I.3.1 Пастеризация

Пастеризация проводится с целью:

­ уничтожения патогенных микроорганизмов и снижения общего количества микроорганизмов;

­ разрушения ферментов сырого молока, вызывающих порчу пастеризованного молока;

­ направленного изменения физико-химических свойств молока для получения заданных свойств готового продукта, в частности органолептических свойств (топленое молоко, варенец, вологодское масло), плотности сгустка (кисломолочные напитки).

Пастеризация проводится при температурах, ниже точки кипения молока (от 65 до 95^оС). При этом уничтожаются вегетативные формы микроорганизмов, в т.ч. патогенные. Основным критерием надежности пастеризации является такой режим, при котором обеспечивается гибель наиболее стойкого из патогенных микроорганизмов – туберкулезной палочки (бычий тип, наиболее опасный для человека и, в особенности, для детей). Косвенным показателем эффективности пастеризации является разрушение в молоке фермента фосфатазы, который разрушается при более высокой температуре, чем туберкулезная палочка. Поэтому считают, что, если в молоке при пастеризации фосфатаза разрушилась, то уничтожены и болезнетворные микроорганизмы, в т.ч. туберкулезная палочка.

Эффективность пастеризации (в процентах) выражается отношением количества уничтоженных клеток к содержанию бактерий в исходном сыром молоке.

Теоретические основы пастеризации молока разработаны советским ученым Г.А.Куком. Основные положения его теории:

­ подавление микроорганизмов и изменение физико-химических свойств молока при воздействии температуры протекают во времени (т.е. не сразу);

­ термостойкость организмов зависит от среды, в которой они находятся;

­ между температурой пастеризации t и длительностью ее воздействия z существует зависимость, выражающаяся уравнением Дальберга:

ln z = α – β t,

где α и β – постоянные величины, экспериментально установлены их значения: α = 36, 84, β = 0, 48, тогда:

ln z = 36, 84 – 0, 48 t

Кук подчеркивает, что z стремительно падает при повышении температуры даже в нешироких пределах.

Пользуясь формулой, можно, зная температуру пастеризации, определить необходимое время выдержки z, достаточно гарантирующее максимально возможное уничтожение микроорганизмов.

Для характеристики процесса используют такое понятие, как средний эффект пастеризации за время z, который равен q/z, где q – время тепловой обработки. При q = z процесс пастеризации завершен полностью; при q < z – частично; при q > z – процесс пастеризации излишне длителен. То есть величину q/z можно считать критерием завершенности процесса, и по предложению Кука она названа критерием Пастера (Ра).

Для любого бесконечно малого отрезка времени dq элементарный эффект пастеризации равен dq/z, а суммарный (или интегральный) эффект за время z:

Dq

Pa = ∫ ––––

z

Величина критерия Пастера зависит от характера изменений температуры во времени. В пластинчатых пастеризационных установках уничтожение микроорганизмов происходит при критической температуре в секции пастеризации, продолжается в выдерживателе и частично в секции регенерации (или рекуперации). Суммарный (интегральный) эффект пастеризации можно определить для каждой секции. Для завершения процесса пастеризации необходимо, чтобы сумма эффектов пастеризации в секциях агрегата была равна или больше 1:

∑ Ра ≥ 1.

Основнымифакторами, определяющими эффективность пастеризации, являются температура и продолжительность нагревания продукта. В зависимости от этих факторов различают следующие режимы пастеризации молока:

­ длительный: температура 60…63^оС (63…65^о по другим данным), выдержка 30 мин;

­ кратковременный: температура 72…76^оС, выдержка 15-20 с;

­ моментальный: температура 85^оС (100^оС и более по другим данным), без выдержки.

Длительная пастеризация вызывает минимальные изменения физико-химических свойств молока и его состава; гарантирует уничтожение патогенных микроорганизмов. Остаточная микрофлора представлена в основном термофильными бактериями и спорами. Такой режим пастеризации используют ограниченно, т.к. необходимы большие производственные площади для выдерживателей.

Для кратковременной пастеризации применяют тонкослойные пластинчатые аппараты в комбинации с трубчатыми или пластинчатыми выдерживателями небольших размеров. Процесс идет непрерывно (поточность!). В большей степени подавляются термофилы. Однако, происходят более значительные изменения состава и свойств молока: изменяется вкус, частично коагулирует альбумин и т.д.

Моментальная пастеризация осуществляется в пастеризационных установках пластинчатого или трубчатого типа. Эффективность пастеризации – максимальная, процесс непрерывен, не нужны значительные производственные площади. Однако при таком режиме максимально изменяются физико-химические свойства молока.

В промышленности для выработки питьевого молока принят режим: 76±2^оС, выдержка 20…23 с, который обеспечивает уничтожение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, сохранение пищевой и биологической ценности молока, его защитных факторов. Эффективность пастеризации 99, 98 %.

При пастеризации сливок используют более жесткие режимы пастеризации (температура не ниже 85 ^оС, выдержка 15…20 с), т.к. молочный жир из-за своей низкой теплопроводности защищает микроорганизмы от теплового воздействия.

При производстве диетических кисломолочных продуктов применяют более жесткие режимы пастеризации (85…87^оС, выдержка 10…15 мин, или 92±2^оС, выдержка 2…8 мин; 95…99 ^оС, выдержка 3-5 ч – для ряженки и варенца). Это вызвано тем обстоятельством, что:

1) при высокой температуре и длительной выдержке коагулируют термолабильные сывороточные белки, которые при сквашивании молока переходят в сгусток и удерживают дополнительное количество влаги, препятствуя синерезису;

2) молоко, направляемое на выработку кисломолочных продуктов, должно быть бактериально более чистым, т.к. остаточная микрофлора в процессе сквашивания будет бурно размножаться вместе с микрофлорой закваски, поскольку этому благоприятствует температура сквашивания;

3) при высокой температуре образуются свободные азотистые соединения, муравьиная кислота, способствующие развитию микрофлоры закваски;

4) глобула белка разворачивается, в результате чего высвобождаются связи, способные удержать дополнительное количество воды.

При производстве сычужных сыров режимы должны быть мягкими, не допускающими изменений технологических свойств молока – температура 70…72^оС, выдержка 20…25 с. При дальнейшем повышении температуры происходит комплексообразование между казеином и сывороточными белками, что ухудшает атакуемость казеина сычужным ферментом; кроме того, происходит коагуляция сывороточных белков, которые переходят в сырный сгусток и благодаря своей высокой влагоудерживающей способности ухудшают отделение сыворотки, а в процессе последующего созревания твердых сыров распадаются на нежелательные компоненты.

При выработке творога, который можно отнести к сырам, также используются мягкие режимы тепловой обработки молока – t = 78…80 ^оС, z = 20…30 с.

На эффективность пастеризации решающее влияние оказывают бактериальная обсемененность и свежесть исходного молока, наличие механических примесей. В присутствующих в молоке механических и естественных примесях (слизь) заключено большое количество микроорганизмов, причем они как бы находятся под защитой этих примесей (которые плохо прогреваются). Поэтому пастеризацию следует проводить после очистки.

Пастеризация молока с повышенной кислотностью приводит к коагуляции белков; на греющей поверхности пастеризатора образуется пригар, ухудшающий теплопроводность, следовательно, снижающий эффективность пастеризации. В связи с этим тепловой обработке подвергают молоко с кислотность не выше 22^оТ.

Для пастеризации молока и молочных продуктов на заводах предназначены поточные аппараты и установки закрытого типа, а также пастеризационно-охладительные установки пластинчатого и трубчатого типа.

Пластинчатые пастеризационно-охладительные установки используются в производстве питьевого молока (рис. 13), кисломолочных продуктов (рис. 14), питьевых сливок (рис. 15), мороженого (пастеризация смесей) (рис. 16).

Рис. 13. Технологическая схема движения жидкостей в пластинчатой пастеризационно-охладительной установке для питьевого пастеризованного молока: 1 – уравнительный бак; 2 – поплавковый регулятор; 3 – насос для молока; 4 – ротаметрический регулятор; 5 – пластинчатый аппарат; 6 – сепаратор-молокочиститель; 7 – выдерживатель; 8, 12 – датчики температуры; 9, 10, 13, 14, 20, 22, 23 – манометры; 11 – вентиль; 15 – автоматический клапан возврата молока; 16 – насос для горячей воды; 17 – бойлер; 18, 19 – паровые клапаны; 21 – инжектор; I – первая секция рекуперации (регенерации); II – вторая секция рекуперации; III – секция пастеризации; IV – секция водяного охлаждения; V – секция рассольного охлаждения

Рис.14. Технологическая схема движения жидкостей в пластинчатой пастеризационно-охладительной установке для диетпродуктов: 1 – уравнительный бак; 2 – поплавковый регулятор; 3, 21 – насосы для молока, 4, 11 – датчики температуры; 5 – пластинчатый аппарат; 6, 7 – сепараторы-молокочистители; 8, 9, 14, 16, 20 – манометры; 10 – насос для горячей воды; 12 – бойлер; 13 – инжектор; 15 – гомогенизатор; 17, 18 – возвратные клапаны; 19 – выдерживатель; I – секция рекуперации (регенерации); II – секция пастеризации; III – секция водяного охлаждения

Рис.15. Технологическая схема движения жидкостей в пластинчатой пастеризационно-охладительной установке для пастеризованных сливок: 1 – уравнительный бак; 2 – поплавковый регулятор; 3 – возвратный клапан; 4, 10 – датчики температуры; 5 – пластинчатый аппарат; 6, 13, 14 – манометры; 7 – регулирующий клапан подачи рассола; 8 – насос для сливок; 9 – насос для горячей воды; 11 – бойлер; 12 – регулирующий клапан подачи пара; 15 – инжектор; I – секция рекуперации (регенерации); II – секция пастеризации; III – секция водяного охлаждения; IV – секция рассольного охлаждения

Рис.16. Технологическая схема движения жидкостей в пластинчатой пастеризационно-охладительной установке для смесей мороженого: 1 – уравнительный бак; 2 – поплавковый регулятор; 3 – возвратный клапан; 4, 11 – датчики температуры; 5 – пластинчатый аппарат; 6, 15, 16 – манометры; 7 – регулирующий клапан подачи рассола; 8 – центробежный насос для смеси мороженого; 9 – гомогенизатор; 10 – насос для горячей воды; 12 – выдерживатель; 13 – бойлер; 14 – регулирующий клапан подачи пара; 17 – инжектор; I – секция рекуперации (регенерации); II – секция пастеризации; III – секция водяного охлаждения; IV – секция рассольного охлаждения

Основной аппарат такой установки – пластинчатый теплообменник, имеющий секции, где происходят следующие процессы: пастеризация, охлаждение водой, рассолом или ледяной водой, рекуперация (регенерация) (теплообмен между горячим и холодным продуктами).

Установки трубчатого типа (рис. 17) используют для быстрой пастеризации молока в потоке на молочных (производство топленого молока, ряженки), сыро- и маслодельных заводах, молочно-консервных заводах.

Рис.17. Общий вид установки трубчатой пастеризационной Т1-ОУТ (Т1-ОУН): 1 – центробежный насос; 2 – термодинамический конденсатоотводчик; 3, 12, 14, 15, 19 – трубы; 4 – угольник; 5, 6 – трубы конденсата; 7-10, 24 – молокопровод; 11 – перепускной клапан; 13 – регулятор температуры прямого действия; 16 – кольцеобразный патрубок; 17 – трубчатый пастеризатор; 18 – паровой вентиль; 20 – предохранительный клапан; 21-25 – манометры; 22 – фланец; 23 – паропровод; 24 – патрубок для выхода пастеризованного молока; 26 – пульт управления.