Технология молока

ТЕХНОЛОГИЯ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Молоко как сырье для молочной промышленности

Классификация и ассортимент молочных продуктов

Основными отраслями молочной промышленности являются цельномолочная, сыродельная, маслодельная, молочно-консервная отрасли, производство мороженого, производство детских молочных продуктов.

В общем виде все разнообразие молочных продуктов, выпускаемых перечисленными отраслями, представлено на рис.

Молочные продукты

        ______________________________↓____________________________

       ↓                    ↓             ↓              ↓                    ↓                 ↓                       ↓

Цельно-           Сыры     Масло    Молочные   Мороженое  Детские     Продукты

молочные                                     консервы                      молочные безотходных

       ↓                    ↓                             ↓                                 продукты     технологий

                           сычужные                                                                                                   ↓

пастеризованные  кисломолочные    сгущенные                                                                 напитки

стерилизованные  переработанные   стерилизованные                                   белковые продукты

молоко/сливки                                     сгущенные с сахаром                             ЗЦМ и пр.

кисломолочные                                   сухие                                                       

напитки

сметана

творог и творожные изделия

Ассортимент молочных продуктов

Молоко представляет собой сложную полидисперсную систему. Дисперсные фазы молока (11-15%) находятся в ионно-молекулярном (минеральные соли, лактоза), коллоидном (белки, фосфат кальция) и грубодисперсном (жир) состоянии. Дисперсной средой является вода (85-89%).

В коровьем молоке содержатся вода, молочный жир, фосфолипиды, стерины, азотистые соединения, казеин, сывороточные белки, небелковые соединения, молочный сахар, зола, витамины D, E, B1, C, PP, ферменты.

Молоко – это натуральный, высокопитательный продукт, включающий все вещества, необходимые для поддержания жизни и развития организма в течение длительного времени. Оно содержит все питательные вещества в легкоперевариваемой форме, при этом соотношение питательных веществ в молоке является сбалансированным, т.е. оптимальным для удовлетворения потребности организма в них.

Молоко – продукт нормальной физиологической секреции молочных желез сельскохозяйственных животных, полученный от одного или нескольких животных в период лактации при одном и боле доении, без каких-либо добавлений к этому продукту или извлечений каких-либо веществ из него.

Химический состав молока

Химический состав молока не является постоянным и зависит от периода лактации животных, породы скота, условий кормления, содержания животных, возраста и др.

Наибольшим изменениям подвергаются количество и состав жира. В период массовых отелов у коров (март-апрель) молоко имеет пониженное содержание жира и белка, а в октябре-ноябре – максимальное.

Белки молока (3,05-3,85% в молоке) неоднородны по составу, содержанию, физико-химическим свойствам и биологической ценности.

В молоке различают две группы белков, имеющих разные свойства: казеин и сывороточные белки. Первая группа при подкислении молока до рН 4,6 при 200С выпадает в осадок, другая при таких же условиях остается в сыворотке.

Казеин содержится в виде кальциевой соли (казеината кальция), относится к сложным белкам фосфопротеинам, придает молоку белый цвет. На долю казеина приходится 78-85% от общего содержания белков в молоке; находится в виде коллоидных частиц или мицелл. Казеин представлен в виде фракций: α-, β-, χ-, γ-казеин. Фракции казеина отличаются молекулярной массой (108), амино-кислотным составом, содержанием остатков фосфорной кислоты, отношением к ионам кальция и сычужному ферменту (казеин свертывается под действием фермента, образуется сгусток → используется для сычужных сыров): α-казеин имеет 8 остатков фосфорной кислоты полипептидной цепи; β-казеин – 5; χ-казеин – 1; γ-казеин остается в сыворотке.

Сывороточные белки (остаются после осаждения казеина) присутствуют в растворенном состоянии; их количество составляет 15-22% (в козьем молоке в 2 раза больше). Фракции: α-лактоальбумин, β-лактоглобулин, иммуноглобулины (эвглобулин и псевдоглобулин). По содержанию незаменимых и серосодержащих аминокислот (лизина, триптофана, треонина, метионина) являются биологически более ценными, чем казеин.

Элементарный состав белков молока: углерод – 52%, водород – 7%, кислород – 23%, азот – 15,5%, сера – 1%, фосфор – 0,8%

Небелковые азотистые соединения представлены в виде: мочевины, аминокислот, пектидов, креатина, аммиака, пуриновых оснований и т.д. Они представляют собой промежуточные  и конечные продукты азотистого обмена в организме животных и попадают в молоко из крови. При избыточном поступлении азотистых веществ увеличивается содержание мочевины. Пептиды и аминокислоты важны для азотистого питания микроорганизмов (молочно-кислых бактерий).

Молочный жир находится в молоке в виде жировых шариков покрытых защитной лецитино-белковой  оболочкой, которая препятствует их слиянию. В 1 мл молока содержится 3 млрд. жировых шариков d=0,5..1,0 мкм. Поверхность каждого жирового шарика молока покрыта мономолекулярным слоем фосфатида, за которым следует защитный слой оболочного белка. Поэтому жир образует в неохлажденном молоке эмульсию, а в охлажденном – дисперсию с  частично отвердевшим жиром (комки) → ухудшается качество молока. Молочный жир имеет приятный вкус и аромат. Молочный жир представлен в основном смешанными триглицеридами (3000). Образованы триглицериды остатками более чем 150 насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, с числом атомов углерода от С4 до С26. Среди насыщенных кислот преобладают: пальмитиновая, стеариновая (60%), миристиновая; среди ненасыщенных – олеиновая (30%); мало: линолевая, линоленовая, архидоновая. Содержание стеариновой и олеиновой кислот повышается летом, а миристиновой и пальмитиновой – зимой. Так же молочный жир содержит низкомолекулярные летучие насыщенные кислоты: масляную, капроновую, каприновую и каприловую. Сопутствуют жиру жироподобные вещества – фосфолипиды и стерины.

Фосфолипиды – это сложные эфиры глицерина, высокомолекулярных жирных кислот и фосфорной кислоты (лецитин и кефалин).

Стерины - это высокомолекулярные циклические спирты (холестерин и эргостерин).

Углеводы молока представлены молочным сахаром (лактоза) – дисахаридом, состоящим из молекул глюкозы и галактозы, а так же простыми сахарами (глюкоза, галактоза), фосфорными эфирами глюкозы, галактозы, фруктозы. Молочный сахар находится в молоке в растворимом виде в α- и β-формах. Обе формы могут переходить из одной в другую. Молочный сахар примерно в 5 раз менее сладкий, чем сахароза, но хорошо усваивается организмом. При нагревании до 950С цвет молока меняется от желтоватого до бурого из-за образования меланоидов, имеющих темную окраску, в результате реакции углеводов молока с белками и некоторыми свободными аминокислотами.

Минеральные вещества представлены в молоке солями органических и неорганических кислот. Преобладают соли кальции и фосфора, а так же Mg, Na, K, Fe, Cu, Co, I2, Cl2, S, Mn, Zn – в виде ионов.

Макроэлементы – это катионы Na, K, Ca, Mg.

Микроэлементы – это мин. вещества, концентрация которых измеряется в микрограммах на 1 кг продукта. Относят: Fe, Cu, Si, Se, Sn, Cr, Pb, W - связаны с белками и оболочками жировых шариков, входят в состав витаминов. Их содержание зависит от кормления, периода лактации и состояния здоровья животного.

Ферменты образуются в клетках молочной железы и переходят в молоко во время секреции. В молоке содержатся ферменты классов:

- оксиредуктазы (редуктаза, пероксидаза, каталаза);

- гидролазы (фосфотаза, липазы), амилаза, лактоза.

Витамины в молоке содержатся в виде жирорастворимых (A, D, E, K) и водорастворимых (группы В и аскорбиновая кислота). Их содержание зависит от породы животных, периода лактации, кормового рациона.

Молоко содержит в незначительном количестве гормоны: тироксин, пролоктин, адреналин, инсулин; и газы: углекислый газ, кислород, азот, аммиак.

Физико-химические свойства молока

К физико-химическим свойствам молока относятся: плотность, вязкость, поверхностное натяжение, осмотическое давление, температура кипения и замерзания, электропроводность, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, кислотность.

Химические свойства молока характеризуются титруемой и активной кислотностью.

Титруемую кислотность выражают в условных единицах – градусах Тернера (ºТ). Под градусом Тернера понимают количество мл 0,1н раствора едкого Na (K), которое расходуется на нейтрализацию (титрование) 10 мл молока. Кислотность молока = 16-18 ºТ. На величину титруемой кислотности влияют порода животных, рацион кормления, состояние здоровья, стадии лактации, корма. Повышенная кислотность образуется в результате кормления кислыми лесными травами, а заболевания уменьшают кислотность.

Активная кислотность характеризуется концентрацией свободных ионов водорода и выражается в рН (рН =6,5..6,8).

Между титруемой и активной кислотностью молока нет точного соответствия, это объясняется его буферными свойствами. Титруемая кислотность отличается от активной тем, что она учитывает не только свободные ионы Н+, но и те, которые переходят в активное состояние в процессе титрования молока щелочью. Обусловлена содержанием в нем белков, кислых солей, газов, фосфатов, цитратов, но рН изменяется мало.

Технологические свойства молока

- это такие физико-химические  показатели, которые позволяют вырабатывать  разнообразные молочные продукты  высокого качества.

1) Термостойкость – характеризует пригодность молока к высокотемпературной обработке. Зависит от:

• Кислотности;
• Солевого баланса (повышение кислотности молока из-за молочно-кислых бактерий снижает его термостойкость);
• Равновесия между катионами (кальций, магний) и анионами (цитраты, фосфаты). Излишек тех или иных нарушает солевое равновесие молока и может привести к коагуляции белков.

2) Сычужная свертываемость  – способность образовывать сгустки под действием сычужного фермента; определяет его пригодность для производства сыра. Продолжительность образования сычужного сгустка и его плотность зависят от:

• рН;
• концентрации ионов кальция и казеина в молоке.

При снижении  рН коагуляция молока ускоряется, а плотность сгустка возрастает, это из-за увеличения активности сычужного фермента.

Показатели качества молока:

• низкое количество соматических клеток;
• отсутствие антибиотиков, пестицидов, тяжелых металлов.

Их наличие приводит к нарушению процессов переработки молока, появляются пороки готовой продукции.

Первичная обработка молока

Включает:

• очистка от механических примесей;
• охлаждение (при необходимости тепловая обработка);
• хранение при низкой температуре;
• транспортирование на молочные заводы.

Если молоко поставляют в магазин, детские учреждения, то они сами осуществляют переработку молока. При этом его очищают на центробежных очистителях, нормализуют по жиру, пастеризуют, охлаждают, разливают во фляги или бутылки.

Очистка молока

Наиболее распространенный способ очистки от механических примесей и микроорганизмов – фильтрование. Для него необходимо иметь цедилки и фильтры. Для фильтров используют вату, марлю, фланель, металлическую сетку и синтетические материалы. Фильтры изготавливают в виде тонких дисков с гладкой или «вафельной» поверхностью. Ватные диски пригодны на 40 л молока. Недостаток – медленно пропускают молоко → увеличиваются затраты времени. Марля (на фермах) быстро изнашивается, загрязняется и не обеспечивает высокой степени очистки молока. Синтетические ткани (в производственных условиях) применяют на основе полиамидных (энант), карбоцидных (полиэтилен) и полиэфирных (лавсан) волокон. Лавсан обеспечивает высокую скорость фильтрования  и превосходит марлю по очищению молока. Лавсановые фильтры легко моются и стерилизуются. Один метр лавсана заменяет 30-40 м марли.

Фильтрование молока даже с использованием самых совершенных фильтрующих материалов не обеспечивает полного очищения молока от примесей. Более совершенными являются центробежные молокоочистители – это сепаратор со сменным барабаном и системой для отвода осадка. Барабан имеет увеличенное грязевое (отверстие) пространство и в нем отсутствует распределительная тарелка (скорость вращения 6000-8000 об/мин). Под действием центробежной силы молоко очищается от механических примесей, слизи, сгустков, сомотических клеток; одновременно удаляется значительная часть микроорганизмов. Оптимальная температура молока для центробежной очистки 35-45ºС.

Тепловая обработка молока

Является необходимой для уничтожения микроорганизмов и разрушения ферментов с целью получения продуктов безопасных в гигиеническом отношении и с более продолжительным сроком хранения. Различают:

• Пастеризация – обработка молока при t = 65..98ºС. Пастеризуют молоко на фермах тогда, когда молоко поступает в магазин и склады общественного питания. А также когда есть подозрения на инфекционные заболевания – туберкулез, ящер.

Режимы пастеризации:

- моментальная (высокотемпературная) (при t = 85..98ºС без выдержки) 

- кратковременная (t = 72..76ºС с выдержкой в течении 20 сек.)

- длительная (низкотемпературная) (нагревание молока до t = 63..65ºС с выдержкой 30 мин.).

Эти режимы обеспечивают полное уничтожение в молоке вегетативных форм бактерий.

• Стерилизация молока в бутылках, т.е. обработка в автоклавах при следующих режимах:

- t = 104ºC в течение 45 мин.

- t = 109ºС в течение 30 мин.

- t = 120ºС в течение 20 мин.

• Стерилизация молока в потоке производится при ультравысоких температурах при 140-142ºС с выдержкой 2 сек. и последующем охлаждением и розливом. В процессах стерилизации уничтожаются и вегетативные клетки бактерий, и бактериальные споры.

В результате пастеризации и стерилизации изменяются физико-химические и технологические свойства молока: вязкость, поверхностное натяжение, кислотность, способность молока к отстою сливок, способность казеина к сычужному свертыванию.→ Изменяются вкус, запах, цвет и составные части молока.

Сывороточные белки подвергаются денатурации и коагуляции (t = 60..65ºС). Теряется их растворимость и уменьшается гидратация, освобождаются сульфгидрильные группы, молоко приобретает кипяченый вкус. Солевой состав молока – растворенные фосфорные кислоты переходят в нерастворимые. В результате осаждения белков и образования нерастворимых солей на поверхности пастеризатов появляется осадок – молочный камень. При t выше 85ºС незначительно меняются свойства казеина. Тепловая обработка вызывает разрушение ферментов (фосфатазы и пероксидазы) и уменьшение содержания витаминов, причем потери жирорастворимых меньше, чем водорастворимых. При закрытых пастеризаторах витамины устойчивы. Кипячение и пастеризация молока снижает количество витамина С и группы В в 2 раза.

Эффективность тепловой обработки зависит от конструкции пастеризаторов. Требования:

• Обеспечивать равномерность нагрева молока до нужной температуры;
• Максимально сохранять состав и структуру молока;
• Легко разбираться и мыться после использования;
• Быть малогабаритными и экономными;
• Не нуждаться в больших эксплуатационных расходах.

Охлаждение молока

- продлевает бактерицидную  фазу и предотвращает скисание  молока. В процессе хранения молока  в течение 12 часов его охлаждают  до t = 8ºС.

6..12 ч  10-8ºС

12..18 ч  8-6ºС

18..24 ч  6-5ºС

24..36 ч  5-4ºС

36..48 ч  2-1ºС

Содержание жира, белка и других веществ не изменяется, сохраняются свойства молока.

Способ охлаждения молока – во флягах в бассейнах с холодной проточной водой или льдо-водяной смесью. Недостатки: большая трудоемкость, низкий коэффициент теплопередачи.

Хранение молока

Хранить другие продукты вместе с молоком запрещается. Сохранять молоко лучше в горизонтальных или вертикальных резервуарах. Длительное хранение молока при низких температурах без пастеризации не рекомендуется, т.к. возникают пороки вкуса и консистенции.

Транспортирование

Молоко транспортируют на молочные заводы автомобильным, железнодорожным, водным транспортом и с помощью молокопроводов. Используют фляги (-, т.к. ручной труд) и цистерны(+).

Приемка и оценка качества молока

Согласно ГОСТу молоко должно быть получено от здоровых животных, отфильтровано и охлаждено (t = 6ºС через 2 ч после дойки). При сдаче-приемке молоко должно иметь t = 10ºС и ρ = 1027 кг/м3. В зависимости от органолептических, физико-химических и микробиологических показателей молоко разделяют на 3 сорта.

Цвет молока: должен быть белым со слегка желтоватым оттенком; у топленого – с кремовым оттенком; у нежирного – со слегка синеватым оттенком.

Пастеризованное молоко и молоко для детского питания должно хранится при t = 0..8ºС не более 36 ч с момента окончания технологического процесса. Молоко стерилизованное в пакетах можно хранить при t до 20ºС не более 10 дней.

Технологии цельномолочных продуктов

Производство пастеризованных, стерилизованных молока и сливок

Классификация питьевого молока

• По способу обработки (пастеризованное, топленое, стерилизованное);
• По содержанию жира, сухих веществ и добавок (цельное, нормализованное, восстановленное, повышенной жирности, белковое, витаминизированное);
• По способу расфасовки (в стеклянных бутылках, бумажной таре, полиэтиленовой пленке, флягах, цистернах).

Ассортимент выпускаемого молока (сливок) различается по способам тепловой обработки, по химическому составу, по наличию (с внесением или без внесения) наполнителей.

Основным видом пастеризованного, а также и стерилизованного молока является цельное молоко с массовой долей жира не менее 3,2 %, но выпускается также молоко повышенной и пониженной жирности - 4,0; 6,0; 3,5; 2,5; 1,0 %. Пастеризованные сливки вырабатывают 8-, 10-, 20- и 35%-й жирности, стерилизованные - с массовой долей жира не менее 10 %.

Производство цельного молока (сливок) осуществляется по схеме, представленной на рис.

                                 Приемка сырья                  Приемка сырья

                                  Оценка качества                Оценка качества

                                             ↓                                          ↓

                                       Очистка                             Очистка

                                             ↓                                          ↓

                         Нормализация по жиру       Нормализация по жиру

                                             ↓                                           ↓

                                  Гомогенизация                      Стерилизация

                                             ↓                                            ↓

                                   Пастеризация                     Гомогенизация

                                             ↓                                       ↓

                                        Розлив                             Розлив

                                             ↓                                        ↓

                             Упаковка, Маркировка         Упаковка, Маркировка

                                             а)                                       б)

Векторная схема производства молока (сливок): а) пастеризованного; б) стерилизованного

Приемка сырья. Показатели качества исходного сырья для производства пастеризованного молока должны отвечать требованиям ГОСТ 13264.

Требования к сырью для выработки стерилизованного молока более высокие, т.к. оно должно выдерживать длительное хранение и транспортировку без охлаждения. На стерилизацию направляется отборное по качеству свежее молоко высшего сорта (см. табл. 1) с кислотностью не выше 16-18 °Т, плотностью не ниже 1027 кг/дм3. Сливки и обезжиренное молоко, применяемые для нормализации, должны быть получены из молока 1-го сорта и выдерживать алкогольную пробу. Сливки применяют 30%-й жирности и кислотностью плазмы не выше 22 °Т, обезжиренное молоко - кислотностью не более 19 °Т. Исходное молоко должно также выдерживать алкогольную пробу.

Очистка. Очистка молочного сырья осуществляется фильтрованием или с использованием центробежных сепараторов-молокоочистителей.

Нормализация. Под нормализацией понимают получение продукта с заданным содержанием определенных компонентов. Нормализацию молока проводят по содержанию жира и по содержанию сухих веществ.

 Для нормализации по содержанию жира используют обезжиренное молоко или сливки, по содержанию сухих веществ - сухое обезжиренное молоко.

Нормализацию проводят в потоке или путем смешивания. Для нормализации в потоке используют сепараторы-нормализаторы, в которых непрерывная нормализация молока совмещается с очисткой от механических примесей. Перед поступлением в сепаратор-нормализатор молоко предварительно нагревают до температуры 40-45 °С в специальных пластинчатых пастеризаторах.

На малых предприятиях молоко нормализуют в резервуарах. Для этого к определенному количеству цельного молока при перемешивании добавляют нужное количество обезжиренного молока или сливок. Это количество рассчитывают по материальному балансу или с использованием специальных таблиц, составленных с учетом различной жирности исходного молока.

Для производства сливок сырьем являются натуральные сухие или пластические сливки, сливочное масло, цельное или обезжиренное молоко. Из компонентов составляется нормализованная смесь необходимой жирности. Пластические сливки предварительно разрезают и расплавляют в горячем молоке при температуре не выше 60 °С, чтобы не вытапливался жир. Сухие сливки растворяют в воде температурой 45-50 °С, фильтруют и смешивают с остальными компонентами.

Гомогенизация. Цель стадии гомогенизации - это придание продукту однородной консистенции, предотвращение отстоя жира и образования в упаковках «сливочной пробки». Гомогенизацию проводят при производстве молока повышенной жирности (более 3,5 %). Параметры процесса следующие: для пастеризованного молока - температура 62-63 °С и давление 12,5-15 МПа; для стерилизованного - 60-77 °С и 15-20 МПа; для сливок - 55-60 °С и 5-10 МПа (при этом, чем выше жирность сливок, тем ниже давление гомогенизации).

Пастеризация. Цель стадии пастеризации - инактивация посторонней микрофлоры. Молоко пастеризуют в пластинчатых пастеризационно-охлади-тельных установках при температуре (76±2) °С с выдержкой 15-20 сек и охлаждают до 4-6 °С.

При пастеризации сливок жировые шарики прогреваются медленнее плазмы и могут оказывать защитное воздействие на микроорганизмы, поэтому с увеличением массовой доли жира в сливках применяются более высокие температуры пастеризации: для 8- и 10%-х - 78 и 80 °С; для 20- и 35%-х - 85 и 87 °С с выдержкой 15-30 сек.

Стерилизация. Цель стерилизации молочного сырья - это уничтожение не только вегетативной, но и споровой микрофлоры. Производство стерилизованного молока (сливок) осуществляют по одно- и двухступенчатым режимам. По одноступенчатой схеме молоко (сливки) стерилизуют один раз (до или после фасования). Например, при использовании пароконтактной стерилизационной установки молоко подается в инжектор, куда вводится пар, и за доли секунды продукт нагревается до 140 °С. При этой температуре производят выдержку в течение 4 сек. Затем продукт нагнетают в вакуум-камеру для удаления введенного пара. Температура продукта снижается до 77 °С, после чего производят гомогенизацию, охлаждение и фасование.

Для производства стерилизованного молока (сливок) используются также установки с применением косвенного нагрева и нагрева электроэнергией.

Двухступенчатый способ стерилизации молока предусматривает предварительную стерилизацию молока в потоке и повторную стерилизацию фасованного продукта. Гомогенизированный продукт нагревают до температуры 135-140 °С, выдерживают 20 сек в трубчатом стерилизаторе. Затем молоко (сливки) последовательно охлаждают до 20-25 °С и направляют на фасование. Укупоренный продукт подают в башенный стерилизатор, где происходит последовательно нагрев заполненной тары до температуры 90 °С, стерилизация при 116-118 °С в течение 12-15 мин, охлаждение до 45 °С.