Молоко

Розділ 12. ТЕХНОЛОГІЯ МОЛОЧНИХ ВИРОБІВ

Промислове виробництво молочних продуктів поділяється на такі підгалузі:

• виробництво незбираномолочних продуктів (питні види молока, сметана, сир кисломолочний, кисломолочні напої, морозиво);
• маслоробство (масло вершкове та кисловершкове традиційного і нетрадиційного хімічного складу);
• сироробство (сири натуральні — тверді, м’які, напівтверді, перероблені тощо);
• виробництво молочних консервів (згущені стерилізовані, згущені з цукром та сухі молочні консерви);
• виробництво дитячих молочних продуктів (рідкі, пастоподібні продукти, сухі суміші);
• перероблення вторинної молочної сировини (суха вторинна сировина, казеїн та інші білкові концентрати, замінники незбираного молока, знежирені молочні продукти тощо).

Відповідно до вищеозначених галузей у молочній промисловості функціонують підприємства різної спеціалізації: молочні заводи та молочні комбінати, маслозаводи, сирзаводи, молочноконсервні комбінати, підприємства дитячого харчування, заводи сухого знежиреного молока, підприємства-виробники морозива та ін.

Молочні продукти одержують шляхом оброблення сировини, під час якого відбуваються хімічні, фізичні, мікробіологічні та біохімічні процеси, що підпорядковуються основним законам фундаментальних наук. Наприклад, основними засобами оброблення сировини у виробництві питних видів молока є термічні процеси, а механічне оброблення відіграє підлеглу роль; у виробництві' кисломолочних продуктів переважають мікробіологічні процеси; у виробництві молочних консервів — фізичні процеси; у маслоробстві основні процеси підлягають дії законів фізичної та колоїдної хімії.

У молочній промисловості метою застосування основних процесів є отримання молочних продуктів, що містять або всі компоненти молока, або їх частину. У виробництві питного незбираного молока, пастеризованого та стерилізованого молока, а також кисломолочних напоїв використовують усі складові компоненти молока. Виготовлення питних вершків, сметани, сиру кисломолочного, масла, сиру твердого та інших продуктів передбачає роздільне перероблення жирових і білкових компонентів молока. Виробництво молочних консервів пов’язано зі збереженням усіх сухих речовин у молоді після видалення із нього вологи.

Молочна сировина має високу харчову та біологічну цінність, відносно високу вартість, тому перероблення її повинно бути комплексним з максимальним виходом та мінімальними втратами, зі збереженням її природних властивостей.

§ 12.1. Склад і властивості  молока

Молоко — це повноцінний природний харчовий продукт, до складу якого входить близько 100 поживних речовин у збалансованому співвідношенні, зокрема незамінні амінокислоти та жирні кислоти, мінеральні солі, вітаміни, молочний цукор тощо.

Хімічний склад коров’ячого молока суттєво змінюється залежно від породи тварин, стадії їх лактації, віку, умов годування й утримання, стану здоров’я, пори року та інших чинників (табл. 12.1).

Таблиця 12.1 — Хімічний склад коров’ячого молока

Білки молока. Найціннішою складовою частиною молока є білки, що вміщують усі необхідні людині амінокислоти, зокрема й незамінні.

За ступенем засвоювання та збалансованістю амінокислотного складу білки молока відносять до найбільш біологічно цінних, їх засвоюваність становить 96-98% , показник чистої утилізації — 82% .

Білки молока — це казеїн (близько 80% загального вмісту білків), сироваткові білки — альбумін та глобулін (близько 16%), низькомолекулярні білки та білки оболонок жирових кульок і ферментів (решта).

У молоці казеїн міститься у вигляді кальцієвої солі (казеїни ту кальцію) у трьох формах: а-, р-, у-, які відрізняються різним умістом фосфору і кальцію, а також реакційною здатністю до дії сичужного ферменту. Казеїн спроможний витримувати до сить жорстке теплове оброблення та зсідається під дією кислот та сичужного ферменту. При значеннях активної кислотності молока рН = 4,6-4,7 (ізоелектрична точка) казеїн утворює ге леподібну структуру, що й зумовлює специфічну консистенцію кисломолочних напоїв та сметани. Здатність казеїну до зсідання дає змогу отримувати білкове сирне зерно у технологіях сиру кисломолочного та сичужних сирів. При визріванні сирів казеїн під дією протеолітичних ферментів спроможний розщеплюватися на легкозасвоювані складові частини.

Альбумін (переважно а-лактоальбумін) та глобулін (В-лактотоглобулін), які відповідно становлять майже 0,6 і 0,1%, наложать до простих білків. Вони утворюють осад за температури від 75° С та вище (табл. 12.2). У виробництві сиру альбумін і глобулін залишаються у сироватці, тому їх називають сироватковими білками.

Таблиця 12.2 — Вплив температури на денатурацію альбуміна

Альбумін легко засвоюють новонароджені діти завдяки утворенню більш ніжного згустку під впливом кислого шлункового соку, чим і пояснюється його підвищена кількість у материнському молоці. Глобулін відіграє надзвичайно важливу біологічну роль, бо він входить до складу імунних тіл і зумовлює бактерицидні властивості свіжонадоєного молока.

Молочний жир. Молочний жир разом із жироподібними речовинами (фосфатидами, стеринами) рівномірно диспергований у водній частині молока у вигляді емульсії. Жирові кульки емульсії оточені білково-лецитиновими оболонками, що перешкоджає їх агрегуванню та коалесценції. 1 см³ молока містить до 4 млрд жирових кульок.

Молочний жир краще за інші тваринні жири засвоюються організмом ЛЮДИНИ, ЩО пов’язано З НИЗЬКОЮ температурою його плавлення (25-30° С) та дрібнодиспергованим станом (розміри кульок — 0,5-1,0 мкм). За рахунок часткової кристалізації молочного жиру за температури зберігання більшім и молочних продуктів (4±2° С) формується досить густа консистенція сметани та жиромістких напоїв.

До біологічно активних речовин, що перебувають у безперервній фазі молочного жиру, відносять лецитин, уміст якого у молоці сягає 0,1%, і кефалін (до 0,05%). Із стеринів молока найважливішим є холестерин.

Молочний цукор (лактоза). Лактоза — це редукуючий дисахарид, що складається з молекул моноцукрів — глюкози і галактози.

Молочний цукор приблизно в 5 разів менш солодкий за сахарозу, але поживна цінність лактози та сахарози однакова. М організмі людини лактоза всмоктується повільніше за інші цукри, тому й доходить до товстого кишковика, де під дією молочнокислих бактерій перетворюється в молочну кислоту. Мінні гальмує шкідливі гнійні процеси і нормалізує кишкову мікрофлору.

Лактоза міститься в молоці в а- та В-формах. В-форма має меншу піну розчинність, ніж а-форма. Обидві форми можуть переходити одна в одну. Із підвищенням температури розчинність ти юзи зростає. Довготривале нагрівання молока за температури близькій до 100° С призводить до взаємодії альдегідних і рун лактози з аміногрупами амінокислот, унаслідок чого утворюються темнозабарвлені меланоїдинові сполуки.

       Цю здатність молочного цукру використовують у технологіях пряженого молока та ряжанки. За вищих температур поряд із реакцією меланоїдиноутворення відбувається також карамелізація лактози, \ наслідок чого забарвлення молока стає більш інтенсивним.

Молочний цукор відіграє надзвичайно важливу роль у виробництві молочнокислих продуктів і сирів. Під впливом мікрофлори молочний цукор зброджується до молочної кислоти, яка викликає коагуляцію казеїну з утворенням характерних для кисломолочних продуктів органолептичних властивостей.

Мінеральні речовини молока. Молоко — важливе джерело мінеральних речовин, особливо кальцію та фосфору. Вони міститься в молоці у легкозасвоюваній формі у збалансованих співвідношеннях, що особливо важливо для дитячого харчування.

Наприклад, вміст деяких макроелементів молока такий, мг%і кальцію — 120, магнію — 12, калію — 143, фосфору 93, сірки 34, заліза — 0,2.

Солі кальцію містяться в молоці в колоїдному і зв’язаному] казеїном стані. Надмірний уміст солей кальцію і магнію бути причиною зсідання молока під час теплового оброблення.

Вітаміни. Молоко містить широкий спектр жиро- та води розчинних вітамінів — вітамінів А, Б, Е, групи В, РР, С та їм, Вітаміни дуже чутливі до теплового оброблення. Так, у результмі1 пастеризації вміст у молоці вітамінів А, Е, В, В₂ та РР зменшується на 5-10%. За миттєвої пастеризації кількість віти міну С знижується на 11-12%, а за тривалої — на 20% .

До основних ферментів молока, яких налічують близько двадцяти, відносять: ліпазу, пероксидазу, каталазу, фосфатазу, редуктазу тощо. На дії ферментів класу гідролаз, оксиредуктаз та ін. ґрунтуються технології кисломолочних продуктів і сирім, Але деякі з ферментів, наприклад, ліпаза протеаза, небажані у молочних продуктах, оскільки прискорюють процеси їх псування. Крім того, за активністю деяких нативних і бактеріальних ферментів можна стверджувати про певний санітарно-гігієнічний стан сиропу молока (редуктаза) або про ефективність йоги теплового оброблення (фосфатаза, пероксидаза).

Властивості молока. За смаком і запахом молоко повинно бути чистим, без сторонніх, невластивих йому присмаків і запахів; за зовнішнім виглядом — однорідною рідиною без осаду ш пластівців, білого кольору; із жовтуватим відтінком.

За фізико-хімічними показниками молоко повинно відпомі дати вимогам, наведеним у табл. 12.3.

Таблиця 12.3 — Фізико-хімічні показники молока коров’ячого

За мікробіологічними показниками в сирому натуральному молоці кількість мезофільних аеробних і факультативно-анаеробних

мікроорганізмів (МАФАнМ) не повинна перевищувати 3-10

4- 10КОЕ/см (для молока вищого сорту); число соматичних клітин для молока повинно становити 5-10 — 1-10 в 1 см. Енергетична цінність 100 мл молока з масовою часткою жиру 1,2% становить 58 ккал.

12.2. Механічне та теплове оброблення молока

Щоб запобігти бактеріальному забрудненню та псуванню молочної сировини до перероблення, потрібно не тільки дотримуватися санітарних і ветеринарних правил її одержання, а й забезпечити стійкість молока під час зберігання та транспортування.

Молоко до перероблення очищують, піддають тепловому та механічному обробленню, резервують і зберігають.

Очищення проводять з метою видалення механічного забруднення мікроорганізмів. Означену технологічну операцію здійснюють шляхом фільтрування або сепарування.

Найефективніше молоко очищують за допомогою сепараторів-молокоочисників, у яких у полі відцентрових сил очищення відбувається за рахунок різниці між густиною плазми молока та сторонніх домішок. Сепарування молока бажано проводити за температурою 35-45° С з метою зменшення в’язкості рідкої системи, що сприяє підвищенню ефективності процесу. На підприємствах галузі застосовують також і так зване холодне очищення молока, яке здійснюють на сепараторах, призначених для роботи за низьких температур.

При відцентровому очищенні молока разом із механічними  забрудненнями вилучають значну частину мікроорганізмів. Для досягнення найбільшого ступеня видалення мікробних клітин застосовують бактофугування, що підвищує ефективність видалення мікроорганізмів до 98% .

Сепарування молока у сепараторах-вершковідокремлювачах-це його розділення на високожирну (вершки) й низькожирну (знежирене молоко) фракції. У барабані сепаратора молоко під дією відцентрових сил розподіляється у барабані між тарілками  у вигляді тонких шарів, що створює сприятливі умови для найповнішого відокремлення жирових кульок за короткий час. Оптимальна температура сепарування для знежирення молока — 35—45° С.

Нормалізація — це регулювання хімічного складу сировини для одержання готового продукту, що відповідає вимогам стандарту.

При нормалізації молока за жиром можуть бути два варіанти)

1. жир частково відбирають від незбираного молока в потоці шляхом сепарування;
2. до молока-сировини додають розраховану за рівнянням матеріального балансу кількість знежиреного молока або вершків.

Гомогенізація — це оброблення молока (вершків) з метою подрібнення жирових кульок шляхом впливу на молоко значних зовнішніх зусиль. Дрібні жирові кульки неспроможні відстоюватись у вигляді вершкового шару під час зберігання молока та молочних продуктів. Окрім того, збільшена поверхня контакту фаз жир — плазма здатна частково зв’язувати білки та воду, тобто структурувати всю систему зі зростанням її в’язкості, Для досягнення вказаної мети необхідно, щоб середній діаметр  жирових кульок не перевищував 2 мкм.

Ефективність гомогенізації залежить від тиску і температури. Оптимальний тиск гомогенізації для одержання продуктів різних груп становить у середньому 10-20 мПа, а температура 60-65° С. Ефективність процесу залежить також і від властивостей та складу рідкої сировини — в’язкості, щільності, кислотності, умісту жиру. Підвищені кислотність, в’язкість та густими молока знижують ефективність гомогенізації.

Для гомогенізації молока застосовують в основному клапанні гомогенізатори на основі багатоплунжерних насосів високого тиску, що забезпечують оброблення продукту в діапазоні від 0 до 25 мПа. Для підвищення ефективності процесу часто використовують двоступеневу або подвійну гомогенізацію.

Теплове оброблення молочної сировини проводять з метою винищення сторонньої мікрофлори, інактивації ферментів і на дання готовим продуктам специфічних смаку та запаху. Фізико-хімічні зміни складових частин молока, що залежать під температури і тривалості теплового оброблення, повинні бути мінімальними. Ефективність пастеризації, що визначається від сотком винищених мікроорганізмів, повинна становити не менше, ніж 99,98%.

До основних видів теплового оброблення відносять пастеризацію та стерилізацію. Різновидом пастеризації можна вважати термізацію.

Пастеризацію молока проводять за таких режимів:

• за температури 60-63° С з витримкою ЗО хв (тривала пастеризація);
• за температури 74-78° С з витримкою 15-20 с (короткочасна);
• за температури 85—87° С 3-4 хв;
• за температури 95-98° С без витримки (миттєва).

Вибір режимів пастеризації визначається наявним обладнанням і об раною технологією. Так, у виробництві пастеризованого молока найчастіше застосовують короткочасну пастеризацію для кислоломолочних продуктів та морозива пастеризацію проводять за температури 85-87° С. Миттєва пастеризація за впливом мікроорганізми і властивості молока аналогічна короткочасній, її рекомендують у маслоробстві та при виробництві

молочних консервів.

Термізація — це теплове оброблення молока з метою збільшиш и тривалості його зберігання шляхом зниження загального бактеріального обсіменіння молока. Термізацію проводять за температури 65° С протягом 15 с для підвищення стійкості сирого молока під час зберігання, а також для виготовлення десертних кисломолочних виробів подовженого терміну зберігання.

Стерилізація — це теплове оброблення молока за температури вище 100° С з метою підвищення його стійкості при зберіганні шляхом знищення як вегетативних, так і спорових форм мікроорганізмів.

Стерилізацію проводять за більш високих температур з мінімальною витримкою, тому й фізико-хімічні властивості молока змінюються незначно.

Залежно від особливостей виробництва і фасування продуктів  розрізняють періодичну і безперервну стерилізацію в тарі та потоці з асептичним розливом. Термін зберігання стерилізованого молока становить від 2 до 4 міс. за температури 20° С за умови герметично закритої тари.

 При виборі способу стерилізації і типу установок варто врахувати умови експлуатації, якість вихідної сировини, вид продукту і економічну доцільність.

Ультрависокотемпературне (УВТ) оброблення молока проводять температур понад 135° С протягом 1-3 с.

Охолодження молока. Свіжовидоєне молоко містить особливі бактеририцидні речовини, що не тільки перешкоджають росту бактерій,  а й знищують їх. У неохолодженому молоці швидко розвиваються мікроорганізми, що викликають його псування. За температури 32° С через 10 год кислотність молока підвищується у 2,8рази, а число бактерій зростає в 40 разів. У молоці, охолодженому до 12° С, протягом 10 год кислотність не збільшується, а загальне число бактерій змінюється несуттєво. Тому охолодження молока — один із основних чинників, що сприяє 

пригніченню розвитку небажаної патогенної мікрофлори і  збереженню якості молока.

Розвиток більшості мікроорганізмів різко сповільнюється при охолодженні молока до температури нижче 10° С і майже цілком припиняється за температури близько 2-4° С. Термін зберігання молока за цих умов — до 12 год. За більш тривалого зберігання охолодженого молока може змінюватися  його смак і консистенція.

При заморожуванні молока та молочних продуктів суттєво змінюються їх фізико-хімічні властивості. Здатність дефростованих продуктів поновлювати початкову якість залежить від умісту вологи та форм її зв’язку в замороженій масі.

Заморожування молока здійснюють у три стадії: переохолодження, зневоднення і взаємодія зі зв’язаною водою. Бажано зневоднення проводити дуже швидко, щоб молоко не розшаровувалося. Кількість замороженої води в молоці за температури мінус 1° С становить 45%, при мінус 21° С — 95%, при мінус 25 і сягає 97,1% . У такий спосіб молоко, швидко й пошарово заморожене за температури мінус 21-25° С, фактично не містить вільної води, 3,5% становить зв’язана вода, тому протягом тривалого часу (до 1,5 року) молоко не змінює своїх властивості.

Шляхом виморожування можна згущувати сироватку та знежирене молоко. Процеси заморожування також мають велике значення у виробництві морозива.

§ 12.3. Технологія незбираномолочних продуктів

Питні види молока. До питних видів молока відносять молоко пастеризоване та стерилізоване з різним умістом жиру, пряжене, білкове, вітамінізоване, молоко з наповнювачами тощо.

Пастеризоване молоко — це молоко, оброблене за температури 65-99° С з відповідним витримуванням.

Технологічний процес виробництва пастеризованого   і

складається з таких операцій: приймання і підготовка сировини, очищення, нормалізація, гомогенізація, пастеризація й охолодження, розлив, пакування, маркування, зберігання і транспортування.

Нормалізацію здійснюють з метою отримання молока із заданим гарантованим умістом жиру залежно від вимог стандарту.

Залежно від умісту жиру у вихідній сировині та готовому продукті для нормалізації використовують знежирене молоко або вершки, за вмістом сухих речовин — сухе знежирене молоко чи згущене знежирене молоко без цукру.

Нормалізацію проводять шляхом змішування в ємностях (періодичний спосіб) або в потоці (безперервний спосіб).

 Мета гомогенізації — подрібнення жирових кульок для забезпечення необхідної стабільності жирової фази молока. Гомогенізація дає змогу запобігти значним втратам молочного жиру , поліпшує засвоюваність і консистенцію молочних продуктів, підвищує  їх стійкість під час зберігання.

 При  виробництві питного пастеризованого молока нормалізовану суміш гомогенізують за температури 60-65° С і тиску 12,5-15,0 МІІа.

Пастеризація . При виробництві пастеризованого молока використовують такі режими пастеризації:

• ( 65-2 °С) С з витримкою ЗО хв;
• (76-2) °С з витримкою 15-20 с;
• (88- 2) С без витримки.

Охолодження. Пастеризоване молоко охолоджують до температури 6-2° С. І направляють на розлив і пакування чи у проміжну ємність для тимчасового зберігання (до 6 год).

Розлив  пастеризованого молока здійснюють у скляну тару, пляшки з   полімерного матеріалу, паперові пакети з комбінованого матеріалу тетраедральної форми, паперові пакети типу« ПЮР-ПАК», «Тетра-Брік», пакети з поліетиленової плівки чи іншу тару| , що має дозвіл Міністерства охорони здоров’я України до застосування місткістю 0,25; 0,5 і 1,0 дм³.

Зберігання і транспортування. Пастеризоване молоко необхідно берігати за температури (4 ±2) °С при відносній вологості повітря 89-90до 36 год з моменту закінчення технологічного процесу ,зокрема на підприємстві-виробнику — не більше 12 год. За рахунок  високотемпературної пастеризації та використання сучасних  пакувальнихвальних матеріалів термін зберігання продукту може бути подовжений до 5 діб.

Особливості технології різних видів питного молока. Пряжене молоко-це молоко, оброблене за температури понад 95° С з витримуванням протягом 3-4 год. Продукт має сильно виражений присмак пастеризації, кремовий колір. Пряжене молоко вироблять з масовою часткою жиру 6,0; 4,0; 2,5; 1,0% та знежирене.

Технологічний процес виробництва пряженого молока відрізняється від класичної технологічної схеми додатковою операцією пряження., і Нормалізацію молока здійснюють за масовою

часткою жиру з урахуванням часткового випаровування вологи з продукту при пряженні. Пряження молока проводять уїм ностях з паровою сорочкою за температури 95-99° С протягом 3-4 год (для молока нежирного та 1%-ї жирності — до 4-5 годі до появи кремового відтінку. В процесі пряження молоко роки» мендують перемішувати щогодини протягом 2-3 хв для |ш побігання появі на поверхні продукту білково-жирового про шарку.

Молоко вітамінізоване — молоко, яке виготовляють з нор малізованого пастеризованого молока жирністю 3,2; 2,5; 1,5% та знежиреного. Технологічний процес виробництва вітаміні зованого молока подібний до виробництва пастеризованої ! >, Особливістю технології є додаткова операція внесення вітам і ну С (аскорбінової кислоти) або його замінника — аскорбінатп натрію в охолоджене після пастеризації молоко у кількості (з урахуванням втрат) 110 г на 1 000 кг молока для дітей рам нього віку та 210 г для дітей старшого віку й дорослих.

Стерилізоване молоко — молоко, яке оброблюють за температури понад 100° С з відповідним витримуванням. Стерилізацію здійснюють за одно- чи двоступеневою схемами. За першою схемою молоко стерилізують один раз — до розливу чи після ньо го. Інша схема передбачає дворазову стерилізацію молока —■ в потоці до розливу й у тарі. Двоступеневий спосіб більшою мірою гарантує стерильність продукту, ніж одноступеневий, проте супроводжується глибшими змінами природних властивостей молока.

Нині серед стерилізованих видів питного молока переважас. стерилізоване молоко тривалого терміну зберігання, яке виробляють шляхом ультрависокотемпературного оброблення (135-145° С протягом 2-3 с) й пакування в асептичних умовах у пакети з комбінованого матеріалу.

• § 12.4. Кисломолочні продукти

Кисломолочні напої — це кисломолочні продукти рідкої або напіврідкої консистенції, отримані шляхом сквашування молочної суміші спеціальними мікроорганізмами, що входять до складу заквасок або заквашувальних препаратів. Кисломолочні напої можна виготовляти з наповнювачами та харчосмаковими добавками. Ця група молочних продуктів має дієтичні та лікувально-профілактичні властивості за рахунок легкозасвоюваної форми основних поживних компонентів, адже в процесі заквасочної мікрофлори білки частково розчеплюються до пептонів та інших простих речовин, із лактози утворюється молочна кислота, у продуктах нагромаджуються вітаміни, ферменти, антибіотичні сполуки. Молочна кислота використання кальцію, інгібує розвиток патогенної мікрофлори, має антиоксидантні властивості, діє як консервант.

Кисломолочні напої умовно можна класифікувати за способом виробництва (виготовлені резервуарним або термостатним  способом); за хімічним складом (уміст жиру, сухих речовин тощо).За видом вихідної сировини (продукти із незбираного і знежиреного молока, маслянки, сироватки); за видом зброджування (гомо- та гетероферментативні); за терміном придатності Із коротким, подовженим терміном придатності, термізовані).

Кисломолочні напої виготовляють двома основними способами: резервуарним і термостатним.

Резервуарний — це спосіб, під час якого сквашування молока та визрівання кисломолочних напоїв відбувається у резервуарах і подальшим фасуванням у споживчу тару. При термостатному способі сквашування молока та визрівання кисломолочних напоїв відбувається у спеціальних камерах у споживчій тарі.

У провадження резервуарного способу має певні переваги: зменшуються витрати ручної праці, раціональніше використовуються виробничі ПЛОЩІ, немає обмеження у виборі споживчої тари.

Технологічний процес виробництва кисломолочних напоїв резервуарним способом складається з таких послідовних технологічних операцій: приймання сировини, нормалізація суміші за вмістом жиру, підігрівання (40-45° С% очищення, пастеризація (85-87° С з витримкою 5-10 хв або 90-95° С з витримкою 5-6 хв), гомогенізація (55-70° С, при тиску 15±2,5 МПа), охолоджування, заквашування та сквашування (температура і тривалість процесу залежать від складу та дози закваски), перемішування, охолодження згустку (4-6° С), фасування та зберігання (від 36-72 год до 5-30 діб за температури 4±2° С).

Подовження терміну зберігання кисломолочних напоїв до 5-30 діб можливе за рахунок підвищення якості вихідної сировини, застосування високих температурних режимів обробленим молока, використання стабілізаторів, заквасок прямого  внесення, сучасних видів фасувального матеріалу.