотра внутренней полости емкости. Моечное устройство выполнено в виде двух трубчатых полудуг с отверстиями для подачи раствора. При вытекании моющего раствора из отверстий трубчатые дуги вращаются за счет возникающих реактивных сил. При этом внутренняя поверхность емкости равномерно орошается моющим раствором. Датчик верхнего уровня сигнализирует о заполнении рабочей вместимости емкости, а воздушный клапан впускает и выпускает воздух при ее опорожнении и заполнении.

В средней части емкости расположены люк, термометр, кран для отбора проб, устройство для контроля за уровнем молока и стационарная лестница для обслуживания верхней части. В нижней части имеются перемешивающее устройство, датчик нижнего уровня и опоры. Перемешивающее устройство состоит из центробежного насоса, эжектора, кранов и соединяющих из трубопроводов.

Емкость наполняется через нижний патрубок. Через этот же патрубок емкость и опорожняется при переключении трехходового крана. Окончание заполнения или опорожнения сопровождается подачей светового или звукового сигнала. При отборе проб пользуются специальным краником, а температуру молока контролируют термометром. Повышение температуры молока за 24 ч хранения в таких емкостях при разности температур окружающего воздуха и продукта, равной 24 0С, допускается не более чем на 2 0С.

Техническая характеристика молокохранительного танка В2-ОМГ-10

Рабочая вместимость, м3 – 10, исполнение – горизонтальное, установленная мощность, кВт - 0,75, масса (без молока), кг - 2255

Рисунок 1- молокохранительный танк В2-ОМГ-10

1 – рабочая емкость; 2 – теплоизоляция; 3 – кожух; 4 – мешалка; 5 – смотровое окно; 6 – люк; 7 – привод мешалки; 8 – ножки; 9 – сливной патрубок; 10 – термометр; 11 – наливная труба.

Центробежный насос НМУ-6

Имеет корпус в виде цилиндра, закрываемого крышкой. Во внутренней полости корпуса через отверстие проходит вал с насаженной на него лопастью. Крышка уплотнена резиновым кольцом и зажимными винтами. На ней расположен по оси вала всасывающий патрубок. По касательной к цилиндру корпуса установлен нагнетательный патрубок.

При вращении вала в камере насоса молоко отбрасывается лопастью к периферии камеры и под действием центробежных сил создается давления для вывода продукта в нагнетательный патрубок и транспортирования по молокопроводу. При этом в центральной части камеры насоса образуется разрежение и туда поступает новая порция молока. Поток молок не прерывается. Возврат молока из полости нагнетания в полость всасывания между корпусом лопастью предотвращения благодаря минимальному зазору

  между ними.

Подводимая от электродвигателя к рабочему колесу насоса энергия затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений внутри самого насоса и на приращение энергии потока молока. Гидравлические сопротивления внутри насоса зависят от формы и расположения всасывающего и нагнетательного патрубков насоса, формы лопастей, зазоров между ними и корпусом, профиля клапанов и чистоты обработки их поверхностей. Приращение энергии потока молока в насосе зависит от частоты вращения рабочего колеса, размеров и формы камеры и рабочего колеса.

Техническая характеристика центробежного насоса НМУ-6

Подача, м3/ч – 6, напор, м – 8, диаметр патрубка, мм всасывания – 40, нагнетания - 21; 29, частота вращения рабочего органа, с-47, мощность электродвигателя, кВт - 1,1, масса, кг - 14,8.

Рисунок 2 - центробежный насос НМУ-6

1 – защитный кожух; 2-фланец; 3 – шпонка; 4–зажимное устройство; 5-гайка

крепления кожуха; 6 – обойма; 7 – корпус насоса; 8 – лопасть; 9 – резиновое кольцо; 10 – крышка; 11 – торцевое уплотнение; 12 – торцевая шайба; 13 – наконечник вала; 14 – обратный клапан; 15 – патрубок; 16 – гайка крепления напорного патрубка.

Автоматизированная пластинчатая пастеризационно-охладительная установка ОПЛ-5

Установка ОПЛ-5 предназначена для быстрой тонкослойной пастеризации молока в закрытом потоке с последующим охлаждением. Она работает при автоматическом регулировании технологического процесса, что исключает возможность выхода из аппарата недопастеризованного молока.

Принцип работы установки.

Сырое молоко поступает в балансировочный бак, снабженный поплавковым клапаном для поддержания постоянного уровня молока. Из бака молоко поступает в насос, который подает его в регулятор потока соответствующей производительности (5000 л/ч). Затем под напором оно входит в секцию регенерации, где прогревается пастеризованным молоком, движущимся с другой стороны пластины. Подогретое молоко из секции регенерации поступает в один из двух работающих по очереди сепараторов-молокоочистителей, где под действием центробежной силы взвешенные частицы вместе со слизью молока остаются на стенках барабана. Очищенное молоко под напором, создаваемым сепаратором (2-3 ат), подается в гомогенизатор, а из него молоко поступает в секцию регенерации теплообменника, где нагревается до заданной температуры и направляется в выдерживатель, затем возвращается в секцию регенерации теплообменника, проходит ее, отдавая тепло через стенку пластины встречному потоку молока, частично охлаждается и приходит в секцию охлаждения, где температура его снижается до заданной. При работе установки ОПЛ-5 в

балансировочный бачок.

        Техническая характеристика  пастеризационно-охладительная установки ОПЛ-5

Производительность, л/ч – 5000, начальная температура молока, 0С - 5-10, конечная температура молока, 0С - 85-90, температура охлаждения, 0С - 20-25 , теплоноситель - горячая вода ,начальная температура теплоносителя, 0С - +95.

Рисунок 3 - пастеризационно-охладительная установки ОПЛ-5

1 – пластинчатый пастеризатор; 2 – молокоочиститель ОМА-3М; 3 – балансировочный бак; 4 – центробежный насос для молока; 5 – регулятор потока; 6 – бойлер; 7 – насос для горячей воды; 8 – инжектор; 9 - гомогенизатор А1-ОГМ; 10 – выдерживатель пастеризованного молока Г6-ОПБ-1000; 11 – насос центробежный; 12 – щит управления.

  Сепаратор-нормализатор ОМА-3М

Предназначен для очистки молока от посторонних примесей, микрофлоры и белковой слизи. В комплект установки ОПЛ-5 входят два молокоочистителя ОМА-3М.

ОМА-3М представляет собой тарельчатый сепаратор полузакрытого типа с ручной периодической выгрузкой осадка. Состоит из барабана, приемно-отводящего устройства и станины с механизмом привода.

Механические загрязнения удаляются путем тонкослойной сепарации в быстровращающемся барабане молокоочистителя. Молоко, подлежащее очистке, по центральной трубке поступает во внутреннюю полость тарелкодержателя. Закрытый ввод предохраняет молоко от попадания посторонней микрофлоры из окружающего воздуха. Через щель, образуемую между тарелкодержателем и основанием барабана, молоко под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса барабана. Здесь наиболее тяжелые и крупные частицы оседают на стенке корпуса, а молоко вместе с мельчайшими частицами поступает в пакет конических тарелок. В пространстве между тарелками молоко очищается от взвешенных частиц.

Очищенное молоко под давлением вновь поступающих порций проходит к центру и поднимается по каналам тарелкодержателя в камеру напорного диска. Неподвижный напорный диск захватывает вращающуюся жидкость и под давлением выводит ее из барабана в отводящую коммуникацию.

Давление молока, выходящего из барабана сепаратора, обеспечивает подачу его и преодоление сопротивлений в пастеризаторе без насоса. Чем дольше работает сепаратор, тем больше заполняется грязевое пространство, поэтому качество очистки с течением времени ухудшается. Практически сепаратор нормально работает 1,5-2 ч, причем этот срок зависит от степени загрязненности исходного молока.

Техническая характеристика сепаратора - нормализатор ОМА-3М

  Производительность, л/ч – 5000, скорость вращения барабана, об/мин – 6500, количество тарелок, шт – 9, угол наклона образующей тарелки, град – 55, величина межтарелочного зазора, мм – 11, мощность электродвигателя, кВт - 4,5, масса с электродвигателем, кг – 420.