Технология производства сухого молока

       Сушка, как способ консервирования, основанный на анабиозе, нашла широкое применение в производстве сухих молочных продуктов.

       Сухие молочные консервы – это порошки  с частицами различной величины, зависящий от вида продукта и способа сушки. Порошки должны обладать высокой растворимостью в воде, то есть способностью восстанавливать при повторной дисперсии устойчивый золь. Растворимость выражают в миллилитрах нерастворившегося сухого осадка (индекс растворимости). При контактной сушке индекс растворимости должен быть не выше 2,0-1,5 мл сырого осадка, при распылительной – 0,2-0,05 мл сырого осадка. Скорость растворения (восстановления) определяют по показателю смачиваемости. Сыпучесть порошков зависит от вида продукта и способа сушки.

       Сухие молочные консервы отличаются от других молочных консервов более высоким содержание сухих веществ, что придает им самую высокую транспортабельность. Содержание сухого вещества в зависимости от вида продукта колеблется в пределах 95-98 %. По содержанию жира сухие молочные консервы заметно отличаются друг от друга. В зависимости от вида консервируемой смеси на единицу СОМО в ней, и соответственно продукте, приходится от 0,006 до 6,0 единиц жира, против 0,44 (в среднем) в цельном молоке. Насыпной вес или объемный вес зависит от вида продукта и способа сушки. Чем выше насыпной вес, тем стойкость продукта выше и тем меньше затраты на тару.

       Сухие молочные консервы в основном вырабатывают по одной и той же технологической  схеме. Последовательно выполняют  следующие основные операции: подготовку сырья к сгущению, сгущение и сушку. Для продуктов с высоким содержанием жира, сгущенную смесь гомогенизируют.

       Сухое цельное молоко

       Сухое молоко – это высушенное в мелкий порошок свежее цельное пастеризованное  молоко. 
 

       Таблица 1 – Физико-химические показатели сухого цельного молока

1 –  насос; 2 – весы, счетчик; 3 – промежуточная  емкость; 4 – емкость с тензовзвешиванием; 5 – сепаратор-молокоочиститель; 6, 9, 11 – теплообменники разного назначения; 7, 8, 15, 20, 22 – емкости разного назначения; 10 - сепаратор-сливкоотделитель; 12 – пленочная вакуум-выпарная емкость; 13 – автомат для упаковки в пакеты; 14-16 - упаковка тары; 17 – распылительная сушилка; 18 – циклоны; 19 – циклон разгрузочный; 21 – гомогенизатор; 23 - подогреватели вакуум-выпарной установки

       Рисунок 1 - Технологическая схема производства цельного сухого молока

            Содержание токсичных элементов, микотоксинов, антибиотиков, гормональных препаратов и пестицидов в продукте не должно превышать установленных допустимых уровней.

       По  микробиологическим показателям сухое  цельное молоко должно соответствовать  требованиям, установленным действующим стандартом.

       Таблица 2 – Сортовая оценка сухого цельного молока по органолептическим показателям

       Перерабатывают  молоко двумя способами: непрерывнопоточным и периодическим.

       Приемка, оценка качества, очистка, охлаждение и кратковременное резервирование молока – общие технологические  операции для всех молочных консервов. Для получения в продукте стандартного содержания жира и СОМО, молоко нормализуют.

       Молочную  смесь составляют в танках, отдельными партиями. Смесь тщательно перемешивают и в потоке, при обязательном соблюдении условия, что Ж_см/СОМО_см = Ж_пр/СОМО_пр, пастеризуют при 85-87° без выдержки. Белки молока при таком режиме хорошо восстанавливаются при растворении сухого молока водой.

       Сгущение  молочной смеси в потоке является обязательным. Такое сгущение исключает  необходимость резервирования на время  сушки сгущенной смеси, что способствует получению продукта высокого качества. Процессы сгущения и сушки должны быть строго синхронизированы, что обеспечивает возможность сгущения молочной смеси до 50 % сухих веществ и получение продукта высокой растворимости. 
 

       Приемка и оценка качества молока

       Очистка, охлаждение, кратковременное резервирование молока

       Нормализация  молока (отдельными партиями)

        Пастеризация молочной смеси в  потоке

        Сгущение молочной смеси в потоке

       Гомогенизация сгущенной молочной смеси в потоке

        Сушка сгущенной молочной смеси  в потоке

       Охлаждение  молочного порошка в потоке

       Расфасовка  и упаковка продукта

       Схема 1 - Технологическая схема непрерывнопоточного

       способа производства 

       Периодическое сгущение не отвечает требованиям. Из-за необходимости длительного резервирования сгущенной молочной смеси перед сушкой в ней происходит образование новой структуры, значительное повышение вязкости, дестабилизация жировой фазы. Сушка затрудняется, качество продукта ухудшается.

       Для поточного сгущения молочной смеси  применяют многокорпусные пленочные вакуум-аппараты (с падающей пленкой) или многокорпусные циркуляционные вакуум-аппараты поточного действия. В двухкорпусных вакуум-аппаратах периодического действия обычно сгущение приближают к потоку путем циклического выпуска сгущенной молочной смеси небольшими партиями, которые высушивают за 10-15 минут (вместо 2-3 часов при периодическом сгущении и выпуске полной варки за один прием).

       При режимах, принятых для того или иного  вакуум-аппарата, сгущают молочную смесь до 43-48 % сухого молочного остатка, что соответствует плотности 1,11-1,16 г/см³ при 50°. При пленочной сушке молочная смесь сгущается до 40-43 % сухого молочного остатка (плотность при температуре сгущения 1,10-1,11 г/см³).

       Для предупреждения образования «свободного» (незащищенного белковой оболочкой) жира в сухом молоке, сгущенную  молочную смесь гомогенизируют под давлением 10,0-15,0 МПа при 55-60 °С.

       В сушильной камере распылительной сушилки (одностадийная сушка) подсгущенная и гомогенизированная нормализованная смесь высушивается воздухом (140-180° С). Частицы продукта со дна камеры попадают в систему пневмотранспорта и подаются в разгрузочный циклон. При подаче до разгрузочного циклона продукт охлаждается на 10-15 °С ниже температуры засасываемого из цеха воздуха. Из разгрузочного циклона продукт подается в бункер-накопитель откуда на фасование в потребительскую (пакеты с вкладышами из воздухо – и влагонепроницаемого материала) или транспортную (бумажные мешки, бочки, фанерные барабаны из полиэтилена) тару.

       Сухое молоко «Домашнее»

       Ассортимент сухого цельного молока постоянно изменяется в направлении уменьшения в продукте доли жира на единицу СОМО. Одним из таких продуктов является сухое молоко «Домашнее» в котором массовая доля жира должна быть не менее 15 %. Продукт вырабатывается по технологии сухого цельного молока. Для нормализации цельного молока всегда требуется и используется обезжиренное молоко или пахта. Для производства цельномолочных продуктов используют сухие продукты. При растворении сухого молока «Домашнее» в 9,4-9,5 раза без какой либо нормализации обеспечивается получение смесей жирностью 1,7 %. 

       Быстрорастворимое сухое молоко

       Сухое цельное и сухое обезжиренное молоко общепринятой сушки растворяется очень медленно, особенно в холодной воде. Эти продукты образуют комочки, которые покрываются пленкой, не пропускающей воду внутрь частиц. Для ускорения растворения повышают температуру воды до 35-40° и применяют механическое перемешивание.

       Скорость  растворения сухих молочных порошков принято определять по смачиваемости, то есть по скорости перехода составных частей молока в воду. Смачиваемость определяется в процентах. Отдельно устанавливают показатели смачиваемости для растворов в спокойном состоянии и при перемешивании. На смачиваемость влияют многие факторы. Жир с точкой плавления 19-21° дает порошок быстрорастворяющийся в воде. Сухое обезжиренное молоко растворяется быстрее, чем сухое цельное. С увеличением размера частиц и изменением их структуры скорость растворения продукта увеличивается.

       Современные способы получения быстрорастворимого сухого молока основаны на агломерировании частиц сухого продукта:

       Агломерирование частиц производят в специально сконструированных или модифицированных для этой цели сушилках. Этим методом получают как быстрорастворимое сухое цельное, так и сухое обезжиренное молоко.

       Для получения быстрорастворимого сухого молока одноступенчатым способом применяют установки, состоящие из сушильной башни и инстантайзера. Молоко сушится при более низкой температуре выходящего воздуха, чем обычно. Получают частицы с повышенным содержанием влаги. Такие частицы более липки, мелкие прилипают к крупным, и полученные агрегаты в инстантайзере высушиваются до конечной влажности. В некоторых установках агломерация частиц осуществляется путем напыления сгущенного молока на уже высохшие частицы.

       Регулирование степени агломерирования, быстрая сушка при низкой температуре и быстрое охлаждение продукта обеспечивают способность быстрого (за несколько секунд) и полного (99 %) растворения его в воде.

       Для агломерирования частиц применяют и другие методы. Например, тонкий сухой молочный порошок смешивают со сгущенным молоком до образования жидкой смеси, которую распыляют и высушивают. Полученный продукт приобретает способность быстро растворяться. Повышение пористости крупных частиц обеспечивает также быстрое растворение продукта. Пористость продукта повышают разными способами. Один из способов состоит в следующем: в поток сгущенного до 60 % сухого молочного остатка молока форсункой, под давлением 136 атмосфер, вдувают воздух. Сгущенное молоко вспенивается и легко распылятся. Высыхает в виде пористых частиц. Гигроскопичность продукта снижают добавлением кристаллов α-лактозы.

       Молочный  порошок в виде пористых частиц обладает повышенной смачиваемостью, быстрой растворимостью и в герметической таре хорошо сохраняется. Лучшей смачиваемостью обладают частицы размером           100-150 мкм. Частицы выше 150 мкм имеют более толстые стенки, проникновение воды через которые при растворении затрудняется и скорость растворения снижается.

       По  составу продукт не отличается от обычного сухого цельного молока. По структуре это агломераты частиц, которые легко смачиваются и быстро растворяются, что обеспечивается развитой системой микро- и макропор, через которые вода проникает внутрь частиц. Относительная скорость растворения при этом увеличивается от 15-25 % (для обычного сухого цельного молока) до 60 %. Смачиваемость как скорость перехода составных частей порошка в раствор для обычного сухого молока составляет 1 мин. для быстрорастворимого – 5-7 с. Улучшение смачиваемости достигается с помощью поверхностно-активных веществ (метарин, пищевые соевые фосфатидные концентраты). Эти вещества (ПАВ), взаимодействуя с жировой фазой, образуют на поверхности частиц структурированные адсорбционные слои, обладающие гидрофильностью и снижающие поверхностное натяжение на границе вода – сухое молоко. При этом соединение жировых шариков затрудняется. Агломераты достигают 250 мкм и более, объемная масса продукта 350-450 кг/м³.

       Для сухого цельного быстрорастворимого молока установлены в основном те же нормы физико-химических, органолептических и микробиологических показателей, что и для сухого цельного молока высшего сорта. Дополнительно в продукте нормируется относительная скорость растворения не менее 60 %.

       Технологический процесс на стадии выполнения общих  технологических операций не отличается от принятого для обычного сухого цельного молока. Отличие начинается с процесса сушки. 

       1. 3, 5 - насосы соответственно для подачи ПАВ, увлажняющей жидкости, сгущенной нормализованной смеси; 2, 4, 6 - емкости для ПАВ, увлажняющей жидкости, сгущенной нормализованной смеси; 7 - фильтры; 8 - вентиляторы; 9 - калориферы; 10 - распылительная сушилка; 11 - циклоны; 12 - система возврата циклонных фракций; 13 - ковшовый элеватор; 14 - контейнер; 15 - электрокалорифер; 16 - вибрационные конвективные сушилки;       17 - вибросито; 18 - узел напыления ПАВ; 19 - агломерационная камера;       20 - узел распыления увлажняющей жидкости

       Рисунок 2- Схема установки для получения сухого

       быстрорастворимого молока

       Для сушки используется модернизированная  сушилка, предназначенная для выработки агломерированного молока (сухое молоко «Смоленское»). Сущность технологии: первая стадия сушки в прямоточной распылительной сушилке до массовой доли влаги в продукте 5-8 % (поступающий воздух 145-175, отработанный – 62-75 °С), вторая стадия – подача недосушенного продукта в агломерационную камеру вибрационно-конвективной сушилки, где в целях снижения содержания свободого поверхностного жира происходит увлажнение псевдоожиженного слоя частиц молочного порошка обезжиренным молоком или пахтой, подаваемыми с помощью пневматических форсунок.

       Аэрозольтранспортом в агломерационную камеру направляется и циклонная фракция продукта. С помощью узла напыления частицы циклонной фракции напыляются на увлажненный псевдоожиженный слой частиц продукта. С помощью регулируемой заслонки высота псевдоожиженного слоя поддерживается на уровне 0,1-0,2 м. Агломераты влажного порошка для досушивания направляются в первую вибрационно-конвективную сушилку. Досушивание порошка проводится в псевдоожиженном слое.

       В месте соединения первой конвективной сушилки со второй с помощью специального узла вносят смесь ПАВ и молочного жира (пищевые соевые фосфатидные концентраты и топленое масло), имеющую температуру 70-60 °С. Тремя форсунками эта смесь напыляется на частицы молочного порошка воздухом с температурой 100-140 °С. Равномерность напыления обеспечивается при скорости движения воздуха в месте напыления около 0,5 м/с. Высокая относительная скорость растворения достигается в том случае, если массовая доля влаги в продукте в момент внесения ПАВ составляет 5,5 %, продолжительность обработки не превышает 5-7 мин и доза ПАВ – 0,5 %.

       Высушенный  и просеянный на вибросите продукт  направляется в контейнеры промежуточного хранения, откуда при фасовании он высыпается в бункер фасовочного автомата, что позволяет полнее сохранить агломерированную структуру продукта. Для того чтобы жир во время хранения продукта не окислялся, его фасуют в среде азота в картонные пачки с вкладышами из влаго- и воздухонепроницаемого комбинированного полимерного материала.

       В основном по технологической схеме  сухого цельного быстрорастворимого молока вырабатывается также сухое быстрорастворимое молоко 15 % жирности. 

       Технология  ЗЦМ

       В настоящее время разработаны  технологии многих продуктов, в которых одновременно используется обезжиренное молоко, пахта и молочная сыворотка в различных соотношениях. Одними из таких продуктов являются заменители цельного молока (ЗЦМ), применяемые в животноводстве. 

       Жидкие  и пастообразные  ЗЦМ

       Жидкий  ЗЦМ для телят – это кормовой продукт однородной консистенции, с чистым вкусом и белым с кремовым оттенком цветом, с массовой долей жира не менее 2 %, плотностью не менее 1027 кг/м³, кислотностью не более 22 °Т. По микробиологическим показателям допускается общее количество бактерий в 1 мл не более 300 тыс., титр кишечной палочки не мене  0,3 мл, патогенные микроорганизмы не допускаются.

       Вырабатывается  ЗЦМ из обезжиренного молока, пахты, сыворотки с добавлением растительных и животных жиров, фосфатидных концентратов, казеинатов натрия, витаминов, микроэлементов. В рецептурах предусматривается комбинирование перечисленных компонентов по их видам и массе, за исключением витаминов и антибиотика.

       Технологический процесс включает тепловую обработку  при температуре 85-89 или 95-99 °С с охлаждением до 72-76 °С оцененного по качеству молочного сырья (обезжиренное молоко, пахта, сыворотка) и смешивание его с жировой смесью, водными растворами солей микроэлементов, витаминами и антибиотиком. При составлении жировой смеси в расплавленные при температуре 50-60 °С жиры прибавляют фосфатидные концентраты и жидкорастворимые витамины А₁, D₂ или D₃ и Е. Смесь всех компонентов фильтруют, гомогенизируют при температуре 55-60 °С и давлении 8-10 МПа, охлаждают до 4-8 °С и упаковывают во фляги, молочные цистерны. Хранение – при температуре не более 8 °С сроком до 20 ч. Допускается хранение неохлажденного продукта не более 4 ч.

       Кисломолочный жидкий ЗЦМ-К для  телят – это кормовой продукт однородной консистенции с нарушенным сгустком, чистым специфическим кисломолочным вкусом, белого, с оттенками от кремового до светло-коричневого, цвета. По составу и микробиологическим показателям требования те же, что и для жидкого ЗЦМ. Кислотность не более 60 °Т.

       В дополнение к тем же видам сырья, что и для жидкого ЗЦМ, используют закваски чистых культур ацидофильной палочки.

       По  ходу технологического процесса при  составлении белково-жировой смеси  в обезжиренное молоко (или смесь  его с пахтой, сывороткой), подогретое до 60-65 °С, вносят растворенный в обезжиренном молоке витамин В₁₂, антибиотик и раствор солей микроэлементов, после чего вносят жировые компоненты. Полученную смесь фильтруют, гомогенизируют при    60-65 °С и давлении Р₁=10 МПа, Р₂=4 МПа, нормализуют обезжиренным молоком до массовой доли жира в продукте 2 %. Перед заквашиванием смесь нагревают до температуры 76-78 °С с выдержкой 18-20 с и охлаждают до температуры заквашивания 42-45 °С. Смесь заквашивают культурой ацидофильных палочек (6-8 % массы продукта); при температуре 38-42 °С в течение 6-8 ч она сквашивается до кислотности 50-70 °Т. Готовый продукт охлаждают до 8 °С, фасуют во фляги и молочные цистерны, хранят при температуре не более 8 °С до 20 ч и при 20 °С не более 10 ч. 

1 –  емкость для хранения обезжиренного  молока; 2 – емкость для хранения  пахты; 3 – насосы; 4 – емкость  для хранения смеси обезжиренного  молока и пахты; 5 – трубчатый  пастеризатор; 6 – емкость для  плавления жиров; 7 – бочки с  фосфатидными концентратами* - емкость для смеси жиров, фосфатидных концентратов, витаминов и других добавок; 9 – емкость для составления смеси заменителя цельного молока; 10 – фильтр; 11 – эмульсор; 12 – пластинчатый охладитель; 13 – емкость для хранения охлажденного заменителя цельного молока

       Рисунок 3 – Схема технологической линии производства жидкого заменителя цельного молока

1 –  насос; 2 – счетчик для молока; 3, 8 – емкости; 4 – пластинчатый  охладитель; 5 – промежуточная емкость; 6 - трубчатый пастеризатор; 7 – сепаратор-сливкоотделитель; 9 – пленочная вакуум-выпарная установка; 10 – насос ротационный; 11, 13, 14 – ванны; 12 – распылительная сушилка; 15 - эмульсор

       Рисунок – 4 – Технологическая схема производства сухого ЗЦМ для телят

       Кисломолочный сгущенный ЗЦМ-К для телят имеет  густую сметанообразную с умеренной тягучестью консистенцию, чистый вкус, белый, с оттенком от кремового до светло-коричневого, цвет. Массовая доля жира в продукте не менее 10 %, кислотность не более 200 °Т. По микробиологическим показателям в виду закваски требования те же, что и для кисломолочного жидкого ЗЦМ-К.

       Технологический процесс в основном включает подготовку молочных и жировых компонентов, обработку и сквашивание их смеси. Обезжиренное молоко (или смесь обезжиренного  молока, пахты, сыворотки) после тепловой обработки при температуре 85-87 или 95-97 °С без выдержки сгущают до   42-43 % сухих веществ и смешивают с отдельно подготовленной белково-жировой смесью. Смесь гомогенизируют при температуре 65-70 °С и давлении Р₁=5-7,5 МПа, Р₂=2,5 МПа, выдерживают в течение 30 мин при температуре 63-65 °С, охлаждают до 42-45 °С и заквашивают культурой ацидофильных палочек (5-8 %). При температуре 38-42 °С в течение 3-8 ч продукт сквашивается до кислотности 80-100 °Т, его упаковывают в тару и хранят на складах при отрицательных температурах.

       Сухие ЗЦМ

       Сухие заменители цельного молока получают высушиванием на распылительных или пленочных сушилках смесей обезжиренного молока с сывороткой, пахтой, другими белковыми компонентами, растительными и животными жирами, со стабилизированными антиокислителем, эмульгаторами, витаминными препаратами, минеральными солями и антибиотиками. В животноводстве используют в восстановленном виде.

       В зависимости от вида продуктов массовая доля жира в них колеблется от 17 до 42,5 %, кислотность в восстановленном виде от 17 до 80 °Т, индекс растворимости от 0,8 до 1,3 см³ сырого осадка, общее количество бактерий в 1 г продукта от 50 до 250 тыс., ацидофильных бактерий 6,0×10⁵ (для ЗЦМ-Ф) и 1,1×10⁶ (для ЗЦМ-СК, ЗЦМ-ПК, ЗЦМ-ПЛК). Ни в одном из видов сухих ЗЦМ не допускаются бактерии группы кишечной палочки в 0,1 г продукта и патогенные микроорганизмы.

       В технологии различных видов сухих  ЗЦМ много общего. Общими для них  являются оценка качества, учет массы, очистка, охлаждение (при необходимости резервирования), тепловая обработка перед сгущением и сгущение молочного сырья, и на конечной стадии процесса – составление смеси всех компонентов перед сушкой, сушка, охлаждение и упаковывание готовых сухих ЗЦМ. Частные технологические операции обусловлены видами, сырья, компонентов, способами эмульгирования, ферментированием сыворотки, использованием различных заквасок микроорганизмов и др.

       Схема самого распространенного вида продукта – сухого ЗЦМ для телят включает: получение обезжиренного молока (кислотностью не более 21 °Т, плотностью не менее 1027 кг/м³) и дальнейшую обработку его для получения сухого ЗЦМ. Охлажденное в целях резервирования до температуры 4-8 °С (или без резервирования и охлаждения) обезжиренное молоко подвергают тепловой обработке при температуре 95-97 °С без выдержки и сгущают в пленочной вакуум-выпарной установке до 40-43 % сухих веществ.

       Отдельно  оцененные по качеству и учтенные по массе животные и гидрогенизированные жиры расплавляют при температуре 55-65 °С. Их смешивают с препаратами витаминов, антибиотиком, антиокислителем и фосфатидными концентратами. Массу добавок рассчитывают на основе материального баланса концентрирования. Полученную смесь жиров и фосфатидных концентратов смешивают с частью сгущенного обезжиренного молока и направляют в эмульсор. После эмульгирования ее смешивают со сгущенным обезжиренным молоком и подают на распылительную сушилку, где смесь высушивается при температуре поступающего воздух 140-170 и отработанного – 65-80 °С. Сухой ЗЦМ охлаждают до температуры 20-25 °С и упаковывают, как сухое обезжиренное молоко.

       При использовании вальцовых сушилок  тепловая обработка обезжиренного молока перед сгущением проводится при температуре 75-77 °С, сгущение до 30-33 % сухих веществ и сушка при температуре на поверхности вальцов 105-135 °С (давление пара, поступающего в вальцы,               0,35-0.4 МПа). Если эмульсор заменяют гомогенизатором, то смесь жиров и фосфатидных концентратов гомогенизируют при температуре 55-60 °С и давлении 10-15 МПа. Для эмульгирования применяют также гидродинамические вибраторы и метод вспрыска. Наряду с обезжиренным молоком для сухих ЗЦМ используются смеси его с сывороткой (несгущенной и сгущенной) и реже с пахтой. Допускается раздельное сгущение обезжиренного молока до 35-40 % сухих веществ, сыворотки – до 40-42 % со смешиванием их после сгущения.