Долинский А.А. - академик НАН Украины, Шурчкова Ю.А. - д.т.н., профессор

Институт технической теплофизики НАН Украины

Известно, что качество сырья, поступающего на перерабатывающие предприятия, зависит от многих факторов, в том числе и таких, на которые трудно воздействовать путем ужесточения нормативных требований. Например, кормовые привкусы в регионах, где используют для кормления отходы спиртового и сахарного производства, силос, сильно пахнущие травы. В связи с этим вопрос повышения качества молока будет актуален еще длительное время.

В Институте технической теплофизики НАНУ разработаны технология и оборудование, которые позволяют управлять рядом важных параметров состояния молока, таких как кислотность, термостойкость, газосодержание, агрегатообразование, бакобсемененность. Технология основана на использовании принципа дискретно-импульсного ввода энергии и реализуется в одно- и двухступенчатых аппаратах путем многократного вакуумирования в определенном температурном режиме. В аппаратах осуществляется испарительно-конденсационный режим обработки. Сначала молоко вакуумируется при низких температурах, затем нагревается до температуры пастеризации и вновь вакуумируется. Рассмотрим механизмы некоторых, происходящих при этом процессов.

Дегазация и дезодорация. В молоке, поступающем на переработку, содержится 70-90 мл газа в 1 литре, в том числе 50-70% углекислого газа, 5-10% кислорода, 20-30% азота. С газами адсорбируются посторонние запахи и привкусы, попадающие в молоко в процессе хранения, транспортировки, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов. После обработки в испарительно-конденсационном режиме содержание газов снижается до 1-10 мл в 1 литре. Дегазация обеспечивает глубокую дезодорацию молока и хорошие вкусовые качества, а удаление кислорода способствует сохранности витамина С.

Кислотность. Титруемая кислотность молока зависит от его состава и в свежем состоянии равняется 16-18°Т. Белки молока обусловливают 4-5°Т, однозамещенные фосфорнокислые соли — 10-11°Т, газовые компоненты, кислоты и др. — 1-3°Т. В процессе хранения в молоке происходят биохимические изменения, вызывающие нарушение структуры белков, оболочек жировых шариков и приводящие к повышению кислотности. В частности, увеличивается концентрация углекислого газа, молочной кислоты и некоторых летучих веществ. Удаление из молока летучих компонентов, определяющих кислотность, приводит к восстановлению ее первоначального значения. Обработка молока в испарительно-конденсационном режиме обеспечивает снижение кислотности на 1-3°Т. Например, молоко с кислотностью 22°Т после обработки имеет 19°Т. Кроме того, замедляется темп нарастания кислотности в процессе хранения. Сравнительные испытания показали, что увеличение кислотности на 4°Т в условиях хранения при 8°С происходит при обычной обработке за 6 суток, а после испарительно-конденсационной обработки — за 14 суток; в условиях хранения при 20°С — соответственно за 18 и 32 часа. Эффект снижения темпа нарастания кислотности можно объяснить двумя причинами. Во-первых, это удаление летучих компонентов молока, в том числе кислорода, во-вторых, в результате частичного подавления микрофлоры.

Микрофлора. Исследования влияния обработки молока в испарительно-конденсационном режиме на бакобсемененность проводились на двух молочных заводах г.Киева городской санэпидемстанцией. Было установлено, что происходит частичное подавление микрофлоры.

На рисунке приведены результаты анализов бакобсемененности по этапам испарительно-конденсационного режима. В режиме конденсации количество колоний микроорганизмов снижается на 32% (этап 1), молокоочиститель и пастеризация дают снижение на 40% (этапы 2 и 3), в испарительном режиме — на 28%. Как видно, снижение бакобсемененности за счет испарительно-конденсационного режима почти в два раза больше, чем при пастеризации.

Мы полагаем, что подавление микрофлоры происходит в результате разрушения микроорганизмов при резком перепаде давлений. В режиме конденсации молоко поступает из атмосферы в вакуумную камеру. При этом давление уменьшается в 10 раз. В клетках микроорганизмов имеются пузырьки газа, которые при падении давления резко увеличивают свой объем, разрывая оболочку клетки или растягивая ее. В растущий пузырек испаряется внутриклеточная жидкость, что приводит к нарушению всей структуры клетки. В режиме испарения, когда молоко с температурой пастеризации поступает в вакуумную камеру, оставшиеся клетки разрушаются не только в результате расширения пузырьков, но и под действием эффектов, сопровождающих адиабатное вскипание. Продукты распада микроорганизмов частично испаряются и удаляются из системы, при этом снижается общий уровень загрязненности молока.

Термоустойчивость и агрегатообразование. Использование испарительно-конденсационной обработки позволяет воздействовать на наименее изученный и практически неуправляемый параметр состояния молока — термоустойчивость. Считается, что термоустойчивость зависит от состояния мицелл казеина и оболочек жировых шариков. В результате глубокой дегазации молока и периодического изменения концентрации сухих веществ в процессе испарительно-конденсационной обработки восстанавливается ионно-солевое равновесие в плазме молока, что приводит к стабилизации мицелл казеина. Наибольшее влияние на термоустойчивость состояния оболочек жировых шариков проявляется при гомогенизации, когда разрушаются природные структуры и создаются новые.

Большинство исследователей считают, что оболочки жировых шариков состоят из липидов и белков, определенным образом ориентированных на поверхности шариков. Согласно общепринятой модели Кинга, жировые шарики состоят из жидкого ядра, окруженного слоем триглицеридов. К нему прилегает мономолекулярный фосфолипидный слой толщиной около 2,5 нм. К фосфолипидному слою примыкает белковый слой. При гомогенизации, с увеличением общей поверхности жировых шариков, для построения оболочечных структур привлекаются плазменные белки, в том числе сывороточные, которые осаждаются на поверхности жировых шариков в процессе тепловой обработки и дестабилизируют поверхность. Считается, что во вновь образованных оболочках белковый слой имеет рыхлую структуру и каким-то образом снижает термоустойчивость.

Мы выдвигаем предположение, что при испарительно-конденсационной обработке в процессе адиабатного вскипания рыхлая белковая оболочка как бы «стряхивается» с жировых шариков. Это может происходить следующим образом. Когда молоко с температурой пастеризации поступает в вакуумную камеру, оно оказывается перегретым относительно температуры насыщения, соответствующей давлению в камере и бурно вскипает. Во всем объеме молока образовываются паровые пузырьки. Наиболее вероятными центрами парообразования являются жировые шарики. Возникновение и первый период роста паровых пузырьков связан с интенсивной асцилляцией и быстрым увеличением их объема. Это вызывает микротурбулентные вихри в прилегающей жидкости, которые разрушают рыхлый белковый слой. Одновременно поверхность паровых пузырьков может «брать на себя», как бы стягивая с жировых шариков, часть белков в качестве поверхностно-активных веществ. Жировые шарики, лишенные рыхлой части белковой оболочки, теряют способность к агрегатообразованю. В наших многочисленных экспериментах после обработки в испарительно-конденсационном режиме практически полностью отсутствовали скопления жировых шариков. При использовании этой обработки в производстве сгущенного молока не обнаруживали скоплений в готовом продукте после хранения в течение 1,5 года.

Гомогенизация. Процесс гомогенизации в испарительно-конденсационном режиме принципиально отличается от гомогенизации высокого давления. Диспергирование жировых шариков в вакуумном аппарате происходит в испарительном режиме при адиабатном вскипании. Под действием гидродинамической нестабильности в межпузырьковом пространстве плазмы возникают дефекты оболочек крупных жировых шариков. Часть жира оказывается в плазме. Из этого жира могут образовываться новые капли малых размеров и могут образовываться пленки на поверхности паровых пузырьков. При разрушении паровых пузырьков из жировой пленки образуются также жировые шарики малых размеров. Это подтверждается наличием большого количества шариков с размером меньше 1 мкм при наблюдениях структуры гомогенизированного молока под микроскопом.

Возможности испарительно-конденсационной обработки молока, эффекты, которые ее сопровождают, позволяют по-новому подойти к традиционным технологиям получения молочных продуктов, внести существенные изменения в их регламенты и получить продукты с улучшенными или новыми качествами. Описанные эффекты используются в следующих технологиях. В производстве пастеризованного молока с продленным сроком хранения, где мягкая гомогенизация и глубокая дезодорация позволяют получать продукты с высокими вкусовыми качествами. Наиболее ярко это проявляется в производстве низкожирного молока. В производстве кисломолочных напитков снижаются в 2,5 раза энергозатраты на гомогенизацию, а подавление посторонней микрофлоры способствует развитию заквасочной культуры. В производстве сгущеных молочных консервов улучшается качество продукции и увеличивается срок ее хранения. В производстве стерилизованного молока увеличивается объем сырьевой базы. В производстве сыров, особенно мягких, увеличивается выход готового продукта на 6–8%, сокращаются потери жира с сывороткой. Все технологии прошли промышленную проверку, имеется документация на производство молока.

Изменение количества микроорганизмов
в процессе испарительно-конденсационной обработки

<<<