Технологическая линия производства пастеризованного питьевого молока и сливок

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Молоко – биологическая жидкость, секрет, вырабатываемый молочной железой млекопитающих животных.

В пищу чаще всего применяют коровье молоко. Натуральное сырое коровье молоко содержит многие необходимые организму человека вещества: молочный жир 2…6 %, белки 2…5 %, молочный сахар (лактозу) 4,3…5,3 %, минеральные вещества в виде солей кальция, магния, калия, натрия и др. – 0,6…0,9 %, витамины, микроэлементы, различные ферменты и воду 85…89 %.

Молоко представляет собой сложную коллоидно-химическую систему. Находящиеся в нем вещества имеют частицы разных размеров и разной природы. Так, сахар и часть солей молока растворены в воде до мельчайших частиц не более 1 мкм. Белки и часть других солей образуют коллоидный раствор с более крупными частицами от 1 до 100 мкм. Жир в теплом молоке находится в состоянии эмульсии, а в холодном молоке в состоянии суспензии. Жировые шарики в молоке адсорбируют белки и имеют размер от 1 до 20 мкм.

Питьевое молоко как товарную продукцию разделяют по видам исходного сырья, содержания жира и сухих веществ, а также по видам бактерицидной обработки.

По видам исходного сырья выпускают натуральное, восстановленное и белковое молоко. Натуральное молоко вырабатывают из заготовляемого сырого молока. Восстановленное молоко получают из сухого молока, изготовленного на предприятиях молочноконсервной отрасли. Белковым называют молоко, содержащее сухие обезжиренные добавки, выработанные из молока. Кроме того, в молоко могут добавлять витамин С, кофе и какао.

По содержанию жира молоко может быть натуральным, с массовой долей жира не менее 3,2 % или нормализованным с рецептурным жировым составом. Нормализованное молоко выпускают нежирным или с массовой долей жира 1,5; 2,5; 3,2; 3,5; 6,0 %.

Молоко – скоропортящийся продукт, представляющий собой чрезвычайно благоприятную среду для размножения микроорганизмов, вызывающих кисломолочное брожение. Степень этого брожения оценивают показателем кислотности молока, измеряемым в градусах Тернера. Молоко кислотностью выше 22 °Т при нагревании скисает (свертывается).

В молоке возможно наличие болезнетворных микроорганизмов, поэтому питьевым может быть только молоко, подвергнутое тепловой бактерицидной обработке: пастеризации или стерилизации.

Сливки – жидкообразная густая масса, образованная в результате частичного или полного выделения из натурального молока жиросодержащей фракции с пониженной плотностью. В отличие от натурального молока в сливках содержится больше жира, сухих веществ, а также жирорастворимых витаминов.

Сливки используют при нормализации молока, производстве сметаны, сливочного масла, кремов и других молочных продуктов с повышенным содержанием жира.

Для непосредственного употребления в пищу вырабатывают питьевые пастеризованные и стерилизованные сливки. Пастеризованные сливки выпускают с массовой долей жира 10, 20 и 35 %, а стерилизованные – 10 %.

Основными показателями молока как объекта технологической переработки являются состав, степень чистоты, органолептические, физико-механические свойства, а также наличие в нем болезнетворных микробов и токсических веществ.

Молоко сырое при сдаче-приемке на предприятиях молочной промышленности должно иметь температуру не выше +10 °С, плотность не менее 1027 кг/м³, а также нормативные значения других показателей: кислотности, степени чистоты по эталону, массовых долей жира, белка и сухих веществ, бактериальной обсемененности и содержанию соматических клеток.

В зависимости от этих показателей качества молоко сырое подразделяют на три сорта: высший, первый и второй, каждый из которых учитывается и перерабатывается отдельно.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Предприятия молочной промышленности размещаются, как правило, вблизи молочных животноводческих ферм.

Молочная промышленность подразделяется на четыре отрасли:

• цельномолочная для производства питьевого молока, кисломолочных продуктов, сливок, сметаны, творога и др.;
• маслодельная для производства сливочного масла;
• сыродельная для производства сычужных твердых, полутвердых и мягких сыров, рассольных сыров и брынзы;
• молочноконсервная для производства сгущенных молока или сливок, сгущенного молока с какао, кофе и др.

Во всех перечисленных производствах молоко подвергают механической и тепловой обработке.

Механическая обработка заключается в очистке, сепарировании, нормализации и гомогенизации молока.

Очистку  молока проводят в два этапа:

– предварительная очистка при приеме холодного сырого молока от механических примесей с помощью фильтров;

– очистка нормализованного молока, подогретого до температуры 35…45 °С, от мельчайших частиц загрязнений, в том числе частицы бактериального происхождения и нетермостойких скоагулированных белковых частиц, с помощью центробежных сепараторов-молокоочистителей.

Сепарирование – это процесс разделения цельного молока на сливки (с требуемой массовой долей жира) и обезжиренное молоко. На процесс сепарирования существенное влияние оказывают температура и кислотность молока. Оптимальная температура сепарирования 35…45 °С. Нарастание кислотности затрудняет процесс сепарирования молока.

Обезжиренное молоко содержит менее 0,1 % жира и все остальные составные части натурального сырого молока, кроме жирорастворимых витаминов. Влажность этого молока 91,4 %.

Обезжиренное молоко используется для выработки продуктов (творог нежирный, молоко нежирное сгущенное, молоко сухое обезжиренное), для нормализации молока и для производства закваски.

Нормализация состоит в регулировании массовой доли жира и сухих веществ в используемом сырье. Нормализацию молока по жиру осуществляют с таким расчетом, чтобы в готовом продукте массовая доля жира была не более значения, предусмотренного стандартом.

Молоко по жиру нормализуют следующим образом:

– сепарируют часть молока в сепараторах-сливкоотделителях или в сепараторах-нормализаторах с целью отбора сливок или обезжиренного молока при сепарировании;

– добавляют к натуральному молоку обезжиренное молоко;

– добавляют к обезжиренному молоку сливки.

Гомогенизация – это процесс дробления (диспергирования) жировых шариков при воздействии на молоко внешних усилий, вызванных перепадом давления. Жиры в молоке находятся в виде эмульсии: множество жировых шариков, взвешенных в плазме молока. Чем меньше жировые шарики, тем выше вкусовые достоинства молочных продуктов, жиры лучше усваиваются организмом человека, а также повышается стойкость продукта от расслоения.

Гомогенизация молока и сливок используется в технологических процессах производства питьевого пастеризованного молока, сливок, кефира, сметаны, творога и др.

В зависимости от вида обрабатываемого продукта поддерживают оптимальный режим гомогенизации по температуре и величине давления в клапане гомогенизатора.

Тепловая обработка молока заключается в охлаждении, пастеризации и стерилизации.

Охлаждение молока производят с целью сохранения его качества и ограничения роста количества микроорганизмов перед переработкой или употреблением в пищу. Молоко является хорошей средой для молочнокислых, болезнетворных и других бактерий, попавших в молоко из окружающей среды. Рост и развитие молочнокислых бактерий, вызывающих сквашивание молока, приостанавливаются при температуре около 10 °С и прекращается при 2…4 °С. Однако приостановить развитие всех микроорганизмов в молоке можно только их замораживанием. Поэтому охлажденное молоко обычно хранится не более 10 ч.

Пастеризация – нагревание и выдержка молока при повышенной температуре, обеспечивающей требуемый бактерицидный эффект. Пастеризация предназначена для уничтожения вегетативных форм микроорганизмов, находящихся в молоке (возбудители кишечных заболеваний, бруцеллеза, туберкулеза, ящура и др.), сохраняя при этом его биологическую и питательную активность, в том числе витамины. Однако при пастеризации разрушается большинство ферментов.

Температура и продолжительность нагрева являются основными факторами, определяющими эффективность пастеризации. В зависимости от этих факторов различают следующие режимы пастеризации:

– длительный – продолжительность выдержки 10…15 мин при температуре 87 ± 2 °С (кефир, сметана);

– кратковременный – продолжительность выдержки 20…30 с при температуре 76 ± 2 °С (молоко пастеризованное, творог, молоко нежирное сгущенное с сахаром);

– моментальный – продолжительность выдержки 4…8 с при температуре 90 ± 2 °С (молоко цельное сгущенное с сахаром, какао или кофе со сгущенным молоком и сахаром, молоко сухое цельное и обезжиренное, сливки сухие).

При пастеризации молока уничтожается не менее 99,9 % микрофлоры, однако в нем сохраняются споровые формы микроорганизмов и часть термофильной микрофлоры.

Стерилизация – тепловая обработка молока при температуре более 100 °С с последующей его выдержкой. При стерилизации молока уничтожается как вегетативные, так и споровые формы микроорганизмов. Кроме этого стерилизованные продукты приобретают определенную стойкость при хранении.

Недостатком стерилизованного молока является то, что его пищевая и биологическая ценность ниже, чем пастеризованного. В частности, при стерилизации разрушаются некоторые витамины.

Тепловую обработку также применяют для преобразования биохимических свойств молока при производстве топленого молока.

Стадии технологического процесса. Производство питьевого пастеризованного коровьего молока и сливок состоит из следующих стадий и основных операций:

• приемка молока, сортирование по качеству и измерение количества принятого молока;
• очистка от механических примесей и охлаждение сырого молока;
• нагревание и сепарирование молока;
• дозирование различных фракций молочной смеси и нормализация молока;
• очистка подогретого нормализованного молока и его гомогенизация;
• пастеризация и охлаждение молока и сливок;
• фасование молока в потребительскую и транспортную тару.

Характеристика комплексов оборудования. Линия производства пастеризованного молока начинается с комплекса оборудования для подготовки сырого молока к переработке, включающего самовсасывающие насосы, счетчики-расходомеры, фильтры, охладительную установку и резервуары для хранения молока.

Ведущим в линии является комплекс оборудования для образования нормализованного молока и сливок, включающий насосы, сепаратор-нормализатор и гомогенизатор.

В завершающий комплекс получения готовой продукции входят пластинчатые пастеризационно-охладительные установки, резервуары для хранения охлажденного пастеризованного молока и сливок, фасовочные машины.

Топленое молоко получают с помощью комплекса оборудования, в который входят трубчатая пастеризационная установка, резервуар для выдержки молока и пластинчатая охладительная установка.

Машинно-аппаратурная схема линии производства питьевого молока и сливок показана на рис 2.18.

Устройство и принцип действия линии. Доставка молока, поступающего на предприятия молочной промышленности для переработки, осуществляется с помощью молочных автомобильных цистерн. После проверки качества молоко с помощью центробежных самовсасывающих электронасосов 1 отбирается через трубопровод  с установленным на нем счетчиком-расходомером 2 и фильтром 3. В отличие от других центробежных насосов самовсасывающий снабжен воздухоотделителем, обеспечивающим работу насосов без залива всасывающего трубопровода.

Счетчик-расходомер 2 предназначен для измерения объема и массы молока и молочных продуктов. По результатам измерения производится вычисление объемного расхода и объема, а при наличии информации о плотности среды – массового расхода и массы. Учет принимаемого молока проводят в весовых единицах измерения (кг). При приемке молока по объему делают перерасчет объемных единиц в весовые в зависимости от его плотности.

Масса принимаемого молока может измеряться также с помощью емкостей с тензометрическим устройством или путем использования тарированных емкостей.

Молоко очищается от механических примесей фильтром 3. Сразу после очистки сырое молоко охлаждают на пластинчатой охладительной установке 4. Она предназначена для охлаждения молока в непрерывном тонкослойном потоке при автоматическом регулировании процесса, что исключает выход недоохлажденного молока.

Пластинчатый аппарат установки 4 состоит из двух теплообменных секций. В первой секции циркулирует вода с температурой 8…13 °С, а во второй – рассол с температурой – 5 °С. Молоко после прохождения через секции охлаждается до температуры 4…6 °С и поступает в резервуар 5. В нем сырое молоко может храниться не более 12 ч.

Производство питьевого молока начинается с загрузки сырого молока  насосом 6 в производственный резервуар 7. В последний для приготовления белкового молока могут дозировать сухое молоко или другие добавки. Затем молоко подают насосами – дозаторами 8 через уравнительный бачок 9 на тепловую и механическую обработку.

В линиях производительность 10 и 15 т/ч проводят нормализацию молока в потоке. Для этого в секции рекуперации пластинчатой пастеризационно-охладитель-ной установки 10 сырое молоко нагревают до температуры 40…45 °С и подают в сепаратор-нормализатор 12, в котором непрерывная нормализация молока совмещается с очисткой его от механических примесей. В сепараторе 12 натуральное молоко разделяется на две фракции: нормализованное молоко и сливки.

Нормализованное молоко поступает во вторую секцию рекуперации установки 10. Последняя снабжена пультом управления 11 со стабилизатором потока, обеспечивающим равномерность подачи молока в пластинчатый аппарат. Из установки 10 нормализованное молоко нагнетается в гомогенизатор 13. При получении питьевого молока нормализованное молоко гомогенизируют при температуре 45…65 °С и давлении в клапане гомогенизатора 10…15 МПа. Из гомогенизатора 13 молоко возвращается в пастеризационно-охладительную установку 10 для пастеризации при температуре 74…78 °С с продолжительностью выдержки 20 с и последующим охлаждением до 4…8 °С.

Охлажденное пастеризованное молоко подается в промежуточный резервуар 14, хранение в котором допускается не более 6 ч. Из резервуара 14 молоко перекачивают в приемный бункер фасовочной машины 15 и упаковывают в потребительскую тару.

Для получения топленого молока нормализованное молоко подогревают до 70…85 °С в пастеризационно-охладительной установке 10 и обрабатывают в гомогенизаторе 13. Затем молоко нагнетают в трубчатую пастеризационную установку 16, обеспечивающую нагревание до 95…99 °С, а затем в резервуар 17.

При выдержке молока в резервуаре 17, снабженном мешалкой, происходит процесс топления. Для молока с массовой долей жира 4 и 6 % продолжительность топления 3…4 ч, для молока нежирного с массовой долей жира 1 % – 4…5 ч. Чтобы предотвратить образование на поверхности слоя жира и белка, молоко перемешивают каждый час в течение 2…3 мин.

В процессе топления часть влаги выпаривается и жирность молока повышается. Молоко приобретает кремовый оттенок. Это связано с образованием меланоидинов вследствие реакции между лактозой и белками, а также между лактозой и некоторыми свободными аминокислотами. Меланоидины представляют собой вещества коричневого цвета с явно выраженным привкусом карамелизации.

Готовое топленое молоко нагнетают насосом – дозатором 8 через пластичный охладитель 18, охлаждая до температуры 4…6 °С, и размещают в резервуаре 19. Из последнего топленое молоко перекачивают насосом 6 в загрузочную воронку фасовочной машины 20 и упаковывают в потребительскую тару.

Сливки отделяют от натурального молока при производстве обезжиренного (нежирного) молока. При этом обезжиренное молоко из сепаратора 12 сразу направляют в установку 10, минуя гомогенизатор 13. После пастеризации и охлаждения обезжиренное молоко подают в резервуар 14 и далее в фасовочную машину 15.

Сливки из сепаратора 12 поступают в гомогенизатор 13. Сливки гомогенизируют при давлении 5…10 МПа и температуре 60…80 °С. Затем в пластичной пастеризационно-охладительной установке 21 их пастеризуют: сливки с массовой долей жира 10 % – при 78…82 °С, 20 и 30 % – при 83…87 °С с выдержкой 15…20 с. Далее в этой же установке 21 сливки охлаждают до температуры не выше 6 °С и загружают в резервуар 22. Из последнего насосом 23 сливки перекачивают на переработку или на фасование в потребительскую тару.

Пастеризованное молоко выпускают в стеклянных бутылках и бумажных пакетах, пакетах из полимерной пленки, а также во флягах, цистернах с термоизоляцией, контейнерах различной вместимости.

Все шире используется для фасования пастеризованного молоко тара разового потребления – полиэтиленовые и бумажные пакеты. Такая тара значительно легче бутылок, компактнее, исключает сложный процесс мойки, гигиеничнее, удобнее для потребления и транспортирования, требует меньше производственных площадей, трудовых и энергетических затрат.

Бумажные пакеты имеют форму тетраэдра (тетра-пак), снаружи покрыты парафином, внутри – полиэтиленом; формы бруска (брик-пак) с двусторонним покрытием полиэтиленом и применением аппликаторной ленты, что обеспечивает большую прочность швов по сравнению с пакетами тетра-пак.

Фасованное молоко должно иметь температуру не выше 8 °С и может сразу, без дополнительного охлаждения, передано в реализацию или направлено на временное хранение сроком не более 18 ч в холодильные камеры с температурой не выше 8 °С и влажностью 85…90 %.

В торговую сеть и предприятия общественного питания пастеризованное молоко доставляют специальным автотранспортом с изотермическими или закрытыми кузовами.