Технология переработки молока

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Южно-Уральский государственный  университет»

Торгово-экономический факультет

Кафедра «Прикладная биотехнология»

основы пищевых  производств

Тема: технология переработки молока

Нормоконтролер, преподаватель     Руководитель, доцент

_________________    _____________Л.С. Прохасько

____________________2012 г.    ______________________2012 г.

    Автор работы 

    Студент группы  ТЭ-486

   ________А.В. Кондратьева

   ____________________2012 г.

     Работа защищен

    с оценкой  (прописью, цифрой)

    ___________________________

    _____________________2012 г.

Челябинск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 

Молоко – продукт питания, наиболее совершенный по своему составу. Ценность молока заключается в идеальной сбалансированности питательных веществ. Молочные продукты играют огромную роль в питании человека, снабжая организм необходимыми для здоровья элементами. Молоко – наименее заменимый продукт, особенно для детского питания.

Молоко различных сельскохозяйственных животных отличается по химическому  составу и питательной ценности. Наиболее широко в питании людей  используется коровье молоко. В рационе  народов различных регионов присутствует также молоко коз, овец, кобылиц, верблюдиц, ослиц, буйволиц, самок зебу, яка, северного  оленя.

Молоко – сложнейший продукт по своему химическому составу. В состав молока входят: вода, белки, молочный жир, молочный сахар - лактоза, минеральные вещества и микроэлементы – кальций и фосфор, большинство известных витаминов, ферменты, способствующие пищеварению; гормоны, иммунные тела, газы, микроорганизмы, пигменты.

Молоко – сырье для производства кисломолочных продуктов и напитков, сыра, сливочного масла, сливок, мороженого.

Молочная промышленность выпускает коровье молоко пастеризованное, стерилизованное, топленое, сгущенное, сухое.

1. Первичная обработка, транспортирование и хранение молока

1.1 Первичная обработка и транспортирование молока

Молочные продукты высокого качества можно выработать только из доброкачественного сырого молока. Доброкачественное  молоко характеризуется нормальным химическим составом, оптимальными физико-химическими и микробиологическими показателями, определяющими его пригодность к переработке. Изменение свойств и, особенно, микробиологических показателей сырого молока в значительной степени обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов, которые попадают в молоко при несоблюдении санитарно-гигиенических правил дойки, содержания животных, мойки оборудования для дойки, хранения и транспортирования молока. Чтобы предотвратить бактериальное загрязнение сырья, необходимо не только соблюдать санитарные и ветеринарные правила получения молока, но и подвергать его первичной обработке. Цель первичной обработки – обеспечить стойкость молока при его транспортировании и хранении.

Первичная обработка включает следующие процессы: очистку, охлаждение и хранение до отправки на переработку или в реализацию.

Для удаления механических примесей молоко фильтруют, пропуская через ткань, а затем направляют на дальнейшую очистку. Для очистки применяют фильтры разных систем, где рабочими элементами служат ватные диски, марля, синтетические материалы, металлические сетки и др. В настоящее время для очистки молока используют сепараторы-молокоочистители, в которых механические примеси удаляются под действием центробежной силы. После очистки молоко следует немедленно охлаждать для подавления роста микроорганизмов. Для охлаждения молока используют пластинчатые охладители.

Охлажденное (не выше 6 °С) молоко транспортируют на крупные молочные предприятия в металлических флягах, цистернах с помощью автомобильного, железнодорожного и водного транспорта. Фляги для молока вместимостью 36...40 л изготовляют из алюминия и стали. При транспортировании больших количеств молока применяют автоцистерны из нержавеющей стали и алюминия. Они имеют изоляцию и снабжены герметически закрывающимися люками.

1.2 Приемка и оценка качества молока

На молокоперерабатывающих предприятиях существует определенный порядок приемки и оценки качества молока. Приемку осуществляют в соответствии с требованиями действующего стандарта на молоко натуральное коровье. Молоко натуральное коровье должно быть получено от здоровых животных, отфильтровано и охлаждено в хозяйстве не позднее чем через 2 ч после дойки до температуры не выше 6 °С.

Молоко в зависимости  от органолептических, физико-химических и микробиологических показателей подразделяют на сортовое (высший, первый и второй) и несортовое. По внешнему виду и консистенции сортовое молоко должно быть однородной жидкостью без осадка и хлопьев, белого или светло-кремового цвета; вкус и запах чистые, без посторонних запахов и привкусов, несвойственных свежему натуральному молоку. Для несортового молока допускаются наличие хлопьев белка и механических примесей, а также выраженные кормовые привкус и запах.

В зависимости от физико-химических показателей натуральное молоко подразделяют на сорта в соответствии с требованиями, приведенными в таблице 1

Таблица 1. Физико-химические показатели молока

Примечание. Если измеряют температуру замерзания молока, то плотность его можно не определять.

Молоко плотностью 1026 кг/м³, кислотностью 15 или 21 °Т допускается принимать на основании стойловой пробы вторым сортом, если оно по остальным показателям соответствует требованиям действующего стандарта.

При приемке молока ежедневно  в каждой партии определяют органолептические  показатели, температуру, массовую долю жира, плотность, группу чистоты, термоустойчивость, температуру замерзания, а также не реже одного раза в 10 дней бактериальную обсемененность, содержание соматических клеток, наличие ингибирующих веществ; не реже двух раз в месяц – массовую долю белка; при подозрении на тепловую обработку – активность фосфатазы.

По микробиологическим показателям сырое натуральное молоко должно соответствовать следующим требованиям: количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (МАФАнМ) не должно превышать для молока высшего сорта 3 * 10⁵ КОЕ/см³, первого сорта — 5 * 10⁵ КОЕ/см³, второго сорта — 4 * 10^б КОЕ/см³; число соматических клеток для молока высшего сорта – не более 5 * 10⁵ в 1 см³, для молока первого и второго сорта – не более 1 * 10⁶ в 1 см³.

Молоко, полученное от коров  в первые 7 дней после отела (молозиво) и в последние 5 дней лактационного периода¹ (стародойное) не принимают на молочные заводы.

Это молоко значительно отличается от нормального (натурального) молока по химическому составу, органолептическим и физико-химическим показателям (табл. 2).

Таблица 2. Сравнительные  показатели нормального молока и  полученного в первый (после отела) и последний дни лактационного  периода

Лактационным периодом называют время, в течение которого корова продуцирует молоко. Начинается лактационный период сразу после отела и заканчивается перед запуском. Продолжительность лактационного периода составляет примерно 10 мес. (300 дней).

Показатели вязкости, кислотности  и плотности приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Так, молоко первого дня  лактационного периода характеризуется высокой массовой долей сухих веществ (25...30 %), что обусловливает его высокую плотность (1037... 1055 кг/м³) и вязкость (25 * 10^-3 Па * с); пониженным содержанием лактозы и одновременно повышенным (за счет хлоридов) содержанием минеральных веществ, что придает молоку солоноватый вкус; высоким содержанием жира и ферментов (в том числе липазы), что способствует гидролизу жира и образованию значительного количества свободных жирных кислот, придающих молоку специфический запах; высоким содержанием белков, и прежде всего термолабильных сывороточных белков, что обусловливает высокую кислотность и нетермоустойчивость молока. Такое молоко свертывается при нагревании до 60 °С из-за денатурации и коагуляции сывороточных белков и потому непригодно для промышленной переработки на молочные продукты.

Показатели молока постепенно изменяются и после 7 (иногда 10) дней соответствуют показателям нормального  молока.

Молоко последнего дня  лактации отличается: повышенным содержанием  жира и ферментов (в том числе липазы), что способствует повышению количества свободных низкомолекулярных жирных кислот, образующихся при гидролизе жира; повышенным содержанием хлоридов и пониженным содержанием лактозы, что обусловливает появление в молоке солоноватого вкуса. Несмотря на повышенное содержание белков и солей, молоко имеет пониженную кислотность, что объясняется изменениями в составе минеральных веществ, повышенным содержанием гидро- и дигидрофосфатов, гидро- и дигидроцитратов. Последние в нормальном молоке обусловливают долю кислотности 9... 13⁰Т. Стародойное молоко содержит мелкие жировые шарики и мицеллы казеина. Казеин отличается повышенным содержанием у-фракции.

Молозиво и стародойное  молоко медленно свертываются мо-локосвертывающими  ферментами и являются плохой средой для развития молочнокислых микроорганизмов. Продукты, изготовленные из молока с примесью молозива и стародойного молока, имеют неприятный вкус и быстро портятся.

Поэтому согласно действующему стандарту натуральное коровье молоко, полученное в первые 7 и последние 5 дней лактационного периода, не подлежит приемке и переработке на пищевые цели.

В нашей стране установлена  базисная норма массовой доли жира молока 3,4 %, базисная норма массовой доли белка 3,0 %.

1.3 Способы очистки молока

Очистку проводят для того, чтобы удалить механические загрязнения и микроорганизмы. Осуществляют очистку способом фильтрования под действием сил тяжести или давления и центробежным способом на сепараторах-молокоочистителях. При фильтровании молоко должно преодолеть сопротивление, оказываемое перегородкой фильтра, выполненной из металла или ткани. При прохождении жидкости через фильтрующую перегородку на ней задерживаются загрязнения в количестве, пропорциональном объему жидкости, прошедшей через фильтр.

Периодически через каждые 15 – 20 мин необходимо удалять загрязнения из фильтра. Эффективность очистки в значительной мере зависит от давления, при котором происходит фильтрование. Обычно в цилиндрические фильтрационные аппараты молоко поступает под давлением 0,2 МПа. Фильтрационные аппараты с тканевыми перегородками имеют ряд недостатков: кратковременность безостановочной работы; необходимость частой разборки для промывки; возможность прорыва ткани; уменьшение производительности фильтров в зависимости от продолжительности работы.

Наиболее эффективна очистка молока с помощью сепараторов-молокоочистителей. Центробежная очистка в них осуществляется за счет разницы между плотностями частиц плазмы молока и посторонних примесей. Посторонние примеси, плотность которых больше, чем у плазмы молока, отбрасываются к стенке барабана и оседают на ней в виде слизи.

Молоко, подвергаемое очистке, поступает по центральной трубке (рис. 1, а) в тарелкодержатель, из которого направляется в шламовое пространство между кромками пакета тарелок и крышкой. Затем молоко поступает в межтарелочные пространства и по зазору между тарелкодержателем и верхними кромками тарелок поднимается вверх и выходит через отверстия в крышке барабана. Процесс очистки начинается в шламовом пространстве, а завершается в межтарелочных пространствах.

Традиционно в технологических  линиях центробежная очистка молока осуществляется при 35...45 "С, так как  в этих условиях осаждение механических загрязнений более эффективно вследствие увеличения скорости движения частиц.

При центробежной очистке  молока вместе с механическими загрязнениями  удаляется значительная часть микроорганизмов,что  объясняется различием их физических свойств. Бактериальные клетки имеют размеры 0,8...6 мкм, а размеры белковых частиц молока значительно меньше: даже наиболее крупные из них – частицы казеина – достигают размера 0,1...0,3 мкм. Для достижения наибольшей степени удаления микробных клеток предназначен сепаратор-бакгериоотделитель. Эффективность выделения микроорганизмов на нем достигает 98 %.

1.4 Режимы охлаждения молока

Качество молока, особенно его бактериологические показатели, в значительной степени зависит от длительности и температуры его хранения. Известно, что свежевыдоенное молоко содержит особые бактерицидные вещества, которые не только препятствуют росту бактерий, но и уничтожают их. В неохлажденном молоке быстро развиваются микроорганизмы, вызывающие его скисание. Так, при температуре 32 °С через 10 ч кислотность молока повышается в 2,8 раза, а число бактерий возрастает в 40 раз. В молоке, охлажденном до 12 "С, в течение 10 ч кислотность не увеличивается, а общее число бактерий изменяется несущественно. Значит, охлаждение молока – один из основных факторов, способствующих подавлению развития нежелательной патогенной микрофлоры и сохранению качества молока.

Размножение большинства  микроорганизмов, встречающихся в  молоке, резко замедляется при охлаждении его ниже 10 °С и почти полностью прекращается при температуре около 2...4 °С.

Оптимальные сроки хранения молока, охлажденного до 4...6 °С, не более 12 ч. При более длительном хранении молока в условиях низких температур возникают пороки вкуса и консистенции.

2. Механическая  обработка молока

2.1 Сепарирование  и нормализация молока

Сепарирование молока – это разделение его на две фракции различной плотности: высокожирную (сливки) и низкожирную (обезжиренное молоко). Осуществляется сепарирование под действием центробежной силы в барабане сепаратора. Молоко, распределяясь в барабане между тарелками в виде тонких слоев, перемещается с небольшой скоростью, что создает благоприятные условия для наиболее полного отделения высокожирной фракции (жировых шариков) за короткое время. Процесс сепарирования молока подчиняется закону Стокса:

v = (2/9)(2π/60)Rr²n²(ρ-ρ₁/μ)        (1)

где v – скорость выделения жировых шариков, см/с; R – средний радиус рабочей части тарелки сепаратора, см; r – радиус жирового шарика, см; n – частота вращения барабана сепаратора, С^-1;  ρ, ρ₁ , – плотность плазмы и жира, кг/м³;  μ – динамическая вязкость, Па * с.

В соответствии с этим законом  скорость выделения жировой фракции  из молока находится в прямой зависимости  от размеров жировых шариков, плотности  плазмы молока, габаритов и частоты вращения барабана и в обратно пропорциональной зависимости от вязкости молока. С увеличением размеров жировых шариков и плотности плазмы молока ускоряется процесс сепарирования и отделения сливок. Чем выше содержание сухих обезжиренных веществ в молоке, тем выше плотность плазмы и цельного молока. Следовательно, молоко большей плотности будет иметь лучшие условия для сепарирования. Повышение вязкости молока приводит к снижению скорости выделения жировой фракции.

Кроме того, существенное влияние  на сепарирование оказывают кислотность и температура молока.

Повышение кислотности молока приводит к изменению коллоидного состояния его белков, сопровождающемуся иногда выпадением хлопьев; в результате нарастает вязкость, что затрудняет сепарирование.

Повышение температуры молока способствует снижению его вязкости и переходу жира в жидкое состояние, что улучшает сепарирование. Оптимальная температура сепарирования 35...45 °С. Нагревание молока до этой температуры обеспечивает хорошее обезжиривание. Схема работы сепарирующего устройства показана на рисунке 1.

Наряду с сепарированием при 35...45 °С иногда применяют высокотемпературное сепарирование при 60...85 °С. С увеличением температуры сепарирования повышаются производительность сепаратора и качество обезжиривания. Однако высокотемпературное сепарирование имеет и ряд недостатков: увеличение содержания жира в обезжиренном молоке вследствие частичного выпадения альбумина, препятствующего выделению жира; сильное вспенивание сливок и обезжиренного молока; возрастание раздробления жировых шариков.

Рис. 1. Схема работы сепарирующего  устройства

а — молокоочистителя; б — сливкоотделителя; / – исходное молоко; 2 – легкая фракция (очищенное молоко или сливки); 3 – частицы, образующие осадок; 4 – осадок (слизь); 5 – тяжелая фракция (обезжиренное молоко)

Большое внимание уделяют сепарированию при низких температурах, так называемому сепарированию холодного молока. Однако сепарирование при низкой температуре на обычных сепараторах приводит к снижению их производительности почти вдвое из-за повышения вязкости и частичной кристаллизации жира.

Процесс сепарирования в  сепараторе осуществляется в такой  последовательности (рис. 1, б). Цельное  молоко по центральной трубке поступает  в тарелкодержатель, из которого по каналам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается в верхнюю часть комплекта тарелок и растекается между ними. В межтарелочном пространстве жировые шарики как более легкая фракция молока движутся к центру барабана, далее по зазору между кромкой тарелки и тарелкодержателем поднимаются вверх и поступают в камеру для сливок. Затем под напором сливки поступают в патрубок, на котором установлены измеритель количества сливок (ротаметр) и регулировочный вентиль. Обезжиренное молоко как более тяжелая фракция направляется к периферии барабана (в грязевое пространство), поднимается вверх и поступает в патрубок, на котором установлены манометр и регулировочный вентиль (кран).

Регулировочный вентиль  предназначен для регулирования  жирности получаемых сливок, которая  изменяется в зависимости от количества сливок и обезжиренного молока. При  постоянных количествах и массовой доле жира в поступающем молоке уменьшение количества выходящих сливок приводит к повышению массовой доли жира в них и, наоборот, увеличение количества сливок снижает в них массовую долю жира.

Исходя из соотношения  масс сливок и обезжиренного молока можно найти требуемую жирность сливок. Определив расчетным путем  соотношение между массами сливок и обезжиренного молока, устанавливают это соотношение при помощи регулировочного устройства.

На молочные предприятия  молоко поступает с разным содержанием жира и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО), а в готовом продукте жир и СОМО должны быть в определенном количестве или соотношении. В связи с этим необходима нормализация сырья.

Нормализация — это регулирование состава сырья для получения готового продукта, отвечающего требованиям стандарта.

При нормализации исходного (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 молоко. Во втором варианте для повышения жирности исходного молока добавляют к нему сливки. Массы сливок и обезжиренного молока, необходимых для добавления к исходному молоку, рассчитывают по уравнениям материального баланса, который можно составить для любой составной части молока.

Один из простейших способов нормализации по жиру — нормализация путем смешивания в емкости рассчитанных количеств нормализуемого молока и нормализующего компонента (сливок или обезжиренного молока). Нормализующий компонент добавляют при тщательном перемешивании смеси в емкости.

Нормализацию смешиванием  можно осуществить в потоке (рис. 2, а), когда непрерывный поток нормализуемого молока смешивается в определенном соотношении с потоком нормализующего продукта.

Нормализация молока с  использованием сепаратора-сливкоотделителя осуществляется в таком порядке: нормализуемое молоко подается на сепаратор-сливкоотделитель, где разделяется на сливки и обезжиренное молоко. Затем полученные сливки и обезжиренное молоко смешиваются в потоке в требуемом соотношении, а часть сливок (при Ж_м > Ж_{н м}) или обезжиренного молока (при Ж_и < Ж_{н м}) отводится как избыточный продукт (рис. 2, б).

Массовая доля жира в молоке, нормализованном в потоке, регулируется автоматически с помощью систем управления УНП (управление нормализацией в потоке) и УНС (управление нормализацией в потоке с применением сепаратора-сливкоотделителя). Основная задача систем управления процессом нормализации заключается в получении стабильных заданных значений массовой доли жира или другого параметра нормализованного молока.

Рис. 2. Схема нормализации с применением сепаратора-сливкоотделителя, снабженного нормализующим устройством

а - при Ж_м > Ж_И. _м; б - при Ж_ч < Ж_н, „. Здесь Ж_м, Ж_н. _м - соответственно массовые доли жира в исходном и нормализованном молоке

2.2 Гомогенизация  молока

Гомогенизация – это обработка молока (сливок), заключающаяся в дроблении (диспергировании) жировых шариков путем воздействия на молоко значительных внешних усилий. Известно, что при хранении свежего молока и сливок из-за разницы в плотности молочного жира и плазмы происходит всплывание жировой фракции, или ее отстаивание. Скорость отстаивания жира зависит от размеров жировых шариков, вязкости, от возможности соединения жировых шариков друг с другом. Как известно, размеры жировых шариков колеблются в широких пределах — от 0,5 до 18 мкм. Согласно формуле Стокса скорость выделения (всплывания) жирового шарика прямо пропорциональна квадрату его радиуса. В процессе гомогенизации размеры жировых шариков уменьшаются примерно в 10 раз (размер -1,0 мкм), а скорость всплывания их соответственно становится примерно в 100 раз меньше. В процессе дробления жирового шарика перераспределяется его оболочечное вещество. На построение оболочек образовавшихся мелких шариков мобилизуются плазменные белки, а часть фосфатидов переходит с поверхности жировых шариков в плазму молока. Этот процесс способствует стабилизации высокодисперсной жировой эмульсии гомогенизированного молока. Поэтому при высокой дисперсности жировых шариков гомогенизированное молоко практически не отстаивается.

Рис. 3. Схема дробления жировых шариков в клапанной щели гомогенизатора

d – диаметр отверстия в седле клапана; v₀ – скорость движения молока в клапане; v'₀ — скорость в пограничном сечении; р₀ – давление в клапане; v₁ – скорость движения в шели клапана; р₁ – давление в шели клапана; h – высота шели клапана

Механизм дробления жировых шариков, схематично показанный на рисунке 3, заключается в следующем. В гомогенизирующем клапане на границе седла гомогенизатора и клапанной щели имеется порог резкого изменения сечения потока, а следовательно, и изменения скорости движения. При переходе от малых скоростей движения к высоким жировой шарик деформируется: его передняя часть, включаясь в поток в гомогенизирующей щели с большой скоростью, вытягивается в нить и дробится на мелкие капельки. Таким образом, степень раздробленности, или эффективность гомогенизации, зависит прежде всего от скорости потока при входе в гомогенизирующую щель, а следовательно, от давления гомогенизации, которое всегда определяет скорость.