Пастеризация молочного сырья

Пастеризация является обязательной технологической операцией при производстве молочных продуктов.

Цели пастеризации:

1. Уничтожение патогенной микрофлоры, получение продукта, безопасного для потребителя в санитарно-гигиеническом отношении.

2. Снижение общей бактериальной обсемененности, разрушение ферментов сырого молока, вызывающих порчу пастеризованного молока, снижающих его стойкость в хранении.

3. Направленное изменение физико-химических свойств молока для получения заданных свойств готового продукта, в частности, органолептических свойств, вязкости, плотности сгустка и т.д.

Основными критериями надежности пастеризации является режим термической обработки, при котором обеспечивается гибель наиболее стойкого из патогенных микроорганизмов - туберкулезной палочки. Установлено, что разрушение в молоке фермента фосфатазы, происходит после отмирания неспорообразующих патогенных бактерий. Например, при температуре 75°С возбудитель туберкулеза погибает через 10-12 сек, а фосфатаза при этой температуре разрушается только через 23 сек. Отсюда косвенным показателем эффективности пастеризации является разрушение в молоке фермента фосфатазы, имеющего температурный оптимум несколько выше, чем у туберкулезной палочки.

Эффективность пастеризации в процентах выражается отношением количества уничтоженных клеток к содержанию бактериальных клеток в сыром молоке. При правильном ведении процесса пастеризации эффективность достигает 99,99 %.

 

Режимы пастеризации молока

 

На предприятиях молочной промышленности применяют следующие режимы пастеризации.

1. Длительная пастеризация осуществляется при температуре 63-65°Сс выдержкой 30 мин (оборудование - ванны длительной пастеризации, танки универсальные). Недостатки: длительный процесс, не убивается вся микрофлора.

2. Кратковременная пастеризация осуществляется при температуре (76±2)°Сс выдержкой 20 сек (оборудование - пластинчатые пастеризационно-охлади-тельные установки). Преимущества: процесс происходит в потоке без доступа воздуха, сохраняются витамины.

3. Моментальная пастеризация осуществляется при температуре 85-87°С без выдержки (оборудование - трубчатые пастеризаторы). Недостаток - отсутствие секции регенерации.

При выборе производственных режимов пастеризации наряду с необходимостью подавления микрофлоры учитывают и особенности технологии того или иного молочного продукта. Так, при изготовлении сычужных сыров температура пастеризации устанавливается в пределах 72-76°С, чтобы не вызвать денатурации и перехода в сырную массу сывороточных белков. При производстве кисломолочных продуктов, наоборот, температуру пастеризации повышают до 95 °C, чтобы оказать тепловое воздействие на белковую систему молока, с целью обеспечения хорошей консистенции кисломолочных продуктов.

Сопротивляемость микроорганизмов тепловой обработке увеличивается при повышении содержания жира и сухих веществ в продуктах (сливки, смесь для мороженого), так как жировые и белковые вещества оказывают защитное действие на микробные клетки. Поэтому для продуктов с повышенным содержанием жира и сухих веществ температура пастеризации должна быть увеличена на 10-15 % по сравнению с температурой пастеризации молока. Повышенная температура при пастеризации сливок, идущих на производство масла, необходима для полного разрушения ферментов (липазы, протеазы и др.), вызывающих порчу масла.

После процесса пастеризации, в результате чего микрофлора в нужной степени инактивирована, молоко чаще всего подвергают охлаждению. Это делается по следующим причинам:

- в молоке одновременно с бактериями при нагреве разрушается естественная антибактериальная система, в связи с этим обостряется потребность в применении искусственных приемов защиты от развития сохранивших свою жизнедеятельность микроорганизмов;

- молоко необходимо предохранить от поражения вторичной микрофлорой, которая с течением времени адаптируется к условиям эксплуатации оборудования для пастеризации и развивается в местах, затрудненных для механизированной мойки и дезинфекции (под резиновыми прокладками);

- молоко необходимо предохранить от опасности размножения в нем патогенных форм микроорганизмов, которые могут попасть в молоко после пастеризации через воздух, руки обслуживающего персонала, плохо промытые части оборудования.

 

Факторы, влияющие на эффективность пастеризации

 

Основными факторами, влияющими на эффективность пастеризации являются температура нагревания и время ее воздействия на молоко.

Многочисленными исследованиями установлена зависимость продолжительности выдержки (z) от температуры пастеризации (t).

lnz = 36,84 – 0,48t (16)

Режимы пастеризации, определенные по этому уравнению, гарантируют дезактивациютуберкулезной и кишечной палочки. Зная температуру пастеризации, из этого уравнения определяют время. Данные представлены ниже.

Температура, °C                  
Время, сек           25,6 9,8 3,7 1,4

Из приведенных данных видно, что достаточно выдержать молоко в течение 3,7 сек при 74 °C, чтобы полностью уничтожить все микроорганизмы в молоке. В промышленности для обеспечения полной гарантии безопасности продукта в микробиологическом отношении время выдержки молока при этой температуре увеличено до 20 сек.

Кроме температуры нагревания и продолжительности ее воздействия на молоко, эффективность пастеризации зависит также от целого ряда второстепенных факторов. Рассмотрим эти факторы.

Степень обсемененности. В процессе пастеризации в молоке сохраняется некоторое количество микроорганизмов, составляющее десятые или сотые доли процентов от их общего количества. В связи с этим в молоке с большей первоначальной обсемененностью после тепловой обработки остается большее количество микроорганизмов, это в основном термофильные расы, развитие которых в пастеризованном молоке также нежелательно.

Возраст бактериальной клетки.Бактериальная клетка в зависимости от возраста проявляет различную чувствительность к действию высоких температур. Молодые клетки, появившиеся в молоке за несколько часов до пастеризации, погибают, быстрее, чем старые клетки. Поэтому длительное хранение нежелательно, даже охлажденного молока.

Механическая загрязненность молока.В частичках механической примеси и слизи находится значительное количество бактерий. Эти частицы прогреваются труднее, поэтому перед пастеризацией молоко необходимо очистить.

Период получения молока. Стойкость микроорганизмов молока к действию высоких температур несколько изменяется в зависимости от условий содержания скота. В молоке, полученном в пастбищный период, после пастеризации остается микроорганизмов в 3-5 раз, меньше чем в молоке, полученном в стойловый период.

Состав продукта.В продуктах с повышенным содержанием жира и сухих веществ, например, сливках, смесях для мороженого, - возрастает сопротивляемость микроорганизмов действию высоких температур. Поэтому в таких продуктах для достижения необходимой эффективности следует повышать температуру на 8-10°С или увеличивать время выдержки.

Кислотность молока и его вспенивание.Пастеризация молока производится при кислотности не выше 22°Т, так как при большей кислотности белки молока при нагревании частично свертываются и на греющей поверхности пастеризатора образуется слой пригара. Этот слой ухудшает теплопроводность через греющую поверхность пастеризатора, что отражается на эффективности пастеризации.

При большом пенообразовании микроорганизмы, находящиеся в пене, не уничтожаются из-за слабого прогрева пены, что также снижает эффективность пастеризации.

Влияние пастеризации на состав, свойства и бактериальную обсемененность молочного сырья.Пастеризация в той или иной мере изменяет физико-химические и биохимические свойства и составные части молока. Чем сильнее эффект тепловой обработки, тем заметнее изменения компонентов молока.

Наиболее существенным изменениям подвергается белковая система, ее структура. Масштаб этих изменений в первую очередь определяется уровнем активной кислотности.

Особенно чувствительны к температурным воздействиям сывороточные белки. При нагревании молока до 100 °C они денатурируют практически полностью. Частично они осаждаются на греющих поверхностях, частично находятся в денатурированном состоянии в молоке. В результате появления сульфгидрильных групп-SН серосодержащих аминокислот молоко приобретает специфический, ореховый привкус.

Казеин также подвержен изменениям при тепловой обработке. Нагревание молока до 100 °C приводит к частичному комплексообразованию казеина и сывороточных белков, а также комплексобразованию междуa-, b-, g-формами казеина, что отражается на способности к кислотному и сычужному свертыванию. Коагуляция казеина из нагретого до 100°С молока повышает степень использования белков молока за счет совместного осаждения казеина и денатурированных сывороточных белков.

Соли молока значительно изменяются при нагревании его до 95°С и особенно при длительном выдерживании при высоких температурах. Фосфорнокислые и лимоннокислые кальциевые соли из растворимого состояния переходят в нерастворимое состояние, что способствует образованию молочного камня на нагревающих стенках теплообменников. Снижается питательная ценность молока и изменяется качественное состояние его солей, что важно учитывать при выработке творога и сыров.

Молочный сахар при нагревании до 100°С практически не изменяется. Более высокая температура и длительная выдержка вызывают разложение молочного сахара, что обуславливает некоторое повышение кислотности молока.

Высокотемпературная обработка с продолжительной выдержкой приводит к изменению цвета, приобретению кремового оттенка и характерного вкуса топленого молока. Это - последствия реакции Майяра, при которой в результате взаимодействия белков молока и лактозы образуются комплексные соединения, получившие название меланоидины. Технология ряженки, топленого молока нацелена на ускорение меланоидинообразования (цвет, вкус). Однакомеланоидины организмом человека не усваиваются, так как они не разрушаются пищеварительными ферментами.

Как же влияет повышение температуры на жировую фазу молока? При незначительном нагреве внутри защитных оболочек начинает плавиться жир, при температуре 61°С становится заметным изменение в белковой части оболочек. Следствием этих изменений является уменьшение отстоя сливок. При повышении температуры до 100 °C возможна деструкция оболочек жировых шариков и, соответственно, появление свободного молочного жира.

Тепловая обработка приводит к изменениям в витаминном составе молока, особенно при высокотемпературной обработке с продолжительной выдержкой. Этому способствует контакт молока с кислородом воздуха. При обычных режимах пастеризации теряется до 12 % витаминов, а при высокотемпературных - до 40%.

Ферменты при нагревании молока до 60°С разрушаются незначительно. Более высокая температурная обработка приводит к уничтожению большинства ферментов (липазы, фосфатазы и пероксидазы).

Микрофлора, которая остается в молоке после пастеризации, называется остаточной. Характер остаточной микрофлоры зависит в первую очередь от режимов пастеризации. Так, микрофлора молока, пастеризованного при 85°С без выдержки, состоит из термоустойчивых молочнокислых палочек и бактериальных спор. При кратковременной и длительной пастеризации в качестве остаточной микрофлоры преобладают термофильные молочнокислые стрептококки и палочки, энтерококки, микрококки, бактериальные споры и бактериофаги.