Технология молока и молочных продуктов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ  И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

Кафедра технологии молока и пищевой биотехнологии

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа №1

по дисциплине:

Технология  молока и молочных продуктов

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 3-го курса 

Факультет: ЗОиЭ 
Шифр: 401060

Прохорова А.А.

 

 

 

 

                                                                Вариант 10

 

1. Изменение составных частей молока при тепловой и механической обработке.

 

 

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 молока 
 
Наиболее глубоким изменениям при нагревании молока подвергаются сывороточные белки. Агрегаты сывороточных белков молока имеют небольшие размеры и достаточно сильно гидратированы. Поэтому они остаются в растворе и лишь небольшая их часть в виде хлопьев оседает на поверхности нагревательных аппаратов. 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. Из сывороточных белков наиболее чувствительны к нагреванию иммуноглобулины, сывороточный альбумин и β-лактоглобулин. α-Лактальбумин - термостабильный белок. Он полностью теряет растворимость при нагревании молока до 96°С и выдерживании при этой температуре в течение 30 мин. Вследствие тепловой денатурации сывороточных белков и освобождения сульфгидрильных групп молоко приобретает специфический вкус «кипяченого молока» или привкус пастеризации. 
 
Казеин, по сравнению с сывороточными белками, более термоустойчив. Он не коагулирует при нагревании свежего молока до 130 - 150°С. Однако тепловая обработка при высоких температурах изменяет состав и структуру казеинового комплекса. От комплекса отщепляются органические фосфор и кальций, изменяется соотношение фракций. С повышением температуры пастеризации увеличиваются диаметр частиц казеина 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). 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.  
 
 
Соли молока 
 
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: 
 
ЗСаНР0₄ → Са₃(Р0₄)₂ + Н₃Р0₄  
 
 
Образовавшийся фосфат кальция агрегирует и в виде коллоида осаждается на казеиновых мицеллах. Часть его выпадает на поверхности нагревательных аппаратов, образуя вместе с денатурированными сывороточными белками так называемый молочный камень. Таким образом, после пастеризации и стерилизации в молоке снижается количество растворимых солей кальция, что приводит к ухудшению способности молока к сычужному свертыванию. Поэтому перед сычужным свертыванием в пастеризованное молоко вносят для восстановления солевого баланса растворимые соли кальция в виде СаС1₂. 
 
 
Молочный сахар 
 
В процессе длительной высокотемпературной пастеризации молока, и особенно при стерилизации, лактоза взаимодействует с белками и свободными аминокислотами - происходит реакция Майара, или реакция меланоидинообразования. Вследствие образования меланоидинов изменяются цвет и вкус молока. Интенсивность окраски молока зависит от температуры и продолжительности нагревания. Она может усиливаться при хранении молока. 
 
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. 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 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 степени снижение содержания витаминов, причем потери жирорастворимых витаминов меньше потерь водорастворимых. 
 
Потери витаминов зависят от температуры нагревания и продолжительности выдержки. При хранении пастеризованного и стерилизованного молока наблюдается дальнейшее уменьшение содержания витаминов. Наиболее устойчив при хранении витамин В₂, менее устойчивы С, В₁, А, В₁₂. Особенно большим изменениям подвержен витамин С. Он быстро разрушается при хранении пастеризованного охлажденного молока. Так, потери его на вторые сутки хранения составляют 45%, на третьи - 75%. 
 
При тепловой обработке инактивируется большая часть ферментов. Наиболее чувствительны к нагреванию амилаза, щелочная фосфатаза, каталаза и нативная липаза. Так, щелочная фосфатаза разрушается полностью при длительной и кратковременной пастеризации. Сравнительно устойчивы к нагреванию кислая фосфатаза, ксантиноксидаза, бактериальные липазы, плазмин и пероксидаза. Они теряют свою активность при нагревании молока до температуры выше 80 - 85°С.

 

 

 

 

ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВНЫХ  ЧАСТЕЙ МОЛОКА ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ 
 
 
Центробежная очистка и сепарирование 
 
Наиболее современным и эффективным способом очистки молока от механических загрязнений является очистка в сепараторах-молокоочистителях. В сепараторной слизи вместе с механическими примесями частично удаляются крупные белковые частицы, мелкие жировые шарики, а также лейкоциты и микроорганизмы. 
 
Очистка молока не вызывает существенных изменений его составных частей. Титруемая кислотность молока уменьшается на 0,5 - 4,0 °Т. 
 
Центробежной очисткой на сепараторах-молооочистителях нельзя добиться полного удаления из молока микроорганизмов. Наиболее эффективным способом бактериальной очистки молока применяемом в сыроделии, является бактофугирование на сепараторах-бактериоотделителях.  
 
Кислотность молока в результате бактофугирования понижается на 1 - 2°Т. 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%. 
 
Состав и физико-химические свойства молока - 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.  
 
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. Эффект разрушения жировой эмульсии возрастает с повышением напора в линии нагнетания, концентрации жировой фазы, кислотности молока, а также при подсасывании воздуха в перекачиваемый продукт. Центробежные насосы оказывают большее разрушающее действие по сравнению с ротационными. 
 
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 
 
К мембранным методам обработки - разделения смесей с помощью специальных полупроницаемых мембран, имеющих поры размером менее 0,5 мкм, относится ультрафильтрация (УФ). 
 
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. 
 
В процессе ультрафильтрации на мембране задерживаются только высокомолекулярные вещества (жировые шарики, казеин, сывороточные белки, коллоидный фосфат кальция, связанные с белками витамины, металлы), а вода и низкомолекулярные соединения (лактоза, растворимые соли и др.) проходят через поры мембраны в фильтрат. 
 
Ультрафильтрация не влияет отрицательно на структуру и дисперсность белков и жировых шариков, лишь отмечается частичная поверхностная денатурация сывороточных белков. Продолжительность сычужной свертываемости УФ-концентрата несколько выше продолжительности свертывания неконцентрированного молока. Образующиеся сычужные сгустки хуже отделяют сыворотку. 
 
 
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.  
 
В результате гомогенизации в молоке образуются однородные по величине шарики диаметром около 1 мкм. Степень диспергирования жировых шариков зависит от температуры, давления гомогенизации, содержания жира и других факторов. 
 
В молоке после гомогенизации не происходит скопления жировых шариков и практически не наблюдается отстоя сливок.  
 
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 физико-химические и технологические свойства молока. С повышением давления гомогенизации увеличивается вязкость молока, 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.

 

2. Способы производства кисломолочных напитков. Схема технологического процесса с обоснованием режимов.

Общая схема производства

 

При производстве кисломолочных напитков применяются два способа: термостатный и резервуарный. При термостатном способе производства кисломолочных  напитков сквашивание молока и созревание напитков производится в бутылках в  термостатных и хладостатных камерах.

При резервуарном способе производства заквашивание, сквашивание молока и  созревание напитков происходит в одной  емкости (молочных резервуарах). Общая  схема производства кисломолочных  напитков термостатом и резервуарным способами приведена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1

 

 

Для получения кисломолочных  напитков используют молоко цельное  и обезжиренное, сливки, сгущенное  и сухое молоко, казеинат натрия, пахту и другое молочное сырье, а  также солодовый экстракт, сахар, плодово-ягодные сиропы, джемы, корицу и др. (5,7)

  Резервуарный способ

 

Технологический процесс производства кисломолочных напитков резервуарным способом состоит из следующих технологических  операций: подготовки сырья, нормализации, пастеризации, гомогенизации, охлаждения, заквашивания, сквашивания в специальных  емкостях, охлаждения сгустка, созревания сгустка (кефир, кумыс), фасовки.

Для производства кисломолочных напитков используется молоко не ниже второго  сорта кислотностью не выше 19 °Т, которое  предварительно подвергают очистке. Обезжиренное молоко, пахта, сливки, сгущенное и  сухое молоко, казеинат натрия и  плодовоягодные наполнители должны быть доброкачественными без посторонних  привкусов и запахов и пороков  консистенции.

Кисломолочные напитки вырабатывают с различной массовой долей жира: 6; 4; 3,2; 2,5 1,5; 1%. Поэтому исходное молоко соответственно нормализуется до требуемой  массовой доли жира. Нормализация молока осуществляется в потоке на сепараторах-нормализаторах или смешением. Нежирные продукты вырабатываются из обезжиренного молока.

При нормализации сырья смешением  массу продуктов для смешения определяют по формулам материального  баланса или по рецептуре.

Нормализованное сырье подвергается тепловой обработке. В результате пастеризации уничтожаются микроорганизмы в молоке и создаются условия, благоприятные  для развития микрофлоры закваски. Наилучшие условия для развития микроорганизмов создаются, если молоко пастеризуется при температурах, близких к 100 °С. При этих условиях происходит денатурация сывороточных белков, которые участвуют в построении структурной сетки сгустка, повышаются гидратационные свойства казеина и  его способность к образованию  более плотного сгустка, хорошо удерживающего  сыворотку. Поэтому при производстве всех кисломолочных напитков, кроме  ряженки и варенца, исходное сырье  пастеризуется при температуре 85-87 °С с выдержкой 5-10 мин или при 90 - 92 °С с выдержкой 2-3 мин, ряженки  и варенца - 95-98 °С с выдержкой 2-3 ч. Кроме того, при выработке варенца  используется и стерилизация молока.

Тепловая обработка молока обычно сочетается с гомогенизацией. В результате гомогенизации при температуре 55-60 °С и давлении 17,5 МПа улучшается консистенция кисломолочных продуктов  и предупреждается отделение  сыворотки.

После пастеризации и гомогенизации  молоко охлаждается до температуры  заквашивания. При использовании  закваски, приготовленной на термофильных бактериях, молоко охлаждается до 50 - 55°С, мезофильных-30-35 °С и кефирной закваски - 18-25 °С.

В охлажденное до температуры заквашивания молоко должна быть немедленно внесена  закваска, соответствующая виду продукта. Наиболее рационально вносить закваску в молоко в потоке. Для этого  закваска через дозатор подается непрерывно в молокопровод и в  смесителе смешивается с молоком.

Сквашивание молока проводят при температуре  заквашивания. В процессе сквашивания  происходит размножение микрофлоры закваски, нарастает кислотность, коагулирует  казеин и образуется сгусток. Окончание  сквашивания определяют по образованию  достаточно плотного сгустка и достижению определенной кислотности.

По окончании сквашивания продукт  немедленно охлаждается. Кисломолочные  продукты, вырабатываемые без созревания, немедленно направляются на охлаждение.

Кефир, вырабатываемый с созреванием, после сквашивания охлаждается  до 14-16 °С и при этой температуре  созревает. Продолжительность созревания кефира не менее 10-12 ч. Во время созревания активизируются дрожжи, происходит процесс  спиртового брожения, в результате чего в продукте накапливаются спирт, углекислота и другие вещества, придающие  этому продукту специфические свойства. Технологическая линия производства кисломолочных напитков резервуарным способом представлена на рис.2.

 

Рисунок 2. Схема  технологической линии производства кисломолочных напитков резервуарным способом:

1-емкость  для сырого молока; 2 - насосы; 3 - балансировочный бачок: 4-пластинчатая пастеризационно-охладительная установка; 5 - пульт управления; 6 - возвратный клапан; 7 - сепаратор-нормализатор; 8 - гомогенизатор; 9 - емкость для выдерживания молока; 10 - емкость для кисломолочных напитков; 11 - смеситель; 12 - заквасочник

 

Молоко из емкости для сырого молока подается в балансировочный  бачок, откуда направляется в рекуперативную секцию пастеризационно-охладительной  установки, где подогревается до 55-57 °С.

Для пастеризации молока используются пастеризационно-охладительные установки  для кисломолочных продуктов, в  которых можно проводить пастеризацию с необходимой выдержкой и  последующим охлаждением до температуры  сквашивания. Подогретое молоко направляется сначала в сепаратор-нормализатор, а затем - на гомогенизатор.

Для гомогенизации предназначены  гомогенизаторы клапанного типа. Из гомогенизатора молоко сначала поступает в секцию пастеризации, далее через пульт  управления - в емкость для выдерживания и возвращается в рекуперативную секцию и. в секцию охлаждения пастеризационно-охладительной  установки, где охлаждается до температуры  заквашивания. Если по выходе из секции пастеризации молоко не достигло заданной температуры, то оно с помощью  возвратного клапана направляется в балансировочный бачок для  повторной пастеризации. Охлажденное  молоко поступает в емкость для  производства кисломолочных напитков, перемешиваясь в смесителе с  закваской.

Сквашивание молока проводят в специальных  двустенных вертикальных емкостях, оборудованных  мешалками с автоматическим устройством.

Мешалка устроена таким образом, чтобы  не взбалтывала кефир и не резала бы его на пласты и кубики, а равномерно и одновременно перемешивала всю  массу кефира. Частичное перемешивание  или разрезка сгустка приводит к  отделению сыворотки, а взбалтывание мешалкой - к пенообразованию, что  в свою очередь вызывает отделение  сыворотки.

Автоматическое устройство обеспечивает протекание сквашивания по определенному  циклу: перемешивание - покой - перемешивание, а также служит для включения  системы охлаждения. Охлаждение осуществляют холодной водой или рассолом, циркулирующим  по кольцевому зазору между внутренней и средней емкостями. Средняя  емкость снабжена теплоизоляцией, облицованной защитным кожухом.

Для выработки кисломолочных продуктов  используются емкости вместимостью 2000, 4000, 6000 и 10000 л.

Заквашенное молоко сквашивается в  емкости до требуемой кислотности. Полученный сгусток охлаждается  в той же емкости, при этом через  каждые 30-40 мин включается мешалка  для размешивания сгустка и более  быстрого его охлаждения. Если требуется  созревание, то сгусток охлаждается  до температуры созревания и оставляется  в емкости на созревание.

Охлаждение продукта можно проводить  в потоке. Для этого молоко заквашивается  в емкости, а по достижении заданной кислотности продукт подается на пластинчатый охладитель, где охлаждается  в потоке до требуемой температуры  и поступает в промежуточную  емкость, откуда направляется на фасовку.

Кисломолочные напитки фасуются в  термосвариваемые пакеты или в стеклянную тару на автоматах для фасовки  жидких молочных продуктов. (4,9)

Термостатный  способ

 

 

Технологический процесс производства кисломолочных напитков термостатным способом состоит из тех же технологических  операций, что и при производстве резервуарным способом, осуществляемых в такой последовательности: подготовка сырья, нормализация, гомогенизация, охлаждение до температуры заквашивания, заквашивание, фасование, сквашивание в термостатных камерах, охлаждение сгустка, созревание сгустка (кефир, кумыс).