Тепловая обработка нормализованных смесей

Сущность тепловой обработки состоит в уничтожении микроорганизмов и инактивации ферментов при возможно полном сохранении исходных свойств и биологической ценности молочного сырья.

В зависимости от режимов различают обычную пастеризацию при температурах, не превышающих 100 °C, и кратковременную ультравысокотемпературную обработку (УВТ-обработка) при 100—140 °С.

Эффективность процесса оценивается по остаточной микрофлоре и ее качественному составу. Требованиям консервирования отвечают показатели общей эффективности в пределах 99,997—99,999%, т. е. остаточная микрофлора не превышает сотни или десятки клеток в 1 см³ нормализованной смеси. В остаточной микрофлоре не допускается присутствие липолитических, протеолитических бактерий. Эти бактерии погибают, а липаза инактивируется при температуре не менее 90 °C без выдержки. Поэтому целесообразно применять следующие режимы тепловой обработки нормализованных смесей перед концентрированием: 90—95 °С без выдержки; 105—109 °С без выдержки; в две ступени — 85—87 °С и 120—130 °С без выдержки. Наиболее эффективна тепловая обработка при температуре более 100 °C.

Согласно теории пастеризации, эффективность процесса определяется зависимостью температуры пастеризации t от продолжительности тепловой обработки:

где т_д — достаточная продолжительность теплового воздействия при температуре t, °С; ос, J3 — коэффициенты, зависящие от устойчивости микрофлоры и среды; t — температура тепловой обработки, °С.

Г. А. Кук установил, что практически полное уничтожение патогенной и максимально возможное — всей другой микрофлоры при сохранении исходного качества молока обеспечивается, если, а = 36,84 и (3 = 0,48. Тогда 1пт_д =36,84−0,48t.

На основе данной зависимости определяется продолжительность теплового воздействия при той или иной температуре. При температуре 90 °C величина т_д будет близкой к одной секунде и режим характеризуется — «без выдержки». Увеличение продолжительности выдержки против рассчитанной не повышает эффективности теплового воздействия и отрицательно влияет на составные части молока и его свойства. В качестве показателя завершенности процесса используется критерий Пастера — безразмерная величина, представляющая собой отношение фактической продолжительности пастеризации Тф к достаточной т_д, Ра = Тф/т_д. Процесс пастеризации считается оптимальным и завершенным, если Ра = 1, Тф = т_д.

Продолжительность УВТ-обработки составляет доли секунды, что обеспечивается непосредственным контактом нагреваемой молочной смеси с очищенным сухим насыщенным водяным паром, имеющим температуру, равную температуре высокотемпературной обработки, — пароконтактное нагревание; или нагреванием через стенку теплообменника, чаще всего кожухотрубного нагревателя, — косвенное нагревание.

Для пароконтактной тепловой обработки молока требуются сложные дорогостоящие установки и пар высокой чистоты. В пленочных вакуум-выпарных аппаратах, широко применяемых в молочно-консервной промышленности, УВТ-обработку нормализованной молочной смеси перед выпариванием осуществляют в кожухотрубных подогревателях паром, поступающим из котельной, а предварительный подогрев до 85—90 °С — вторичными парами, конденсатом и греющим паром для первого корпуса, также в кожухотрубных подогревателях.

Нагревание нормализованной молочной смеси конденсатом и вторичным паром значительно снижает расходы острого пара и охлаждающей воды на ее пастеризацию и выпаривание. Если вакуум-выпарные аппараты не имеют подогревателей или их не используют по назначению, то в технологической линии выпаривания необходимы специальные пастеризационные установки для тепловой обработки молочных смесей перед выпариванием, предусмотренной технологией молочных консервов.

Процесс пастеризации в Великобритании и других странах ЕС принято оценивать по трем микробиологическим показателям: подсчетом колоний на чашках Петри при температуре 30 °C (стандартное значение не более 3−10⁴ в 1 см³); количеством бактерий группы кишечных палочек (не допускается в 1 см³ продукта); определением КМАФАнМ в пастеризованном молоке после 5 дней хранения (КОЕ не более 10⁵ в 1 см³ продукта).

Эффективность пастеризации оценивают и по остаточной активности щелочной фосфатазы. Изучение влияния давления в диапазоне ОД—725 МПа и температуры от 25 до 65 °C на инактивацию щелочной фосфатазы показало, что процесс может быть представлен как кинетическая модель первого порядка. Установлено, что при увеличении давления до 300 МПа интенсивность процесса инактивации возрастает, а затем с ростом давления снижается.

Предложен способ оценки эффективности тепловой обработки молока по содержанию (3-лактоглобулина и лактулозы.

Также установлено, что степень снижения общего количества бактерий зависит не только от объема микрофлоры, но и от ее состава. В молоке, полученном при строгом соблюдении санитарногигиенических требований, подвергнутом сразу охлаждению, около 10% микрофлоры составляют психротрофные бактерии Pseudomonas и Achromobacter, количество которых на вторые сутки хранения увеличивается на 25%. Эти бактерии погибают при пастеризации.

Общее количество бактерий сырого молока в среднем составляет 1,5−10⁷ в 1 см³. Если сырое молоко хранить при температуре 10 °C трое суток, то количество термостойких бактерий увеличивается до миллионов клеток в 1 см³. Сразу после пастеризации в молоке в среднем содержится 1,4* 10⁴ бактерий в 1 см³. Абсолютное количество выдержавших пастеризацию бактерий и процент оставшихся клеток по отношению к содержанию термостойких бактерий в сыром молоке несколько понижались по мере повышения температуры пастеризации (табл. 4.7).

Таблица 4.7

Влияние температуры пастеризации на изменение микрофлоры молока.

Установлено, что энтеропатогенная кишечная палочка погибает при 76 °C в течение 20 с даже при большой обсемененности сырого молока. Золотистый стафилококк обладает большей устойчивостью к высоким температурам. Его полное уничтожение достигается при температуре пастеризации 78 °C с выдержкой в течение 22 с.

Основной микрофлорой пастеризованного молока (84,5—94,9%) являются микроорганизмы, попавшие в продукт после тепловой обработки при соприкосновении с технологическим оборудованием, воздухом, тарой. Установлено, что при контактах с технологическим оборудованием пастеризованное молоко, не содержащее кишечной палочки в 10 см³, обсеменялось ею, в результате чего бродильный титр достигал 10^-1, 10^-2 и даже 10~³ см³.

При тепловой обработке молока скорость разрушения микроорганизмов значительно выше скорости химических реакций. Величина Q₁₀ (кратность увеличения скорости реакции при повышении температуры на 10 °С) для уничтожения микроорганизмов и для снижения числа их спор находится в пределах 8—20, что значительно выше величины Q₁₀ для основных химических реакций (2—4).

Молоко пастеризуют не только для уничтожения бактерий, но и в целях инактивации ферментов, так как оставшиеся после пастеризации ферменты — протеаза и липаза — отрицательно влияют на хранимоспособность молочных продуктов. В результате пастеризации молока при 85—87 °С липаза уничтожается не полностью. В некоторых партиях молока даже при 90 °C остается фермент, и только при температуре пастеризации выше 95 °C липаза полностью разрушается.

В производстве продуктов консервирования молока сгущенного с сахаром требования к количественному и качественному составу остаточной микрофлоры особенно высоки потому, что она становится микрофлорой продукта длительного хранения.