Промышленная переработка молока
Введение
Молочная промышленность
является одной из важнейших отраслей
агропромышленного комплекса по
обеспечению населения
На основе мирового опыта
предусматривается вывести
На сегодняшний день состояние молочной промышленности характеризуется функционированием предприятий, которые перерабатывают от 3 до 500 т молока за смену.
Промышленная переработка молока – это сложный комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических, микробиологических, биохимических, биотехнических, теплофизических и других специфических технологических процессов.
В производстве питьевого молока и кисломолочных продуктов используются все компоненты молока. Производство сливок, сметаны, кисломолочного сыра, масла, сыра основывается на переработке отдельных компонентов молока. Производство молочных консервов связано с сохранностью всех сухих веществ молока после удаления с него влаги.
Предприятие молочной промышленности
оборудованы современной
В то же время выполняется
техническое переоборудование предприятий,
устанавливаются новые
Технологические процессы производства молочных продуктов состоят из отдельных технологических операций, которые выполняются на разных машинах и аппаратах, которые комплектуются в технологические линии.
На предприятиях молочной
промышленности множество типичных
технологических операций – приемка
молока, очистка, тепловая обработка
– выполняются с помощью
Украина имеет одни из наилучших условий в мире для производства молока и молочных продуктов, но проблему насыщенности ими рынка не удалось в полной мере решить даже в сопутствующие для развития молочной отрасли годы.
1. Характеристика основного и дополнительного сырья и материалов
Основным сырьем для производства йогуртов служат: молоко коровье, молоко коровье обезжиренное, молоко пастеризованное, сливки с молока коровьего, сливки пастеризованные, молоко цельное сухое, молоко сухое обезжиренное, сахар-песок, сахар-песок рафинированный, сахар жидкий , стабилизаторы, фруктовые наполнители, пищевые ароматизаторы, закваски, вода питьевая.
На производство йогуртов используют молоко коровье цельное, которое должно соответствовать требованиям ДСТУ 3662-97 «Молоко цельное. Требования при закупках ». Цельное молоко должно быть не ниже 2 сорта, кислотностью не выше 19оТ, с бактериальным обсеменением за редуктазною пробой не ниже 2 класса. Количество соматических клеток не выше 300 тис/см3.
Особое внимание обращают на плотность молока - должна быть не ниже 1028 кг/м3, именно этот показатель влияет на консистенцию йогурта, особенно в производстве нежирных и маложирных напитков.
Молоко - сырье не должно содержать антибиотиков и других ингибирующих и токсичных веществ, которые подавляют заквасочных микрофлору и вредят образованию сгустка.
Важной технологической характеристикой годности молока до высоких режимов тепловой обработки является термостойкость.
Также применяют сливки, которые должны соответствовать требованиям ГОСТ 13264. Сливки - это продукт, получаемый в результате сепарирования молока. При этом оно разделяется на обезжиренное молоко и сливки.
Зависимости от термической
обработки сливки изготавливают
пастеризованные и
Пастеризованные сливки выпускают с таким содержанием жира: 8, 10, 20, 35%. Пастеризацию сливок с содержанием жира 8 и 10% осуществляют при температуре 80оС, а 20 и 35% - по температуре 87оС, стерилизованные сливки имеют в своем составе 10% жира. Для равномерного распределения жира и предотвращения его отстаиванию, сливки гомогенизируют. При этом чем выше жирность сливок, тем меньше должно быть давление в гомогенизатор, чтобы избежать дестабилизации жира. Обычно сливки гомогенизируют подогретыми до 60-80оС при давлении 5-10 МПа.
В качестве наполнителей используют сахар, какао, кофе и другие добавки. Рецептуре сливок с сахаром входит 7% сахара, с какао - 7% сахара и 2,5% какао, с кофе - 10% сахара и 2% кофе.
В обезжиренном молоке содержание сухих веществ зависит от содержания их в полно жирных молоке и может колебаться от 8,2 до 9,5%. Содержание жира стандартом не нарушается и составляет около 0,05%.
Другая молочное сырье, которое применяют для производства йогуртов молоко цельное сухое по ГОСТ 4495 и сухое обезжиренное по ГОСТ 10970. Сухие молочные продукты должны быть приняты по качеству в течение 10 суток с момента их поступления. Качество продукции определяется на основе отобранного образца от каждой однородной партии. Однородной является продукция одного названия, одной упаковки, одной смены и даты изготовления. С органолептических показателей определяют вкус и запах, консистенцию, цвет.
Цвет сухого молока зависит от сорта: в высшего сорта он белый с кремовым оттенком, у первого сорта допускается наличие отдельных пожелтевших (пригорелых) частиц. Цвет должен быть однородный по всей массе.
Вкус и запах восстановленного сухого молока высшего сорта присущ вкуса и запаха свежего молока. В продуктах первого сорта допускаются привкусы пере пастеризации и слабкокормови, не должно быть стороних привкусов и запахов.
Сухое молоко должно быть в виде мелкого сухого порошка.
Сахар - песок по ГОСТ 21 должна
отвечать следующим требованиям: не
допускаются стороне примеси. Сахар
должен полностью состоять из кристаллов
сахарозы. К органолептических
Сахар - песок рафинированный по ГОСТ 22 должен соответствовать следующим требованиям: сахар - песок рафинированный должен быть белым, чистым, без пятен и посторонних примесей, возможно слегка голубоватый оттенок. Насыщенность цвета сахара-песка рафинованованого ниже, чем сахара - песка, стандартом не нормируется. Вкус должен быть сладким, без посторонних привкусов и запахов как в сухом, так и в его водном растворе. Влажность рафинированного сахара - песка не должна превышать 0,1%, содержания сахарозы не менее 99,9%, содержание редикуючих веществ не более 0,03%.
Размеры кристаллов сахара - песка рафинованованого, мм: мелкий - от 0,2 до 0,8; среднего - от 0,5 до 1,2, большой - от 1,0 до 2,5%.
Согласно требованиям ОСТ 18170 предусмотрен выпуск сахара редкого для использования на предприятиях перерабатывающей промышленности и для реализации в розничной торговой сети. Зависимости от способа получения сахар может быть высшего, первого и второго сортов и в виде пищевого сиропа. Жидкий сахар содержит 64% сухих веществ, сахарозы (в пересчете на сухое вещество) от 99,8 до 97%, редуцирующих веществ от 0,04 до 2,5% (на сухое вещество). Цветность этих сортов возрастает от 1,0 до 1,6, 2,0 и 6,0 условных единиц.
В йогурт вносят природные фруктовые наполнители фирм «Агроханса» (Польша), «Дарби» (Австрия), «Центис» (Германия) и другие, имеющие разрешение Министерства здравоохранения Украины, такие, как варенье, джем, мед, повидло , какао - порошок, ванилин.
2. Технологическая схема производства
1. Нормализация молока по жиру ( 1,5 – 8 )%.
2. Подогрев до ( 35 – 60 ) С.
3. Нормализация массовой
доли сухих веществ.
Процентное содержание
к общему объёму смеси
4. Фильтрование смеси.
5. Гомогенизация.
Производится на роторно-
6. Пастеризация с выдержкой.
7. Охлаждение до ( 38 – 42 ) С.
8. Внесение закваски.
9. Сквашивание ( ферментация ).
Производится в заквасочной установке ОЗУ.
10. Добавка фруктово-ягодного наполнителя ( 10 – 12 ) %.
11. Охлаждение.
Производится в заквасочной установке ОЗУ.
12. Термическая обработка ( 65 – 80 ) С. ( Термизация ).
Производится в заквасочной установке ОЗУ.
13. Упаковка продукта в горячем виде.
14. Охлаждение.
15. Хранение при температуре 5 С.
3. Описание технологического процесса производства
Йогурт – это кисломолочный напиток, вырабатываемый из пастеризованного нормализованного по массовой доле жира и сухих веществ молока с добавлением или без добавления сахара, плодово-ягодных наполнителей, ароматизаторов, витамина С, стабилизаторов, растительного белка и сквашенный закваской, приготовленной на чистых культурах молочнокислых стрептококков термофильных рас и болгарской палочки. В зависимости от применяемых вкусовых и ароматических добавок йогурт выпускают следующих видов: йогурт, йогурт сладкий, плодово-ягодный с витамином С, плодово-ягодный диабетический.
Йогурт вырабатывают резервуарным и термостатным (плодово-ягодный только термостатным) способами с различными оригинальными названиями. Йогурт по внешнему виду и консистенции представляет собой однородную сметанообразную массу с нарушенным (при резервуарном способе) или ненарушенным (при термостатном способе) сгустком, а у плодово-ягодных – с добавлением кусочков фруктов и ягод. Цвет йогурта молочно-серый а у плодово-ягодного обусловлен добавленными сиропами.
Технологический процесс производства йогурта резервуарным способом состоит из следующих операций: приемка и подготовка сырья и материалов, нормализация по жиру и сухим веществам, очистка, гомогенизация смеси, пастеризация, охлаждение, заквашивание, внесение наполнителей и красителей, сквашивание, перемешивание, охлаждение, розлив, упаковывание, маркирование и хранение.
Молоко, отобранное по качеству, нормализуют по массовой доле жира и сухих веществ. По жиру молоко нормализуют либо в потоке, применяя сепаратор – нормализатор, либо добавлением к обезжиренному молоку цельного молока или сливок. По сухим веществам молоко нормализуют добавлением сухого молока, которое восстанавливают в соответствии с действующей нормативной документацией. Кроме того, нормализацию по сухим веществам проводят выпариванием пастеризованного и гомогенизированного молока при температуре 55-60 °С.
При производстве сладкого йогурта нормализованное молоко подогревают до 43±2 °С, вносят сахар, предварительно растворенный в части нормализованного молока при той же температуре в соотношении 1:4. Смесь очищают на сепараторах – молокоочистителях, гомогенизируют при давлении 15±2,5 МПа и температуре 45-85 °С. Допускается гомогенизация и при температуре пастеризации. В смесь вводят подготовленный стабилизатор. Очищенную и гомогенизированную смесь пастеризуют при 92±2 °С с выдержкой 2-8 мин или при 87±2 °С с выдержкой 10-15 мин и охлаждают до температуры заквашивания 40±2 °С. Смесь заквашивают сразу после её охлаждения подобранными заквасками (например, приготовленными на чистых культурах термофильного стрептококка, болгарской палочки и типа КД в примерном соотношении 7:1:7 с последующим уточнением этого соотношения при микро-скопировании препарата). Количество вносимой закваски составляет 3-5% объема заквашиваемой смеси, а закваски, приготовленной на стерилизованном молоке – 1-3%. Если применяют симбиотическую закваску, то её вносят в количестве 1-3%, а бактериальный концентрат добавляют в соответствии с Инструкцией по применению сухого бактериального концентрата. Закваску вносят в молоко в резервуар для кисломолочных продуктов при включенной мешалке. После заполнения резервуара всю смесь дополнительно перемешивают в течении 15 минут. Закваску можно вносить и перед заполнением резервуара молоком.
При производстве витаминизированного йогурта аскорбиновую кислоту (витамин С или аскорбинат натрия) добавляют в нормализованную смесь за 30-40 мин до сквашивания, перемешивают 10-15 мин и выдерживают в течении 30 мин. Количество витамина С составляет 180 г на 1000 кг, аскорбината натрия – 210 г на 1000 кг продукта. Ароматические и вкусовые наполнители вносят в нормализованную смесь перед сквашиванием.
Окончание сквашивания определяют по образованию прочного сгустка кислотностью 95-100 °Т. Сгусток охлаждают в течение 10-30 мин и переме-шивают в целях получения однородной консистенции молочного сгустка и избежания отделения сыворотки. Сгусток, охлажденный до 16-20°С, направ-ляют на розлив, упаковывание, маркирование и доохлаждение в холодильных камерах до температуры 4±2 °С. После этого технологический процесс считают законченным, продукт готов к реализации.
Технологический процесс производства йогурта термостатным способом состоит из следующих операций: приемка и подготовка сырья и материалов, нормализация по жиру и сухим веществам, очистка, гомогенизация смеси, пастеризация и охлаждение смеси, заквашивание, розлив, упаковывание, маркирование, сквашивание и охлаждение. Все технологические операции до внесения плодово-ягодных наполнителей осуществляют так же, как при резервуарном способе производства йогурта.
Наполнители вносят в охлажденную до температуры сквашивания смесь при постоянном перемешивании, которое заканчивают через 15 мин после их внесения. Заквашивание проводят так же, как и при резервуарном способе. Заквашенную смесь разливают в стеклянную тару вместимостью 200, 250, 400 и 500 см3, а также в стаканчики, пакеты и коробочки аналогичной вместимости. После розлива продукт направляют в термостатную камеру с температурой 40±2 °С для сквашивания в течение 3–4 ч в зависимости от активности закваски. После сквашивания продукт должен иметь прочный сгусток кислотностью 95–100 °Т. После окончания сквашивания продукт транспортируют в холодильную камеру для охлаждения до 6 °С. Продолжительность хранения продукта при 6 °С составляет не более 4 сут с момента окончания технологического процесса.
4. Физико-химические
изменения сырья и
В основе производства йогурта лежит молочнокислое брожение, вызываемое микроорганизмами.
На первой стадии молочнокислого брожения при участии фермента лактазы происходит гидролиз молочного сахара (лактозы):
С Н О + Н О = С Н О + С Н О
Из гексоз (глюкозы и галактозы) в конечном счете образуется молочная
кислота:
2С Н О = 4С Н О
Одновременно с процессами молочнокислого брожения ( с образовани-
ем молочной кислоты) протекают побочные процессы, при этом образуются
различные продукты обмена:
2С Н О + Н О = СН СН ОН + СН СНОН + 2СН СНОН СООН +
+ 2СО + 2Н
Исходя из этого, в первом случае микробы молочнокислого брожения называются гомоферментативными, во втором – гетероферментативными.
Брожение молочного сахара происходит также под влиянием аромато-
образующих микроорганизмов Str. diacetilactis, которые помимо молочной кислоты и летучих кислот образуют ароматические вещетсва, в частности диацетил (СН –СО-СО-СН ), имеющий наибольшее значение в ароматизации йогурта. Наряду с образованием диацетила протекает реакция, в результате которой получается ацетоин (СН –СН-ОН-СО-СН ), не обладающий арома-
том, из которого при определенных условиях окислительно-воссстановитель-
ной реакции образуется диацетил.
Образование диацетила в процессе молочнокислого брожения, вызыва-
емого ароматобразующими молочнокислыми бактериями, связано с наличии-
ем лимонной кислоты как промежуточного продукта брожения лактозы.
В процессе производаства йогурта происходит накопление молочной кислоты и титруемая кислотность их достигает 100-120 Т, на что расходуется
молочный сахар в количестве 10 г/л. Таким образом, в йогурте остается еще много лактозы, которая служит углеводным источником для дальнейшего развития молочнокислых бактерий в кишечнике человека (при достаточно обильном потреблении кисломолочных продуктов).
При развитии молочнокислого брожения накапливается молочная кис-
лота, которая сдвигает реакцию в кислую сторону. Свежее молоко имеет почти нейтральную реакцию, или вернее, несколько сдвинутую в кислуюсторону. В заквашенном молоке по достижении требуемой кислотности рН йогурта достигает изоэлектрической точки казеина (рН 4,6 – 4,7). В изоэлектрической точке казеин теряет растворимость и коагулирует в виде сгустка.
Устойчивость коллоидных частиц казеина в свежем молоке обусловлена двумя факторами: электрическим зарядом и гидрофильностью. В свежем молоке частицы казеинаткальцийфосфатного комплекса имеют отрицательный заряд, в силу одноименности заряда частицы отталкиваются при соударении. По мере приближения к изоэлектрической точке частицы приобретают эелектронейтральность, характерную для изоэлектрического состояния (число положительных зарядов равно числу отрицательных). В изоэлектрическом состоянии частицы казеина соединяются между собой, образуя сетчатую трехмерную структуру, и сквашенное молоко из жидкого состояния переходит в гель.
При сквашивании молока происходит ионный обмен между кальций-ионами казеинаткальцийфосфатного комплекса и Н-ионами молочной кислоты;
(казеиновый комплекс) Са + 2Н (С Н О ) + (Казеин) + 2Са (С Н О )
В результате сгусток казеина обедняется кальцием. Одновременно образуется растворимый лактат кальция.
Структурно-механические изменения. Йогурт производят путем внесения в молоко закваски, под действием которой происходит свертывание белков и образование пространственной структуры из белков молока с включениями молочного жира и влаги. Характерно, что повышение температуры ускоряет процесс структурообразования. Как следует из таблицы 3 повышение температуры пастеризации способствует повышению вязкости сгустка.
Таблица 3
Влияние температуры пастеризации на вязкость сгустка 10^3 (в Па с)
Состояние структуры |
Температура пастеризации, С | |||
63 |
72 |
80 |
90 | |
Неразрушенн-ая |
457 |
549 |
1234 |
1896 |
Разрушенная |
4,53 |
6,01 |
6,39 |
7,9 |
Через 15 мин после разрушения |
6,32 |
6,32 |
8,22 |
10,11 |
5. Машинно-аппаратная схема производства
Рис. 1. Схема технологичекой линии производства йогурта резервуарным способом:
1- емкость для сырого молока; 2 - насосы; 3 - балансировочный бачок: 4-пластинчатая пастеризационно-охладительная установка; 5 - пульт управления; 6 – оборотный клапан; 7 - сепаратор-нормализатор; 8 - гомогенизатор; 9 - емкость для выдерживания молока; 10 - емкость для йогурта; 11 - смеситель; 12 – заквасочник.
Рис. 2. Схема технологичекой линии производства йогурта термостатным способом
6. Характеристика
и принцип действия
Технологическая линия производства йогурта (Дополнение 1) состоит из следующего наименования оборудования:
1. Двухслойный резервуар 3000 л из пищевой нержавеющей стали с перемешивающим устройством рамного типа, крышкой 1/3 с ТЭН-ми 60 кВт
2. Молочный насос
3. Сепаратор-сливкоотделитель и нормализатор
4. Буферная емкость для сливок, 2-х слойный резервуар с перемеши-вающим устройством якорного типа, крышкой 1/3 ВДП-2000
5. Гомогенизатор
6. Проточный охладитель
7. Эмульгатор 100 л с перемешивающим устройством «фреза»
8. Заквасочник 2000 л
9. Фасовочный аппарат
10. Запорная и трубопроводная арматура
11. Пульт управления, включая пускатели ТЭНов, насосов, гомоге-низатора, перемешивающих устройств с тепловыми реле, ТСМ и ТРМ.
Рассмотрим устройство и принцип действия основного оборудования данной линии, и дадим ему сравнительную характеристику по отношению к аналогичному технологическому оборудованию.
Резервуары (танки).
Резервуары изготовляют: горизонтальные РМГ и вертикальные РМВ. Форма резервуаров по требованию заказчика может быть цилиндрической или прямоугольной. Рабочая емкость 2000, 4000, 6000, 10000, 20000 и 30000 л. Резервуары емкостью 20000 и 30000 л изготавливают только гори-зонтальные.
Корпус резервуара покрывают теплоизоляцией и защитным стальным кожухом. Теплоизоляция резервуара должна предотвращать повышение температуры молока более чем на 1° в течение 12 ч при разнице темпе-ратуры молока и температуры окружающего воздуха 20 град.
Резервуары снабжают механическими мешалками, которые должны в течение не более 10 мин обеспечивать равномерное распределение по всей массе молока жира, отстоявшегося в нем в результате хранения в спокойном состоянии в течение 4 ч.
Рабочий корпус резервуара должен быть испытан на герметичность гидравлически при избыточном давлении 0,5 атм не менее 10 мин, а арматура и соединительные части трубопроводов должны быть испытаны в соответствии с требованиями действующего ГОСТа.
Вертикальные резервуары РМВЦ-2 и РМВЦ-6. Резервуар РМВЦ-2 состоит из сварного алюминиевого вертикально расположенного цилин-дрического сосуда с двумя сферическими днищами – верхним выпуклым и нижним вогнутым. Наружная поверхность резервуара изолирована древесноволокнистой плитой, которая снабжена защитным стальным кожухом толщиной 1,5 мм. В резервуаре имеется люк с крышкой на шарнире, на которой укреплен привод мешалки, состоящий из электродвигателя и цилиндрического редуктора, соединенного с валом мешалки.
Резервуар снабжен смотровым окном со светильником, трубой для на-полнения, термометром в оправе, лабораторным краном, сливным краном, тремя подставками – ножками, уровнемером и устройством для санитарной
обработки рабочей емкости.
Резервуар РМВЦ-2 устанавливают ножками на фундаментные подстав-ки диаметром 150 мм без крепления болтами.
Резервуар РМВЦ-6 предназначен для хранения молока при температуре 4-6 °С на молочных заводах.
Резервуар представляет собой сварной алюминиевый рабочий сосуд цилиндрической формы с двумя сферическими днищами. Толщина нижнего днища 8 мм, а верхнего и обечайки – 6мм. Снаружи резервуар покрыт те-плоизоляционным материалом – древесноволокнистыми плитами, облицо-ванными листовой сталью толщиной 1,5 мм.
Резервуар снабжен люком с шарнирно укрепленной крышкой, на кото-рой установлена мешалка с приводом; указателем уровня молока; светиль-ником со смотровым окном; термометром; трубой для наполнения; лабора-торным и сливным кранами; моющим устройством и указателем уровня молока.
Насосы для молока и молочных продуктов.
Насосы, применяемые на предприятиях молочной промышленности, по принципу действия и основным конструктивным признакам разделяют на две группы: центробежные и объемные.
Центробежные насосы применяют в молочной промышленности для подачи маловязких продуктов: цельного и обезжиренного молока, пахты и сыворотки, сливок и других продуктов, температурой не выше 90°С. Их также используют для питания технологического оборудования (пластинчатых, трубчатых и барабанных теплообменников, фильтров, сепараторов, линий розлива и т.д.)
По конструкции центробежные насосы выпускают в соответствии с требованиями действующего ГОСТа.
Преимущества центробежных
насосов: равномерная подача жидкости,
несложная регулировка
Недостаток насосов – необходимость работы под залив (для чего насос устанавливают ниже емкости, из которой перекачивают жидкость).
Центробежный насос состоит из следующих основных частей: рабочего колеса (или диска) с лопатками, изогнутыми в сторону, противоположную направлению вращения колеса; вала (электродвигателя), на котором непод-вижно укреплено колесо; корпуса с нагнетательным патрубком; крышки с центральным всасывающим патрубком и уплотнительного устройства. Принцип его действия состоит в том, что при вращении рабочего колеса на-ходящаяся в нем жидкость приобретает вращательное движение и под действием центробежной силы отбрасывается к периферии корпуса.