Применение низких температур при переработке и хранении пищевых продуктов молочной промышленности.
В свежевыдоенном молоке содержатся бактерицидные вещества, в результате действия которых в первые часы количество микроорганизмов может снижаться. Продолжительность бактерицидной фазы увеличивают охлаждением свежевыдоенного молока. При 370 С продолжительность этой фазы составляет 2 ч, при 100 С уже достигает 24 ч, а при 00С – 49 ч. Жизнедеятельность большинства молочно-кислых бактерий приостанавливается при температуре 2 – 30С.
Молоко рекомендуется охлаждать как можно раньше. Поэтому во многих странах мира, в том числе и в России молоко принято охлаждать непосредственно на фермах до 2 – 60С. Молоко охлаждают в емкостных аппаратах, а также в пластинчатых охладителях. Иногда молоко охлаждают во флягах, которые помещают в ванны, заполненные охлаждающей водой или рассолом. В связи с отсутствием циркуляции охлаждающей жидкости процесс охлаждения погружным способом протекает медленно. Более совершенными охладителями являются аппараты емкостного типа, оборудованные охлаждающей рубашкой и мешалкой. Аппараты выполняют в виде ванн – охладителей и резервуаров различной конструкции. Молоко охлаждается в результате циркуляции в охлаждающей рубашке ледяной воды. Получение ледяной воды обеспечивается работой встроенного в рубашку испарителя холодильной установки. Существуют аппараты подобного типа и с непосредственным охлаждением ванны кипящим хладагентом. Продолжительность охлаждения молока в аппаратах периодического действия составляет около 3 ч от температуры 340С до температуры 40С. Разовое или периодическое добавление теплого молока в ранее охлажденное, которое иногда практикуют на молочно-торговых фирмах, не увеличивает продолжительность бактерицидной фазы. В аппаратах периодического действия, как правило, кипящий хладагент охлаждает воду, омывающую внутреннюю ванну. Конструктивное решение позволяет использовать менее мощную холодильную машину и , следовательно, более дешевую. Варианты охлаждения молочных танков: непосредственно кипящим в испарителе хладагентом; водой, которая охлаждается в испарителе кипящим хладагентом.
Экспертный опрос производителей и потребителей охладителей молока периодического действия, проведенный в странах ЕС, не выявил существенных преимуществ одного способа охлаждения перед другим. Мешалка, используемая в охлаждаемых емкостях, позволяет интенсифицировать процесс теплообмена со стороны молока, но одновременно увеличивает теплоприток к молоку. Поэтому ряд импортных танков-охладителей оснащены микропроцессором с программируемой работой мешалки. Крупные танки-охладители также оснащаются автоматической системой мойки танка. Естественно стоимость охладителей с расширенным сервисным управлением дороже, но и качество молока выше.
Наиболее эффективны пластинчатые охладители. Пластинчатые теплообменники обеспечивают обработку молока без доступа окружающего воздуха и наиболее полно отвечают требованиям промышленной санитарии. Пластинчатый охладитель состоит из группы однотипных теплообменных пластин, соединенных в один пакет. Потоки охлаждаемой и охлаждающей жидкости чередуются. Возможность компоновки из небольшого набора типовых пластин позволяет получить значительный спектр теплообменников с расходом молока от 1 м3/ч до нескольких десятков м3/ч. Для увеличения площади поверхности теплообмена пластины изготавливают рифлеными.
Высокая скорость охлаждения молока достигается одновременной реализацией в аппаратах нескольких технических приемов: организацией движения сред в тонких потоках; перемешиванием каждого из потоков вследствие наличия гофр на пластинах; малой толщиной пластин; практическим отсутствием других теплопритоков, кроме теплопритока от охлаждаемого продукта.
Компоновка аппаратов может позволить сократить расход электроэнергии на производство искусственного холода при реализации двухсекционного исполнения. Причем в одной из секций молоко охлаждается холодной водой, например, из артезианской скважины (8 – 100 С), а во второй секции – ледяной водой (около 10С) от холодильного агрегата. На некоторых производствах артезианская вода вначале подается в водонапорную башню, где находится несколько часов. В летнее время такое решение приводит к нагреву воды до температуры окружающей среды и одна из секций практически не охлаждает молоко. Приобретая пластинчатые теплообменники для охлаждения молока, следует подумать и о приобретении охлаждаемых танков для хранения охлажденного молока. Охлажденное молоко при заполнении танка-термоса может повысить свою температуру на 1 – 2 К за счет охлаждения металлических деталей корпуса танка.
Значительная часть молока используется для производства цельно-молочной продукции: питьевого пастеризованного и стерилизованного молока, сливок, кисломолочных напитков (простокваша, кефир, ацидофелин и др.), сметаны, творога и творожных изделий. Для их приготовления применяются ванны и резервуары, охлаждаемые ледяной водой. Производство чистых кисломолочных бактерий осуществляют в заквасочниках, для охлаждения которых применяется ледяная вода и хладоносители с температурой до – 80 С.
При пастеризации в молоке полностью уничтожаются все патогенные и основная масса молочнокислых бактерий. Однако теплоустойчивые молочнокислые бактерии, а также бактериальные споры в пастеризованном молоке остаются, что ограничивает срок его хранения. Пастеризацию проводят в пастеризационно-охладительных пластинчатых установках.
В пастеризационно-охладительной установке предусматривается секция нагрева, секция выдержки, одна или две секции регенерации, одна или две секции охлаждения. В секциях регенерации происходит теплообмен между встречными горячим и холодным потоками молока. Эффективность работы этих секций позволяет снизить расход энергии на нагрев молока и энергии на работу холодильной установки. Охлаждение молока до 40С производится холодной водой и ледяной водой или хладоносителем ( - 5… - 100 С). На небольших предприятиях используют ванны длительной пастеризации, вместимость которых по молоку составляет от 0,3 до 1м3. Хранение молока производится в охлаждаемых или изотермических танках. Размещая молочные танки в технологическом цехе, следует обращать внимание и на такие детали: попадают ли прямые солнечные лучи на поверхность емкости; не установлены ли рядом нагревательные приборы (калорифер, отопительные батареи и т.п.); не обдуваются ли потоком теплого воздуха. Не является ни для кого секретом, что летом солнечные лучи могут нагреть металлическую поверхность до 500 С. А это – нагрев молока в танке-термосе или повышенный расход электроэнергии на выработку холода в охлаждаемом танке.
Сливки отличаются от молока более высоким содержанием жира и меньшим содержанием других составных частей. Для непосредственного употребления выпускают сливки с содержанием жира 10 и 20%. Сливки 35%-ной жирности используются в качестве полуфабриката при выработке сметаны и масла. Полученные сливки подвергаются пастеризации с последующим охлаждением. По условиям производства сливки должны иметь температуру не выше 60 С. Для охлаждения сливок, предназначенных для производства сметаны и масла, применяют сливкосозревательные ванны и резервуары вертикального типа. Сливкосозревательная ванна представляет собой горизонтальный полуцилиндр с крышкой, оборудованной охлаждающей рубашкой. Ванна снабжена качающейся мешалкой, изготовленной из труб, по которым циркулирует охлаждающий хладоноситель.
Сметану вырабатывают из пастеризованных сливок путем их заквашивания специальной закваской из молочнокислых и ароматобразующих стрептококков. При этом в сливках накапливается молочная кислота, и при накоплении ее в минимально допустимых стандартом нормах она оказывает консервирующее действие и придает сметане приятный кисломолочный вкус. Ароматобразующие бактерии, вводимые в закваску, способствуют образованию характерного аромата. Хранят сметану при температуре около 10 С, но не ниже 00 С. При более низкой температуре сметана замерзает, в ней образуются комья белка, отделяется сыворотка, ухудшается консистенция.
Творог представляет собой белковый кисломолочный продукт. Кроме полноценного молочного белка в нем содержатся ценные для человека минеральные вещества: кальций, фосфор, а также железо, магний и др. по содержанию жира творог подразделяют на жирный (18%), полужирный (9%) и нежирный. При кратковременном хранении творог должен иметь температуру 6 – 80С. Творог охлаждают в аппаратах цилиндрического или трубчатого типа. Кроме того, для охлаждения творога в линиях поточного производства применяют и пластинчатые охладители, аналогичные охладителям для молока и отличающиеся только формой и размерами теплообменных пластин. Зазор для прохода творога между пластинами увеличен до 6 мм, тогда как для охладителей молока он составляет 2 – 2,5 мм. Для длительного хранения творог замораживают и хранят при температуре – 180С несколько месяцев.
При необходимости длительного хранения молоко замораживают. Решающее значение для получения замороженного молока хорошего качества имеет скорость замораживания. Если замораживание происходит медленно, то на поверхность молока всплывает жир, а во внутреннем объеме происходит расслоение, причем периферийные слои оказываются обогащенными водой, а центральная часть объема – растворенными в воде веществами (молочным сахаром и минеральными слоями). При оттаивании образуется свободная жировая фракция и выпадают белковые хлопья. Если молоко предварительно подвергнуть гомогенизации и замораживать быстро в тонком слое толщиной до 1 см, то при оттаивании оно хорошо восстанавливается. Однако в современной промышленной практике молоко замораживают сравнительно редко.
Более широкое распространение получило замораживание сливок, которые используются в дальнейшем для производства масла и сметаны. Замораживают сливки в пакетах из полимерной пленки в пластинчатых и плиточных морозильных аппаратах вертикального типа. Продолжительность хранения замороженных сливок при – 180 С до 8 мес.
Охлажденная сметана может сохраняться не более 10 сут. Замораживание сметаны с целью увеличения сроков хранения не применяется, так как вызывает существенные структурные изменения – необратимое расслоение коллоидной системы с отделением воды.
Хорошие результаты дает быстрое замораживание творога в блоках и брикетах, упакованных в полиэтиленовую пленку. Продолжительность замораживания составляет 2 – 3 ч при температуре не выше 4 – 7 мес. Размораживать творог следует также быстро. Для этой цели применяют специально приспособленные морозильные аппараты, в которых в качестве теплоносителя используют теплую воду или подогретый рассол.
Сливочное масло – ценный пищевой продукт с высоким содержанием жира (61,5 – 82,5%); в водной части масла содержатся белковые вещества (около 2%), придающие ему приятный вкус, а также молочный сахар. Сырьем для производства масла служат сливки жирностью 25 – 42%, получаемые сепарированием молока. Масло изготавливают двумя способами: методом сбивания в маслоизготовителях и поточным методом преобразования высокожирных сливок. При изготовлении сливочного масла методом сбивания сливки пастеризуют при высокой температуре (90 – 950 С) для более полного уничтожения микроорганизмов. После пастеризации сливки немедленно охлаждают до 40 С. Эти операции выполняют на пластинчатых пастеризационно-охладительных установках. Затем сливки выдерживаются в охлаждаемых емкостях при 2 – 40 С несколько часов для физического созревания. В процессе созревания молочный жир переходит из твердого состояния в полужидкое, наиболее удобное для сбивания; белковые вещества набухают, вязкость сливок увеличивается – все это ускоряет процесс сбивания. Сбивание сливок производится в маслоизготовителе непрерывного или периодического действия. Рабочие цилиндры маслоизготовителей, в которых происходит сбивание, охлаждаются подаваемой в рубашку ледяной водой. Когда при сбивании жировая часть сливок полностью превратится в масляное зерно величиной 2 – 4 мм, процесс сбивания заканчивают. Из маслоизготовителя выпускают пахту (не жирную часть сливок), масляное зерно промывают водопроводной водой для удаления остатков пахты, а вместе с ней – белковых веществ и молочного сахара. При последующей обработке влажность масла доводится до нормы, предусмотренной стандартом для данного вида масла.
При получении масла поточным способом вместо процесса сбивания сливок осуществляет их повторное сепарирование. Продолжительность процесса выработки масла при этом способе сокращается до 20 – 30 мин. Сливки пастеризуют и, не охлаждая, направляют в сепаратор для получения высокожирных сливок с содержанием жира около 83%. Затем высокожирные сливки нормализуют до жирности, соответствующей стандартному маслу, и направляют в маслообразователь-охладитель. В маслообразователе сливки подвергают интенсивному перемешиванию и охлаждению, в результате чего они приобретают структуру, сходную со сливочным маслом обычной выработки. Из маслообразователя выходит продукт жидкой консистенции температурой 12 – 140 С. Масло, упакованное в тару, охлаждается до – 180 С. Вследствие низкой теплопроводности масла и большой массы монолита температура понижается медленно. Так, при температуре воздух в камере – 250 С и начальной температуре 200 С температур монолита на глубине 6 – 8 см понижается до минус 120 С не менее 2 сут. На продолжительность теплопровода влияет также содержание воды в масле. Этот же фактор оказывает существенное влияние на возможную продолжительность хранения. Так, сладкосливочное масло при температуре -120 С может храниться свыше года, в то время как крестьянское масло, содержащее больше воды, при указанной температуре рекомендуется хранить не более года. Для удлинения продолжительности хранения необходимо после определенного срока понизить температуру с – 12 до 180 С. Более высокая температура в первый период хранения обеспечивает замедление гидролитических, а во второй период понижение температуры способствует задержке окислительных процессов.
Сыры по сравнению с другими молочными продуктами имеют наиболее высокую пищевую ценность, так как содержат в концентрированном виде полноценные белковые вещества и молочный жир. В составе сыров много минеральных веществ, особенно кальция, а также водо- и жирорастворимых витаминов. Получают сыр путем свертывания белков молока, дальнейшей обработки сгустка с целью его обезвоживания и последующего созревания сырной массы. Головки сыра после прессования направляют посол. Производят посол натиранием солью или непосредственно в рассоле. После посола головки обсушивают на стеллажах и переносят в специальные камеры для созревания, в которых поддерживают температуру в интервале 10 – 150 С и относительную влажность воздуха 90 – 95% в зависимости от вида и технологии производства сыров. При этих условиях в сырах нормально протекают биохимические процессы, а высокая влажность воздуха способствует уменьшению потерь, связанных с высыханием. В процессе созревания в сыре накапливаются продукты распада белка: пептоны, полипептиды, свободные аминокислоты, диоксид углерода, аммиак и др. В результате биохимических процессов выделяется теплота, которую следует отводить. Увеличение содержания растворимых веществ формирует сырный вкус. Наличие диоксида углерода и аммиака придает сыру остроту. Появляется характерный рисунок при накоплении в сырной массе СО, который раздвигает сырные зерна и образует пустые полости – глазки. В зависимости от вида сыра период созревания лежит в пределах от 1 до 2 мес. Режимы холодильного хранения сыров зависят от их вида и требуемого срока хранения. Сыры хранят, как правило, при температуре от – 2 до 50 С и относительной влажности воздуха 85 – 90%.
Мороженое – сладкий освежающий продукт, получаемый путем взбивания и замораживания специально подготовленной смеси. Молочное, сливочное мороженое и пломбир различаются содержанием жира. Эти виды мороженого выпускают без наполнителей и с наполнителями – шоколадное, кофейное, крем-брюле, ореховое и др. Плодово-ягодное мороженое готовят на поточной линии для производства мороженого: из плодов, ягод и продуктов их переработки с добавлением сахара и стабилизаторов. Сырьем для изготовления мороженого служит молоко, сливки, сахар, сливочное масло различные вкусовые и ароматические продукты – ягоды, орехи какао, кофе, эссенции, ваниль и т.п. Приготовление смеси осуществляется в специальных ваннах-нормализаторах с подогревом. Обязательной составной частью смеси являются так называемые стабилизаторы. Их назначение – придать смеси, а позже и самому мороженому хорошую консистенцию, делающую мороженое приятным при употреблении. Готовая смесь пастеризуется с целью уничтожения вредоносной микрофлоры. Пастеризация осуществляется или в ваннах длительной пастеризации при температуре 65 – 700 С в течении 30 мин, или в пластинчатых пастеризационно-охладительных установках при 85 – 900 С с выдержкой до 50 с. Пастеризованную смесь фильтруют, а затем гомогенизируют.
Цель гомогенизации состоит в раздроблении жировых шариков молока, сливок и масла и придании этой смеси наибольшей однородности (гомогенности). Гомогенизированная смесь охлаждается на молочном охладителе до 2 – 40 С. Замораживают смесь в специальных аппаратах – фризерах, где смесь во время замораживания перемешивается и насыщается воздухом. Для замораживания смеси применяют фризеры периодического и непрерывного действия различных типов и производительности. Фризер представляет собой горизонтальный цилиндр с рубашкой, в которой кипит хладагент при - 25… - 300 С. В цилиндр вводят смесь для замораживания. Внутри фризера находятся ножи и мешалки, которые, вращаясь, снимают замерзшую смесь со стенок цилиндра, перемешивают, насыщая воздухом. Количество воздуха в мороженом занимает около половины общего объема, что придает ему нежную консистенцию. Во фризеры непрерывного действия воздух подается специальным насосом, поэтому мешалки в них не делают. Мороженое, выходящее их фризера, имеет консистенцию густой сметаны и температуру – 4… - 60 С. Такое мороженое часто называют «мягким». Из фризера мороженое подается на дозирующие автоматы или полуавтоматы для брикетов, стаканчиков и других видов фасовки.
После фасования мороженое поступает на закаливание в рассольные морозильные карусельные генераторы или аппараты воздушного закаливания. Температура холодного рассола не выше – 250 С; воздуха – 28...350 С; мороженого после закаливания – 120 С. Далее мороженое направляется в холодильную камеру для закаливания и хранения при температуре воздуха 250 С перед поставкой в торговую сеть. Стабильность температурных режимов на всех этапах производства мороженого позволяет получить высококачественный продукт с равномерной консистенцией.
Более подробно можно познакомиться с аппаратами для производства мороженого в специальной литературе.
В производстве маргарина, лимонной кислоты используют кристаллизаторы непрерывного или периодического действия. Поддержание заданной технологической температуры обеспечивает наиболее эффективное течение процесса кристаллизации.