Что наблюдается в молоке при повышении температуры сепарирования
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МОЛОКА. СЕПАРИРОВАНИЕ МОЛОКА
Разделение цельного молока на две составляющие – сливки и обезжиренное молоко называется сепарированием. Сепарирование происходит благодаря разности плотности жира и молочной плазмы, под действием гравитации и центробежной силы.
Процесс сепарирования молока может быть различным в зависимости от характеристик поступающего цельного молока, его органолептических показателей. Температура и скорость вращения барабана сепаратора играют не маловажную роль в этом процессе.
В сепараторе сливкоотделителе полузакрытого типа подача продукта открытая, а вывод закрытый под давлением. В камере, образованной разделительной тарелкой и верхней тарелкой, расположен напорный диск для сливок. Верхняя тарелка устанавливается в камеру после напорного диска. В горловине сепарирующего устройства имеется горизонтальная перегородка с каналами у стенок для обезжиренного молока. Между перегородкой и крышкой также имеется камера для напорного диска, нагнетающего обезжиренное молоко.
Скорость выделения жировой фракции из молока находится в прямой зависимости от: размеров жировых шариков, плотности плазмы молока, размеров и частоты вращения барабана и обратно пропорциональна вязкости молока. Процесс отделения жира улучшается с повышением плотности плазмы молока (с повышением массовой доли сухих веществ в нем), а также при увеличении размеров жировых шариков и, напротив, повышение вязкости молока снижает скорость выделения жировой фракции. Вязкость, как известно, зависит от температуры, поэтому для снижения вязкости рекомендуется подогревать молоко перед сепарированием. Оптимальной температурой сепарирования считается 45-50°С. Повышение температуры может привести к появлению хлопьев белкового характера за счет денатурации сывороточных белков и агломерации их с казеином. Это, в свою очередь, может стать причиной быстрого заполнения грязевого пространства сепаратора слизью и снижения эффективности обезжиривания. Кроме того, при повышенных температурах может происходить вспенивание молока, что приводит к ухудшению выделения жира. При повышенных температурах сепарирования возможна дестабилизация оболочек жировых шариков и отход части мелких жировых шариков в обезжиренное молоко.
На эффективность обезжиривания влияют свойства молока: кислотность, механическая загрязненность, размер жировых шариков. Сепарированию рекомендуется подвергать молоко кислотностью не выше 18°Т.
Сепарирование молока
Механическая обработка является неотъемлемой частью сложного технологического цикла переработки молока. Она заключается в механическом воздействии на молоко с целью его разделения на фракции (сливки и обезжиренное молоко), повышение гомогенности и однородности жировой фазы в молоке до и после разделения, а также в подготовке для получения одинакового соотношения массовой доли жира и сухих веществ в сырье и готовом продукте. Одной из технологической операции механической обработки молока является сепарирование молока
Сепарирование молока
Применяют для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, а также для его очистки от механических и природных примесей. Процесс сепарации молока представляет собой механическое разделение молока на фракции под действием центробежной силы.
Разделение происходит благодаря различиям в плотности фракций молока: плотность дисперсной фазы (жир) меньше, чем дисперсионной среды (плазма молока).
Сепарирования молока осуществляется на специальном оборудовании – сепараторах. В зависимости от назначения, их разделяют на сепараторы-молокоочистители и сепараторы-сливкоотделители.
На производстве сепарирование молока проводится при температуре 35-45°С, но иногда применяют и высокотемпературный режим. Молоко в данном случае нагревается до температуры 60-85°С.
Повышение температуры сепарирования выше 45 °С нецелесообразно, так как степень обезжиривания молока повышается незначительно, а энергетические затраты требуются большие.
Положительно влияет на отделение сливок увеличение частоты вращения барабана сепаратора и среднего радиуса рабочей части тарелки: чем больше внутренний диаметр барабана, тем интенсивнее обезжиривание. Этими факторами пользовались для разработки новых конструкций сепараторов.
Наименьший отход жира в обезжиренное молоко происходит при сепарировании парного молока, имеющего наименьшую кислотность, не подвергавшегося ни тепловой (нагревание, охлаждение), ни механической обработке.
При сепарировании холодного молока на сепараторе обычной конструкции высокая эффективность обезжиривания возможна лишь при значительном снижении производительности. Так, при температуре молока 5°С производительность сепаратора следует понизить на 50%, при 10°С – на 30%, при 15°С – на 20%. С понижением температуры жирность сливок увеличивается. Это связано с тем, что вязкость холодных сливок выше, поэтому они медленнее вытекают из сепаратора и дольше подвергаются воздействию центробежной силы.
Повышение жирности сливок достигается также уменьшением подачи подогретого молока в сепаратор, вследствие более длительного воздействия на молоко центробежной силы.
Наряду с указанным (оптимальным) температурным режимом возможно применение и более высоких температур сепарирования в пределах 60-85°С. Исследования показали, что при температурах сепарирования выше 40°С возрастает дробление жировых шариков, увеличивается пенообразование в сливках и обезжиренном молоке, происходит частичная денатурация сывороточных белков и белков оболочек жировых шариков. Эти процессы сопровождаются накоплением большого количества сепараторной слизи. В итоге больше жира отходит в обезжиренное молоко и в пахту при сбивании сливок в масло, больше накапливается сепараторной слизи и чаще приходится останавливать и мыть сепаратор. В то же время повышение температуры позволяет несколько увеличить производительность сепаратора, упростить технологическую схему, так как сливки и обезжиренное молоко получают пастеризованными.
Высокотемпературное сепарирование целесообразно для получения высокожирных сливок (ВЖС) с массовой долей жира до 82 %. Для этих целей сепарируют сливки 30—40%-ой жирности. Полученные сливки и обезжиренное молоко в дальнейшем можно использовать без пастеризации. Однако при таком сепарировании увеличивается дробление жировых шариков, резко повышается вспенивание молока, сливок и обезжиренного молока (ОБМ). Как следствие, увеличиваются потери жира за счет увеличения массовой доли жира в обезжиренном молоке и в пахте при выработке сливочного масла, а также потери сухих веществ при выработке белковых продуктов (творог и др.) за счет необратимой коагуляции белковых веществ, содержащихся в пене. Пена в молоке, обезжиренном молоке и сливках отрицательно сказывается на их дальнейшей тепловой обработке. Большой объем пены в продукте уменьшает его теплопроводность, что снижает эффективность работы теплового оборудования. Пена прогревается хуже, чем основная масса продукта. Разница в температуре прогрева пены и продукта может составлять до 10—15 °С и привести к тому, что во вспененном пастеризованном продукте сохранится больше микроорганизмов, в том числе патогенных форм. Вспененное обезжиренное молоко труднее охладить до температуры заквашивания. Поэтому сепарировать молоко при повышенных температурах не рекомендуется.
Перед сепарированием нежелательно подвергать молоко значительному механическому воздействию – перемешиванию, перекачиванию насосами, встряхиванию, так как при этом происходит дробление жировых шариков и повышение отхода жира в обезжиренное молоко. При длительном хранении молока (до 20 ч) на ферме в охлажденном состоянии возрастает кислотность, вязкость и плотность, что снижает степень обезжиривания молока на 12-17%.
В процессе сепарирования из молока выделяются механические включения. Они откладываются на внутренней поверхности барабана, постепенно заполняя грязевое, а затем и межтарелочное пространство. Проход обезжиренного молока к периферии в этом случае затрудняется, оно поднимается между тарелками и частично выходит через канал для сливок, резко понижая их жирность. Поэтому для сепарирования необходимо использовать предварительно очищенное молоко кислотностью не выше 20°Т. А при сепарировании загрязненного молока с ручной выгрузкой осадка из грязевого пространства, необходимо через 1-1,5 ч останавливать сепаратор и мыть или заменять грязный барабан чистым.
сепарирование молока
сепари́рование молока́, разделение молока на сливки и обезжиренное молоко. Осуществляется сепаратором. Для лучшего сепарирования перед началом работы барабан сепаратора прогревают горячей (4050°C) водой, молоко также подогревают до 4045°C. Первые порции обезжиренного молока, содержащие повышенное количество жира, выливают обратно в молокоприёмник. Скорость вращения барабана сепаратора и приток молока должны быть равномерными. Во время работы (при отсутствии автоматической очистки сепаратора от слизи) сепаратор останавливают через каждые 1,52 ч для очистки и мытья барабана. В осадке, образуемом при С. м. (сепараторная слизь), скапливаются механические примеси, бактерии и др., поэтому его, как правило, уничтожают. С. м. достигается выделением жира до 9899%. Жирность сливок, получаемых при С. м. в открытых сепараторах, регулируют сливочным винтом (или вентилями).
Смотреть что такое «сепарирование молока» в других словарях:
сепарирование молока — Разделение молока на сливки и обезжиренное молоко на сепараторе сливкоотделителе. [ГОСТ 17164 71] Тематики произв. цельномолоч. прод. из коров. молока … Справочник технического переводчика
Сепарирование молока — 3) сепарирование процесс разделения сырого молока или продуктов переработки молока на две фракции с пониженным и повышенным содержанием жира;. Источник: Федеральный закон от 12.06.2008 N 88 ФЗ (ред. от 22.07.2010) Технический регламент на… … Официальная терминология
СЕПАРИРОВАНИЕ МОЛОКА — разделение молока на сливки и обезжиренное молоко. Осуществляется сепаратором. Для лучшего сепарирования перед началом работы барабан сепаратора прогревают горячей (40 50 °С) водой, молоко также подогревают до 40 45 °С. Первые порции… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь
СЕПАРИРОВАНИЕ — СЕПАРИРОВАНИЕ, сепаратирования, мн. нет, ср. (спец.). Действие по гл. сепарировать. Сепарирование молока. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
молоко — молоко, секрет молочной железы млекопитающих, вырабатываемый в период лактации; биологическая жидкость сложного химического состава, физиологически предназначенная для вскармливания детёнышей. В состав М. входят вода и сухое вещество белки … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
сепари́рование — я, ср. Действие по знач. глаг. сепарировать. Сепарирование молока … Малый академический словарь
Центрифугирование — разделение неоднородных систем (напр., жидкость твердые частицы) на фракции по плотности при помощи центробежных сил. Центрифугирование осуществляется в аппаратах, называемых центрифугами. Центрифугирование применяется для отделения осадка от… … Википедия
Сыры и сыроварение* — Сущность сыроварения. История сыроварения. Сорта С. Сычужина, приготовление и ее действие. Выделение творога с помощью кислот и самоскисание молока. Окрашивание С. Чаны для варки С. Размельчение сгустка. Формование. Прессование. Соление.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Сыры и сыроварение — Сущность сыроварения. История сыроварения. Сорта С. Сычужина, приготовление и ее действие. Выделение творога с помощью кислот и самоскисание молока. Окрашивание С. Чаны для варки С. Размельчение сгустка. Формование. Прессование. Соление.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
СЕПАРИРОВАНИЕ И НОРМАЛИЗАЦИЯ МОЛОКА
Сепарирование молока — это разделение его на две фракции различной плотности: высокожирную (сливки) и низкожирную (обезжиренное молоко). Осуществляется сепарирование под действием центробежной силы в барабане сепаратора. Молоко, распределяясь в барабане между тарелками в виде тонких слоев, перемещается с небольшой скоростью, что создает благоприятные условия для наиболее полного отделения высокожирной фракции (жировых шариков) за короткое время. Процесс сепарирования молока подчиняется закону Стокса: 9,60, 2Д2 Р —Pi, где v — скорость выделения жировых шариков, см/с; R — средний радиус рабочей части тарелки сепаратора, см; г— радиус жирового шарика, см; п — частота вращения барабана сепаратора, с-1; р, р2 — плотность плазмы и жира, кг/м3; \i — динамическая вязкость, Па • с.
В соответствии с этим законом скорость выделения жировой фракции из молока находится в прямой зависимости от размеров жировых шариков, плотности плазмы молока, габаритов и частоты вращения барабана и в обратно пропорциональной зависимости от вязкости молока. С увеличением размеров жировых шариков и плотности плазмы молока ускоряется процесс сепарирования и отделения сливок. Чем выше содержание сухих обезжиренных веществ в молоке, тем выше плотность плазмы и цельного молока.
Следовательно, молоко большей плотности будет иметь лучшие условия для сепарирования. Повышение вязкости молока приводит к снижению скорости выделения жировой фракции. Кроме того, существенное влияние на сепарирование оказывают кислотность и температура молока.
Повышение кислотности молока приводит к изменению коллоидного состояния его белков, сопровождающемуся иногда выпадением хлопьев; в результате нарастает вязкость, что затрудняет сепарирование. Повышение температуры молока способствует снижению его вязкости и переходу жира в жидкое состояние, что улучшает сепарирование. Оптимальная температура сепарирования 35-45°С. Нагревание молока до этой температуры обеспечивает хорошее обезжиривание.
Наряду с сепарированием при 35-45 °С иногда применяют высокотемпературное сепарирование при 60-85 °С. С увеличением температуры сепарирования повышаются производительность сепаратора и качество обезжиривания. Однако высокотемпературное сепарирование имеет и ряд недостатков: увеличение содержания жира в обезжиренном молоке вследствие частичного выпадения альбумина, препятствующего выделению жира; сильное вспенивание сливок и обезжиренного молока; возрастание раздробления жировых шариков.
Большое внимание уделяют сепарированию при низких температурах, так называемому сепарированию холодного молока. Однако сепарирование при низкой температуре на обычных сепараторах приводит к снижению их производительности почти вдвое из-за повышения вязкости и частичной кристаллизации жира.
Процесс сепарирования в сепараторе осуществляется в такой последовательности. Цельное молоко по центральной трубке поступает в тарелкодержатель, из которого по каналам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается в между ними верхнюю часть комплекта тарелок и растекается. В межтарелочном пространстве жировые шарики как более легкая фракция молока движутся к центру барабана, далее по зазору между кромкой тарелки и тарелкодержателем поднимаются вверх и поступают в камеру для сливок. Затем под напором сливки поступают в патрубок, на котором установлены измеритель количества сливок (ротаметр) и регулировочный вентиль. Обезжиренное молоко как более тяжелая фракция направляется к периферии барабана (в грязевое пространство), поднимается вверх и поступает в патрубок, на которое установлены манометр и регулировочный вентиль (кран).
Регулировочный вентиль предназначен для регулирования жирности получаемых сливок, которая изменяется в зависимости от количества сливок и обезжиренного молока. При постоянных количестве и массовой доле жира в поступающем молоке уменьшение количества выходящих сливок приводит к повышению массовой доли жира в них и, наоборот, увеличение количества сливок снижает в них массовую долю жира.
Исходя из соотношения масс сливок и обезжиренного молока можно найти требуемую жирность сливок. Определив расчетным путем соотношение между массами сливок и обезжиренного молока, устанавливают это соотношение при помощи регулировочного устройства. На молочные предприятия молоко поступает с разным содержанием жира и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО), а в готовом продукте жир и СОМО должны быть в определенном количестве или соотношении. В связи с этим необходима нормализация сырья.
Нормализация — это регулирование состава сырья для получения готового продукта, отвечающего требованиям стандарта. При нормализации исходного (цельного) молока по жиру могут быть два варианта: жира в цельном молоке больше, чем требуется в производстве, и жира в цельном молоке меньше, чем требуется. В первом варианте жир частично отбирают путем сепарирования или к исходному молоку добавляют обезжиренное молоко. Во втором варианте для повышения жирности исходного молока добавляют к нему сливки. Массы сливок и обезжиренного молока, необходимых для добавления к исходному молоку, рассчитывают по уравнениям материального баланса, который можно составить для любой составной части молока.
Один из простейших способов нормализации по жиру — нормализация путем смешивания в емкости рассчитанных количеств нормализуемого молока и нормализующего компонента (сливок или обезжиренного молока). Нормализующий компонент добавляют при тщательном перемешивании смеси в емкости. Нормализацию смешиванием можно осуществить в потоке, когда непрерывный поток нормализуемого молока смешивается в определенном соотношении с потоком нормализующего продукта.
Биохимические и физико-химические изменения молока при его хранении и обработке
Молоко при хранении, транспортировании и предварительной обработке подвергается воздействию ряда факторов, в результате чего может происходить частичное или полное нарушение устойчивости коллоидной системы молока. Возникшие в ней изменения влияют на дальнейшие процессы переработки молока и качество продуктов. Изменения касаются, главным образом, жира, белков, солей и ферментов молока.
Денатурацию белков могут вызвать замораживание, тепловая и механическая обработка молока. Особое значение в производстве молочных продуктов имеет тепловая денатурация белков, которой подвергаются сывороточные белки. Солевое равновесие молока изменяется при нагревании и охлаждении молока. Некоторые ферменты могут активизироваться при механической обработке, и почти все ферменты разрушаются при нагревании молока. Тепловая обработка молока вызывает частичное разрушение витаминов и т. д.
Холодильная обработка молока
Охлаждение и замораживание применяют для увеличения продолжительности хранения сырого молока до переработки. Низкие температуры предотвращают развитие микрофлоры, оказывающей отрицательное воздействие на составные части молока, но они могут вызвать нежелательные изменения свойств молока с нарушением стабильности жировой и белковой фаз.
Охлаждение
На фермах и молочных заводах сырое и пастеризованное молоко охлаждают и хранят при температуре 4–10 °С.
Охлаждение сырого молока способствует увеличению продолжительности бактерицидной фазы. Как известно, бактерицидные свойства молока обусловливаются наличием в нем антибактериальных веществ. Их количество зависит от индивидуальных особенностей, физиологического состояния животных и изменяется в течение лактационного периода (особенно высокой антибактериальной активностью обладает молозиво). Антибактериальными свойствами в молоке обладают ранее рассмотренные иммуноглобулины, лизоцим, некоторые ферменты (лактопероксидаза, ксантиноксидаза и др.) лактоферрин и лейкоциты.
По окончании бактерицидной фазы в молоке при высокой температуре хранения (13–15 °С) начинается быстрое размножение разнообразной микрофлоры. При этом в нем могут накапливаться бактериальные токсины, вызывающие сильные пищевые отравления, появляются окисленный и прогорклый привкусы, повышается титруемая кислотность, и молоко свертывается. Поэтому температура 6–10 °С является предельной для кратковременного (не более 1 сут) хранения сырого молока. При необходимости более длительного хранения (2–3 сут) молоко охлаждают до температуры 2–4 °С. Однако длительное его хранение, особенно после предварительной обработки (центробежной очистки, перекачивания насосами и др.), может изменить физико-химические, органолептические и технологические свойства молока.
При охлаждении молока жир переходит из жидкого состояния в твердое, в результате чего повышаются его вязкость и плотность. Вследствие кристаллизации высокоплавких ацилглицеринов жировых шариков изменяются состав и свойства их защитных белковых оболочек. Механические воздействия (при транспортировании, очистке, перемешивании, перекачивании и т. д.) могут привести к повреждению оболочек и повышению степени дестабилизации жировой фазы. В таком молоке активнее происходят липолиз и окисление липидов.
Липолиз может быть вызван активированием нативных липаз и выделением липолитических ферментов психотрофными бактериями.
Различают два вида липолиза, вызываемого нативными липазами:
В результате липолиза в молоке увеличивается (на 30–70 %) количество свободных жирных кислот, и появляются прогорклый вкус, мыльный и другие привкусы. Качество выработанных из него масла, молочных консервов и других продуктов снижается.
В процессе хранения в плазме молока повышается количество ионов кальция. Поэтому с увеличением продолжительности хранения термоустойчивость молока снижается, что необходимо учитывать при производстве молочных консервов. Перед длительным хранением молоко следует пастеризовать или подвергать термизации (более мягкой тепловой обработке при температуре 60–65 °С с выдержкой от 2 до 20 с).
Хранение сырого молока при 4 °С не вызывает заметного снижения содержания витаминов. Исключение составляет витамин С — он разрушается на 18 % при хранении в течение 2 сут и на 30–70 % при хранении в течение 3 сут.
Замораживание
Изменение состава и свойств молока под влиянием низких температур зависит от температуры и скорости замораживания.
Молоко замерзает при температуре ниже –0,54 °С. В интервале от –0,54 до –3,5 °С в лед превращается основная часть (80–85 %) свободной воды, процесс льдообразования практически заканчивается при температуре –30 °С.
Замораживание молока при любых температурах происходит неравномерно. Вначале замерзает слой чистой воды на границе раздела фаз (на стенках, вверху и на дне сосуда), а в оставшейся жидкой части концентрируются компоненты молока, в том числе электролиты (соли кальция и др.), которые могут вызвать нежелательные изменения белков и жира.
При медленном замораживании незамерзшими остаются вся связанная вода (3—3,5 %) и часть свободной влаги молока. Так, при температуре замораживания –10 °С количество незамерзшей воды составляет 7—7,5 %, то есть на свободную влагу приходится около 4 %. В этой части воды повышается концентрация белков, солей и молочного сахара. В концентрированном растворе увеличивается вероятность столкновения и укрупнения частиц казеина. Концентрация электролитов в незамерзшей части молока может достичь такого предела, при котором они начинают снижать заряд казеиновых мицелл, вызывая их агрегацию. Помимо этого, при льдообразовании из коллоидных частиц белка может удаляться гидратационная вода, то есть происходить обезвоживание и денатурация белковых молекул с потерей их стабильности. Этому способствуют также понижение рН молока и кристаллизация лактозы.
Таким образом, в медленно замороженном молоке происходят физико-химические изменения белков, приводящие к частичной или полной их коагуляции. Оттаявшее после замораживания молоко быстрее свертывается сычужным ферментом по сравнению с обычным.
При быстром замораживании молока при температуре ниже –22 °С остается незамерзшей около 3—4 % воды, то есть почти вся свободная влага переходит в лед, а в жидком состоянии находится лишь связанная влага, которая не обладает свойством растворять соли, поэтому денатурационных изменений белков не происходит.
При высоких температурах замораживания (–5…–10 °С) может разрушаться жировая эмульсия. В процессе охлаждения жировые шарики отвердевают (форма их становится угловатой), свойства оболочечного вещества изменяются под влиянием незамороженной части плазмы. В результате этих изменений нарушается целостность оболочек жировых шариков, то есть происходит частичная дестабилизация жировой фазы с выделением свободного жира. Замороженное и оттаявшее молоко быстрее сбивается, при нагревании в нем появляются капли жира, при хранении оно более склонно к липолизу. Быстрое замораживание молока при низких температурах (ниже –22 °С) предотвращает нарушение жировой эмульсии. Предварительно проведенная гомогенизация молока повышает стабильность жировой фазы.
Механическая обработка молока
Механические воздействия при транспортировании, центробежной очистке молока, сепарировании, перекачивании, перемешивании и гомогенизации в основном сопровождаются изменением степени дисперсности жира. В зависимости от конструкций аппаратов и условий работы на них, а также от температуры и кислотности молока при его механической обработке возможно дробление крупных жировых шариков или, наоборот, их агрегирование и даже слияние. Механическая обработка может вызвать образование пены, снижающей устойчивость жировой дисперсии молока и коллоидных частиц белков. Кроме того, мембранная обработка и гомогенизация могут изменить структуру и свойства казеина и сывороточных белков.
Центробежная очистка и сепарирование
Наиболее современным и эффективным способом очистки молока от механических загрязнений является центробежная очистка в сепараторах-молокоочистителях при температуре 5–20 или 15–20 °С.
В сепараторной слизи вместе с механическими примесями частично удаляются крупные белковые частицы, мелкие жировые шарики, а также лейкоциты и микроорганизмы (бактериальная обсемененность молока снижается в 4,5–5,5 раз).
Очистка молока не вызывает существенных изменений его составных частей. Общие потери белков, жира и изменение размера жировых шариков незначительны. Титруемая кислотность молока уменьшается на 0,5–4,0 °Т.
Кислотность молока в результате бактофугирования понижается на 1–2 °Т, а при совмещении бактофугирования с тепловой обработкой — на 3–4 °Т. По данным Алтайского филиала ВНИИМСа, составные части молока в результате бактофугирования существенно не изменяются (таблица 1). Размеры жировых шариков меняются незначительно, однако бактофугирование при 8–10 °С может вызвать частичное подсбивание жира и снижение жирности молока на 0,1–0,2 %.
Таблица 1 – Влияние бактофугирования на содержание основных компонентов молока
При сепарировании состав и физико-химические свойства молока — его вязкость, плотность, кислотность и степень диспергирования жира — влияют на степень обезжиривания молока. Предварительная обработка молока (перекачивание, перемешивание, пастеризация и т. д.) отрицательно влияет на степень обезжиривания, так как при обработке могут происходить дробление жировых шариков и частичное подсбивание жира.
Длительное хранение молока (при низких температурах) перед сепарированием приводит к повышению кислотности, вязкости, плотности молока и тем самым снижает степень его обезжиривания.
Степень обезжиривания зависит от температуры молока. Оптимальной температурой сепарирования принято считать 35—45 °С, более высокие температуры применяют только при получении высокожирных сливок. Повышение температуры сепарирования обычно сопровождается дроблением жировых шариков и вспениванием обезжиренного молока и сливок. Наличие пены отрицательно влияет на свойства сливок, вызывая коагуляцию белков и образование комочков жира (которые формируются из слипшихся жировых шариков при разрушении пены). Слипанию жировых шариков способствует свободный жир, выделяющийся на поверхности шариков при повреждении оболочек. В сливках увеличивается, по сравнению с молоком, количество свободного жира. Степень дестабилизации жира повышается с увеличением жирности сливок.
Менее интенсивное дробление жировых шариков наблюдается при сепарировании холодного молока (1–5 °С). Однако сепарирование при низких температурах приводит к снижению производительности сепаратора, так как вязкость молока повышается.
Перекачивание и перемешивание
При перекачивании молока и сливок насосами уменьшается количество мелких жировых шариков (диаметром до 2 мкм) и происходит диспергирование крупных (диаметром 4–6 мкм и выше) шариков с увеличением числа средних (диаметром 2–4 мкм). Степень диспергирования жира увеличивается с возрастанием напора в линии нагнетания.
В результате механического воздействия на оболочки жировых шариков в процессе перекачивания молока происходит частичная дестабилизация жира (при работе некоторых насосов молочный жир сбивается в комочки). Эффект разрушения жировой эмульсии возрастает с повышением напора в линии нагнетания, концентрации жировой фазы, кислотности молока, а также при подсасывании воздуха в перекачиваемый продукт.
В процессе перекачивания молока и сливок часто образуется пена, продукт обогащается воздухом, его коллоидная система может нарушаться вследствие изменения состояния белков.
Плотность молока после перекачивания насосами незначительно отличается от исходной, вязкость в результате диспергирования жира в процессе перекачивания несколько возрастает. Способность молока к сычужному свертыванию после перекачивания насосами не изменяется.
Перемешивание свежевыдоенного молока мешалками (при охлаждении и хранении в емкостях и т. д.) существенно не влияет на диспергирование и стабильность жира. При воздействии мешалок на молоко во время длительного хранения оболочки жировых шариков могут нарушаться, в результате чего образуется свободный жир, склонный к липолизу и окислению.
Мембранные методы обработки
Мембранные методы обработки в последние годы нашли широкое применение в молочной промышленности — с их использованием можно улучшить качество молокаTсырья, сгустить сыворотку, а также выделить из них новые ценные компоненты и т. д.
Во всех методах мембранной обработки используют пропускание растворов под давлением через мембраны с различным размером пор (диаметром 1 мкм и менее). При этом часть компонентов раствора задерживается на мембране, образуя концентрат («ретентат»), а остальная часть проникает через нее в виде фильтрата («пермеата»).
В зависимости от размера отделяемых частиц мембранную технологию делят на 4 основных вида:
В настоящее время стали широко использовать микрофильтрационные установки (МФУ) для холодной очистки обезжиренного молока от микроорганизмов и их спор (диаметр пор мембраны составляет 0,1–1,0 мкм, давление — 0,02–0,2 МПа).
УФ в молочной промышленности применяют с целью концентрирования (сгущения) цельного или обезжиренного молока перед выработкой сыра, творога и других молочных продуктов. Ее также используют для получения концентратов отдельных компонентов молока, например, концентратов сывороточных белков.
Продолжительность сычужной свертываемости УФTконцентрата несколько выше продолжительности свертывания неконцентрированного молока. Образующиеся сычужные сгустки хуже отделяют сыворотку. Однако ультрафильтрация молока при низкой и средней степени концентрирования экономически целесообразна, так как способствует повышению выхода продуктов, устраняет потери жира и белка.
Гомогенизация
При хранении сырого молока отстаивается слой сливок (жировая дисперсия молока при этом не разрушается). Это объясняется тем, что крупные жировые шарики, вследствие меньшей по сравнению с плазмой плотностью, постепенно поднимаются на поверхность молока. Образование скоплений жировых шариков зависит от соотношения межмолекулярных сил сцепления и электрических сил отталкивания между шариками.
У крупных жировых шариков силы сцепления превышают силы отталкивания. При столкновении в результате броуновского движения они образуют рыхлые скопления, и скорость отстаивания жира резко возрастает. Свойством склеивать (агглютинировать) жировые шарики обладают, по-видимому, содержащиеся в молоке иммуноглобулины. Мелкие жировые шарики (диаметром 1 мкм и менее) не образуют скоплений и не поднимаются на поверхность молока, так как силы электрического отталкивания между ними преобладают над силами притяжения. Чтобы предотвратить отстаивание жира, необходимо уменьшить размеры жировых шариков, то есть повысить степень диспергирования жировой фазы молока. Для этого применяют гомогенизацию (буквально: повышение гомогенности — однородности).
В результате гомогенизации в молоке образуются однородные по величине шарики диаметром около 1 мкм (рисунок 1). Степень диспергирования жировых шариков зависит от температуры, давления гомогенизации (рисунок 2), содержания жира и других факторов.
а — негомогенизированное молоко; б — гомогенизированное молоко Рисунок 1 – Жировые шарики под микроскопом
В молоке после гомогенизации не происходит скопления жировых шариков и практически не наблюдается отстоя сливок. Однако в гомогенизированном молоке с повышенным содержанием жира могут возникать скопления и агрегаты жировых шариков. Это явление можно объяснить следующим образом. В процессе гомогенизации резко возрастает общая поверхность жировых шариков, происходит перераспределение оболочечного вещества (оболочки шариков гомогенизированного молока отличаются по составу от оболочек шариков негомогенизированного молока). Фосфолипидов и оболочечных белков, имеющихся в молоке, недостаточно для того, чтобы покрыть увеличивающуюся поверхность жировых шариков.
Поэтому дефицит оболочечного вещества компенсируется (полностью или частично) за счет адсорбирования белков плазмы (мицелл казеина, его фрагментов, а также денатурированных сывороточных белков). Это приводит к стабилизации жировой эмульсии.
В гомогенизированном молоке с повышенным содержанием жира (сливках) может быть недостаточно оболочечного вещества для быстрого образования новых оболочек, часть жира остается незащищенной.
Выявлено, что прочные оболочки образуются только при соотношении СОМО/жир выше 0,6–0,85. Между жировыми шариками с гидрофобной поверхностью активно действуют силы межмолекулярного сцепления. При соударении шариков образуются рыхлые скопления и агрегаты. Может происходить также слияние отдельных шариков с увеличением их диаметра.
В процессе гомогенизации изменяется не только молочный жир, но также белки и соли. Диаметр крупных казеиновых мицелл уменьшается, часть их распадается на фрагменты и субмицеллы, которые адсорбируются поверхностью жировых шариков. Изменяется солевой баланс молока: в плазме увеличивается количество растворимого кальция, часть же коллоидных фосфатов кальция адсорбируется поверхностью жировых шариков.
В результате гомогенизации изменяются физикоTхими ческие и технологические свойства молока. С повышением давления гомогенизации увеличивается вязкость молока (таблица 2), понижаются поверхностное натяжение и пенообразование.
После гомогенизации снижается термоустойчивость молочных эмульсий, особенно эмульсий с высоким содержанием жира. Скорость сычужного свертывания гомогенизированного молока повышается, увеличивается прочность полученных сгустков и замедляется их синерезис.
Изменение составных частей молока при тепловой обработке
Для уничтожения микроорганизмов и разрушения ферментов сырье при выработке пищевых продуктов подвергают тепловой обработке. Основная цель тепловой обработки — получить при минимальном изменении вкуса, цвета, пищевой и биологической ценности безопасный в гигиеническом отношении продукт и увеличить срок его хранения.
В процессе тепловой обработки изменяются составные части молока, в первую очередь белки, инактивируются почти все ферменты, частично разрушаются витамины. Кроме того, меняются физико-химические и технологические свойства молока: вязкость, поверхностное натяжение, кислотность, способность казеина к сычужному свертыванию. Молоко приобретает специфический вкус, запах и цвет.
Белки
Наиболее глубоким изменениям при нагревании молока подвергаются сывороточные белки. Сначала происходит их денатурация, которая сопровождается развертыванием полипептидных цепей. При этом освобождаются ранее «скрытые» группы — сульфгидрильные, гидроксильные и др.
Затем денатурированные белки при взаимодействии SH-групп образуют дисульфидные связи (—S—S—) и агрегируют при частичной или полной потере растворимости. В первую очередь агрегирует денатурированный β – лактоглобулин.
Денатурация сывороточных белков начинается при сравнительно низких температурах нагревания молока (62 °С). Степень денатурации белков (со снижением их растворимости) зависит от температуры и продолжительности ее воздействия на молоко. Для различных режимов пастеризации и стерилизации она составляет (%):
1 — общее содержание растворимых сывороточных белков; 2 — β-лактоглобулин; 3 — α-лактальбумин; 4 — иммуноглобулины; 5 — альбумин сыворотки крови
Рисунок 3 – Изменение растворимости сывороточных белков молока при нагревании до различных температур (выдержка 30 мин)
Вследствие тепловой денатурации сывороточных белков и освобождения сульфгидрильных групп молоко приобретает специфический вкус «кипяченого молока» или привкус пастеризации.
Таблица 2 – Влияние температуры пастеризации на размер казеиновых частиц и вязкость молока
Изменение состава и структуры казеиновых мицелл влияет на скорость получения сычужного сгустка. Продолжительность свертывания молока сычужным ферментом после тепловой обработки (при 85 °С и выше) увеличивается в несколько раз по сравнению с продолжительностью свертывания сырого молока (стерилизованное молоко практически утрачивает способность к сычужному свертыванию). Увеличение продолжительности свертывания молока вызывается комплексообразованием денатурированного β Tлактоглобулина с κ Tказеином, в результате чего ухудшается его атакуемость сычужным ферментом.
Тепловая обработка влияет на структурно-механические свойства кислотного и сычужного сгустков — прочность и интенсивность отделения сыворотки. С повышением температуры пастеризации прочность сгустков увеличивается, а процесс отделения сыворотки замедляется. По мнению П. Ф. Дьяченко, прочность сгустка обусловливается не только размером частиц казеина, но и степенью участия денатурированных сывороточных белков в построении структурной сетки сгустка. С повышением температуры пастеризации увеличивается степень их включения в белковый каркас сгустка, что придает ему определенную жесткость. Помимо этого, сывороточные белки, благодаря высоким гидрофильным свойствам, увеличивают влагоудерживающую способность казеина и замедляют отделение сыворотки от сгустка.
При тепловой обработке молока изменяется его солевой состав. Эти изменения часто имеют необратимый характер. В первую очередь нарушается соотношение форм солей кальция в плазме молока. В процессе нагревания гидрофосфат кальция, находящийся в виде истинного раствора, переходит в плохо растворимый фосфат кальция:
Молочный сахар
В реакцию с лактозой вовлекается, главным образом, незаменимая аминокислота лизин. Образовавшиеся комплексы трудно расщепляются пищеварительными ферментами, то есть необходимый лизин «блокируется» и плохо усваивается организмом (таким образом, уменьшается количество доступного лизина, и снижается биологическая ценность продукта).
Стерилизация молока также вызывает распад лактозы с образованием углекислого газа и кислот — муравьиной, молочной, уксусной и др. При этом кислотность молока увеличивается на 2–3 °Т.
Молочный жир
Молочный жир — наиболее устойчивый к тепловому воздействию компонент молока. При пастеризации глицериды молочного жира химически почти не изменяются. В результате стерилизации лишь незначительно изменяется жирно-кислотный состав глицеридов — на 2–3 % снижается содержание ненасыщенных жирных кислот (вследствие разрушения при высокой температуре двойных связей). При длительном хранении стерилизованного молока в комнатных условиях могут происходить гидролиз и окисление липидов молока.
При тепловой обработке молока изменениям подвергаются оболочки жировых шариков. Даже при низких температурах пастеризации (63 °С) происходит переход белков и фосфолипидов с поверхности жировых шариков в плазму молока. При пастеризации нарушенные оболочки жировых шариков восстанавливаются за счет адсорбции казеина и сывороточных белков. Поэтому степень дестабилизации жира весьма незначительна. Однако жировые шарики теряют способность агглютинироваться (склеиваться) и отстой сливок замедляется.
При стерилизации молока происходит денатурация оболочечных белков и разрушение части оболочек жировых шариков, в результате некоторые жировые шарики сливаются и наблюдается вытапливание жира. Для повышения устойчивости жировой эмульсии стерилизованного молока в технологическую схему производства молочных продуктов обычно включают процесс гомогенизации.
Витамины и ферменты
Тепловая обработка молока вызывает в той или иной степени снижение содержания витаминов (таблица 3), причем потери жирорастворимых витаминов меньше потерь водорастворимых.
Потери витаминов зависят от температуры нагревания и продолжительности выдержки. Наибольшие потери происходят при стерилизации молока в автоклавах. УВТ-обработка способствует большему сохранению витаминного состава молока.
Таблица 3 – Влияние тепловой обработки на содержание витаминов, %
При нарушении режимов пастеризации молока и сливок возможны случаи неполной инактивации термостабильных ферментов. Наибольшую опасность представляет липаза, так как этот фермент вызывает прогоркание молочных продуктов. Некоторые ферменты (фосфатаза, пероксидаза и др.) обладают свойством реактивации в процессе хранения молока и молочных продуктов. Это явление наблюдается главным образом после кратковременной высокотемпературной обработки высокожирного сырья.
Пороки молока
Пороки молока биохимического происхождения возникают при нарушении физиологического состояния животных, использовании недоброкачественных и неполноценных кормов, несоблюдении правил хранения и технологической обработки молока и т. д. К ним следует отнести анормальное молоко, а также пороки вкуса и запаха, вызванные изменением жира, белков и углеводов (прогорклый, окисленный и др.).
Анормальным молоком называют любое молоко, которое по составу и свойствам заметно отличается от нормального молока. Примесь такого молока к сборному значительно ухудшает его качество, отрицательно
влияет на микробиологические, ферментативные и технологические процессы при выработке молочных продуктов.
К анормальному молоку можно отнести молозиво, стародойное, маститное, молоко с антибиотиками. Их состав и свойства рассмотрены в предыдущих главах. Анормальным следует считать также молоко с нарушенным солевым составом — сычужно-вялое и чувствительное к нагреванию.
Сычужно-вялое молоко содержит мало кальция, плохо свертывается сычужным ферментом, образует слабый сгусток, исправить его путем добавления хлорида кальция не всегда удается. Получение сычужно-вялого молока связано с индивидуальными особенностями животных и нарушением обмена веществ при неправильном кормлении.
Молоко, чувствительное к нагреванию, характеризуется высоким содержанием ионов кальция, что обусловлено нарушением рационов кормления животных. Оно свертывается при нагревании, поэтому его нельзя использовать для производства молочных консервов.
Прогорклый вкус связан с изменением жира, возникает при хранении молока, содержащего фермент липазу. Под воздействием липаз происходит гидролитическое расщепление (липолиз) молочного жира. В молоке накапливаются свободные жирные кислоты — масляная, капроновая, каприловая, каприновая и лауриновая. Эти продукты распада жира обладают неприятным прогорклым вкусом. При их содержании в количестве более 20 мг% молоко приобретает прогорклый вкус, часто с мыльным и рыбным привкусами и запахами. Гидролиз жира в сыром молоке может вызывать появление различных пороков вкуса и запаха в молочных продуктах (масло и др.).
Липолиз в молоке обуславливают нативные и бактериальные липазы. Процесс усиливается при наличии следов меди. Прогорклый вкус часто появляется в стародойном и маститном молоке. Примесь такого молока может вызвать прогоркание всего сборного молока.
Окисленный (картонный) привкус обусловлен окислительной порчей липидов. В первую очередь окисляются полиненасыщенные жирные кислоты, содержащиеся в фосфолипидах оболочек жировых шариков и
свободном жире. Порок обусловливается образованием различных альдегидов и оксикислот. Развитию окисленного привкуса способствуют свет, наличие меди и железа. Окисленный привкус характеризуется едким вяжущим вкусом, часто сопровождающимся салистым, олеистым, металлическим и рыбным привкусами.
Солнечный привкус возникает при действии дневного света на белки молока. Под влиянием света аминокислота метионин разлагается с образованием альдегида метионаля, обладающего слегка сладковатым, капустным или картофельным привкусом:
Привкус характерен для гомогенизированного молока. Развитие порока катализируют медь и аскорбиновая кислота. Солнечный привкус может постепенно переходить в окисленный привкус, который связан с окислением липидов.
Вследствие изменения лактозы и белков при длительной тепловой обработке наблюдается потемнение молока и появление привкусов перепастеризации, карамелизации и пригорелого вкуса.
Привкусы перепастеризации и карамелизации обусловлены образованием разнообразных органических соединений — лактонов, альдегидов и кетонов.
Пригорелый вкус вызывается образованием большого количества пригара на поверхности нагревательных аппаратов.