Переработка вторичного сырья молочной промышленности

Раздел  I Обзор литературы

1.1 Состав и свойства сырья

Сырьем для производства кисломолочных  продуктов служит коровье цельное  и обезжиренное молоко, сливки, сухое  цельное и обезжиренное молоко, иногда сгущенное молоко, сыворотка, пахта.

Молоко - ценный продукт питания, в котором находятся все необходимые для организма человека вещества: жир, белки, углеводы, соли минеральных и органических кислот, микроэлементы, витамины.

В молоке содержатся три вида белков: казеин, альбумин и глобулин. Углеводы молока - это молочный сахар (лактоза), который по химическому составу является дисахаридом.

Состав молока (особенно содержание белков и жира) подвержен значительным колебаниям в зависимости от породы животного, состава кормов, периода  лактации и прочих факторов. Средний состав коровьего молока [1]:

жир       3,75%

молочный сахар     4,75%

азотистые вещества    3,5%

в том числе:

казеин      2,8%

альбумин      0,5%

глобулин      0,2%

соли минеральных 

и органических кислот    0,7%

вода       87,3%

Обезжиренное молоко - в отличии от цельного в нем содержится только 0,05% жира, количество прочих составных веществ примерно такое же, как и в цельном молоке.

Сливки - содержание жира 10-15%; в этом заключается их основное отличие  от цельного молока.

Сухое цельное и обезжиренное молоко, сгущенное молоко - молочные концентраты, вырабатываемые из натурального цельного и обезжиренного коровьего молока. В цельном сухом молоке содержится примерно 25% жира, 70% сухих обезжиренных веществ молока, 3-4% влаги; в обезжиренном - 94-96% сухих обезжиренных веществ молока, 4-6% влаги. Состав сгущенного молока с сахаром: жир - 8,8%, свекловичный сахар - 44,6%, вода - 26%, сухих обезжиренных веществ молока - 20,6% [2].

Сыворотка - отход при производстве творога, сыра и казеина, она богата молочным сахаром, солями и содержит небольшое количество белка.

Пахта - отход при производстве масла, в ней содержится 0,3-0,5% жира и составные части молока. Пахта  богата лицетином - жироподобным веществом, имеющим важное физиологическое  значение.

Стабилизаторы - это вещества, которые вводят в состав молочных продуктов для укрепления их структуры и придания им устойчивости во время хранения.

Стабилизаторы относят к гликолидам, они содержат гидрофильные группы, с которыми вступает во взаимодействие вода. В кисломолочных напитках содержится 86-89% воды, в том числе свободная влага составляет 83-86%, а связанная - только 3-5%. В системах, которые создаются гликоидами, часть воды связывается водными связями и принимает участие в процессах структурообразования [3]. Связанная вода не доступна для микроорганизмов.

По химическому строению стабилизаторы  делятся на полисахариды и белки. По происхождению гликоиды бывают натуральные  и искусственные. Натуральные стабилизаторы  делятся на растительные (пектин, агар, карагинан, камеди, альгинаты) и животные (желатин). Используют также искусственные стабилизаторы (гидроксиметилцелюлоза).

Для производства йогурта должно применяться  следующее сырье:

молоко коровье, заготовляемое  не ниже 2 сорта, кислотностью не более 19Т, плотностью не более 1027кг/м по ГОСТ 13264;

молоко коровье обезжиренное кислотностью не более 20Т, плотностью не более 1030кг/м, получаемое из молока, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 13264 [3];

сахар-песок по ГОСТ 21 и ДСТУ 2213 (с 01.01.96 г);

сахар-рафинад по ГОСТ 22 и ДСТУ 2213 (с 01.01.96 г);

сиропы плодовые и ягодные по ОСТ 10.162.;

джемы по ГОСТ 7009Е;

повидло по ГОСТ 6929;

варенье по ГОСТ 7061Е;

красители пищевые ароматизированные  по ТУ У 2147925401;

стабилизатор;

чистые культуры термофильного  стрептококка и болгарской палочки по ТУ 10-02-02-789-65 [14].

1.2 Характеристика микроорганизмов молочнокислого брожения

Для выработки кисломолочных продуктов  применяют следующие культуры молочнокислых  бактерий и дрожжей: молочнокислый  стрептококк (Streptococcus lactis) мезофильный и термофильный; болгарскую палочку (Lactobacterium bulgaricum), сливочный стрептококк (Streptococcus cremoris), ацидофильную палочку (Lactobacterium acidophilium), ароматообразующие бактерии: диацетилактис (Streptococcus diacetilactis), цитроворус (Streptococcus citrovorus), парацитоворус (Streptococcus paracitrovorus), ацетоиникус (Streptococcus asetoinicus) и молочные дрожжи, сбраживающие лактозу [5].

Каждый продукт изготовляют  с помощью определенных культур  микроорганизмов. Например, при производстве йогурта применяют закваски термофильного стрептококка и болгарской палочки.

Молочнокислый стрептококк (Streptococcus lactis) - микроорганизм, наиболее широко используемый для приготовления молочнокислых  продуктов. Под его действием  образуется плотный сгусток.

Различают мезофильные стрептококки, для которых оптимальной является температура 30-35˚ С, и термофильные стрептококки, для которых наиболее благоприятной является температура 40-42˚ С.

Предел кислотообразования молочнокислых  стрептококков 120-130˚ Т. При более высокой кислотности их жизнедеятельность прекращается.

Streptococcus thermophilus (термофильный стрептококк)  занимает промежуточное положение  между гомо - и гетерофакультативными  стрептококками. Его относят к  факультативным молочнокислым стрептококкам. Streptococcus thermophilus представляет собой грамположительные шарообразные и элипсовидные клетки диаметром 0,7-0,9мкм, спор и капсул не образует, неподвижен [7]. Факультативный анаэроб. Хорошо растет на обезжиренном и гидролизованном молоке. Характерным признаком Streptococcus thermophilus является широкий диапазон температур роста - от 20 до 50˚ С.

Сквашивает молоко через 3,5-6 часов, предельная кислотность составляет 110-115˚Т.

Особенностью термофильного стрептококка является слабовыраженная сахаролитическая активность. Его штаммы ферментируют только лактозу, глюкозу и сахарозу, иногда сбраживают рафинозу. Обладает относительно высокой термоустойчивостью. Выдерживает температуру 75˚С в течении 15 мин., вследствие чего составляет значительную часть остаточной микрофлоры в молоке после пастеризации.

Штаммы термофильного стрептококка чаще выделяют из сырого молока, их в  комбинации с болгарской палочкой используют в производстве ряженки, варенца, йогурта, мечниковской простокваши, а также  кисломолочных напитков и творога ускоренной выработки, сыров с высокой температурой второго нагревания [6].

Болгарские палочки (Lactobacterium bulgaricum) - это лактобактерии, которые представляют собой палочки размером 4-15 х 0,5-0,6мкм., неподвижны, спор и капсул не образуют. Термофильная бактерия, которая лучше всего развивается при температуре 42-45˚С. Сильный кислотообразователь (кислотность сквашенного молока может превышать 300˚Т). Являются факультативными анаэробами. Относятся к хемоорганотрофам, их выращивают на средах с молоком. Обладает слабовыраженной сахаролитической активностью, ферментирует только лактозу, глюкозу, фруктозу [12]. Не образует аммиак аммиак из аргинина. Штаммы болгарской палочки образуют ацетальдегид - ароматическое вещество, придающее вкус, запах, подавляющее нежелательную микрофлору кишечника. Болгарская палочка чувствительна ко многим антибиотикам, устойчива к бактериофагу.

Ее штаммы выделяют из сырого молока. Образует ровный, нежный сгусток. Применяют  в составе заквасок для производства простокваши мечниковской, южной, йогурта, ряженки и др.

Ацидофильная палочка (Lactobacterium acidophilium) - термофильная бактерия (лучше всего  развивается при температуре 40-42˚С). Представляют собой палочки с  закругленными концами, 0,6-0,9 - 1,5-6мкм. Устойчивы к щелочной реакции (рН 8,3), наличию в среде фенола (0,25-0,4%), желчи (20%), NaCl (2%). Lactobacterium acidophilium ферментирует сахарозу, мальтозу, салицин.

Существуют слизистые и неслизистые  расы ацидофильной палочки. Слизистые  расы при сквашивании образуют тягучий сгусток, но являются довольно слабыми кислотообразователями. Неслизистые расы ацидофильной палочки образуют обычный (неслизистый) сгусток, но являются сильными кислотообразователями (повышают кислотность сквашенного молока до 300˚Т).

Ферментирует крахмал. Факторы  роста: фолиевая кислота, ниацин, рибофлавин, понтотенат Са.

Является кишечным микробом, который  можно выделить из содержимого пищеварительного тракта человека и различных животных. Ацидофильная палочка способна после  культивирования в молоке вновь приживаться в кишечнике человека и подавлять там развитие патогенных и нежелательных микроорганизмов (сальмонеллы, шигеллы, стафилококки, эширихии и др.) Антогонистическое действие Lactobacterium acidophilium обусловлено продуцируемыми антибиотиками - ацидофилином и лактоцидином.

Из ароматообразующих бактерий в настоящее время наиболее широко используется диацетилактис (Streptococcus diacetilactis), являющийся довольно активным кислотообразователем. Оптимальная температура развития около 25˚С, предельная кислотность молока 90-100˚Т. Д.иацетилактис продуцирует фермент цитриазу, которая расщепляет цитраты с образованием диоксида углерода и ароматических веществ - ацетоина и диацетила. В качестве заквасочного материала используют при производстве молочных продуктов, в которых желательно сильное кислото- и ароматообразование, например, для приготовления масла, творога, сметаны, простокваши и разных сортов сыра.

 

Раздел II Технологическая часть

2.1 Характеристика йогуртов

Йогурт – это кисломолочный напиток, вырабатываемый из пастеризованного нормализованного по массовой доле жира и сухих веществ молока с добавлением или без добавления сахара, плодово-ягодных наполнителей, ароматизаторов, витамина С, стабилизаторов, растительного белка и сквашенной закваской, приготовленной на чистых культурах молочнокислых стрептококков термофильных рас и болгарской палочки. В зависимости от применяемых вкусовых и ароматических добавок йогурт выпускают следующих видов: йогурт, йогурт сладкий, плодово-ягодный, плодово-ягодный с витамином С, плодово-ягодный диабетический.

При внесении этих культур в пастеризованное  молоко сложные вещества распадаются  на более простые, которые быстрее  и легче усваиваются организмом. В этом преимущество йогуртов перед  молоком. В нашем организме постоянно происходят маленькие войны. Молочнокислые и гнилостные микроорганизмы терпеть не могут друг друга. В йогуртовых культурах содержится молочная кислота, образующаяся при расщеплении молочного сахара [8]. Она затормаживает процессы гниения в желудочно-кишечном тракте. А если йогурт содержит бифидобактерии, то параллельно идёт восстановление нормальной микрофлоры кишечника.

В зависимости от технологии производства и наличия живых йогуртовых культур, все йогурты можно разделить на две группы.

"Живые йогурты" обладают  лечебным эффектом за счет  содержания полезных йогуртовых  культур - болгарской палочки  и термофильного стрептококка. Хранятся  только в холодильнике, максимальный  срок хранения - 1 мес.

Термизированные йогурты - йогурты, подвергнутые специальной термической обработке. Они могут храниться до года при комнатной температуре. Не обладают лечебным эффектом, но являются продуктами высокой пищевой ценности, содержащими витамины и микроэлементы [10].

По органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям йогурт должен соответствовать требованиям технических условий. Средние информационные данные о пищевой и энергетической ценности 100 гр.:

белок, %      2,9

жир, %      3.5

углеводы, %     12,7

минеральные вещества, %   0,6

витамины      А, В1, В2, С, РР

энергетическая ценность, ккал  94

2.2 Стадии и описание биотехнологического процесса производства йогурта резервуарным способом

 

Производство кисломолочных продуктов  резервуарным способом осуществляется по следующей схеме (рис.1) [10]:

а) приёмка, очистка и сепарирование  молока;

б) приёмка и подготовка компонентов;

в) нормализация молока и приготовление  смеси;

г) пастеризация

д) гомогенизация, охлаждение смеси,

е) заквашивание и сквашивание смеси;

ж) внесение наполнителей;

з) розлив, упаковка, маркировка, доохлаждение готового продукта;

и) хранение, транспортирование.

 

 

а) приёмка, очистка и сепарирование молока

 

Рисунок 1 –  Схема технологичекой линии производства йогурта резервуарным способом

Примечание: 1 – емкость для сырого молока; 2 – насосы; 3 –  балансировочный бачок: 4 – пластинчатая пастеризационно-охладительная установка; 5 – пульт управления; 6 – оборотный клапан; 7 – сепаратор-нормализатор; 8 – гомогенизатор; 9 – емкость для выдерживания молока;

10 – емкость для йогурта; 11 – смеситель; 12 – заквасочник.

 

Молоко принимают по массе, качеству, установленному ОТК предприятия. Отобранное молоко нагревают до температуры 42 (±2) ˚С, очищают на центробежном молокоочистителе и подают на сепарирование. При необходимости его охлаждают до 6˚С и направляют в ёмкость для промежуточного хранения. На сепарирование подают молоко, подогретое до 42 (±2) ˚С. Полученное обезжиренное молоко или сливки перекачивают в ёмкость для приготовления смеси.

б) приёмка и подготовка компонентов

Параллельно с подготовкой молока ведут приёмку и подготовку компонентов.

Каждую партию сахара проверяют  на соответствие действующему стандарту. Перед внесением в смесь сахар  предварительно просеивают. Хранят в  сухом помещении с относительной  влажностью воздуха не более 75%.

Стабилизатор хранят не более 18 месяцев  при t=20˚С и относительной влажности  воздуха 75%.

Фруктовые пасты хранят не более 1 года при температуре от 0 до 15˚С, не допуская попадания прямых солнечных  лучей. Плодово-ягодные наполнители хранят в сухих, чистых, хорошо вентилируемых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 75%, температурой не более 20˚С. В случае использования плодово-ягодных наполнителей, поступающих на завод в мелкой упаковке, а также при обнаружении в них молочнокислых бактерий, плесеней или дрожжей в количестве, превышающем нормативы, плодово-ягодные наполнители поступают в подготовительной ёмкости при t=60˚С в течении от 5 до 10 минут, перемешивают, охлаждают до t=18˚С.

в) нормализация молока и приготовление смеси

Смесь готовят в соответствии с  рецептурой, которую рассчитывают исходя из фактического состава сырья. Расчёт рецептуры смеси заключается в определении массы сырья, обеспечивающий требуемый состав готового продукта по массовой доле жира и сухих веществ.

Сахар и стабилизатор перед внесением  в ёмкость для приготовления  смеси смешивают в соотношении 1: 3 - 1: 5 до равномерного распределения.

Нормализованное по жиру или обезжиренное молоко в холодном виде или с температурой не более 40˚С подают в ёмкость для приготовления смеси и вносят в него стабилизатор (при выработке фруктовых видов без сахара) или смесь стабилизатора с сахаром, тщательно её перемешивают и вносят оставшуюся по рецептуре часть сахара.