Стерилизация молока

- от присутствия в сырье спор с высокой термостойкостью (чем меньше таких спор, тем меньше получается емкостей с нестерилизованным продуктом);

- от жесткости режимов обработки (комбинация температуры и времени), при которых сохраняются органолептические свойства продукта (при более жестком режиме большее количество термостойких спор может быть уничтожено и получается больше емкостей со стерилизованным продуктом).

Стерильность, полученная распределением молока в емкостях, – это результат статистической (количественной) вероятности. Она отвечает приведенной формулировке стерилизованного молока. Емкости могут содержать микроорганизмы, способные развиваться в молоке (продукт не соответствует определению стерилизованного молока), и микроорганизмы, не развивающиеся в молоке (продукт соответствует определению стерилизованного молока).

На практике хорошие результаты по тепловой обработке молока можно получить двумя методами:

- предупредительный – для стерилизации следует выбирать молоко с минимальным первоначальным обсеменением и, следовательно, с малым содержанием термостойких бактерий; большое внимание уделяют чистоте оборудования, тары;

- действительный – применение возможно жестких режимов стерилизации, не вызывающих изменения органолептических свойств молока.

 

1.3 Действие тепловой стерилизации на питательную ценность молока

 

При нагревании пищевых продуктов частично разрушаются их питательные компоненты, меняется их химическая структура и возможна потеря определенного физиологического действия. Тепловая стабильность различных составляющих (аминокислот, углеводов, жирных кислот, солей, витаминов) различна. Степень их разрушения зависит не только от продолжительности и температуры тепловой обработки, но и от рН, присутствия кислорода, катализаторов и т. д.

При стерилизации молока, которое содержит питательные вещества, потери некоторых из них неизбежны:

- содержание витаминов А, D, В2, В3, РР, Н и каротина не изменяется или незначительно уменьшается при стерилизации;

- часть витаминов B1, В6, В12 и С, полиненасыщенных жирных кислот, лизина и цистина разрушаются во время стерилизации.

Рост детей несколько замедлен при кормлении стерилизованным молоком (по сравнению с пастеризованным), однако разница настолько мала, что это молоко можно применять для питания детей (необходимо дополнительно давать витамин С). Для питания взрослых стерилизованное молоко вполне пригодно, потому что оно содержит все необходимые белки и минеральные соли [4].

 

1.4 Стерилизация при высокотемпературном режиме

 

При нагреве в молоке не только уничтожаются микроорганизмы, но и изменяется его цвет и вкус, биологическая ценность некоторых белков и разрушаются витамины. Степень этих изменений зависит от температуры стерилизации. Скорость уничтожения микроорганизмов при повышении температуры увеличивается быстрее скорости нежелательных химических изменений. Следовательно, если молоко нагревается до высокой температуры за более короткое время, то химические изменения будут меньше при той же степени уничтожения микроорганизмов. Отношение бактерицидного эффекта к одному из химических изменений (побурение молока) изменяется незначительно в пределах температур, применяемых для стерилизации молока в бутылках. При температурах свыше 130 oС это отношение увеличивается значительно (рисунок 1), что и используют при высокотемпературных режимах. Стерилизованное при таких режимах молоко содержит меньше бактерий. Изменения цвета и вкуса – незначительные. Чем выше температура стерилизации, тем лучше протекает процесс, но максимальная температура ограничивается практическими соображениями.

При температуре 150 oС споры бактерий разрушаются за 1 секунду. Высокие температуры при короткой выдержке могут быть получены только в поточных схемах. Молоко нагревают, смешивая его с паром (пароконтактные установки) или непосредственно через стенку из нержавеющей стали паром высокого давления в стерилизационных автоматизированных установках.

В пароконтактных системах молоко до температуры стерилизации нагревается при смешении с паром, который конденсируется и отдает скрытую теплоту. Излишки влаги из молока удаляют выпариванием в вакуум-камере. В это время оно охлаждается. Если вакуум в охлаждающей камере эквивалентен температуре молока перед смешением его с паром, то вся добавленная в виде конденсата вода будет удалена при охлаждении. Детальный анализ показывает, что температура молока после вакуумного охлаждения должна быть выше, чем перед паровым нагревом. Молоко после охлаждения будет иметь концентрацию сухих веществ, равную концентрации сухих веществ в исходном молоке. Высокие требования к качеству пара, контроль и регулирование содержания сухих веществ играют большую роль при выработке стерилизованного питьевого молока.

 

                           

 

Рисунок 1 – Зависимость отношения бактериального эффекта к эффекту побурения от температуры нагрева

 

В стерилизаторах с поверхностным нагревом молоко нагревается через стенку из нержавеющей стали. Стенка может представлять собой волнистую пластину (пластинчатый нагреватель), с одной стороны которой проходит молоко, а с другой – греющий пар (в конечной стадии нагрева), трубу в паровой камере или теплообменник. Молоко нагревается до конечной температуры    130 - 140 oС. Чтобы предотвратить кипение молока, создается обратное давление приблизительно на 1 атм выше давления, соответствующего максимальной температуре, при которой стерилизуется молоко. Пластинчатые нагреватели дороже, чем трубчатые и имеют низкие эксплуатационные характеристики.

 

1.5 Способы стерилизации

 

Стерилизация молока проводится в целях получения безопасного в санитарно-гигиеническом отношении продукта и обеспечении его длительного хранения при температуре окружающей среды без изменения качества. Существует множество способов стерилизации молока (химический, механический, радиоактивный, электрический, тепловой).

Например, стерилизация молока посредством радиационной обработки полностью исключает энергозатраты, поскольку стерилизация на гамма-установке происходит за счет радиоактивного распада источников излучения. Кроме того, молоко не подвергается нагреву, что исключает изменение вкусовых качеств и основных физико-механических свойств, отпадает необходимость охлаждения.

Тем не менее, наиболее надежным, экономически выгодным и нашедшим широкое применение в промышленности является тепловой способ.

В молочной промышленности молочное сырье стерилизуют по трем принципиальным схемам:

- одноступенчатая в упаковке – после розлива молока в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115 - 120 °С с выдержкой 15 - 30 мин; 

- двухступенчатая – предварительная стерилизация молочного сырья в потоке при температуре 130 - 150 °С в течение нескольких секунд, а затем вторичная стерилизация после розлива молока или молочных продуктов в упаковку и ее герметичной укупорки при температуре 115 - 120 оС в течение   15 - 20 мин;

- одноступенчатая с асептическим розливом – косвенная или прямая стерилизация молочного сырья при температуре 135 - 150 оС в течение нескольких секунд с последующим фасованием в асептических условиях в стерильную тару.

В зависимости от особенностей производства и фасования готового продукта молочное сырье стерилизуют периодическим и непрерывным способами.

Стерилизацию периодическим способом проводят, помещая продукт в упаковке (стеклянных или пластмассовых бутылках) в автоклав и создавая в нем разрежение 0,08 МПа, что соответствует температуре 121 оС. При этой температуре продукт выдерживается 15 - 30 мин. Затем температуру снижают до 20 оС. На стерилизацию молоко поступает нормализованным, гомогенизированным, прошедшим предварительный нагрев.

Стерилизация непрерывным способом в упаковке осуществляется в гидростатических башенных стерилизаторах. Фасованный в бутылки продукт подастся в первую башню стерилизатора, где нагревается до (86 ± 1) оС. Во второй башне продукт в бутылках нагревается до температуры 115 - 125 оС и выдерживается в зависимости от объема бутылки 20 - 30 мин. В третьей башне стерилизатора бутылки охлаждаются до температуры (65 ± 5) оС, в четвертой – до (40 ± 5) оС. Дальнейшее охлаждение идет в камере хранения продукта. Весь цикл обработки в башенном стерилизаторе составляет приблизительно 1 ч. Такое молоко хранится при температуре 1 - 20 оС не более двух месяцев со времени выработки [2].

В молочной промышленности стерилизация молока и молочных продуктов осуществляется в таре и в потоке:

1) Стерилизация в таре.

Стерилизация молочного продукта в таре может осуществляться одноступенчатым способом (после розлива в тару и ее герметичной укупорки при 110 - 120 °С с выдержкой 15 - 30 мин) и двухступенчатым (первоначально в потоке – сначала до розлива в тару при 130 - 150 оС в течение нескольких секунд, затем вторично после розлива продукта в тару и ее герметичной укупорки при 110 - 118 оС в течение 10 - 20 мин).

Готовый продукт можно хранить и употреблять в течение года. Для упаковывания продукта обычно используют стеклянные бутылки или жестяные банки.

При стерилизации молочного продукта в таре изменяется вкус и снижается его питательная ценность вследствие того, что при довольно длительном тепловом воздействии разрушаются компоненты продукта, определяющие его вкусовые и питательные свойства [5].

2) Стерилизация в потоке.

Наиболее прогрессивной является стерилизация продукта в потоке при ультравысокотемпературном режиме (135 - 150 оС с выдержкой несколько секунд) с последующим фасованием его в асептических условиях в стерильную тару.

Ультравысокотемпературная (УВТ) обработка позволяет увеличить продолжительность хранения продуктов до шести месяцев. При фасовании молочных продуктов в асептических условиях применяют пакет из комбинированного материала, пластмассовые бутылки, пакеты из полимерного материала, а также металлические банки и стеклянные бутылки.

Молоко, стерилизованное в потоке при ультравысокотемпературных режимах с кратковременной выдержкой, по своим качественным показателям приближается к пастеризованному молоку.

В процессе стерилизации в потоке продукт нагревается до температуры стерилизации, выдерживается при этой температуре в течение требуемого времени, охлаждается до температуры фасования в асептических условиях.

Соотношение температуры и времени обработки определяется требуемой эффективностью стерилизации и имеет большее значение для качества продукта. Верхним температурным пределом стерилизации молока в потоке является 150 оС, так как даже кратковременная выдержка при этой температуре может привести к нежелательным изменениям качества продукта. В то же время трудно осуществить технически очень быстрый нагрев до этой температуры и последующее быстрое охлаждение. Нижним температурным пределом является температура 135 оС, так как при температуре менее 135 оС эффективность стерилизации недостаточна при кратковременной выдержке. Увеличение продолжительности выдержки также нежелательно во избежание ухудшения качества продукта. Таким образом, стерилизация молока в потоке является наиболее эффективным способом тепловой обработки молока.

Стерилизация молока в потоке осуществляется путем нагрева его в аппаратах поверхностного типа (пластинчатых и трубчатых), а также пароконтактных инжекционного («пар в молоко») и инфузионного («молоко в пар») типов с последующим розливом молока в асептических условиях в стерильную тару (пакеты из полимерного материала).

При стерилизации в потоке молоко очищается, охлаждается и нормализуется по массовой доле жира. Затем молоко пастеризуют при температуре 76 ± 2 °С с выдержкой 20 с и охлаждают до 6 ± 2 оС. При использовании сухого молока его восстанавливают в соответствии с действующей технологической инструкцией. Для улучшения качества продукта, вырабатываемого на восстановленном молоке, рекомендуется приготавливать его из смеси с цельным молоком в соотношении, зависящем от показателей сухого молока.

Перед стерилизацией молока проверяют его термоустойчивость. Молоко термоустойчивостью по алкогольной пробе не ниже III группы направляют на стерилизацию. В молоко термоустойчивостью ниже III группы добавляют соли-стабилизаторы в количестве до 0,05 % в виде водного раствора. После внесения солей-стабилизаторов молоко перемешивают не менее 15 мин и проверяют термоустойчивость. Раствор солей-стабилизаторов вносят непосредственно перед направлением молока на стерилизацию. Не рекомендуется хранить молоко с добавками солей-стабилизаторов.

Подготовленное для стерилизации молоко предварительно нагревают до 83 ± 2 оС и направляют в деаэратор для удаления из молока не свойственных запахов и привкуса. Из деаэратора молоко температурой 75 ± 2 оС подается в гомогенизатор, в котором гомогенизируется при давлении 22,5 ± 2,5 МПа. Гомогенизированное молоко направляют на стерилизацию. После стерилизации молоко охлаждают до 20 оС и направляют на розлив.

Пищевая ценность молока после стерилизации в потоке (кратковременной) выше, чем после стерилизации в таре (длительной).

При соблюдении режимов стерилизации молоко после обработки имеет привкус кипячения и ореховый оттенок вкуса, обусловленный образованием сульфгидрильных групп, которые являются антиокислителями и препятствуют окислению и прогорканию молочного жира. Цвет молока белый или слегка кремовый. По консистенции стерилизованное молоко представляет собой однородную жидкость без наличия хлопьев белка. Допускается незначительный отстой сливок, который растворяется при встряхивании [5].

Ультравысокотемпературная стерилизация молока осуществляется путем косвенного нагрева в установках поверхностного типа или путем прямого нагрева в пароконтактных установках.

1) Косвенный нагрев  молока.